效率方面的突破性技术使得全球定位可装配在各种大小的新型可穿戴设备中

（文/Florian Bousquet/u-blox定位产品中心市场开发经理）

将全球定位技术用到可穿戴便携式设备中具有许多优点，可实现广泛的应用。也许单个最大的应用领域是个人健身器材，资产追踪也是应用较广泛的领域。然而，虽然应用领域不同，所有此类设备的一项共同特征是它们的尺寸；它们都需要具有尺寸小、不显眼和方便易用的特点。它们的便利性主要以在需要时提供准确定位数据的能力进行衡量，这也会随应用而有所不同。

因为这些设备都很小并且是便携式的，所以它们还需要以低功率运行。这就为开发人员带来了挑战，因为获取和解码GNSS信号需要较高功率，主要由可用信号的强度决定。信号强度通常以载波噪声密度或C/N0来表示，代表载波信号的功率除以噪声的功率，单位为dBHz。因为可穿戴设备很小，其天线也必须很小；明显小于车导航系统或智能手机等其它类型GNSS信号接收设备中使用的天线。使这一本已颇具挑战性的情况更加复杂的是，信号几乎肯定会受到即时环境中的因素的进一步影响，例如设备所附的东西、使用的地点（例如在健身房中）或佩戴者/资产的持续运动等。这些因素要求具有更大的处理资源，从而导致更高的功耗，缩短了电池充电或更换之间的运行时间。 

因为增加载波功率不是可选选项，克服这些挑战的一方面是使接收机更高效地工作，为相同或更少的系统功率提供更高的性能。一种流行的技术是对接收机进行负载循环，使其仅在短时间内消耗功率。虽然这种技术在位置不常变化的情况下运行良好，但不适用于所有应用。更好的解决方案是使接收机更能根据条件适应其功能。这正是u-blox首创的超级高效（或Super-E）模式所具有的功能。与u-blox开发的在全功率下运行的其它GNSS接收机相比，Super-E模式可以将系统功率降低3倍，同时在任何环境中提供类似的位置和速度精度。30分钟跟踪的平均功耗小于20mW，瞬时跟踪小于10mW。具有Super-E模式的接收机能够在约90%的时间内保持超低功耗操作模式，大大延长了便携式设备的电池寿命。

采用Super-E模式的首款GNSS芯片是UBX-M8230-CT，其针对便携式和可穿戴应用进行了优化。除了直接控制外部LNA的占空比外，芯片还通过存储导航数据来最大限度地减少主机应用处理器的活动，从而使应用处理器保持深度睡眠模式更长时间。从6个或更多个卫星接收信号时，该设备始终保持Super-E模式，仅当可用信号少于6个时才恢复到全功率模式。由于能够同时从GPS、GLONASS和北斗卫星系统接收信号，其在任何给定时间内接入六颗或更多颗卫星的能力高于市面上大多数其他GNSS接收机，是节省电力的重要有利因素。

为了验证Super-E模式的优势，u-blox进行了广泛的现场试验。GPS、Galileo、GLONASS和SBAS L1信号在现实环境中直接从在典型城市和郊区佩戴的运动手表的天线上记录。这样一来，就会在城市情景下获得30 dBHZ（前5颗卫星）的信号强度，郊区情景下获得26 dBHZ的信号强度。为了评估，还使用包括采用测量级天线的双频接收机的移动测试系统记录参考位置和速度数据，其定位精度约为1m。从手表获取的射频信号记录被传送到首先以连续模式，然后以Super-E模式工作的11个接收机，以对两种模式做出有效比较。在接收机的电源引脚处测量功耗，同时根据精密实验室级测试设备提供的精度测量定位精度。 

表1显示了在郊区环境中测量的测试结果，而表2则显示了在城市地区获得的结果。在这两种情况下，更新速率均为1s。可以看出，Super-E模式的省电效果很明显，同时提供的结果也比较精确。唯一的例外是由于跟踪顺畅度导致的城市环境中Super-E模式的平均距离精度。然而，这一短板在后期处理中很容易补救。

表3和图1中所示的结果是将接收机配置为在全功率模式下每分钟提供一次定位，用于以牺牲精度为代价延长电池寿命的应用。对接收机在Super-E模式下运行1s和10s进行了测量，时间同为60s。可以看出，对于相同的系统功率，与全功率运行的接收机相比，运行10s时，Super-E模式以95%的置信度提供明显更好的平均2D精度，并且在运行1s时，可提供显著降低的系统功率要求和相当的精度。

可穿戴设备的采用部分取决于定位数据的集成，并且随着更多使用案例的出现，需要以更高的频率和精度提供定位数据。由于负载循环已经成为许多可穿戴应用的过时和限制功能，因此目前需要提供情况下在实际具有挑战性的应用中具有更好的性能且在不影响功能的解决方案。只有配备Super-E模式的GNSS接收机才能提供正确的功率和性能组合。