精确度达30 厘米范围，超精准GPS 芯片将在2018 年“空降”智能手机

精确度达30 厘米范围，超精准GPS 芯片将在2018 年“空降”智能手机

Broadcom公司

我们都曾有过这样的混乱经历。你正在高速公路上行驶，遵从谷歌地图所指示的路线。Siri忽然告诉你，“向东行驶半英里，然后进入高速公路”，但你这时发现，你已经在高速公路上了。经过一阵慌乱，再爆上几句对Siri及其AI家族的粗口，您逐渐意识到了这个问题：你的GPS还不够准确，还不能让你的导航应用程序知道，你到底是在高速公路上，还是在公路旁边。

这样的日子马上要结束了。

在近日在波特兰举行的IONGNSS+会议上，Broadcom宣布，它正在对一款面向大众市场的新型芯片进行采样测试，该芯片可以利用全球导航卫星信号，并将为下一代智能手机提供30厘米的精确度，远超现在的5米精确度。

更好的消息是，该芯片在城市的混凝土丛林中仍可以工作，它消耗的功率只有当今芯片的一半。这款BCM47755芯片已被列入2018年发布的一些智能手机设计，但Broadcom不会透露到底是哪些智能手机。

GPS和其他全球导航卫星服务（GNSS），如欧洲的 Galileo，日本 QZSS和俄罗斯的Glonass，允许接收机通过计算自己距离三颗或更多卫星的距离来确定其位置。所有GNSS卫星，哪怕是最旧的一代现役卫星，都广播发送一个被称为L1信号的消息，该消息中包括卫星的位置，时间和识别签名模式。除了传统的L1信号之外，新一代卫星以不同的频率广播被称为L5的更复杂的信号。基于信号从卫星到接收机的时间长度信息，接收机可以利用这些信号来确定自己与每颗卫星的距离。

Broadcom的接收机首先用L1信号锁定卫星，然后用L5精确计算出位置。L5信号更加优越，特别是在城市地区，因为它比L1更不容易被多路径反射所扭曲。

在一个城市中，卫星信号要么直接到达接收机，要么通过弹跳一个或多个建筑物才到达接收机。直接信号和任何反射到达的信号具有稍微不同的到达时间，如果它们彼此重叠，则它们的叠加会形成一种信号斑点。接收器通过寻找该斑点的峰值来确定到达时间。但是斑点越混乱，所能确定的精确度就越低，最终计算的位置就越不准确。

L5信号非常短暂，反射信号不太可能与直接信号重叠。接收机芯片可以简单地忽略掉它接收到的第一个信号——直接路径信号——之后的任何信号。Broadcom芯片还使用载波信号相位中的信息来进一步提高精度。

虽然目前市场上也有使用L5的先进系统，但这些系统通常用于工业目的，如油气勘探。Broadcom的BCM47755是第一个使用L1和L5的大众市场芯片。

为什么现在可以使用双频率卫星了

为什么这一产品到了现在才发布？BroadcomGNSS产品营销副总监Manueldel Castillo说：“过去，轨道上一直没有足够多的L5卫星。现在，在我们所处的位置，轨道上有大约30颗这样的L5卫星，这些卫星作为一个组群只飞过日本-澳大利亚轨道。现在，即使从一个城市上方的狭窄天空窗口，你也可以看到六七个卫星了。这相当不错了。所以现在是正确的时机。”

Broadcom必须在智能手机有限的功率预算范围内提高精确度。从根本上说，这归结为三件事情：转向更节能的28纳米芯片制造工艺，采用新的无线电架构（Broadcom不会公开细节），并设计省电的双核传感器集线器。与Broadcom之前的芯片相比，它们总共节省了50%的功率。

在智能手机中，传感器集线器从系统的传感器获取原始数据，并处理它，提供手机的应用处理器所需的信息，从而将计算负担及其伴随的功率从应用处理器中抽出。例如，传感器集线器可能会监视加速度计，查找信号以侦测你是否已将手机的方向从垂直翻转到水平。然后，它将向应用处理器发送相当于单词“水平”的信号，而不是发送复杂的加速度流信息。

BCM47755中的传感器集线器利用了ARM的“big.LITTLE”设计，这是一个双核架构，用一个简单的低功耗处理器核与一个更复杂的核配对。低功耗核（目前是 ARMCortexM-0）可处理简单的连续任务。复杂核CortexM-4功能更强大，但功耗更高，仅在需要时才启动。BCM4775只是在全球推出的厘米级导航精度的最新发展。博世，Geo++，三菱电机和U-blox已于八月份成立了名为SapcordaServices的合资公司，以提供厘米级的精确度。Sapcorda似乎依靠使用地面站来测量GPS和Galileo卫星信号由于大气扭曲造成的误差。然后，这些测量值将被发送到手机和其他系统的接收器，以提高精确度。

日本的19亿美元的Qasi-Zenith卫星系统（QZSS）也依赖于纠错机制，但它通过增加一组卫星来增加城市导航；这样可以保证，即使在东京最密集的地区，也至少有一颗卫星是直接可见的。这四颗卫星中的第三颗是8月份刚发射的，第四颗计划在10月份发射，该系统将于2018年上线。笏（本刊综合整理）（编辑/小文）