解决物联网中的何事、何时、何地问题

全球连接数与中国连接数破亿，物联网将在新基建新物联的双重加持下，迸发出新的动力。其中，连接云端的物联网追踪市场作为当下最流行的应用场景，能解决一般物联网应用中遇到的“何地”、“何事”和“何时”的问题。

不同类型的云端物联网跟踪解决方案在传输位置信息的方式上会有所不同，通常通过GPS、Wi-Fi或移动网络完成。随着传感器技术的不断发展，单一的硬件架构越来越无法满足全部的应用需求，本文将针对多种追踪应用场景，帮您寻找最佳技术解决方案。

1、无线追踪解决方案：解决物联网中的何事、何时、何地问题

2、四类无线追踪应用场景

3、寻找性能的最佳平衡点

4、u-blox组合解决方案：无性能损失的芯片设计

5、GNSS解决方案对比

6、u-blox Stand-alone分立式解决方案的优势

7、产品选型

如何解决物联网

何事、何时、何地的问题

物联网跟踪系统通常使用传感器和云端管理软件来自动跟踪资产，传感器通过物联网连续或定期广播其位置信息。过去，物联网追踪解决方案通常由完全独立的模块组成：(a)GNSS接收机，带有自身的RF前端和天线；(b)蜂窝通信调制解调器，同样连接至自身的RF前端和天线。

为了缩减其解决方案的尺寸和物料清单(BOM)，硬件供应商采用片上系统(SoC)设计，通过剥离一些元器件并将所有功能安装到一块单独的硅片上来缩小尺寸。

然而，上述做法将造成GNSS定位接收机和蜂窝通信调制解调器的性能损失。在大多数解决方案中，GNSS接收机和蜂窝通信调制解调器共享一个公共的RF前端，导致无法同时进行GNSS信号接收和蜂窝通信信号传递。另外一些解决方案则将蜂窝通信调制解调器的最大发射功率降低3dB，以缩减物料清单，这也会导致重发、更高的延迟、更高的功耗以及在挑战性环境中(包括室内和小区边缘)覆盖范围减小等问题。

u-blox充分认识到小尺寸、低成本解决方案对物联网追踪市场的价值，解决了片上系统(SoC)架构相关的性能损失等问题，推出了“组合解决方案”的替代方案。我们的组合解决方案基于完整的芯片设计，可在单个模块中提供完全集成的GNSS定位和蜂窝通信功能，丝毫不影响性能。

追踪解决方案之间的架构差异

物联网追踪市场涵盖数量众多且高度多样化的应用场景。尽管组合解决方案可以满足其中部分用例的需求，但它们并不能替代分立式解决方案，对于需要高度的设计灵活性或出色性能的应用，分立式解决方案仍是硬件架构的首选。在没有万能解决方案的情况下，需要仔细权衡可用解决方案的利弊，从而为特定应用选择最合适的硬件架构。

四类无线追踪应用场景

在过去几年中，人们对追踪和车联网解决方案性能的期望迅速上升。尽管在选择解决方案时，精度、尺寸和价格一直占据着主导地位，但诸如覆盖范围、可用性、安全性、功耗和全生命周期支持等因素已变得越来越重要。随着快速的市场增长，这种趋势也愈发明显，越来越多的追踪和车联网应用依赖于基于卫星定位和蜂窝通信技术。

寻找性能的最佳平衡点

众所周知，在功能、性能、功耗、尺寸和成本之间找到最佳平衡点是非常困难的。如果您是一家寻求卫星定位和无线通信解决方案的设备开发商，可能需要权衡以下一些因素，以找到最适合您需求的硬件解决方案：

01

GNSS性能/精度

在过去几年中，GNSS的性能已得到极大提高，现有的解决方案甚至可以满足最具挑战性的需求。最新一代的GNSS接收机可同时接收来自多个卫星多个频段的卫星信号，在大多数环境中实现米级定位精度。借助GNSS校正服务(其中一些现在面向大众市场应用)，我们甚至可以将精度进一步提高到厘米级。

02

GNSS可用性

GNSS接收机需要良好的天空视野才能实现最佳性能。隧道、停车场、甚至茂密的森林或城市峡谷都可能导致接收机无法显示定位读数。混合(基于蜂窝通信网络)定位解决方案和惯性测量可以扩展服务范围，并提高产品在复杂环境中的精准定位的性能。

03

蜂窝通信可用性

实时追踪服务的发展趋势对蜂窝通信网络的覆盖范围提出了更高的要求。举例来说车队经理更希望能在接到通知后立即定位，随时随地与车辆互动。首先，这要求蜂窝通信模块与其所在的所有区域内的可用技术兼容并通过认证。此外，在这些区域(包括小区边缘、地下或其他难以覆盖的区域)，该模块还应具有最大的服务可用性。为了实现此目标，可以使用可平滑演进至5G的低功耗广域(LPWA)蜂窝通信技术(LTE-M、NB-IoT)，或为欧洲、拉丁美洲和其他地区仍然通用的2G网络等传统技术提供回退选项。

04

并发操作

尺寸受限、具有成本效益的车联网设备可能需要集成式LTE和GNSS解决方案。准确地说，它们的集成方式将决定定位和蜂窝通信是否可以同时运行。市场上大多数的集成产品都是SoC。这些产品共用同一个RF前端来接收卫星信号和传输蜂窝通信数据。这会产生一些主要缺点，因为数据传输会中断GNSS定位，反过来，GNSS定位会中断或延迟LTE信号传输。这可能导致无法在需要时获得GNSS定位，并且可能由于与基站的重复蜂窝通信重连而导致延迟和浪费功率。

05

安全性

在已知存在利用虚假卫星信号来逃避商业或法律限制的用例中，GNSS安全性扮演着越来越重要的角色。此类应用包括：隐藏通过商用车辆进行的私人送货；逃避道路收费；在设有地理围栏的作业区域之外驾驶共享车辆；在机场等热门地点插队；让受到追踪的资产或人员“消失”。

此外，在通过蜂窝通信数据网络传输商业敏感信息或个人机密数据时，安全性也至关重要，特别是对于追踪贵重物品和商业敏感资产的解决方案而言，更是如此。在这些情况下，从GNSS接收机到云应用的强大端到端安全性是一项不容任何闪失的重要功能。

06

功耗

对于许多用例，特别是对于电池供电型追踪设备而言，低功耗至关重要。由于GNSS位置捕获(实现定位)和蜂窝通信数据传输是主要的耗电来源，因此，确保GNSS定位不丢失并且仅在必要时进行数据传输是延长电池供电型追踪设备的电池续航时间的可靠方法。

07

尺寸

追踪硬件的尺寸取决于所有集成元器件的尺寸。与分立式解决方案相比，组合模块共享蜂窝通信和GNSS定位功能所需的元器件，从而缩小最终产品的尺寸并缩减物料清单。

08

成本

正如组合解决方案通过共享蜂窝通信和GNSS定位功能所需的元器件来减少追踪硬件的尺寸一样，精简的物料清单也同样会降低追踪解决方案的最终成本。

u-blox组合解决方案：

无性能损失的芯片设计

随着市场越来越青睐小尺寸、低成本的IoT追踪解决方案，我们首次推出了一系列LTE和GNSS组合产品。我们的组合解决方案平衡IoT应用的尺寸、价格和性能等因素，并利用最近纳入5G规范中的LPWA技术：LTE-M和NB-IoT。

01

缩减尺寸

与分立式解决方案相比，u-blox组合解决方案将芯片设计尺寸减小了14%。

02

降低成本

u-blox组合解决方案通过元器件集成，以实现比stand-alone解决方案更低的总成本。

03

无性能损失的LTE

与目前市场上的标准SoC解决方案不同，u-blox 组合模块具有专用的LTE RF前端，可以发挥LTE芯片组的全部功能(包括无限制的23dBm传输功率)。

04

无性能损失的GNSS

u-blox组合模块采用GNSS完整芯片设计，包括所有用于优化性能的元件(天线接口、LNA、SAW滤波器、无源滤波器)。因此，u-blox组合模块可在灵敏度、精度、首次定位时间等方面发挥内置GNSS芯片的全部功能优势。

05

LTE和GNSS完全并发操作

与当前市场上的标准SoC解决方案不同，u-blox组合模块配有两个分别用于GNSS和LTE的RF前端，实现了GNSS和LTE子元器件的完全并发操作。即使LTE调制解调器处于省电模式或在飞行模式下关闭，也可以对GNSS接收机持续访问，这为用户提供了最高的可靠性和灵活性，而LTE调制解调器的持续可用性确保了不会丢失任何寻呼事件。此外，独立式前端设计消除了两个RF元器件之间的信号干扰。

06

安全和通信服务

u-blox组合模块配备了基于信任根的安全云功能，支持u-blox物联网“安全即服务”，可在适合IoT应用的轻量级、低功耗实施环境中部署无限制加密、密钥轮换和零接触云平台资源调配功能，从而实现全面的端到端安全。

07

u-blox附加功能

u-blox组合模块得益于使用AssistNow(在线、离线、自主)进行辅助定位，可以更快地访问GNSS卫星的星历表，即使在GNSS卫星不可用时，u-blox组合模块也可以使用CellLocate进行基于蜂窝通信网络的粗略定位。

GNSS解决方案对比

除了上面列出的性能亮点外，u-blox组合模块还是目前唯一支持LTE和GNSS并发运行的模块。

GNSS和LTE之间不需要时分复用，这意味着可以随时访问这两种功能，因此提高了解决方案的可靠性和灵活性；

通过防止LTE通信造成的中段，可以最大程度地缩短首次定位时间，同时节省了时间和功耗；

关闭LTE RF前端不会影响GNSS性能，这意味着当LTE调制解调器处于省电模式或飞行模式时，GNSS接收机可以正常运行。

u-blox组合模块的性能优于同类GNSS解决方案

u-blox分立式解决方案的优势

u-blox组合模块旨在满足那些需要可靠GNSS和LTE技术并且对小封装和低成本有着严格要求的IoT应用。同时，我们也列出了优先选择分立式解决方案的情况：

使用低功耗GNSS接收机实现超低功耗

在无天空视野或信号不佳条件(例如城市峡谷)下，使用惯性导航模块进行定位

使用多频段和高精度解决方案实现亚米级定位精度

需随时升级至最新GNSS技术

对于需要GNSS和LTE技术定制组合的特别苛刻的应用场合，u-blox提供了广泛的定位解决方案，可以与SARA-R4和SARA-R5模块以及2G/3G或LTE Cat 1及更高版本结合使用。

这些GNSS解决方案以芯片和模块形式提供：

单频段和双频段GNSS接收机

标准精度和高精度GNSS接收机，包括GNSS修正数据接收机

超低功耗接收机

惯性导航解决方案

我们承诺u-blox所有追踪解决方案均经过专门设计优化，以消除GNSS和LTE元件之间的干扰。

产品选型

最能满足常见用例要求的技术解决方案

u-blox专注于优化产品性能、尺寸和功耗等性能，为物联网追踪应用提供高性能的GNSS和LTE组合解决方案。

同类解决方案虽然通过GNSS和LTE技术共享的元件缩减了成本和尺寸，但其牺牲了两种技术的性能。通过选择具有独立RF前端的完整芯片设计，u-blox组合模块(例如SARA-R422M8S和SARA-R510M8S)可以实现蜂窝通信和定位技术的并发运行，避免相互干扰，以发挥各元件的全部性能。

通过充分发挥u-blox M8多星座GNSS接收机和UBX-R5蜂窝通信低功耗广域(LPWA)调制解调器的功能，我们的物联网追踪组合模块在小尺寸、低成本、大容量方面达到最佳平衡。u-blox SARA-R510M8S和SARA-R422M8S组合解决方案采用u-blox UBX-M8 GNSS芯片的完整的芯片设计，包括LNA、SAW滤波器、TCXO和其他必要的配套元件。与将两个独立的LTE和GNSS产品结合在一起的传统分立式解决方案相比，组合解决方案的电路板整体尺寸减少了14%。

然而，追踪和车联网市场是多种多样的，并且不同用例对性能的要求也有很大差别。如果物联网追踪用例在功耗、定位范围或设计灵活性方面有着更高的要求，则适合采用分立式解决方案，因为该方案包括两个独立的、可以并行工作的LTE和GNSS元件。

原文标题：为物联网方案选择最佳GNSS硬件架构

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责任编辑：haq