Модуль Enfora Enabler - IIG-A-GPS, MLG0208 – это совмещенный GSM/GPRS/GPS модуль с поддержкой A-GPS. Эта модель представляет собой GPS и GSM/GPRS блоки, объединенные в одном устройстве. В режиме GSM модуль обеспечивает работу в четырех диапазонах частот 850/900/1800/1900 МГц. GPS – блок соответствует стандарту 3GPP A-GPSю Доступ к GPS-данным возможен в форматах NMEA и SUPL (Secure User Plane Location). В последних моделях используется 14 - канальный GPS - приемник, который работает на частоте 1.5 ГГц и имеет чувствительность - 160 дБм.
Технология A-GPS
Сегодня GPS является наиболее развитой и надежной системой определения точных координат в мире.
В этой системе GPS задействовано около 27 рабочих спутников. (Одни спутники сходят с орбит, другие, новые запускаются). Спутники размещены на 6 орбитальных плоскостях с орбитами 20200 км и наклонением 55°.
На борту каждого спутника имеются передатчики, которые непрерывно излучают сигналы на двух частотах: 1575.42 МГц и 1227.60 МГц. С каждого спутника передаются: «псевдослучайный код» (PRN — pseudo-random code), «эфемериды» (ephimeris) и «альманах» (almanach).
Альманах (almanach) содержит информацию о параметрах орбит спутников.
Эфемериды (ephimeris) несут информацию с уточненными параметрами движения спутников.
Для определения координат GPS приемник на земле должен получить и обработать информацию как минимум от четырех спутников.
Основными характеристиками, определяющими качество работы GPS - приемников является точность определения координат и время их вычисления. Алгоритм вычисления координат основан на сопоставлении координат спутников с разностью времени получения приемником сигналов от различных спутников. На сегодняшний день - это достаточно сложные алгоритмы, требующие определенных затрат вычислительной мощности. Время вычисления координат зависит, кроме технических характеристик приемника, прежде всего от того, какая информация находилась в приемнике на момент начала вычислений. Различают понятия «холодный», «теплый» и «горячий» старт.
«Холодный старт» (cold) - это случай, когда приемник не имеет информации об альманахах и эфемеридах спутников, находящихся в зоне его видимости. Нет синхронизации по времени с сетью GPS.
«Теплый старт» (warm) - альманах есть, а эфемерид нет. Есть синхронизация по времени.
«Горячий старт» (Hot) — это ситуация, когда в навигаторе имеются альманах, эфемериды и точное время.
GPS-приемник должен находиться в зоне прямой видимости четырех спутников. Однако в условиях городской застройки из-за переотражения сигналов между зданиями, в тоннелях, под мостами и т.п. это условие не всегда выполняется. Кроме того, определение координат с помощью GPS - приемников возможно лишь на открытой местности. Внутри экранируемых зданий и транспортных средств, а также в густом мокром лесу GPS-приемники не работают из-за того, что не хватает мощности сигналов со спутников.
Перечисленные факторы приводят к значительному увеличению времени, которое необходимо для вычисления координат. Отмеченные недостатки вызвали необходимость разработки новых технологий. Одной из таких технологий, успешно внедряемой во всем мире, является технология A-GPS (Assisted GPS) - система глобального позиционирования с поддержкой от вспомогательного сервера. Основное отличие этой технологии от традиционной GPS заключается в том, что в A-GPS дополнительно используется внешний сервер поддержки (assistance server).
Структурная схема сети с поддержкой A-GPS показана на рисунке 1.
Рис.1. Структурная схема сети с поддержкой A-GPS
Подобные вспомогательные серверы могут поддерживаться в основном на региональных уровнях операторами сотовой связи.
В принципе, возможна поддержка A-GPS и на локальных корпоративных уровнях. Однако следует учитывать, что минимальная стоимость такого сервера составит примерно миллион долларов США.
При работе в режиме A - GPS мобильный терминал собирает максимально возможное количество данных со спутников и полностью пересылает их через GPRS на вспомогательный сервер A - GPS. Одновременно мобильный терминал проводит предварительную выборочную обработку данных со спутников и пересылает результаты через GPRS на вспомогательный сервер A- GPS.
В свою очередь вспомогательный сервер A – GPS проводит обработку данных со спутников и создает файл текущих расчетов. Затем файл текущих расчетов пересылается через GPRS на мобильный терминал. В результате на мобильном терминале становятся доступными данные, необходимые для расчетов подробной геодезической информации.
В общем случае на вспомогательный сервер поступает информация со всех GPS - приемников, работающих в данной сети. При этом сервер может быть оснащен своим собственным мощным GPS - приемником и выступать в качестве ретранслятора сигнала от спутников. На вспомогательном сервере хранится точная навигационная информация обо всех спутниках, полученная от всех GPS - приемников, находящихся в сети. Благодаря этому для устройств, работающих в режиме A-GPS, значительно сокращается время вычисления координат. Кроме того, устройства с поддержкой A - GPS могут работать в местах, где в прямой видимости нет спутников или сигнал достаточно слабый, например, внутри помещений.
Сегодня в мире эксплуатируется множество A - GPS сетей различного уровня сложности и с различными уровнями дополнительного сервиса.
Во многих европейских странах в сетях A - GPS, поддерживаемых оператором сотовой связи, одновременно с определением координат любой пользователь получает возможность загружать карты местности, создавать и сохранять свои маршруты, отправлять их другим пользователям по электронной почте. Также предоставляется возможность поиска объектов на карте, создание маршрута до выбранного объекта с выбором оптимального вида транспорта.
В США при поддержке правительства интенсивно развивается программа создания глобальной сети A - GPS, согласованной со службой спасения 911. Если в случае опасности нажать на аварийную кнопку, то координаты пользователя в течение нескольких секунд окажутся в службе спасения.
Как один из вариантов систем безопасности предоставляется услуга, при которой любое отклонение от заданного маршрута регистрируется, а на предварительно заданный номер телефона приходит извещение об этом. Такая услуга крайне полезна для детей и стариков.
Enabler II-G A-GPS MLG0208-xx
MLG0208 - совмещенный GSM/GPRS/GPS модуль с поддержкой A -GPS. Модуль MLG0208 представляет собой GPS и GSM/GPRS блоки, объединенные в одном устройстве. Модуль MLG0208 предназначен для малогабаритных, переносных навигационных устройств с батарейным питанием. Блок GSM/GPRS соответствует модели GSM0108. Подробное описание и технические характеристики приведены в разделе Enfora Enabler II G. В модуле MLG0208 реализованы опции «Сборка-разборка пакетов (Packet Assembler/Disassembler — PAD», и «Обработка событий (Event Processing)».
Основные протоколы модуля MLG0208 – это AT – команды и UDP/API. Из CMUX протоколов следует отметить: PPP, UDP/API, UDP/PAD CMUX, TCP/PAD.
Модуль выполнен в конструктиве Enabler IIG с размерами 46.3 x 30.2 x 3.1 мм.
Внешний вид модуля показан на рисунке 3.
Рис. 2. Внешний вид модуля MLG0208-00
Блок GPS модуля MLG-208 построен на основе чипсета Marlin, производства американской фирмы Globallocate. Чипсет включает усилитель, полностью интегрированный приемник и GPS - процессор. Доступ к GPS-данным возможен в форматах NMEA и SUPL (Secure User Plane Location).
В модулях MLG0208 применяется технология LTO (Long Term Orbit), разработанная фирмой Globallocate специально для стандарта A - GPS. Приемнику, использующему LTO, достаточно сигнала самого слабого уровня для того, чтобы зафиксировать спутник. Это технология является своеобразным шлюзом между традиционной системой GPS и A -GPS. В отличие от традиционных систем A -GPS, для которых необходима постоянная связь с сервером поддержки, устройства с поддержкой LTO могут работать при потере основного сигнала. Обычные GPS – приемники в таком случае переходят в режим ожидания.
Устройства, использующие LTO, обеспечивают быстрый старт и могут быть синхронизированы через GPRS, Bluetooth, WLAN.
Модуль MLG0208 удовлетворяет стандарту «3GPP A-GPS standards». Кроме A -GPS, модуль может работать и в стандартном режиме GPS. Выбор режима программируется с помощью АТ - команд.
Блок GPS модуля поддерживает все стандартные функции GPS. Модуль MLG0208 управляется, как с помощью АТ - команд, так и через UDP/API, CMUX. Напряжение питания 3.3 - 4.5 В.
Модуль MLG0208 имеет восемь пользовательских вводов/выводов (GPIO), 8 -разрядный АЦП (1.75 В), 10-разрядный ЦАП, аудио-вводы /выводы. Каждый из пользовательских вводов/выводов может быть сконфигурирован, как ввод или как вывод. При этом GPIO могут быть использованы или под конкретную задачу пользователя или для контроля параметров и управления модулем. Для этой цели используется опция «Обработка событий - Event Processing».
Технические характеристики модуля показаны в таблице 1.
В модуле поддерживаются основной, стандартный UART-16550 с КМОП уровнями и дополнительный UART для управления и отладки. Для передачи данных и управления модулем предусмотрены три варианта использования UART.
Рис.3. Структурная схема организации последовательного порта модуля MLG0208 для связи между GSM и GPS блоками.
В первом случае основной порт выделяется специально в качестве канала связи с GSM/GPS - блоком, а второй вспомогательный UART используется для связи с GPS - блоком.
Во втором случае основной порт используется и для передачи NMEA - GPS сообщений и для работы по GSM/GPRS каналу через одно и то же PPP- соединение. Второй вспомогательный UART в данном варианте используется как отладочный порт.
С помощью «Event Processing» пользователь самостоятельно может создавать приложение, которое будет сохранено в памяти модуля и использовано для выбора режимов работы портов.
В третьем варианте GPS - данные и GSM/GPRS информация передаются по основному порту через PPP - соединение. Вспомогательный порт при этом используется, как отладочный. Для выбора режима работы портов так же, как и во втором варианте можно создавать специальное приложение.
Все интерфейсные группы выведены на 60- контактный разъем MOLEX (Конструктив - Enabler IIG).
Для подключения антенн используется стандартный U.FL разъем. На рисунке 4 показан модуль MLG0208 со стороны разъемов.
Рис.4. Внешний вид модуля MLG0208 со стороны разъемов
Следует учитывать тот факт, что разъем GPS предназначен для подключения пассивной антенны. Модуль не имеет встроенного источника питания для активной GPS – антенны. Пользователи могут сделать такое устройство самостоятельно, либо приобрести дополнительную плату. Выпускается плата для подключения активной антенны к модулю MLG0208. Частота - 1.575ГГц Вносимые потери – TBD. Импеданс - 50 Ом. Входное напряжение от 3,6 до 6 В.
Выходное напряжение - 3.3В. Ток антенны 100 мА (Max). Потери в линии 0 - 20дБ. Размеры: 28х16х6 мм.
В настоящее время выпускаются две модели: MLG0208-00 без держателя SIM – карты и MLG0208-01 с держателем SIM - карты.
Модуль MLG0208 может работать в трех режимах GPS, которые получили названия: автономный/стандартный, A - GPS (с поддержкой сети мобильной связи) и комбинированный.
Автономный режим - это стандартный режим работы GPS. В данном режиме GPS - приемник работает в реальном масштабе времени и получает мгновенные значения эфемерид со спутников, находящихся в зоне его видимости. Полученные со спутника данные транслируются через последовательный порт в формате NMEA.
При этом на приемник поступает информация о местоположении спутника, его скорости, курсе, и т. д. Эти данные пересылаются по GSM/GPRS каналу через заданные промежутки времени на центральный сервер (или несколько серверов). Данный режим доступен без ограничений в любой точке мира.
В режиме с поддержкой сети мобильной связи (рисунок 1) GPS - приемник определяет координаты с помощью вспомогательного сервера. Комбинированный режим используется в тех случаях, когда GPS - приемник имеет недостаточное количество данных для точных вычислений координат, например при пропадании спутников из зоны видимости приемника или при переотражениях сигнала в городах и гористой местности. Последние два режима реализуются только в регионах, где есть соответствующая поддержка оператора сети сотовой связи.
Если сравнивать характеристики совмещенных GSM/GPRS/GPS модулей Siemens, Wavecom, Enfora, то в пользу Enfora можно сказать следующее.
Основное преимущество GSM/GPS модулей Enfora от аналогичных модулей других производителей заключается в том, что Enfora имеет расширенный набор АТ - команд для GSM/GPRS и GPS блоков. Это позволяет пользователю без труда менять настройки и самостоятельно создавать нужные приложения с помощью «Event engine».
Кроме того, приемник GPS модуля MLG0208 Enfora потребляет около 50 мА, в то время как GPS приемники в совмещенных модулях Siemens, Wavecom потребляют от 125 до 150 мА.
Модуль MLG0208 Enfora имеет меньшие времена для теплого и горячего старта при работе в стандартном автономном режиме GPS. Однако из-за меньшего числа каналов модули Enfora имеют время холодного старта больше, чем у конкурентов. Модуль MLG0208 Enfora имеет наименьшие среди конкурентов вес и габаритные размеры.
Немаловажно также и то, что модуль MLG0208 дешевле модулей Siemens и Waecom.
В 2007 году Enfora начала серийное производство GSM/GPS - модуля MLG0208-W-MT, который в отличие от существующей модели MLG0208, поддерживает автоматическую пересылку GPS - данных по протоколу UDP на центральный сервер. Следует обратить внимание на то, что модель MLG-0208 может пересылать GPS - данные только по запросу с центрального сервера, либо под управлением внешнего контроллера. Также в модуле MLG-0208 не поддерживается событие "Event 27" (GPS lock). Эта опция реализована в новом модуле MLG0208-W-MT. Модули MLG0208-W-MT и MLG0208 полностью идентичны по механическому исполнению и разъемам. Единственное и основное различие между модулями заключается в программном обеспечении. Модуль MLG0208-W-MT имеет новое программное обеспечение, получившее название "MT-code". Это программное обеспечение может быть установлено исключительно на заводе-изготовителе.
Для проектирования и отладки оборудования на базе MLG0208 выпускается отладочный комплект. Этот комплект позволяет разработчику сразу начать работать с модулем и изучать его возможности на конкретных примерах.
Зарегистрированным пользователям отладочный комплект предоставляется во временное пользование бесплатно.
Рис.5. Отладочный комплект для модуля MLG0208
Новый модуль предназначен для переносных, миниатюрных GPS/GSM - навигаторов и является оптимальным вариантом для устройств, не содержащих внешнего микроконтроллера. На базе модуля MLG0208-W-MT выпускается GPS/GSM - навигатор GSM2228.