Localizzazione satellitare: 30 cm di precisione col nuovo chip dual-band Broadcom

Durante la conferenza ION GNSS+ che si è tenuta recentemente a Portland (USA), Broadcom ha annunciato la disponibilità dei campioni del chip BCM47755, il primo ricevitore GNSS consumer che, senza l’ausilio di alcun sistema di correzione, fornisce una precisione media di 30 centimetri, contro i circa 5 metri attuali. Non solo, grazie alla particolare tecnologia utilizzata, questa precisione viene garantita anche in città, dove la presenza di alti edifici provoca spesso un deterioramento del segnale satellitare che peggiora la precisione. Il BCM47755 verrà integrato in smartphone di fascia alta a partire dal prossimo anno.

Come sappiamo, per calcolare la propria posizione, un ricevitore GNSS deve essere in grado di ricevere i segnali di almeno tre satelliti di una costellazione; attualmente, dopo la rete GPS americana, sono entrate in funzione e sono disponibili globalmente le reti GNSS Galileo (europea), la rete russa Glonass e quella giapponese QZSS. Il ricevitore Broadcom BCM47755 è in grado di ricevere contemporaneamente i segnali di tutte queste costellazioni.

Tutti i satelliti – anche la generazione più vecchia ancora in uso – trasmettono un messaggio chiamato segnale L1, che include la posizione del satellite, l’ora e un codice identificativo. I satelliti più recenti, di nuova generazione, trasmettono anche un segnale più complesso, chiamato L5, ad una frequenza diversa, oltre al segnale L1.  Il ricevitore utilizza essenzialmente questi segnali per determinare la distanza da ciascun satellite in base al tempo impiegato dal segnale radio a percorrere la distanza satellite-ricevitore.

Il nuovo ricevitore Broadcom effettua un calcolo di massima della posizione utilizzando il segnale L1 per poi affinare la posizione facendo ricorso al segnale L5, meno incline alle distorsioni e alle riflessioni.

Nel grafico diffuso da Broadcom viene illustrato cosa succede quando i segnali L1 e L5 vengono riflessi dagli edifici all’interno di una città:

Nel caso di L1, il segnale diretto e tutte le riflessioni arrivano in momenti leggermente diversi, sovrapponendosi e costringendo il ricevitore a cercare tra questi segnali quello con la maggiore intensità, probabilmente il più diretto e con l’orario più corretto. Tuttavia, più numerose sono le riflessioni, più difficile sarà il compito del ricevitore e meno accurato sarà il dato ottenuto.

Per quanto riguarda L5, invece (terzo esempio), i segnali sono così brevi che è improbabile che le riflessioni si sovrappongano al segnale diretto. Il chip del ricevitore può semplicemente ignorare qualsiasi segnale dopo il primo che riceve, che sarà molto probabilmente il più diretto. Il nuovo dispositivo Broadcom utilizza anche informazioni relative alla fase della portante per migliorare ulteriormente l’accuratezza.

I ricevitori con capacità L5 disponibili sul mercato sono attualmente destinati ad impieghi industriali ed il Broadcom BCM47755 è il primo chip di massa che utilizza sia L5 che L1.

Il seguente grafico spiega perché solo ora si stiano affacciando sul mercato i ricevitori con capacità L5:

Solamente da un paio di anni il numero di satelliti con tecnologia L5 è sufficiente a garantire un buon funzionamento del sistema; attualmente sono una trentina ed entro il 2020 saranno 45.

Il sistema duale del nuovo BCM47755 di Broadcom garantisce una accuratezza di 30 centimetri circa, in tutte le condizioni operative. Questa precisione può essere sfruttata per alcune applicazioni in ambito automotive, ad esempio per seguire con precisione una corsia stradale, senza l’impiego di sensori aggiuntivi:

Per ridurre i consumi energetici (ricordiamo che questo chip è destinato prevalentemente all’impiego all’interno di uno smartphone), Broadcom ha fatto ricorso al design “big.LITTLE” di ARM, un’architettura dual core in cui un core (più semplice e a basso consumo) è accoppiato con un core più complesso. Il core a bassa potenza, in questo caso un ARM Cortex M-0, gestisce semplici compiti continui. Il nucleo più potente ma con maggiori consumi – un Cortex M-4 – viene attivato solo quando necessario.

Questo SoC di Braodcom rappresenta solamente l’ultimo sforzo per fornire all’utente la massima precisione che, per alcune applicazioni, deve raggiungere livelli dell’ordine del centimetro.

In conclusioni, questi i segnali che il nuovo dispositivo può ricevere simultaneamente:

• GPS L1 C/A
• GLONASS L1
• BeiDou (BDS) B1
• QZSS L1
• Galileo (GAL) E1
• GPS L5
• Galileo E5a
• QZSS L5

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