精确度达30cm，这款超精准GPS芯片将在2018年“空降”智能手机

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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 ION GNSS +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。

为什么这一产品到了现在才发生？Broadcom GNSS 产品营销副总监 Manuel del 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。”

图丨为什么现在可以使用双频率卫星了（来源:Broadcom )

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 ARM Cortex M-0）可处理简单的连续任务。复杂核 Cortex M-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 Sapcorda Services 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。

日本的十九亿美元的 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，第四颗计划在十月份发射，该系统将于 2018 年上线。

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编辑：周亮   校审：黄珊

参考 ：

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/design/superaccurate-gps-chips-coming-to-smartphones-in-2018

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