精確度達(dá)30厘米范圍，超精準(zhǔn)GPS芯片將在2018年“空降”智能手機(jī)

我們都曾有過(guò)這樣的混亂經(jīng)歷。你正在高速公路上行駛，遵從谷歌地圖所指示的路線。Siri 忽然告訴你，“向東行駛半英里，然后進(jìn)入高速公路”，但你這時(shí)發(fā)現(xiàn)，你已經(jīng)在高速公路上了。經(jīng)過(guò)一陣慌亂，再爆上幾句對(duì) Siri 及其 AI 家族的粗口，您逐漸意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題：你的 GPS 還不夠準(zhǔn)確，還不能讓你的導(dǎo)航應(yīng)用程序知道，你到底是在高速公路上，還是在公路旁邊。

這樣的日子馬上要結(jié)束了。

在近日在波特蘭舉行的 ION GNSS +會(huì)議上，Broadcom 宣布，它正在對(duì)一款面向大眾市場(chǎng)的新型芯片進(jìn)行采樣測(cè)試，該芯片可以利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)，并將為下一代智能手機(jī)提供 30 厘米的精確度，遠(yuǎn)超現(xiàn)在的 5 米精確度。

更好的消息是，該芯片在城市的混凝土叢林中仍可以工作，它消耗的功率只有當(dāng)今芯片的一半。這款 BCM47755 芯片已被列入 2018 年發(fā)布的一些智能手機(jī)設(shè)計(jì)，但 Broadcom 不會(huì)透露到底是哪些智能手機(jī)。

GPS 和其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星服務(wù)（GNSS），如歐洲的 Galileo，日本 QZSS 和俄羅斯的 Glonass，允許接收機(jī)通過(guò)計(jì)算自己距離三顆或更多衛(wèi)星的距離來(lái)確定其位置。所有 GNSS 衛(wèi)星，哪怕是最舊的一代現(xiàn)役衛(wèi)星，都廣播發(fā)送一個(gè)被稱(chēng)為 L1 信號(hào)的消息，該消息中包括衛(wèi)星的位置，時(shí)間和識(shí)別簽名模式。除了傳統(tǒng)的 L1 信號(hào)之外，新一代衛(wèi)星以不同的頻率廣播被稱(chēng)為 L5 的更復(fù)雜的信號(hào)。基于信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)的時(shí)間長(zhǎng)度信息，接收機(jī)可以利用這些信號(hào)來(lái)確定自己與每顆衛(wèi)星的距離。

Broadcom 的接收機(jī)首先用 L1 信號(hào)鎖定衛(wèi)星，然后用 L5 精確計(jì)算出位置。L5 信號(hào)更加優(yōu)越，特別是在城市地區(qū)，因?yàn)樗?L1 更不容易被多路徑反射所扭曲。

在一個(gè)城市中，衛(wèi)星信號(hào)要么直接到達(dá)接收機(jī)，要么通過(guò)彈跳一個(gè)或多個(gè)建筑物才到達(dá)接收機(jī)。直接信號(hào)和任何反射到達(dá)的信號(hào)具有稍微不同的到達(dá)時(shí)間，如果它們彼此重疊，則它們的疊加會(huì)形成一種信號(hào)斑點(diǎn)。接收器通過(guò)尋找該斑點(diǎn)的峰值來(lái)確定到達(dá)時(shí)間。但是斑點(diǎn)越混亂，所能確定的精確度就越低，最終計(jì)算的位置就越不準(zhǔn)確。

L5 信號(hào)非常短暫，反射信號(hào)不太可能與直接信號(hào)重疊。接收機(jī)芯片可以簡(jiǎn)單地忽略掉它接收到的第一個(gè)信號(hào)——直接路徑信號(hào)——之后的任何信號(hào)。Broadcom 芯片還使用載波信號(hào)相位中的信息來(lái)進(jìn)一步提高精度。

雖然目前市場(chǎng)上也有使用 L5 的先進(jìn)系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)通常用于工業(yè)目的，如油氣勘探。Broadcom 的 BCM47755 是第一個(gè)使用 L1 和 L5 的大眾市場(chǎng)芯片。

為什么這一產(chǎn)品到了現(xiàn)在才發(fā)布？Broadcom GNSS 產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總監(jiān) Manuel del Castillo 說(shuō)：“過(guò)去，軌道上一直沒(méi)有足夠多的 L5 衛(wèi)星。現(xiàn)在，在我們所處的位置，軌道上有大約 30 顆這樣的 L5 衛(wèi)星，這些衛(wèi)星作為一個(gè)組群只飛過(guò)日本-澳大利亞軌道。現(xiàn)在，即使從一個(gè)城市上方的狹窄天空窗口，你也可以看到六七個(gè)衛(wèi)星了。這相當(dāng)不錯(cuò)了。所以現(xiàn)在是正確的時(shí)機(jī)。”

Broadcom 必須在智能手機(jī)有限的功率預(yù)算范圍內(nèi)提高精確度。從根本上說(shuō)，這歸結(jié)為三件事情：轉(zhuǎn)向更節(jié)能的 28 納米芯片制造工藝，采用新的無(wú)線電架構(gòu)（Broadcom 不會(huì)公開(kāi)細(xì)節(jié)），并設(shè)計(jì)省電的雙核傳感器集線器。與 Broadcom 之前的芯片相比，它們總共節(jié)省了 50%的功率。

在智能手機(jī)中，傳感器集線器從系統(tǒng)的傳感器獲取原始數(shù)據(jù)，并處理它，提供手機(jī)的應(yīng)用處理器所需的信息，從而將計(jì)算負(fù)擔(dān)及其伴隨的功率從應(yīng)用處理器中抽出。例如，傳感器集線器可能會(huì)監(jiān)視加速度計(jì)，查找信號(hào)以偵測(cè)你是否已將手機(jī)的方向從垂直翻轉(zhuǎn)到水平。然后，它將向應(yīng)用處理器發(fā)送相當(dāng)于單詞“水平”的信號(hào)，而不是發(fā)送復(fù)雜的加速度流信息。

BCM47755 中的傳感器集線器利用了 ARM 的“big.LITTLE”設(shè)計(jì)，這是一個(gè)雙核架構(gòu)，用一個(gè)簡(jiǎn)單的低功耗處理器核與一個(gè)更復(fù)雜的核配對(duì)。低功耗核（目前是 ARM Cortex M-0）可處理簡(jiǎn)單的連續(xù)任務(wù)。復(fù)雜核 Cortex M-4 功能更強(qiáng)大，但功耗更高，僅在需要時(shí)才啟動(dòng)。BCM4775 只是在全球推出的厘米級(jí)導(dǎo)航精度的最新發(fā)展。博世，Geo ++，三菱電機(jī)和 U-blox 已于八月份成立了名為 Sapcorda Services 的合資公司，以提供厘米級(jí)的精確度。Sapcorda 似乎依靠使用地面站來(lái)測(cè)量 GPS 和 Galileo 衛(wèi)星信號(hào)由于大氣扭曲造成的誤差。然后，這些測(cè)量值將被發(fā)送到手機(jī)和其他系統(tǒng)的接收器，以提高精確度。

日本的19億美元的 Qasi-Zenith 衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）也依賴于糾錯(cuò)機(jī)制，但它通過(guò)增加一組衛(wèi)星來(lái)增加城市導(dǎo)航;這樣可以保證，即使在東京最密集的地區(qū)，也至少有一顆衛(wèi)星是直接可見(jiàn)的。這四顆衛(wèi)星中的第三顆是 8 月份剛發(fā)射的，第四顆計(jì)劃在10月份發(fā)射，該系統(tǒng)將于 2018 年上線。

（本刊綜合整理）（編輯/小文）