全球連接數(shù)與中國(guó)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(dòng)力。其中，連接云端的物聯(lián)網(wǎng)追蹤市場(chǎng)作為當(dāng)下最流行的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)”的問(wèn)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(huì)有所不同，通常通過(guò)GPS、Wi-Fi或移動(dòng)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(lái)越無(wú)法滿足全部的應(yīng)用需求，本文將針對(duì)多種追蹤應(yīng)用場(chǎng)景，幫您尋找最佳技術(shù)解決方案。

1、無(wú)線追蹤解決方案：解決物聯(lián)網(wǎng)中的何事、何時(shí)、何地問(wèn)題

2、四類無(wú)線追蹤應(yīng)用場(chǎng)景

3、尋找性能的最佳平衡點(diǎn)

4、u-blox組合解決方案：無(wú)性能損失的芯片設(shè)計(jì)

5、GNSS解決方案對(duì)比

6、u-blox Stand-alone分立式解決方案的優(yōu)勢(shì)

7、產(chǎn)品選型

如何解決物聯(lián)網(wǎng)

何事、何時(shí)、何地的問(wèn)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(lái)自動(dòng)跟蹤資產(chǎn)，傳感器通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連續(xù)或定期廣播其位置信息。過(guò)去，物聯(lián)網(wǎng)追蹤解決方案通常由完全獨(dú)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(jì)，通過(guò)剝離一些元器件并將所有功能安裝到一塊單獨(dú)的硅片上來(lái)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(gè)公共的RF前端，導(dǎo)致無(wú)法同時(shí)進(jìn)行GNSS信號(hào)接收和蜂窩通信信號(hào)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(huì)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(wèn)題。

u-blox充分認(rèn)識(shí)到小尺寸、低成本解決方案對(duì)物聯(lián)網(wǎng)追蹤市場(chǎng)的價(jià)值，解決了片上系統(tǒng)(SoC)架構(gòu)相關(guān)的性能損失等問(wèn)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(jì)，可在單個(gè)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(chǎng)涵蓋數(shù)量眾多且高度多樣化的應(yīng)用場(chǎng)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(duì)于需要高度的設(shè)計(jì)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(méi)有萬(wàn)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(wú)線追蹤應(yīng)用場(chǎng)景

在過(guò)去幾年中，人們對(duì)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(shí)，精度、尺寸和價(jià)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(lái)越重要。隨著快速的市場(chǎng)增長(zhǎng)，這種趨勢(shì)也愈發(fā)明顯，越來(lái)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(diǎn)

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(diǎn)是非常困難的。如果您是一家尋求衛(wèi)星定位和無(wú)線通信解決方案的設(shè)備開(kāi)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(guò)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(shí)接收來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星多個(gè)頻段的衛(wèi)星信號(hào)，在大多數(shù)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)米級(jí)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(chǎng)應(yīng)用)，我們甚至可以將精度進(jìn)一步提高到厘米級(jí)。

02

GNSS可用性

GNSS接收機(jī)需要良好的天空視野才能實(shí)現(xiàn)最佳性能。隧道、停車場(chǎng)、甚至茂密的森林或城市峽谷都可能導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)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(cè)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(shí)時(shí)追蹤服務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍提出了更高的要求。舉例來(lái)說(shuō)車隊(duì)經(jīng)理更希望能在接到通知后立即定位，隨時(shí)隨地與車輛互動(dòng)。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(guò)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(shí)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?yàn)闅W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(xiàng)。

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(shuō)，它們的集成方式將決定定位和蜂窩通信是否可以同時(shí)運(yùn)行。市場(chǎng)上大多數(shù)的集成產(chǎn)品都是SoC。這些產(chǎn)品共用同一個(gè)RF前端來(lái)接收衛(wèi)星信號(hào)和傳輸蜂窩通信數(shù)據(jù)。這會(huì)產(chǎn)生一些主要缺點(diǎn)，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸會(huì)中斷GNSS定位，反過(guò)來(lái)，GNSS定位會(huì)中斷或延遲LTE信號(hào)傳輸。這可能導(dǎo)致無(wú)法在需要時(shí)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(fèi)功率。

05

安全性

在已知存在利用虛假衛(wèi)星信號(hào)來(lái)逃避商業(yè)或法律限制的用例中，GNSS安全性扮演著越來(lái)越重要的角色。此類應(yīng)用包括：隱藏通過(guò)商用車輛進(jìn)行的私人送貨；逃避道路收費(fèi)；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(chǎng)等熱門地點(diǎn)插隊(duì)；讓受到追蹤的資產(chǎn)或人員“消失”。

此外，在通過(guò)蜂窩通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸商業(yè)敏感信息或個(gè)人機(jī)密數(shù)據(jù)時(shí)，安全性也至關(guān)重要，特別是對(duì)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(qiáng)大端到端安全性是一項(xiàng)不容任何閃失的重要功能。

06

功耗

對(duì)于許多用例，特別是對(duì)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(shí)現(xiàn)定位)和蜂窩通信數(shù)據(jù)傳輸是主要的耗電來(lái)源，因此，確保GNSS定位不丟失并且僅在必要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是延長(zhǎng)電池供電型追蹤設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)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(guò)共享蜂窩通信和GNSS定位功能所需的元器件來(lái)減少追蹤硬件的尺寸一樣，精簡(jiǎn)的物料清單也同樣會(huì)降低追蹤解決方案的最終成本。

u-blox組合解決方案：

無(wú)性能損失的芯片設(shè)計(jì)

隨著市場(chǎng)越來(lái)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(jià)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(jì)尺寸減小了14%。

02

降低成本

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

03

無(wú)性能損失的LTE

與目前市場(chǎng)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(wú)限制的23dBm傳輸功率)。

04

無(wú)性能損失的GNSS

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

05

LTE和GNSS完全并發(fā)操作

與當(dāng)前市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)SoC解決方案不同，u-blox組合模塊配有兩個(gè)分別用于GNSS和LTE的RF前端，實(shí)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(duì)GNSS接收機(jī)持續(xù)訪問(wèn)，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(huì)丟失任何尋呼事件。此外，獨(dú)立式前端設(shè)計(jì)消除了兩個(gè)RF元器件之間的信號(hào)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(jí)、低功耗實(shí)施環(huán)境中部署無(wú)限制加密、密鑰輪換和零接觸云平臺(tái)資源調(diào)配功能，從而實(shí)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(wèn)GNSS衛(wèi)星的星歷表，即使在GNSS衛(wèi)星不可用時(shí)，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(duì)比

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

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

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

關(guān)閉LTE RF前端不會(huì)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(shí)，GNSS接收機(jī)可以正常運(yùn)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(shì)

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(duì)小封裝和低成本有著嚴(yán)格要求的IoT應(yīng)用。同時(shí)，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(shí)現(xiàn)超低功耗

在無(wú)天空視野或信號(hào)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(shí)現(xiàn)亞米級(jí)定位精度

需隨時(shí)升級(jí)至最新GNSS技術(shù)

對(duì)于需要GNSS和LTE技術(shù)定制組合的特別苛刻的應(yīng)用場(chǎng)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(guò)專門設(shè)計(jì)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(jiàn)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(guò)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(guò)選擇具有獨(dú)立RF前端的完整芯片設(shè)計(jì)，u-blox組合模塊(例如SARA-R422M8S和SARA-R510M8S)可以實(shí)現(xiàn)蜂窩通信和定位技術(shù)的并發(fā)運(yùn)行，避免相互干擾，以發(fā)揮各元件的全部性能。

通過(guò)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(jì)，包括LNA、SAW濾波器、TCXO和其他必要的配套元件。與將兩個(gè)獨(dú)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(chǎng)是多種多樣的，并且不同用例對(duì)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(jì)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?yàn)樵摲桨赴▋蓚€(gè)獨(dú)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)

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