精位科技

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国产首款UWB芯片掀起的蝴蝶效应

2019-3-28 14:38:51 显示全部楼层
成都市新能源汽车产业联盟特聘专家
TIAA电子科技大学校友会/电子科技大学车联网校友会执行秘书长
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20193月,位于西部的精位科技发布了国产首款自主可控的UWB定位芯片,精位心,自主芯。精位科技结合自身产业优势,融合十余年自主研发UWB完整掌握的关键核心技术,推出国内首颗(国际范围第二颗)UWB定位芯片“JR3401”,填补国内空白,并在多项指标上达到甚至超过国外同类产品。JR3401室内定位芯片完成3G-4GHz 宽带脉冲调制信号的放大、滤波、包络检波、检波后的脉冲基带信号放大驱动、基带脉冲比较器、高速基带脉冲 ADC、数字脉冲信号输出和LDO。芯片集成 SPI 接口,通过该接口实现芯片的工作模式配置及性能指标优化,采用0.18um RF CMOS 工艺实现高度集成的UWB 定位接收芯片,以此做成接收模组,再加上精位科技的发射模组,以及精位科技的精位云定位引擎平台,就可以灵活方便得组建室内厘米级实时定位系统。
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同时精位科技给出了今后UWB芯片研发里程表,自20193月发布第一代UWB接收射频芯片JR3401,计划20203月发布第二代单模SOC芯片JW600202011月发布第三代多模SOC芯片JW800,到20215月发布第四代室内外融合定位芯片JW900,目前自动驾驶室内外定位融合应用开始提上日程。
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1. UWB定位技术优势
超宽带技术(UWB)是与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,工作在3.1~10.6GHz频段。目前,包括美国日本加拿大、欧洲等国家都在研究这项技术,中国电子科技大学潘锦教授电磁辐射与散射团队对此研究20多年,积累丰富的经验。UWB技术是一种传输速率高,发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,无载波。正是这些优点,使它在室内定位领域得到了较为精确的结果在无线室内定位领域具有良好的前景。超宽带室内定位系统则包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签。定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号,通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰,得到含有效信息的信号,再通过中央处理单元进行测距定位计算分析。UWB采用TDOA测距定位算法,就是通过信号到达的时间差,通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。
² 定位精度高
定位精度在厘米量级,其精度远远高于WIFI和蓝牙定位
² 精度、安全性、穿透性、抗干扰性均高于同类技术。
² 系统容量大,传输速度快
10m的范围内可以100MB/s的速率传输数据
² 发射功率低
可以极低的功耗实现长时间的待机,发射机功率低于1mW
² 多径分辨率高
具有较强的时间和空间分辨率,在建筑密集场合有良好定位效果
² 实时性好
相对于其他定位技术,UWB定位一个很大的优势就是它具有较好的实时性。
² 系统保密性好
信号的功率谱密度低,难以从环境噪声中甄别,保证了安全性
² 可应用于对定位精度要求较高的场景
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2. UWB定位市场容量
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潜在市场
1999年至2018年中国计算机、通信及其他电子设备营业收入及同比情况,对于UWB产业而言均为潜在市场
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2022年全球定位市场规模将达到409.9亿美元
根据市场调研机构Markets & Markets的数据,全球室内定位服务的市场规模在2014年约为9.35亿美元,2016年即达到了47.2亿美元,  未来几年内,室内定位的全球市场将以42.0%的CAGR增长,市场规模预计从2017年的71.1亿美元扩大到2022年的409.9亿美元。
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市场主要集中在美欧(占32%28%),在亚太地区有极大的发展空间(占18%),绝大部分市场是在中国,得益于中国近几年制造行业、消费行业经济的快速发展。
预计2018-2022年期间,UWB技术将广泛渗透进入智能制造、智能建设、养老医疗、公共安全、物流运输等行业的室内定位系统应用。预测UWB定位系统未来将会在室内定位市场中占据30%-40%的市场份额。
UWB定位
2018年
2019年
2020年
2021年
2022年
全球
30 - 41
43- 57
61 - 81
86 - 115
123 - 164
中国
5.4 - 7.4
7.7 -10.2
11 - 14.6
15.6 - 20.8
22.1 - 29.5
2018-2022年,UWB室内定位系统预计所占市场规模情况表(单位:亿美元)
3. 苹果三星入局file:///C:\Users\xujiawen\AppData\Local\Temp\ksohtml2356\wps161.pngfile:///C:\Users\xujiawen\AppData\Local\Temp\ksohtml2356\wps162.pngUWB
苹果表示未来苹果手机将会有UWB 部分组件,作为室内定位和导航组件,为此申请了超宽带系统的脉冲整形互操作协议专利号US201900070932019年的iPhone手机将获得超宽带天线,以前称为UWB“ 脉冲无线电,这是一种非常有用的技术,使用非常低的能量水平用于短程,高大部分无线电频谱上的带宽通信。UWB有很多应用,一些更有趣的是精确的室内定位和跟踪,透视墙雷达成像,与其他外围设备的低功率通信,甚至健身监控,密切关注生命体征人体的一部分,如心率和呼吸信号,以及人体步态分析和跌倒检测。
三星早在2006年的CeBIT2006展览上便展示过UWB原型手机,而在近年也开发了基于UWB技术的无线显示器CA750系列,为此三星申请的了不少UWB专利。
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苹果和三星一直是UWB联盟的积极参与者,该联盟起初规模不大。随着苹果和三星向他们提供投入,形成标准流程,UWB将在智能手机及相关生态系统中的地位进一步提升,成为一个不错的选择。UWB是替代蓝牙的技术,将会有广阔的成长空间。在未来除了苹果会采用UWB外,其他厂商也会相继跟进,这是UWB技术最大的成长空间,未来将会有很大的市场潜力。

4. UWB未来应用场景
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1) 智能家居系统
基于UWB超宽带通信系统,可用极快的数据传输速率实现家居多媒体互联,以及实现室内精确定位等功能。
智能化家居系统.png
2) 仓储物流
通过UWB的高精度定位和实时定位,可以准确的获取物流仓储、人员情况等位置信息,利于提高管理效率,安全有效
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3) 自动驾驶
车辆实现自动驾驶需要知道车辆在道路的精准位置信息,相比于其他整套系统高昂的成本,UWB在精度以及价格上优于大部分的技术
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4) 高风险工作场地
凭借UWB定位的精确性,可以监视高风险性场所人员活动情况,以保证安全。如核电站、监狱等场所。
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5) AGV机器人
AGV机器人是一种工业化自动运输车,引入UWB技术可以减少工人劳动强度。提升货物运输操作准确性,防止不正确操作所带来的的损失。
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6) 工业制造
采用UWB技术实时定位工厂设备、工厂员工,提升管理效率。设置电子围栏以加强工厂安全性管理。可实现记录人员设备历史轨迹等功能
7) 体育娱乐
目前智能足球、智能舞台灯光、智能冰雪运动等都开始应用精准定位技术,UWB芯片出来带来的应用更多。
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5. 蝴蝶效应
蝴蝶效应(The Butterfly Effect,由美国气象学家洛伦兹1963年提出。事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件的极小偏差,都将可能会引起结果的极大差异。
目前UWB超宽带技术正处于发展初级阶段,精确定位技术的商业化正在进行之中,定位算法还有待改进完善。随着超宽带技术的不断成熟和发展,市场需求的不断增加,相信超宽带定位技术就可以完全满足实现商业化,精确的超宽带定位系统将会得到广泛应用。精位科技出品的国产第一款UWB芯片,随着其批量应用及合作伙伴的增多影响力渐盛,给国内精准定位市场带来的冲击日渐扩大,必然打破并改变目前DW1000室内精准定位应用市场一统天下的格局。
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curton

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