المصدر الأصلي: يولينك ميديا
المؤلف: 旸谷
تمكنت شركة NXP الهولندية لأشباه الموصلات، بالتعاون مع شركة Lateration XYZ الألمانية، مؤخراً من تحقيق دقة تحديد المواقع على مستوى المليمتر لأجهزة ومعدات أخرى باستخدام تقنية النطاق العريض للغاية (UWB). يُتيح هذا الحل الجديد إمكانيات جديدة لتطبيقات متنوعة تتطلب تحديد المواقع وتتبعها بدقة، مما يُمثل تقدماً جوهرياً في تاريخ تطوير تقنية UWB.
في الواقع، تم تطوير دقة تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) الحالية، التي تصل إلى مستوى السنتيمتر، بسرعة كبيرة في مجال تحديد المواقع، كما أن ارتفاع تكلفة الأجهزة يمثل تحديًا للمستخدمين ومقدمي الحلول فيما يتعلق بكيفية التغلب على صعوبات التكلفة والنشر. فهل من الضروري الآن الانتقال إلى مستوى المليمتر؟ وما هي الفرص السوقية التي ستوفرها تقنية UWB بدقة المليمتر؟
لماذا يصعب الوصول إلى تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) على مستوى المليمتر؟
باعتبارها طريقة لتحديد المواقع والمدى عالية الدقة والأمان، يمكن أن تصل دقة تحديد المواقع الداخلية بتقنية النطاق العريض للغاية (UWB) نظريًا إلى مستوى المليمتر أو حتى الميكرومتر، ولكن في التطبيق العملي، ظلت الدقة عند مستوى السنتيمتر لفترة طويلة، ويرجع ذلك أساسًا إلى العوامل التالية التي تؤثر على الدقة الفعلية لتحديد المواقع بتقنية UWB:
1. تأثير وضع نشر المستشعر على دقة تحديد الموقع
في عملية تحديد الموقع بدقة، تعني زيادة عدد المستشعرات زيادة في المعلومات الزائدة، وهذه المعلومات الزائدة الغنية تُسهم في تقليل خطأ تحديد الموقع. مع ذلك، لا تتحسن دقة تحديد الموقع مع استخدام أفضل المستشعرات، وعندما يصل عدد المستشعرات إلى حد معين، لا يكون تأثير الزيادة في دقة تحديد الموقع كبيرًا. كما أن زيادة عدد المستشعرات تعني زيادة تكلفة المعدات. لذا، فإن إيجاد التوازن الأمثل بين عدد المستشعرات ودقة تحديد الموقع، وبالتالي التوزيع الأمثل لمستشعرات النطاق العريض جدًا (UWB)، هو محور البحث في تأثير توزيع المستشعرات على دقة تحديد الموقع.
2. تأثير تعدد المسارات
تنعكس إشارات تحديد المواقع فائقة العرض النطاق (UWB) وتنكسر بفعل البيئة المحيطة كالجدران والزجاج والأجسام الداخلية كأسطح المكاتب أثناء انتشارها، مما يُسبب ظاهرة تعدد المسارات. تتغير الإشارة في التأخير والسعة والطور، مما يؤدي إلى توهين الطاقة وانخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وبالتالي لا تصل الإشارة الأولى مباشرةً، مما يُسبب أخطاء في تحديد المدى وانخفاض دقة تحديد الموقع. لذا، يُمكن تحسين دقة تحديد الموقع من خلال كبح تعدد المسارات بفعالية، وتشمل الطرق الحالية لكبح تعدد المسارات تقنيات MUSIC وESPRIT وتقنيات كشف الحواف.
3. تأثير خط الخدمة الوطني
يُعدّ انتشار الإشارة عبر خط البصر (LOS) شرطًا أساسيًا لضمان دقة نتائج قياس الإشارة. فعندما لا تتحقق الشروط بين هدف تحديد الموقع المتحرك والمحطة الأساسية، لا يمكن إتمام انتشار الإشارة إلا في ظروف خارج خط البصر، مثل الانكسار والحيود. في هذه الحالة، لا يُمثّل وقت وصول النبضة الأولى القيمة الحقيقية لوقت الوصول (TOA)، ولا يُمثّل اتجاه وصولها القيمة الحقيقية لزاوية الوصول (AOA)، مما يُؤدي إلى خطأ في تحديد الموقع. حاليًا، تُعدّ طريقة وايلي وطريقة إزالة الارتباط من أهم الطرق المُستخدمة للتخلص من خطأ عدم وجود خط البصر.
4. تأثير جسم الإنسان على دقة تحديد المواقع
يُعد الماء المكون الرئيسي لجسم الإنسان، ويؤثر امتصاص الماء لإشارة النبضات اللاسلكية فائقة العرض النطاق بشكل كبير، مما يؤدي إلى ضعف قوة الإشارة، وانحراف معلومات المدى، والتأثير على دقة تحديد الموقع النهائي.
5. تأثير ضعف اختراق الإشارة
أي اختراق للإشارة عبر الجدران وغيرها من العوائق سيؤدي إلى إضعافها، وتقنية النطاق العريض للغاية (UWB) ليست استثناءً. فعندما تخترق تقنية تحديد المواقع UWB جدارًا من الطوب العادي، ستضعف الإشارة إلى النصف تقريبًا. كما أن التغيرات في زمن إرسال الإشارة نتيجة اختراق الجدار ستؤثر على دقة تحديد الموقع.
بسبب طبيعة جسم الإنسان، يصعب التغلب على اختراق الإشارة الناتج عن دقة التأثير. ستستخدم شركة NXP وشركة LaterationXYZ الألمانية حلولًا مبتكرة لتصميم أجهزة الاستشعار لتعزيز تقنية النطاق العريض للغاية (UWB). لم يتم عرض نتائج الابتكار بشكل محدد، ولا يمكنني سوى الاستناد إلى المقالات التقنية السابقة المنشورة على الموقع الرسمي لشركة NXP للتكهن بالنتائج ذات الصلة.
أما بالنسبة لدوافع تحسين دقة تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB)، فأعتقد أن شركة NXP، بصفتها الشركة الرائدة عالميًا في هذا المجال، تسعى جاهدةً لمواجهة التحديات التقنية التي تواجهها الشركات المصنعة المحلية في مرحلة الابتكار واسع النطاق. فتقنية UWB لا تزال في طور النمو، ولم تستقر بعد تكاليفها وتطبيقاتها ونطاقها. في الوقت الراهن، ينصبّ اهتمام الشركات المصنعة المحلية على طرح منتجات UWB في السوق بأسرع وقت ممكن، والاستحواذ على حصة سوقية كبيرة، دون أن يكون لديها متسع من الوقت لتطوير دقة هذه التقنية وتحسينها. أما NXP، بصفتها إحدى الشركات الرائدة في مجال UWB، فتمتلك منظومة منتجات متكاملة وخبرة تقنية متراكمة على مدى سنوات طويلة، مما يمنحها القدرة على تنفيذ ابتكارات UWB بكفاءة عالية.
ثانياً، تتجه شركة NXP هذه المرة نحو تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) على مستوى المليمتر، كما ترى الإمكانات اللانهائية للتطوير المستقبلي لتقنية UWB، وهي مقتنعة بأن تحسين الدقة سيؤدي إلى طرح تطبيقات جديدة في السوق.
في رأيي، ستستمر مزايا تقنية النطاق العريض للغاية في التحسن مع تقدم "البنية التحتية الجديدة" لتقنية الجيل الخامس، وستتوسع نطاقات قيمتها بشكل أكبر في عملية التحديث الصناعي لتمكين تقنية الجيل الخامس الذكية.
في السابق، ضمن شبكات الجيل الثاني والثالث والرابع، كانت تطبيقات تحديد المواقع عبر الهاتف المحمول تركز بشكل أساسي على مكالمات الطوارئ، والوصول القانوني إلى المواقع، وغيرها من التطبيقات، ولم تكن متطلبات دقة تحديد المواقع عالية، حيث كانت دقة تحديد المواقع التقريبية، المعتمدة على معرف الخلية، تتراوح من عشرات الأمتار إلى مئات الأمتار. أما في الجيل الخامس، الذي يستخدم أساليب ترميز جديدة، ودمج الحزم، ومصفوفات هوائيات واسعة النطاق، وطيف الموجات المليمترية، وغيرها من التقنيات، فإن عرض النطاق الترددي الكبير وتقنية مصفوفات الهوائيات توفران الأساس لقياس المسافة والزاوية بدقة عالية. لذلك، فإن جولة أخرى من التطور السريع في مجال دقة النطاق العريض للغاية (UWB) مدعومة بالخلفية التاريخية المناسبة، والأساس التكنولوجي، وآفاق التطبيق الواعدة، ويمكن اعتبار هذا التطور بمثابة تمهيد لمواكبة ترقية الذكاء الرقمي.
ما هي الأسواق التي سيفتحها مشروع Millimetre UW؟
يتسم توزيع تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) حاليًا بتشتت نطاقها في الطرف B وتركزها في الطرف C. في التطبيقات العملية، يتمتع الطرف B بحالات استخدام أكثر، بينما يوفر الطرف C مجالًا أوسع لتحسين الأداء. برأيي، يُعزز هذا الابتكار، الذي يركز على دقة تحديد المواقع، مزايا تقنية UWB في هذا المجال، مما لا يُحقق فقط طفرات في أداء التطبيقات الحالية، بل يُتيح أيضًا فرصًا جديدة لتقنية UWB لفتح آفاق جديدة في التطبيقات.
في سوق الطرف الثاني، بالنسبة للمتنزهات والمصانع والمؤسسات وغيرها من السيناريوهات، تكون البيئة اللاسلكية لمنطقتها المحددة مؤكدة نسبيًا، ويمكن ضمان دقة تحديد المواقع باستمرار، بينما تحافظ هذه المشاهد أيضًا على طلب مستقر على إدراك تحديد المواقع بدقة، أو ستصبح قريبًا تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) على مستوى المليمتر، والتي ستستهدف ميزة السوق.
في قطاع التعدين، ومع تطور تقنيات بناء المناجم الذكية، يُمكن لحلّ "تحديد المواقع بتقنية 5G+UWB" المدمج أن يُتيح لنظام التعدين الذكي تحديد المواقع بدقة فائقة في وقت قصير جدًا، مُحققًا بذلك مزيجًا مثاليًا من دقة تحديد المواقع واستهلاك الطاقة المنخفض، ومُوفرًا خصائص الدقة العالية والسعة الكبيرة وفترة الاستعداد الطويلة. كما يُمكن استخدامه، استنادًا إلى إدارة السلامة في المنجم، لضمان سلامة العاملين فيه. وبناءً على المتطلبات الأساسية لإدارة السلامة في المناجم، سيتم أيضًا استخدام تقنية UWB في الإدارة اليومية للأفراد وتتبع المركبات. يوجد في البلاد حاليًا حوالي 4000 منجم فحم، ويبلغ متوسط الطلب على محطات البث لكل منجم حوالي 100 محطة. وبناءً على ذلك، يُقدّر إجمالي الطلب على محطات البث لمناجم الفحم بحوالي 400 ألف محطة. ويبلغ عدد عمال مناجم الفحم حوالي 4 ملايين عامل، وفقًا لمفهوم "شخص واحد لكل بطاقة"، ويبلغ الطلب على بطاقات UWB حوالي 4 ملايين بطاقة. وبحسب سعر السوق الحالي للمستخدم النهائي، تبلغ قيمة سوق أجهزة UWB (محطات البث + البطاقات) حوالي 4 مليارات.
في ظل سيناريوهات التعدين والتعدين عالية المخاطر المماثلة واستخراج النفط ومحطات الطاقة والمصانع الكيميائية وما إلى ذلك، فإن احتياجات إدارة السلامة لمتطلبات دقة تحديد المواقع تكون أعلى، وسيساعد تحسين دقة تحديد المواقع بتقنية النطاق العريض للغاية إلى مستوى المليمتر على تعزيز مزاياها في مثل هذه المجالات.
في مجالات التصنيع الصناعي والتخزين والخدمات اللوجستية، أصبحت تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) أداةً لخفض التكاليف ورفع الكفاءة. فباستخدام أجهزة محمولة مزودة بتقنية UWB، يستطيع العمال تحديد مواقع الأجزاء المختلفة ووضعها بدقة أكبر. كما أن إنشاء نظام إدارة يدمج هذه التقنية في إدارة المستودعات يُمكّن من مراقبة جميع أنواع المواد والأفراد في المستودعات بدقة وفي الوقت الفعلي، وتحقيق التحكم في المخزون وإدارة شؤون الموظفين، بالإضافة إلى تحقيق دوران مواد آلي فعال وخالٍ من الأخطاء باستخدام معدات المركبات الموجهة آلياً (AGV)، مما يُعزز كفاءة الإنتاج بشكل كبير.
بالإضافة إلى ذلك، يُمكن أن يُتيح التطور الهائل لتقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) تطبيقات جديدة في مجال النقل بالسكك الحديدية. حاليًا، يعتمد نظام التحكم النشط للقطارات بشكل أساسي على تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية، وهو ما يُعرّض نظام تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية للفشل في بيئات الأنفاق تحت الأرض، والمباني الشاهقة في المدن، والأودية، وغيرها. تُوفّر تقنية UWB دعمًا تقنيًا أكثر موثوقية لسلامة النقل بالسكك الحديدية والتحكم فيه، وذلك من خلال استخدامها في تحديد مواقع القطارات والملاحة، ودمجها في أنظمة تجنب الاصطدام والإنذار المبكر به، وأنظمة التوقف الدقيق للقطارات، وغيرها. وتوجد حاليًا تطبيقات متفرقة لهذا النوع من التقنيات في أوروبا والولايات المتحدة.
في سوق أجهزة التحكم عن بُعد، سيُتيح تحسين دقة تقنية النطاق العريض فائق السرعة (UWB) إلى مستوى المليمتر تطبيقات جديدة تتجاوز المفاتيح الرقمية في مجال المركبات. على سبيل المثال، خدمة ركن السيارات الآلية، والدفع الآلي، وغيرها. في الوقت نفسه، وبالاعتماد على تقنية الذكاء الاصطناعي، يُمكن لهذه التقنية "تعلم" أنماط حركة المستخدم وعاداته، وتحسين أداء تقنية القيادة الذاتية.
في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية، قد تصبح تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) التقنية القياسية للهواتف الذكية في ظل انتشار تفاعل السيارات مع الآلات عبر مفاتيح السيارات الرقمية. فبالإضافة إلى توسيع نطاق تطبيقاتها في تحديد المواقع والبحث عن المنتجات، يُمكن لتحسين دقتها أن يفتح آفاقًا جديدة لتطبيقات تفاعل الأجهزة. فعلى سبيل المثال، يُمكن لنطاق UWB الدقيق التحكم بدقة في المسافة بين الأجهزة، وضبط بناء مشاهد الواقع المعزز، مما يُحسّن تجربة الألعاب والصوت والفيديو.
تاريخ النشر: 4 سبتمبر 2023