便民石泥门户网站>科技>苹果新iPhone的黑科技:UWB技术揭秘

苹果新iPhone的黑科技:UWB技术揭秘

 

9月11日,苹果秋季大会在乔布斯剧院举行。以iphone 11为代表的一系列新产品揭开了他们的神秘面纱,并遇到了“水果粉”。

据信,新iphone的特性和参数已经通过引入主要媒体而为人所知。不过,有一个细节,我想知道你是否注意到了——这次发布的整个新系列的iphone都配备了支持超宽带(uwb)技术的u1芯片。

据官方宣传,这项新技术将显著提高苹果的空间意识。

然后问题出现了,空间感知意味着什么?u1芯片能做什么?超宽带超宽带技术是什么黑色技术?所有这些会导致智能设备应用的新一轮创新吗?

通过这篇文章,作者将为你一一揭示这些问题的答案。

什么是空间感知

所谓空间感知能力就是感知方位的能力。更直接的说,是定位能力。

据苹果介绍,带u1芯片的新款iphone进一步改善了手机的定位功能。它不仅能感知自己手机的位置,还能感知附近其他手机的位置。

当使用airdrop(苹果设备提供的一种无线文件共享功能)时,基于u1芯片提供的空间感知,系统将通过简单地将您的iphone指向其他人的iphone来区分优先级(您离得越近,优先级越高),从而允许您更快地共享文件。

说白了,凭借u1的定位能力,iphone11可以达到“一靠近我就得到回应”的应用效果。

说到定位,我相信每个人都很熟悉。我们经常使用高德地图或百度地图等具有定位和导航服务的应用。

位置服务帮助我们掌握位置信息,指明方向,增强我们的安全感和控制力,给我们的工作和生活带来极大的便利。

那么,超宽带技术和我们现在常用的定位技术有什么区别呢?

常用的定位技术包括卫星定位和基站定位。

卫星定位是一种利用人造地球卫星进行点对点测量的技术。它也是使用最广泛和最流行的定位技术。它具有精度高、速度快、成本低的特点。

美国全球定位系统(gps)、中国北斗(bds)、欧洲伽利略(galileo)和俄罗斯全球导航卫星系统(glonass)都被称为卫星定位系统。

基站定位的原理类似于雷达。众所周知,雷达定位是发射雷达波,根据目标的反射计算空间位置。

如果基站被定位,基站相当于“雷达”。

通常,在一个城市里,手机会被多个基站的信号覆盖。移动电话将“测量”不同基站的下行链路导频信号,以获得每个基站的信号toa(到达时间)或tdoa(到达时间差)。根据该测量结果,结合基站的坐标,可以计算移动电话的坐标值。

画一幅画,一看就明白了:

上述所有定位方法都有明显的缺点,即不能穿透建筑物,也不能实现室内定位。

卫星定位要求接收器接收足够的卫星信号。当进入房间或有掩体时,卫星信号非常弱,无法有效定位。

上图显示手机在室外接收的gps定位信号,下图显示手机在室内接收的gps定位信号。

从图中可以看出,当发现的卫星数量减少时,定位误差从10米增加到66米。

一方面,卫星和基站定位技术不能满足室内定位的需要。另一方面,室内定位的商业场景越来越多,如地下车库导航、商场寻找商店和商品,甚至儿童失踪,所有这些都迫切需要室内定位。

在需求日益增长的背景下,人们开发了一系列技术来尝试使用其他类型的锚节点来提供定位能力。这包括无线网络、蓝牙、超宽带和其他技术。

什么是超宽带

Wi-fi和蓝牙是每个人都熟悉的。那么,什么是超宽带?

超宽带是超宽带、超宽带技术。它起源于20世纪60年代出现的脉冲通信技术。

了解通信的学生都知道一般的通信系统使用高频载波来调制窄带信号,并且通信信号实际占用的带宽不高。

Uwb不同于传统的通信技术,后者通过发送和接收纳秒或微秒的极窄脉冲来实现无线传输。由于脉冲时间宽度极短,可以实现超宽带频谱:使用的带宽超过500mhz。

美国联邦通信委员会(fcc)已经为超宽带总共分配了7.5千兆赫的频带,从3.1千兆赫到10.6千兆赫,并且对其辐射功率施加了比fcc第15.209部分更严格的限制,将其限制在-41.3千兆赫的频带

简而言之,该技术通过超大带宽和低传输功率实现了低功耗水平下的快速数据传输。

由于超宽带脉冲的时间宽度非常短,高精度定时也可用于距离测量。

与wi-fi和蓝牙定位技术相比,超宽带具有以下优势:

1)强多径阻力和高定位精度:带宽决定了多径环境下信号的距离分辨率(比例关系)。Uwb具有宽带宽和强多径分辨率。它可以区分和消除大多数多径干扰信号的影响,获得高精度的定位结果。超宽带可以实现比其他传统系统更高的距离分辨率,在复杂环境下,其精度甚至可以达到wi-fi和蓝牙等传统系统的100倍。

2)时间戳精度高:超宽带脉冲信号的带宽在纳秒级。根据时间计算位置时,引入的误差通常小于几厘米。

3)强电磁兼容性:超宽带传输功率低,信号带宽宽,可以很好地隐藏在其他类型的信号和环境噪声中。传统接收机无法识别和接收,解调只能采用与发射端一致的扩频码脉冲序列进行,不会对其他通信业务造成干扰,同时也可以避免其他通信设备的干扰。

4)高能效:超宽带的射频带宽超过500mhz,可以提供很大的扩频增益,使超宽带通信系统更节能。这意味着在相同发射功率限制下,电池供电设备可以大大延长系统的工作时间,或者覆盖面积比传统技术大得多。通常,在短程应用中,超宽带发射机的发射功率通常小于1mw;在长距离应用中,不需要额外的功率放大器来达到200米的距离,同时实现6.8mbps的空气速度。基于上述技术优势,超宽带可以形成高精度的室内定位系统。

超宽带与其他定位技术的比较

目前,有三种常用的超宽带测距方法,即:

(1)飞行时间(tof):测距是通过测量基站和标签之间超宽带信号的飞行时间来实现的。

(2)时差(到达时间差):通过使用从标签到达每个基站的超宽带信号之间的时间差来进行定位。

(3) PDOA(到达相位差):基站和标签之间的方位角关系通过使用到达相位的角度来测量。

由于空间限制,我们将在下面详细介绍uwb算法原理。

超宽带的工业发展

2002年以前,超宽带被广泛用于军事目的。2002年,美国联邦通信委员会(fcc)在发布超宽带技术并允许其进入民用领域之前,对超宽带施加了严格的功率限制。

此后,超宽带技术进入了快速发展时期,各种技术方案也围绕超宽带国际标准的制定展开了激烈的竞争。

2007年,ieee将超宽带技术标准化为802.15.4a标准。经过近十年的发展,超宽带标准不断提高。

谈到uwb的产业链,我们必须提到decawave。

Decawave是已知唯一支持ieee 802.15.4的uwb定位芯片制造商。他们以几美元的零售价出售低成本芯片。芯片型号为dw1000,符合ieee 802.15.4-2011 uwb标准协议(在理想条件下,最大可测量范围为300米)。

Dw1000芯片

苹果产品发布后,基于DECAAVE芯片dw1000的定位公司intranav重复了两条推文,声称其套件支持与iphone11的互操作性,DECAAVE也转发了这条推文。这表明苹果u1具有支持ieee 802.15.4的巨大潜力。

从事超宽带技术研究的其他制造商包括ubisense和bespoon。

这些制造商已经使用了他们自己的uwb解决方案,通常采用模块套件的形式,但没有一家支持ieee 802.15.4。

为了实现更好的空间感知,需要生态支持。为了构建整个应用生态,不同的制造商需要实现互操作性和兼容性。可以预测,未来所有制造商的设备都将支持ieee 802.15.4标准。

超宽带的定位效应

为了客观判断不同的室内定位技术,许多国际组织都积极组织室内定位竞赛。

目前,三项国际高标准室内定位比赛包括:

1)微软室内本地化竞赛

2)由国家标准技术研究院(nist)组织的智能手机室内本地化应用的性能评估

3)国际室内定位和室内导航会议(ipin)室内定位竞赛:ipin竞赛

微软的milc竞赛被认为是评判高精度室内定位技术的最佳舞台。

以下是基于基础设施组前三名的milc竞赛结果列表:

可以看出,从2015年起,超宽带逐渐显示出其优势,成为高精度定位技术中最有前途的技术。同时,dw1000的decawave也是具体定位方案中的主流选择。在8支获胜的uwb队伍中,7支使用了dw1000。

2018年比赛使用性能极高的激光slam构建地图(左),并在此基础上实时输出真实位置轨迹(右),从而作为比赛的评估依据

比赛场地位于葡萄牙波尔图证券交易所。环境非常复杂。

2018年的比赛是第一次评估动态准确性。比赛场地非常复杂,结果非常有针对性。

安东尼·罗来自卡内基梅隆大学的团队值得一提。这个团队是室内定位领域的领导者。它三次进入前三名,并在2018年获得第一名和第二名。

更重要的是,2018年,该团队的第一条技术路线是超宽带+增强现实(ar),而iphone 11 pro成为第一款支持ar和超宽带的手机。这足以证明这个团队有很强的技术洞察力。

此外,来自中国的南京友邦电子科技有限公司也值得关注。

他们是一个新团队,一年后进入uwb市场,他们参加了2018年的比赛,并列第二。这是国内队在这场比赛中迄今为止最好的成绩。

上图显示了南京爱Sb游戏团队在比赛中的实时输出轨迹。可以看出,除了少数区域,大多数区域输出高度精确的定位坐标。蓝色是激光猛击的实时轨迹,绿色是Aistibium团队输出的轨迹,红色是矢量误差。

上图显示了参与团队之间平均定位误差的比较。该队的平均定位误差为0.4米,而一些传统强队,如赛马场、俄罗斯研究所等。,也使用了uwb技术,仅取得了接近1米或更差的成绩,这充分说明了2018年比赛的难度。

结论

总之,这款新iphone对超宽带的全力支持是超宽带技术大规模商业推广的一个非常宝贵的机会。这也将加速超宽带上下游产业链的发展和成熟。

随着5g的出现,我们正在加速迈向万物互联的时代。越来越多的物联网设备和应用将会出现。超宽带技术可以根据自身特点与这些物联网场景紧密结合,为用户提供更好的服务体验。

包括智能家居、增强现实、移动支付、护理和跟踪、地质勘探、室内导航等,将是超宽带技术的潜力所在,具有非常广阔的发展前景。

据相关机构预测,超宽带技术未来将占据室内定位市场30%~40%的市场份额,预计2022年市场规模将达到164亿美元。

让我们拭目以待超宽带的光明未来!

资料来源:信息技术之家

密切关注通化顺金融微信公众号(ths518),获取更多金融信息

彩票app 秒速赛车pk10官网 极速赛车购买 上海快三 浙江十一选五开奖结果

作者:匿名

© Copyright 2018-2019 redroving.com 便民石泥门户网站 Inc. All Rights Reserved.