欢迎来到中国产业信息网设为首页|加入收藏|网站地图|繁体|产业网微薄

中国产业信息网行业频道

产业网 > 行业频道 > 通信产业 > 通信产业 > 正文

2019年上半年中国无载波通信技术作用、室内定位的应用与优势及无载波通信技术应用领域分析[图]

2019年09月24日 13:14:14字号:T|T

    UWB在早期被用来应用在近距离高速数据传输,近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。

    UWB(UltraWideband)是一种无载波通信技术,利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展,认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。

    UWB的出现顺应了电子行业发展的趋势。随着AppleWatch、AirPods等穿戴式设备的兴起,用户对于不同设备之间的互联互通要求日益提升。不同于普通计算机局域网,个人局域网中设备之间的差异极大,在传输速度、传输距离、功耗、安全性等方面有着不同的要求。

    WiFi、蓝牙、NFC等是个人局域网通信的几种重要方式。基于传输速度、距离、耗电量、安全性、价格或者用户特殊的需求等方面,这几种技术在不同的场合有着各自的优势。比如:WiFi传输距离远,价格便宜,因此被广泛被使用,但是WiFi也存在着安全性性能不高、传输速率偏慢的缺点;NFC对数据有着较高的安全保护,因此被用在支付相关的应用,但是传输距离较短。相比其他几种个人局域网的通信方式,UWB技术最大的特点是传输速率快(110Mb/s)、安全性能高、功耗低,但是传输距离有限,因此UWB适合应用在小范围、高分辨率的图像和视频的无线个人局域网。

UWB具备最高的无线传输速度

标准
蓝牙
UWB
ZigBee
Wi-Fi
IEEE规范
802.15.1
802.15.3a*
802.15.4
802.11a/b/g
最大信号速度
1Mb/S
110Mb/s
250Kb/s
54Mb/s
传输距离范围
10m
10m
10-100m
100m
理想环境下的
编码效率(%)
94.41
97.94
76.52
97.18

数据来源:公开资料整理

    一、UWB作用

UWB具备低功耗传输数据特性

数据来源:公开资料整理

    日本著名话筒厂商铁三角公司从2008年开始就致力于UWB技术的开发,推出了SpectraPulseUWB无线麦克风系统,这款产品能绕过日益拥挤的射频环境,另外,其安全程度是以前商业无线麦克风从未达到的高度,是公司会议、审判、政府和商业活动的理想选择。近些年,随着市场需求的增加,铁三角公司又专门成立了一个子公司Alteros,专注于高级的技术解决方案来帮助解决用于现场音频制作、广电、体育赛事、剧场等场景下日益变窄的频谱的一系列问题,其立足的核心就是UWB无线传输,Alteros开发了GTX系列产品,包括麦克风、发射器、接收器、控制器等。GTX产品传输每个脉搏都非常短,持续时间只有2.5纳秒,因为这意味着系统几乎总是处于“关闭”状态。系统只有1.2%的时间处于打开状态(即发送信号),其余98.8%的时间处于关闭状态。由于这个非常短的占空比,GTX24发射机信号对周围设备不可见,既能提高安全性能,同时更节能。

    美国计算机外设连接领域领先的厂商IOGEAR,基于UWB技术发开了多款无线USB产品,能实现1080P视频的高速传输。

    UWB满足了VR/AR对无线传输速度提出的更高要求,4KVR要求20-40Mbps的传输速度,8KVR要求高达90-130Mbps。传统的WiFi传输速率较低,UWB技术的高速传输性能有望在VR/AR的个人局域网内容传输发挥上巨大作用。

    UWB技术也可以解决VR/AR的精准定位和动作捕捉,实现无区域互动、手指操作实现多种姿势随意转换等功能。

    二、室内定位

    空间定位技术分为室外和室内定位技术。室外定位主要是基于卫星定位技术,主要包括GPS、北斗、伽利略、GLONASS这四大卫星定位系统。随着现代化建筑规模越来越大、地下建设越来越频繁、工厂安全和高效生产的需求越来越高、以及基于物联网和大数据分析的需求,室内定位技术需求越来越来多,而传统的卫星信号会受到建筑物的干扰,因此“最后一公里”定位技术迎来巨大机遇。多种室内定位技术快速发展,如蓝牙、wifi、有源RFID、UWB等,商业级室内定位已经进入快速发展期,而消费级定位也已经进入导入期。

    基于医疗、零售、工业生产以及自动驾驶等行业的强劲需求,预测,全球实时定位系统市场规模将由2018年的31.9亿美元,增长到2023年的87.9亿美元,市场规模CAGR为22.5%。

2017-2023年全球实时定位系统市场规模及预测(亿美元)

数据来源:公开资料整理

    室内定位技术多种多样,按照信号源划分,目前技术相对成熟有蓝牙、WiFi,以及异军突起的UWB技术,此外,部分细分领域也运用ZigBee、RFID等定位技术。

    WiFi定位开始于2010年前后,首先应用于定位标签的人员监控。2013年,基于手机的WiFi探测等应用也崭露头角。目前,WiFi定位是比较流行的一种室内定位技术,其定位方法是基于信号强度的传播模型法等,适用于米级定位精度的一些场景,如:对人/车的定位导航,医疗机构商场、主题公园等。华为、Google、Cisco、Motorola等公司是商业Wi-Fi米级定位解决方案的主要参与者。

    蓝牙定位开始于2014年左右,也是首先开始于监控定位领域。2017年7月,蓝牙mesh正式推出,在一年半的时间里,已经有超过105种具有蓝牙mesh网络功能的产品获得认证,其中包含芯片、协议栈、模组及终端产品供应商等。全新蓝牙5.1标准新增了寻向功能,可帮助设备明确蓝牙信号的方向,实现更高精度的定位。蓝牙传输不受视距的影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。另外,蓝牙定位范围较短,一般只有10m左右,不适合空旷的场合。Nokia推出的HAIP和苹果公司推出的iBeacon都是基于蓝牙定位技术的解决方案,但尚没有大规模推广。

    三、UWB优势

    定位精度高:带宽决定了信号距离的分辨能力(成正比关系)。超宽带的带宽很宽,这给超宽带系统带来了一个优势,即它可以在距离分辨能力上高于其他传统系统,而分辨能力的精度在特定条件下是传统系统的百倍以上。超宽带脉冲信号的宽带在纳秒级,定位精确度通常小于几厘米。

    安全性高:UWB的发射功率低,信号能够很好地隐蔽在其他类型信号和环境噪声之中,传统的接收机无法识别和接收,必须采用与发射端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调,系统具有较强的系统安全性。

    系统稳定性和抗干扰能力强:从射频机制层面来说,UWB发射的脉冲波抗干扰能力就比连续的电磁波强,并且UWB工作的频段在3GHz-10GHz,相比2.4G频段的无线定位技术,外界的干扰信号也少很多。

    传输速率高:信道容量与带宽成正比,UWB具备较宽的带宽,具备较高的传输速率高。

    功耗较低:超宽带无线电具有的1GHz以上的射频带宽,发射时需要的平均功率很低。特别是在短距离通信应用中,UWB发射机的发射功率普遍低于1mW;较低的发射功率可以延长系统的工作时间,而且发射功率较低,对人体的电磁波辐射也会很小。

WiFi和蓝牙、UWB的定位区别

定位技术
定位精度
安全性
穿透性
抗干扰
功耗
辐射
定位最远距离
建设成本
应用行业
WIFI
3-10m
较高
较强
较高
30-50m
较高
商业、工业
蓝牙
3-5m
较高
较低
较低
10m
较高
商业
UWB
0.1-0.15m
非常高
200m
较高
工业

数据来源:公开资料整理

    四、应用领域

    相比于消费级(ToC)类应用,企业级(ToB)更注重技术性能,对价格敏感度更低,而UWB定位技术相对于其他定位技术,具备高精度、更高的安全性、低延时、高传输速率、稳定性高等指标,在企业级市场已获得应用,主要包括司法监狱、医院、矿井、化工厂、工厂与仓库等对于物资或者人员管理需求比较高的应用场景。根据物联传媒,仅仅一次性建设成本,中国企业级定位市场的潜在需求将会达到千亿级别以上,加上后续的营运,市场规模则更为庞大。

中国企业级UWB市场规模预测

应用场景
数量
单价(万元)
市场总计(亿元)
三级医院
2000家
300
60
养老院
15000家
50
75
化工厂
25000家
80
200
电厂
1300家
400
52
会展
6000场/年
50
30/年
工厂、仓库
50000家
80
400
停车场
50000处
20
100
看守所
7000个
40
28
监狱
680家
500
34
博物馆
5200家
30
15.6
煤矿矿井
3800处
50
19
其他(其他矿井、隧道、
建筑工地、机场、港口等)
-
-
300

数据来源:公开资料整理

    2018年中国UWB企业级应用市场规模为10.9亿元,预计2020年,中国UWB定位企业级应用市场规模为121.1亿元,未来4年CAGR为83%。

2019年中国企业级UWB定位应用市场细分领域占比

数据来源:公开资料整理

2016-2022年中国UWB定位企业级应用市场及增速(亿元)

数据来源:公开资料整理

    五、物联网技术应用

    2019年6月,中国工业和信息化部正式向中国移动、中国联通、中国电信和中国广电发布了四张5G商用牌照,这意味着国内正式迈进5G时代。相比可打电话的2G、能够上网的3G、满足移动互联网用户需求的4G相比,逐步可以商用的5G在多重性能上更胜一筹。5G最大的两个特点是增强移动宽带和低时延/高可靠,这将助推机器进入万物互联的时代,即物联网时代,而位置信息能为智慧家庭、零售、制造、医疗、机器人等行业提供十分准确的位置信息数据,是物联网时代的重要基础。室内定位技术作为物联网感知网络的底层基础,自然能够获得更大的市场机遇。

    UWB定位技术拥有高精度、高安全性、高抗干扰能力等特点,这些优秀的特质使得UWB在消费市场具备极大的应用潜质,总结起来UWB的应用当前主要集中在三个场景:智慧门禁,定位服务和设备间联通服务。

UWB技术应用的三个场景

数据来源:公开资料整理

    智慧门禁:UWB测量的实时精确度意味着支持UWB的系统可以高度确定地知道设备的精确位置以及设备是静止的还是朝向或远离给定对象移动。例如:启用UWB的系统可以感知用户是否正朝着锁着的门移动,并且可以知道用户在门口的内侧或外侧,受验证安全凭据,并让授权的个人通过入口,而无需出示凭据。与蓝牙BLE和近场通信(NFC)等其他连接技术相结合,UWB可以嵌入在手机、徽章和其他可穿戴设备中工作,甚至可以在设备关闭或处于睡眠模式时锁定或解锁门。

    定位服务:UWB提供非常精确的定位,即使在拥挤的大型场馆(如:机场、购物中心或多层停车库)中,也能给用户提供准确的导航,还支持有针对性的数字营销活动和步行流量数据。零售商可以提供定制服务,政府机构可以定制通知,娱乐场所可以提供个性化推荐。

    设备间联通服务:基于到达角(AOA)技术,两个UWB设备可以共享相对的测距和定位数据,从而实现彼此精确定位。这使得两个有手机的人能够精确地定位对方,父母和儿童或宠物保持在一定距离范围内,搭车的顾客可以在车辆的海洋中找到他们的司机。在智能家庭中,当用户进入房间时,联网设备可以自动响应实现开灯、设置温度,播放音乐等等功能,电视可以根据沙发上的观众选择播放的节目。

    相关报告:智研咨询发布的《2020-2026年中国无载波通信技术行业竞争格局及销售渠道分析报告

中国产业信息网微信公众号中国产业信息网微信公众号 中国产业信息网微信服务号中国产业信息网微信服务号
版权提示:中国产业信息网倡导尊重与保护知识产权,对有明确来源的内容注明出处。如发现本站文章存在版权、稿酬或其它问题,烦请联系我们,我们将及时与您沟通处理。联系方式:gaojian@chyxx.com、010-60343812。
 

精彩图片

 

 

产业研究产业数据

 

 

 排行榜产经研究数据