精確度達30 厘米范圍，超精準GPS 芯片將在2018 年“空降”智能手機

精確度達30 厘米范圍，超精準GPS 芯片將在2018 年“空降”智能手機

Broadcom公司

我們都曾有過這樣的混亂經歷。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，然后進入高速公路”，但你這時發現，你已經在高速公路上了。經過一陣慌亂，再爆上幾句對Siri及其AI家族的粗口，您逐漸意識到了這個問題：你的GPS還不夠準確，還不能讓你的導航應用程序知道，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束了。

在近日在波特蘭舉行的IONGNSS+會議上，Broadcom宣布，它正在對一款面向大眾市場的新型芯片進行采樣測試，該芯片可以利用全球導航衛星信號，并將為下一代智能手機提供30厘米的精確度，遠超現在的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今芯片的一半。這款BCM47755芯片已被列入2018年發布的一些智能手機設計，但Broadcom不會透露到底是哪些智能手機。

GPS和其他全球導航衛星服務（GNSS），如歐洲的 Galileo，日本 QZSS和俄羅斯的Glonass，允許接收機通過計算自己距離三顆或更多衛星的距離來確定其位置。所有GNSS衛星，哪怕是最舊的一代現役衛星，都廣播發送一個被稱為L1信號的消息，該消息中包括衛星的位置，時間和識別簽名模式。除了傳統的L1信號之外，新一代衛星以不同的頻率廣播被稱為L5的更復雜的信號。基于信號從衛星到接收機的時間長度信息，接收機可以利用這些信號來確定自己與每顆衛星的距離。

Broadcom的接收機首先用L1信號鎖定衛星，然后用L5精確計算出位置。L5信號更加優越，特別是在城市地區，因為它比L1更不容易被多路徑反射所扭曲。

在一個城市中，衛星信號要么直接到達接收機，要么通過彈跳一個或多個建筑物才到達接收機。直接信號和任何反射到達的信號具有稍微不同的到達時間，如果它們彼此重疊，則它們的疊加會形成一種信號斑點。接收器通過尋找該斑點的峰值來確定到達時間。但是斑點越混亂，所能確定的精確度就越低，最終計算的位置就越不準確。

L5信號非常短暫，反射信號不太可能與直接信號重疊。接收機芯片可以簡單地忽略掉它接收到的第一個信號——直接路徑信號——之后的任何信號。Broadcom芯片還使用載波信號相位中的信息來進一步提高精度。

雖然目前市場上也有使用L5的先進系統，但這些系統通常用于工業目的，如油氣勘探。Broadcom的BCM47755是第一個使用L1和L5的大眾市場芯片。

為什么現在可以使用雙頻率衛星了

為什么這一產品到了現在才發布？BroadcomGNSS產品營銷副總監Manueldel Castillo說：“過去，軌道上一直沒有足夠多的L5衛星。現在，在我們所處的位置，軌道上有大約30顆這樣的L5衛星，這些衛星作為一個組群只飛過日本-澳大利亞軌道。現在，即使從一個城市上方的狹窄天空窗口，你也可以看到六七個衛星了。這相當不錯了。所以現在是正確的時機。”

Broadcom必須在智能手機有限的功率預算范圍內提高精確度。從根本上說，這歸結為三件事情：轉向更節能的28納米芯片制造工藝，采用新的無線電架構（Broadcom不會公開細節），并設計省電的雙核傳感器集線器。與Broadcom之前的芯片相比，它們總共節省了50%的功率。

在智能手機中，傳感器集線器從系統的傳感器獲取原始數據，并處理它，提供手機的應用處理器所需的信息，從而將計算負擔及其伴隨的功率從應用處理器中抽出。例如，傳感器集線器可能會監視加速度計，查找信號以偵測你是否已將手機的方向從垂直翻轉到水平。然后，它將向應用處理器發送相當于單詞“水平”的信號，而不是發送復雜的加速度流信息。

BCM47755中的傳感器集線器利用了ARM的“big.LITTLE”設計，這是一個雙核架構，用一個簡單的低功耗處理器核與一個更復雜的核配對。低功耗核（目前是 ARMCortexM-0）可處理簡單的連續任務。復雜核CortexM-4功能更強大，但功耗更高，僅在需要時才啟動。BCM4775只是在全球推出的厘米級導航精度的最新發展。博世，Geo++，三菱電機和U-blox已于八月份成立了名為SapcordaServices的合資公司，以提供厘米級的精確度。Sapcorda似乎依靠使用地面站來測量GPS和Galileo衛星信號由于大氣扭曲造成的誤差。然后，這些測量值將被發送到手機和其他系統的接收器，以提高精確度。

日本的19億美元的Qasi-Zenith衛星系統（QZSS）也依賴于糾錯機制，但它通過增加一組衛星來增加城市導航；這樣可以保證，即使在東京最密集的地區，也至少有一顆衛星是直接可見的。這四顆衛星中的第三顆是8月份剛發射的，第四顆計劃在10月份發射，該系統將于2018年上線。笏（本刊綜合整理）（編輯/小文）