解決物聯(lián)網(wǎng)中的何事、何時、何地問題

全球連接數(shù)與中國連接數(shù)破億，物聯(lián)網(wǎng)將在新基建新物聯(lián)的雙重加持下，迸發(fā)出新的動力。其中，連接云端的物聯(lián)網(wǎng)追蹤市場作為當(dāng)下最流行的應(yīng)用場景，能解決一般物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中遇到的“何地”、“何事”和“何時”的問題。

不同類型的云端物聯(lián)網(wǎng)跟蹤解決方案在傳輸位置信息的方式上會有所不同，通常通過GPS、Wi-Fi或移動網(wǎng)絡(luò)完成。隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，單一的硬件架構(gòu)越來越無法滿足全部的應(yīng)用需求，本文將針對多種追蹤應(yīng)用場景，幫您尋找最佳技術(shù)解決方案。

1、無線追蹤解決方案：解決物聯(lián)網(wǎng)中的何事、何時、何地問題

2、四類無線追蹤應(yīng)用場景

3、尋找性能的最佳平衡點

4、u-blox組合解決方案：無性能損失的芯片設(shè)計

5、GNSS解決方案對比

6、u-blox Stand-alone分立式解決方案的優(yōu)勢

7、產(chǎn)品選型

如何解決物聯(lián)網(wǎng)

何事、何時、何地的問題

物聯(lián)網(wǎng)跟蹤系統(tǒng)通常使用傳感器和云端管理軟件來自動跟蹤資產(chǎn)，傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)連續(xù)或定期廣播其位置信息。過去，物聯(lián)網(wǎng)追蹤解決方案通常由完全獨立的模塊組成：(a)GNSS接收機(jī)，帶有自身的RF前端和天線；(b)蜂窩通信調(diào)制解調(diào)器，同樣連接至自身的RF前端和天線。

為了縮減其解決方案的尺寸和物料清單(BOM)，硬件供應(yīng)商采用片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計，通過剝離一些元器件并將所有功能安裝到一塊單獨的硅片上來縮小尺寸。

然而，上述做法將造成GNSS定位接收機(jī)和蜂窩通信調(diào)制解調(diào)器的性能損失。在大多數(shù)解決方案中，GNSS接收機(jī)和蜂窩通信調(diào)制解調(diào)器共享一個公共的RF前端，導(dǎo)致無法同時進(jìn)行GNSS信號接收和蜂窩通信信號傳遞。另外一些解決方案則將蜂窩通信調(diào)制解調(diào)器的最大發(fā)射功率降低3dB，以縮減物料清單，這也會導(dǎo)致重發(fā)、更高的延遲、更高的功耗以及在挑戰(zhàn)性環(huán)境中(包括室內(nèi)和小區(qū)邊緣)覆蓋范圍減小等問題。

u-blox充分認(rèn)識到小尺寸、低成本解決方案對物聯(lián)網(wǎng)追蹤市場的價值，解決了片上系統(tǒng)(SoC)架構(gòu)相關(guān)的性能損失等問題，推出了“組合解決方案”的替代方案。我們的組合解決方案基于完整的芯片設(shè)計，可在單個模塊中提供完全集成的GNSS定位和蜂窩通信功能，絲毫不影響性能。

追蹤解決方案之間的架構(gòu)差異

物聯(lián)網(wǎng)追蹤市場涵蓋數(shù)量眾多且高度多樣化的應(yīng)用場景。盡管組合解決方案可以滿足其中部分用例的需求，但它們并不能替代分立式解決方案，對于需要高度的設(shè)計靈活性或出色性能的應(yīng)用，分立式解決方案仍是硬件架構(gòu)的首選。在沒有萬能解決方案的情況下，需要仔細(xì)權(quán)衡可用解決方案的利弊，從而為特定應(yīng)用選擇最合適的硬件架構(gòu)。

四類無線追蹤應(yīng)用場景

在過去幾年中，人們對追蹤和車聯(lián)網(wǎng)解決方案性能的期望迅速上升。盡管在選擇解決方案時，精度、尺寸和價格一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，但諸如覆蓋范圍、可用性、安全性、功耗和全生命周期支持等因素已變得越來越重要。隨著快速的市場增長，這種趨勢也愈發(fā)明顯，越來越多的追蹤和車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用依賴于基于衛(wèi)星定位和蜂窩通信技術(shù)。

尋找性能的最佳平衡點

眾所周知，在功能、性能、功耗、尺寸和成本之間找到最佳平衡點是非常困難的。如果您是一家尋求衛(wèi)星定位和無線通信解決方案的設(shè)備開發(fā)商，可能需要權(quán)衡以下一些因素，以找到最適合您需求的硬件解決方案：

01

GNSS性能/精度

在過去幾年中，GNSS的性能已得到極大提高，現(xiàn)有的解決方案甚至可以滿足最具挑戰(zhàn)性的需求。最新一代的GNSS接收機(jī)可同時接收來自多個衛(wèi)星多個頻段的衛(wèi)星信號，在大多數(shù)環(huán)境中實現(xiàn)米級定位精度。借助GNSS校正服務(wù)(其中一些現(xiàn)在面向大眾市場應(yīng)用)，我們甚至可以將精度進(jìn)一步提高到厘米級。

02

GNSS可用性

GNSS接收機(jī)需要良好的天空視野才能實現(xiàn)最佳性能。隧道、停車場、甚至茂密的森林或城市峽谷都可能導(dǎo)致接收機(jī)無法顯示定位讀數(shù)?；旌?基于蜂窩通信網(wǎng)絡(luò))定位解決方案和慣性測量可以擴(kuò)展服務(wù)范圍，并提高產(chǎn)品在復(fù)雜環(huán)境中的精準(zhǔn)定位的性能。

03

蜂窩通信可用性

實時追蹤服務(wù)的發(fā)展趨勢對蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍提出了更高的要求。舉例來說車隊經(jīng)理更希望能在接到通知后立即定位，隨時隨地與車輛互動。首先，這要求蜂窩通信模塊與其所在的所有區(qū)域內(nèi)的可用技術(shù)兼容并通過認(rèn)證。此外，在這些區(qū)域(包括小區(qū)邊緣、地下或其他難以覆蓋的區(qū)域)，該模塊還應(yīng)具有最大的服務(wù)可用性。為了實現(xiàn)此目標(biāo)，可以使用可平滑演進(jìn)至5G的低功耗廣域(LPWA)蜂窩通信技術(shù)(LTE-M、NB-IoT)，或為歐洲、拉丁美洲和其他地區(qū)仍然通用的2G網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)技術(shù)提供回退選項。

04

并發(fā)操作

尺寸受限、具有成本效益的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能需要集成式LTE和GNSS解決方案。準(zhǔn)確地說，它們的集成方式將決定定位和蜂窩通信是否可以同時運行。市場上大多數(shù)的集成產(chǎn)品都是SoC。這些產(chǎn)品共用同一個RF前端來接收衛(wèi)星信號和傳輸蜂窩通信數(shù)據(jù)。這會產(chǎn)生一些主要缺點，因為數(shù)據(jù)傳輸會中斷GNSS定位，反過來，GNSS定位會中斷或延遲LTE信號傳輸。這可能導(dǎo)致無法在需要時獲得GNSS定位，并且可能由于與基站的重復(fù)蜂窩通信重連而導(dǎo)致延遲和浪費功率。

05

安全性

在已知存在利用虛假衛(wèi)星信號來逃避商業(yè)或法律限制的用例中，GNSS安全性扮演著越來越重要的角色。此類應(yīng)用包括：隱藏通過商用車輛進(jìn)行的私人送貨；逃避道路收費；在設(shè)有地理圍欄的作業(yè)區(qū)域之外駕駛共享車輛；在機(jī)場等熱門地點插隊；讓受到追蹤的資產(chǎn)或人員“消失”。

此外，在通過蜂窩通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸商業(yè)敏感信息或個人機(jī)密數(shù)據(jù)時，安全性也至關(guān)重要，特別是對于追蹤貴重物品和商業(yè)敏感資產(chǎn)的解決方案而言，更是如此。在這些情況下，從GNSS接收機(jī)到云應(yīng)用的強大端到端安全性是一項不容任何閃失的重要功能。

06

功耗

對于許多用例，特別是對于電池供電型追蹤設(shè)備而言，低功耗至關(guān)重要。由于GNSS位置捕獲(實現(xiàn)定位)和蜂窩通信數(shù)據(jù)傳輸是主要的耗電來源，因此，確保GNSS定位不丟失并且僅在必要時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是延長電池供電型追蹤設(shè)備的電池續(xù)航時間的可靠方法。

07

尺寸

追蹤硬件的尺寸取決于所有集成元器件的尺寸。與分立式解決方案相比，組合模塊共享蜂窩通信和GNSS定位功能所需的元器件，從而縮小最終產(chǎn)品的尺寸并縮減物料清單。

08

成本

正如組合解決方案通過共享蜂窩通信和GNSS定位功能所需的元器件來減少追蹤硬件的尺寸一樣，精簡的物料清單也同樣會降低追蹤解決方案的最終成本。

u-blox組合解決方案：

無性能損失的芯片設(shè)計

隨著市場越來越青睞小尺寸、低成本的IoT追蹤解決方案，我們首次推出了一系列LTE和GNSS組合產(chǎn)品。我們的組合解決方案平衡IoT應(yīng)用的尺寸、價格和性能等因素，并利用最近納入5G規(guī)范中的LPWA技術(shù)：LTE-M和NB-IoT。

01

縮減尺寸

與分立式解決方案相比，u-blox組合解決方案將芯片設(shè)計尺寸減小了14%。

02

降低成本

u-blox組合解決方案通過元器件集成，以實現(xiàn)比stand-alone解決方案更低的總成本。

03

無性能損失的LTE

與目前市場上的標(biāo)準(zhǔn)SoC解決方案不同，u-blox 組合模塊具有專用的LTE RF前端，可以發(fā)揮LTE芯片組的全部功能(包括無限制的23dBm傳輸功率)。

04

無性能損失的GNSS

u-blox組合模塊采用GNSS完整芯片設(shè)計，包括所有用于優(yōu)化性能的元件(天線接口、LNA、SAW濾波器、無源濾波器)。因此，u-blox組合模塊可在靈敏度、精度、首次定位時間等方面發(fā)揮內(nèi)置GNSS芯片的全部功能優(yōu)勢。

05

LTE和GNSS完全并發(fā)操作

與當(dāng)前市場上的標(biāo)準(zhǔn)SoC解決方案不同，u-blox組合模塊配有兩個分別用于GNSS和LTE的RF前端，實現(xiàn)了GNSS和LTE子元器件的完全并發(fā)操作。即使LTE調(diào)制解調(diào)器處于省電模式或在飛行模式下關(guān)閉，也可以對GNSS接收機(jī)持續(xù)訪問，這為用戶提供了最高的可靠性和靈活性，而LTE調(diào)制解調(diào)器的持續(xù)可用性確保了不會丟失任何尋呼事件。此外，獨立式前端設(shè)計消除了兩個RF元器件之間的信號干擾。

06

安全和通信服務(wù)

u-blox組合模塊配備了基于信任根的安全云功能，支持u-blox物聯(lián)網(wǎng)“安全即服務(wù)”，可在適合IoT應(yīng)用的輕量級、低功耗實施環(huán)境中部署無限制加密、密鑰輪換和零接觸云平臺資源調(diào)配功能，從而實現(xiàn)全面的端到端安全。

07

u-blox附加功能

u-blox組合模塊得益于使用AssistNow(在線、離線、自主)進(jìn)行輔助定位，可以更快地訪問GNSS衛(wèi)星的星歷表，即使在GNSS衛(wèi)星不可用時，u-blox組合模塊也可以使用CellLocate進(jìn)行基于蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的粗略定位。

GNSS解決方案對比

除了上面列出的性能亮點外，u-blox組合模塊還是目前唯一支持LTE和GNSS并發(fā)運行的模塊。

GNSS和LTE之間不需要時分復(fù)用，這意味著可以隨時訪問這兩種功能，因此提高了解決方案的可靠性和靈活性；

通過防止LTE通信造成的中段，可以最大程度地縮短首次定位時間，同時節(jié)省了時間和功耗；

關(guān)閉LTE RF前端不會影響GNSS性能，這意味著當(dāng)LTE調(diào)制解調(diào)器處于省電模式或飛行模式時，GNSS接收機(jī)可以正常運行。

u-blox組合模塊的性能優(yōu)于同類GNSS解決方案

u-blox分立式解決方案的優(yōu)勢

u-blox組合模塊旨在滿足那些需要可靠GNSS和LTE技術(shù)并且對小封裝和低成本有著嚴(yán)格要求的IoT應(yīng)用。同時，我們也列出了優(yōu)先選擇分立式解決方案的情況：

使用低功耗GNSS接收機(jī)實現(xiàn)超低功耗

在無天空視野或信號不佳條件(例如城市峽谷)下，使用慣性導(dǎo)航模塊進(jìn)行定位

使用多頻段和高精度解決方案實現(xiàn)亞米級定位精度

需隨時升級至最新GNSS技術(shù)

對于需要GNSS和LTE技術(shù)定制組合的特別苛刻的應(yīng)用場合，u-blox提供了廣泛的定位解決方案，可以與SARA-R4和SARA-R5模塊以及2G/3G或LTE Cat 1及更高版本結(jié)合使用。

這些GNSS解決方案以芯片和模塊形式提供：

單頻段和雙頻段GNSS接收機(jī)

標(biāo)準(zhǔn)精度和高精度GNSS接收機(jī)，包括GNSS修正數(shù)據(jù)接收機(jī)

超低功耗接收機(jī)

慣性導(dǎo)航解決方案

我們承諾u-blox所有追蹤解決方案均經(jīng)過專門設(shè)計優(yōu)化，以消除GNSS和LTE元件之間的干擾。

產(chǎn)品選型

最能滿足常見用例要求的技術(shù)解決方案

u-blox專注于優(yōu)化產(chǎn)品性能、尺寸和功耗等性能，為物聯(lián)網(wǎng)追蹤應(yīng)用提供高性能的GNSS和LTE組合解決方案。

同類解決方案雖然通過GNSS和LTE技術(shù)共享的元件縮減了成本和尺寸，但其犧牲了兩種技術(shù)的性能。通過選擇具有獨立RF前端的完整芯片設(shè)計，u-blox組合模塊(例如SARA-R422M8S和SARA-R510M8S)可以實現(xiàn)蜂窩通信和定位技術(shù)的并發(fā)運行，避免相互干擾，以發(fā)揮各元件的全部性能。

通過充分發(fā)揮u-blox M8多星座GNSS接收機(jī)和UBX-R5蜂窩通信低功耗廣域(LPWA)調(diào)制解調(diào)器的功能，我們的物聯(lián)網(wǎng)追蹤組合模塊在小尺寸、低成本、大容量方面達(dá)到最佳平衡。u-blox SARA-R510M8S和SARA-R422M8S組合解決方案采用u-blox UBX-M8 GNSS芯片的完整的芯片設(shè)計，包括LNA、SAW濾波器、TCXO和其他必要的配套元件。與將兩個獨立的LTE和GNSS產(chǎn)品結(jié)合在一起的傳統(tǒng)分立式解決方案相比，組合解決方案的電路板整體尺寸減少了14%。

然而，追蹤和車聯(lián)網(wǎng)市場是多種多樣的，并且不同用例對性能的要求也有很大差別。如果物聯(lián)網(wǎng)追蹤用例在功耗、定位范圍或設(shè)計靈活性方面有著更高的要求，則適合采用分立式解決方案，因為該方案包括兩個獨立的、可以并行工作的LTE和GNSS元件。

原文標(biāo)題：為物聯(lián)網(wǎng)方案選擇最佳GNSS硬件架構(gòu)

文章出處：【微信公眾號：ublox】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯：haq