Nguồn: Ulink Media
Tác giả: 旸谷
Gần đây, công ty bán dẫn NXP của Hà Lan, hợp tác với công ty Lateration XYZ của Đức, đã đạt được khả năng định vị chính xác đến từng milimét cho các vật phẩm và thiết bị UWB khác bằng công nghệ siêu băng thông rộng. Giải pháp mới này mở ra những khả năng mới cho nhiều kịch bản ứng dụng khác nhau đòi hỏi định vị và theo dõi chính xác, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lịch sử phát triển công nghệ UWB.
Trên thực tế, độ chính xác ở mức centimet của UWB hiện nay trong lĩnh vực định vị đã được thực hiện khá nhanh chóng, và chi phí phần cứng cao cũng gây khó khăn cho người dùng và nhà cung cấp giải pháp trong việc giải quyết các vấn đề về chi phí và triển khai. Vậy, ở thời điểm này, việc "chuyển hướng" sang mức milimet có còn cần thiết không? Và UWB mức milimet sẽ mang lại những cơ hội thị trường nào?
Tại sao công nghệ UWB ở thang đo milimét lại khó tiếp cận?
Là một phương pháp định vị và đo khoảng cách có độ chính xác cao, độ tin cậy cao và tính bảo mật cao, định vị trong nhà bằng sóng UWB về mặt lý thuyết có thể đạt độ chính xác milimét hoặc thậm chí micromét, nhưng trong thực tế triển khai, nó vẫn duy trì ở mức centimet trong một thời gian dài, chủ yếu là do các yếu tố sau ảnh hưởng đến độ chính xác thực tế của định vị UWB:
1. Ảnh hưởng của chế độ triển khai cảm biến đến độ chính xác định vị
Trong quá trình giải quyết bài toán độ chính xác định vị thực tế, việc tăng số lượng cảm biến đồng nghĩa với việc tăng lượng thông tin dư thừa, và lượng thông tin dư thừa phong phú có thể giúp giảm thiểu sai số định vị hơn nữa. Tuy nhiên, độ chính xác định vị không tăng lên khi sử dụng các cảm biến tốt nhất, và khi số lượng cảm biến tăng đến một mức nhất định, sự đóng góp vào độ chính xác định vị không còn lớn nữa. Thêm vào đó, việc tăng số lượng cảm biến cũng đồng nghĩa với việc tăng chi phí thiết bị. Vì vậy, làm thế nào để tìm ra sự cân bằng giữa số lượng cảm biến và độ chính xác định vị, từ đó triển khai hợp lý các cảm biến UWB là trọng tâm của nghiên cứu về tác động của việc triển khai cảm biến đến độ chính xác định vị.
2. Ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường truyền
Tín hiệu định vị siêu băng rộng UWB bị phản xạ và khúc xạ bởi môi trường xung quanh như tường, kính và các vật thể trong nhà như bàn làm việc trong quá trình truyền dẫn, dẫn đến hiệu ứng đa đường. Tín hiệu thay đổi về độ trễ, biên độ và pha, dẫn đến suy giảm năng lượng và giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, khiến tín hiệu đầu tiên nhận được không phải là tín hiệu trực tiếp, gây ra lỗi đo khoảng cách và giảm độ chính xác định vị. Do đó, việc triệt tiêu hiệu quả hiệu ứng đa đường có thể cải thiện độ chính xác định vị, và các phương pháp hiện tại để triệt tiêu đa đường chủ yếu bao gồm các kỹ thuật MUSIC, ESPRIT và phát hiện cạnh.
3. Tác động của NLOS
Truyền tín hiệu theo đường thẳng (LOS) là điều kiện tiên quyết để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo tín hiệu. Khi điều kiện giữa mục tiêu định vị di động và trạm gốc không được đáp ứng, quá trình truyền tín hiệu chỉ có thể hoàn tất trong điều kiện không theo đường thẳng, chẳng hạn như khúc xạ và nhiễu xạ. Lúc này, thời điểm xung tín hiệu đến đầu tiên không phản ánh giá trị thực của TOA, và hướng của xung tín hiệu đến đầu tiên không phản ánh giá trị thực của AOA, dẫn đến sai số định vị nhất định. Hiện nay, các phương pháp chính để loại bỏ sai số không theo đường thẳng là phương pháp Wylie và phương pháp loại bỏ tương quan.
4. Ảnh hưởng của cơ thể người đến độ chính xác định vị
Thành phần chính của cơ thể người là nước, nước có tác dụng hấp thụ mạnh tín hiệu xung không dây UWB, dẫn đến suy giảm cường độ tín hiệu, sai lệch thông tin khoảng cách và ảnh hưởng đến hiệu quả định vị cuối cùng.
5. Tác động của việc suy yếu khả năng xuyên thấu tín hiệu
Bất kỳ tín hiệu nào xuyên qua tường và các vật cản khác đều sẽ bị suy yếu, UWB cũng không ngoại lệ. Khi định vị UWB xuyên qua một bức tường gạch thông thường, tín hiệu sẽ bị suy yếu khoảng một nửa. Sự thay đổi thời gian truyền tín hiệu do xuyên tường cũng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác định vị.
Do cấu tạo cơ thể người, việc xuyên thấu tín hiệu nhờ độ chính xác của tác động rất khó tránh khỏi. NXP và công ty LaterationXYZ của Đức sẽ thông qua các giải pháp bố trí cảm biến tiên tiến để nâng cao công nghệ UWB. Tuy nhiên, hiện chưa có kết quả cải tiến cụ thể nào được công bố, do đó, tôi chỉ có thể dựa vào các bài viết kỹ thuật trước đây trên trang web chính thức của NXP để đưa ra những suy đoán liên quan.
Về động lực cải thiện độ chính xác của UWB, tôi tin rằng trước hết đó là do NXP, với tư cách là nhà sản xuất UWB hàng đầu thế giới, cần phải đối phó với tình trạng cạnh tranh gay gắt về đổi mới công nghệ quy mô lớn từ các nhà sản xuất trong nước hiện nay. Xét cho cùng, công nghệ UWB hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển bùng nổ, chi phí, ứng dụng và quy mô tương ứng vẫn chưa ổn định. Ở thời điểm này, các nhà sản xuất trong nước quan tâm hơn đến việc nhanh chóng đưa sản phẩm UWB ra thị trường để chiếm lĩnh thị trường, mà không có thời gian để quan tâm đến việc cải thiện độ chính xác của UWB thông qua đổi mới. NXP, với tư cách là một trong những nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực UWB, sở hữu hệ sinh thái sản phẩm hoàn chỉnh cũng như nhiều năm kinh nghiệm và sức mạnh kỹ thuật tích lũy, giúp họ dễ dàng hơn trong việc thực hiện đổi mới UWB.
Thứ hai, lần này NXP hướng tới công nghệ UWB ở cấp độ milimét, cũng nhận thấy tiềm năng vô hạn của sự phát triển trong tương lai của UWB và tin tưởng rằng việc cải thiện độ chính xác sẽ mang lại những ứng dụng mới cho thị trường.
Theo tôi, tiềm năng của công nghệ UWB sẽ tiếp tục được cải thiện cùng với sự phát triển của "cơ sở hạ tầng mới" 5G, và mở rộng hơn nữa phạm vi giá trị của nó trong quá trình nâng cấp công nghiệp hướng tới sự phát triển thông minh của 5G.
Trước đây, trong mạng 2G/3G/4G, các kịch bản định vị di động chủ yếu tập trung vào các cuộc gọi khẩn cấp, truy cập vị trí hợp pháp và các ứng dụng khác, yêu cầu về độ chính xác định vị không cao, dựa trên ID ô, độ chính xác định vị thô từ vài chục mét đến vài trăm mét. Trong khi đó, 5G sử dụng các phương pháp mã hóa mới, hợp nhất chùm tia, mảng anten quy mô lớn, phổ sóng milimét và các công nghệ khác, băng thông rộng và công nghệ mảng anten của nó, cung cấp nền tảng cho việc đo khoảng cách và đo góc với độ chính xác cao. Do đó, một vòng chạy đua UWB nữa trong lĩnh vực độ chính xác được hỗ trợ bởi bối cảnh thời đại tương ứng, nền tảng công nghệ và triển vọng ứng dụng đầy đủ, và cuộc chạy đua về độ chính xác UWB này có thể được coi là bước chuẩn bị để đáp ứng sự nâng cấp của trí tuệ số.
Millimetre UW sẽ mở rộng sang những thị trường nào?
Hiện nay, sự phân bổ thị trường của UWB chủ yếu được đặc trưng bởi sự phân tán ở phân khúc B và sự tập trung ở phân khúc C. Trong ứng dụng, phân khúc B có nhiều trường hợp sử dụng hơn, còn phân khúc C có nhiều không gian sáng tạo hơn để khai thác hiệu năng. Theo tôi, sự đổi mới tập trung vào hiệu năng định vị này củng cố lợi thế của UWB trong định vị chính xác, không chỉ mang lại những đột phá về hiệu năng cho các ứng dụng hiện có mà còn tạo ra cơ hội cho UWB mở ra không gian ứng dụng mới.
Trong thị trường phân khúc B, đối với các công viên, nhà máy, doanh nghiệp và các kịch bản khác, môi trường không dây của khu vực cụ thể tương đối ổn định và độ chính xác định vị có thể được đảm bảo một cách nhất quán, đồng thời các kịch bản này cũng duy trì nhu cầu ổn định về khả năng nhận biết vị trí chính xác, hoặc sẽ sớm trở thành mục tiêu mà công nghệ UWB cấp độ milimet hướng đến để chiếm lĩnh thị trường.
Trong lĩnh vực khai thác mỏ, với sự phát triển của xây dựng mỏ thông minh, giải pháp kết hợp "định vị 5G + UWB" có thể giúp hệ thống khai thác mỏ thông minh hoàn thành việc định vị trong thời gian rất ngắn, đạt được sự kết hợp hoàn hảo giữa định vị chính xác và tiêu thụ điện năng thấp, đồng thời hiện thực hóa các đặc điểm như độ chính xác cao, dung lượng lớn và thời gian chờ lâu, v.v. Đồng thời, dựa trên công tác quản lý an toàn mỏ, nó có thể được sử dụng để đảm bảo an toàn cho mỏ và công tác quản lý an toàn. Bên cạnh đó, dựa trên nhu cầu khắt khe về quản lý an toàn mỏ, UWB cũng sẽ được sử dụng trong quản lý hàng ngày về nhân sự và theo dõi phương tiện. Hiện nay, cả nước có khoảng 4000 mỏ than với quy mô nhất định, và nhu cầu trung bình về trạm gốc cho mỗi mỏ than là khoảng 100 trạm, từ đó có thể ước tính tổng nhu cầu về trạm gốc cho mỏ than là khoảng 400.000, số lượng thợ mỏ nói chung khoảng 4 triệu người, theo nguyên tắc 1 người 1 thẻ, thì nhu cầu về thẻ UWB là khoảng 4 triệu thẻ. Theo giá bán lẻ hiện tại trên thị trường dành cho người dùng cuối, thị trường than trong lĩnh vực phần cứng "trạm gốc + thẻ" UWB có giá trị sản lượng khoảng 4 tỷ đồng.
Trong các ngành khai thác mỏ và các lĩnh vực có rủi ro cao tương tự như khai thác dầu khí, nhà máy điện, nhà máy hóa chất, v.v., nhu cầu quản lý an toàn đòi hỏi độ chính xác định vị cao hơn, việc nâng cao độ chính xác định vị UWB lên mức milimet sẽ giúp củng cố ưu thế của nó trong các lĩnh vực này.
Trong sản xuất công nghiệp, kho bãi và logistics, công nghệ UWB đã trở thành công cụ giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả. Công nhân sử dụng thiết bị cầm tay tích hợp công nghệ UWB có thể định vị và đặt các bộ phận khác nhau một cách chính xác hơn; việc xây dựng hệ thống quản lý tích hợp công nghệ UWB trong quản lý kho có thể giám sát chính xác mọi loại vật liệu và nhân viên trong kho theo thời gian thực, từ đó kiểm soát hàng tồn kho, quản lý nhân sự, đồng thời thực hiện việc luân chuyển vật liệu tự động hiệu quả và không sai sót thông qua thiết bị AGV, giúp nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất.
Ngoài ra, bước tiến vượt bậc về công nghệ UWB (Ultra-Based Wireless) cũng có thể mở ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực vận tải đường sắt. Hiện nay, hệ thống điều khiển chủ động của tàu hỏa chủ yếu dựa vào định vị vệ tinh, trong môi trường đường hầm ngầm cũng như các tòa nhà cao tầng, hẻm núi và các khu vực đô thị khác, định vị vệ tinh dễ bị lỗi. Công nghệ UWB trong định vị và dẫn đường CBTC (Circle Control Control) của tàu hỏa, tích hợp vào việc tránh va chạm và cảnh báo sớm va chạm, dừng tàu chính xác, v.v., có thể cung cấp hỗ trợ kỹ thuật đáng tin cậy hơn cho sự an toàn và kiểm soát của vận tải đường sắt. Hiện nay, loại ứng dụng này ở châu Âu và Hoa Kỳ đã có một số trường hợp sử dụng rải rác.
Trong thị trường thiết bị đầu cuối C, việc nâng cao độ chính xác của công nghệ UWB lên mức milimet sẽ mở ra các kịch bản ứng dụng mới ngoài chìa khóa kỹ thuật số cho xe hơi. Ví dụ: đỗ xe tự động, thanh toán tự động, v.v. Đồng thời, dựa trên công nghệ trí tuệ nhân tạo, cũng có thể "học" được các kiểu chuyển động và thói quen của người dùng, và cải thiện hiệu suất của công nghệ lái xe tự động.
Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, công nghệ UWB có thể trở thành công nghệ tiêu chuẩn cho điện thoại thông minh trong bối cảnh tương tác giữa ô tô và máy móc thông qua chìa khóa xe kỹ thuật số. Bên cạnh việc mở rộng không gian ứng dụng cho các sản phẩm định vị và tìm kiếm, việc cải thiện độ chính xác của UWB cũng có thể mở ra không gian ứng dụng mới cho các kịch bản tương tác thiết bị. Ví dụ, phạm vi chính xác của UWB có thể kiểm soát chính xác khoảng cách giữa các thiết bị, điều chỉnh cấu trúc cảnh thực tế tăng cường, mang lại trải nghiệm giác quan tốt hơn cho trò chơi, âm thanh và video.
Thời gian đăng bài: 04/09/2023