（文/Florian Bousquet/u-blox定位產(chǎn)品中心市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理）

將全球定位技術(shù)用到可穿戴便攜式設(shè)備中具有許多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。也許單個(gè)最大的應(yīng)用領(lǐng)域是個(gè)人健身器材，資產(chǎn)追蹤也是應(yīng)用較廣泛的領(lǐng)域。然而，雖然應(yīng)用領(lǐng)域不同，所有此類(lèi)設(shè)備的一項(xiàng)共同特征是它們的尺寸；它們都需要具有尺寸小、不顯眼和方便易用的特點(diǎn)。它們的便利性主要以在需要時(shí)提供準(zhǔn)確定位數(shù)據(jù)的能力進(jìn)行衡量，這也會(huì)隨應(yīng)用而有所不同。

因?yàn)檫@些設(shè)備都很小并且是便攜式的，所以它們還需要以低功率運(yùn)行。這就為開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因?yàn)楂@取和解碼GNSS信號(hào)需要較高功率，主要由可用信號(hào)的強(qiáng)度決定。信號(hào)強(qiáng)度通常以載波噪聲密度或C/N0來(lái)表示，代表載波信號(hào)的功率除以噪聲的功率，單位為dBHz。因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備很小，其天線(xiàn)也必須很小；明顯小于車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)或智能手機(jī)等其它類(lèi)型GNSS信號(hào)接收設(shè)備中使用的天線(xiàn)。使這一本已頗具挑戰(zhàn)性的情況更加復(fù)雜的是，信號(hào)幾乎肯定會(huì)受到即時(shí)環(huán)境中的因素的進(jìn)一步影響，例如設(shè)備所附的東西、使用的地點(diǎn)（例如在健身房中）或佩戴者/資產(chǎn)的持續(xù)運(yùn)動(dòng)等。這些因素要求具有更大的處理資源，從而導(dǎo)致更高的功耗，縮短了電池充電或更換之間的運(yùn)行時(shí)間。 

因?yàn)樵黾虞d波功率不是可選選項(xiàng)，克服這些挑戰(zhàn)的一方面是使接收機(jī)更高效地工作，為相同或更少的系統(tǒng)功率提供更高的性能。一種流行的技術(shù)是對(duì)接收機(jī)進(jìn)行負(fù)載循環(huán)，使其僅在短時(shí)間內(nèi)消耗功率。雖然這種技術(shù)在位置不常變化的情況下運(yùn)行良好，但不適用于所有應(yīng)用。更好的解決方案是使接收機(jī)更能根據(jù)條件適應(yīng)其功能。這正是u-blox首創(chuàng)的超級(jí)高效（或Super-E）模式所具有的功能。與u-blox開(kāi)發(fā)的在全功率下運(yùn)行的其它GNSS接收機(jī)相比，Super-E模式可以將系統(tǒng)功率降低3倍，同時(shí)在任何環(huán)境中提供類(lèi)似的位置和速度精度。30分鐘跟蹤的平均功耗小于20mW，瞬時(shí)跟蹤小于10mW。具有Super-E模式的接收機(jī)能夠在約90%的時(shí)間內(nèi)保持超低功耗操作模式，大大延長(zhǎng)了便攜式設(shè)備的電池壽命。

采用Super-E模式的首款GNSS芯片是UBX-M8230-CT，其針對(duì)便攜式和可穿戴應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。除了直接控制外部LNA的占空比外，芯片還通過(guò)存儲(chǔ)導(dǎo)航數(shù)據(jù)來(lái)最大限度地減少主機(jī)應(yīng)用處理器的活動(dòng)，從而使應(yīng)用處理器保持深度睡眠模式更長(zhǎng)時(shí)間。從6個(gè)或更多個(gè)衛(wèi)星接收信號(hào)時(shí)，該設(shè)備始終保持Super-E模式，僅當(dāng)可用信號(hào)少于6個(gè)時(shí)才恢復(fù)到全功率模式。由于能夠同時(shí)從GPS、GLONASS和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)接收信號(hào)，其在任何給定時(shí)間內(nèi)接入六顆或更多顆衛(wèi)星的能力高于市面上大多數(shù)其他GNSS接收機(jī)，是節(jié)省電力的重要有利因素。

為了驗(yàn)證Super-E模式的優(yōu)勢(shì)，u-blox進(jìn)行了廣泛的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。GPS、Galileo、GLONASS和SBAS L1信號(hào)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中直接從在典型城市和郊區(qū)佩戴的運(yùn)動(dòng)手表的天線(xiàn)上記錄。這樣一來(lái)，就會(huì)在城市情景下獲得30 dBHZ（前5顆衛(wèi)星）的信號(hào)強(qiáng)度，郊區(qū)情景下獲得26 dBHZ的信號(hào)強(qiáng)度。為了評(píng)估，還使用包括采用測(cè)量級(jí)天線(xiàn)的雙頻接收機(jī)的移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)記錄參考位置和速度數(shù)據(jù)，其定位精度約為1m。從手表獲取的射頻信號(hào)記錄被傳送到首先以連續(xù)模式，然后以Super-E模式工作的11個(gè)接收機(jī)，以對(duì)兩種模式做出有效比較。在接收機(jī)的電源引腳處測(cè)量功耗，同時(shí)根據(jù)精密實(shí)驗(yàn)室級(jí)測(cè)試設(shè)備提供的精度測(cè)量定位精度。 

表1顯示了在郊區(qū)環(huán)境中測(cè)量的測(cè)試結(jié)果，而表2則顯示了在城市地區(qū)獲得的結(jié)果。在這兩種情況下，更新速率均為1s。可以看出，Super-E模式的省電效果很明顯，同時(shí)提供的結(jié)果也比較精確。唯一的例外是由于跟蹤順暢度導(dǎo)致的城市環(huán)境中Super-E模式的平均距離精度。然而，這一短板在后期處理中很容易補(bǔ)救。

表3和圖1中所示的結(jié)果是將接收機(jī)配置為在全功率模式下每分鐘提供一次定位，用于以犧牲精度為代價(jià)延長(zhǎng)電池壽命的應(yīng)用。對(duì)接收機(jī)在Super-E模式下運(yùn)行1s和10s進(jìn)行了測(cè)量，時(shí)間同為60s。可以看出，對(duì)于相同的系統(tǒng)功率，與全功率運(yùn)行的接收機(jī)相比，運(yùn)行10s時(shí)，Super-E模式以95%的置信度提供明顯更好的平均2D精度，并且在運(yùn)行1s時(shí)，可提供顯著降低的系統(tǒng)功率要求和相當(dāng)?shù)木取?/p>

可穿戴設(shè)備的采用部分取決于定位數(shù)據(jù)的集成，并且隨著更多使用案例的出現(xiàn)，需要以更高的頻率和精度提供定位數(shù)據(jù)。由于負(fù)載循環(huán)已經(jīng)成為許多可穿戴應(yīng)用的過(guò)時(shí)和限制功能，因此目前需要提供情況下在實(shí)際具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中具有更好的性能且在不影響功能的解決方案。只有配備Super-E模式的GNSS接收機(jī)才能提供正確的功率和性能組合。