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)

Broadcom公司

我們都曾有過這樣的混亂經(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”，但你這時發(fā)現(xiàn)，你已經(jīng)在高速公路上了。經(jīng)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(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(jìn)行采樣測試，該芯片可以利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號，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，但Broadcom不會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)通過計算自己距離三顆或更多衛(wèi)星的距離來確定其位置。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)送一個被稱為L1信號的消息，該消息中包括衛(wèi)星的位置，時間和識別簽名模式。除了傳統(tǒng)的L1信號之外，新一代衛(wèi)星以不同的頻率廣播被稱為L5的更復(fù)雜的信號?；谛盘枏男l(wèi)星到接收機(jī)的時間長度信息，接收機(jī)可以利用這些信號來確定自己與每顆衛(wèi)星的距離。

Broadcom的接收機(jī)首先用L1信號鎖定衛(wèi)星，然后用L5精確計算出位置。L5信號更加優(yōu)越，特別是在城市地區(qū)，因?yàn)樗萀1更不容易被多路徑反射所扭曲。

在一個城市中，衛(wèi)星信號要么直接到達(dá)接收機(jī)，要么通過彈跳一個或多個建筑物才到達(dá)接收機(jī)。直接信號和任何反射到達(dá)的信號具有稍微不同的到達(dá)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(diǎn)。接收器通過尋找該斑點(diǎn)的峰值來確定到達(dá)時間。但是斑點(diǎn)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(zhǔn)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(jī)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(jìn)一步提高精度。

雖然目前市場上也有使用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是第一個使用L1和L5的大眾市場芯片。

為什么現(xiàn)在可以使用雙頻率衛(wèi)星了

為什么這一產(chǎn)品到了現(xiàn)在才發(fā)布？BroadcomGNSS產(chǎn)品營銷副總監(jiān)Manueldel Castillo說：“過去，軌道上一直沒有足夠多的L5衛(wèi)星?，F(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)星作為一個組群只飛過日本-澳大利亞軌道?，F(xiàn)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(wèi)星了。這相當(dāng)不錯了。所以現(xiàn)在是正確的時機(jī)?！?/p>

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，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，采用新的無線電架構(gòu)（Broadcom不會公開細(xì)節(jié)），并設(shè)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(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監(jiān)視加速度計，查找信號以偵測你是否已將手機(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，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，這是一個雙核架構(gòu)，用一個簡單的低功耗處理器核與一個更復(fù)雜的核配對。低功耗核（目前是 ARMCortexM-0）可處理簡單的連續(xù)任務(wù)。復(fù)雜核CortexM-4功能更強(qiáng)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(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(wèi)星信號由于大氣扭曲造成的誤差。然后，這些測量值將被發(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）也依賴于糾錯機(jī)制，但它通過增加一組衛(wèi)星來增加城市導(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，第四顆計劃在10月份發(fā)射，該系統(tǒng)將于2018年上線。笏（本刊綜合整理）（編輯/小文）