GPS-навигация как в кино: стандарт L5 — незаметная революция от Xiaomi

Быть может вы об этом никогда не думали, но GPS-навигация – это одна из самых используемых функций на вашем смартфоне. Множество различных приложений, от Яндекс.Пробки до Google, работают с использованием ваших геолокационных данных. Но GPS играет куда более важную роль, чем часть какого-то приложения.

Люди, использующие GPS-навигацию при вождении, наверняка не раз пользовались этой системой для ориентирования по незнакомому городу в поисках парковочного места. К сожалению, подавляющее большинство современных устройств не могут похвастаться точным определением своего местоположения.

Одна- и двухчастотная GPS-навигация

Телефон определяет местоположение, получая радиосигналы от спутников на орбите. Современные смартфоны используют одночастотную GPS-навигацию. Это значит, что ваш смартфон получает только по одному радиосигналу от каждого спутника. Однако, одночастотный вид GPS-навигации подвержен большому количеству ошибок многолучевого распространения.

Ошибки многолучевого распространения возникают, когда сигнал отражается от крупных объектов (зданий), в результате до устройства доходит только часть сигнала, что может привести к неточному определению вашего местоположения. Для обычного пользователя такие неточности могут привести к большим неприятностям, в особенности в каких-нибудь мегаполисах. Это довольно распространённая проблема, но некоторые телефоны оповещают вас в случае возникновения подобных ошибок.

Как справляется двухчастотная GPS-навигация с этой проблемой? Вместо использования одного сигнала для определения вашего местоположения, устройство получает более одного сигнала от каждого спутника на разной частоте. В результате, точность отслеживания получается выше, чем у одночастотной GPS-навигации.

В американской спутниковой навигационной системе используются частоты L1 и L5. В европейской – E1 и E5a. В то время, как большинство современных устройств используют или L1, или L5 частоты, в устройствах, которые поддерживают двухчастотную GPS-навигацию, используются обе частоты. L5 и E5a частоты является более совершенными, а потому они меньше подвержены ошибкам многолучевого распространения. Как вы уже наверно догадались, точность таких устройств значительно выше точности одночастотных.

Технология использования двух частот появилась совсем недавно. В Android поддержка этой технологии появилась с выходом Android 8.0 Oreo в августе 2017 года. В связи с этим, компания Broadcom разработала специальный двухчастотный чип – BCM47755, в сентябре 2017 года.

Руководство компании сообщило, что первые смартфоны с новым чипом появятся в 2018 году, но в смартфонах каких компаний будет внедрён этот чип – не уточнялось. Первыми, кто выпустил смартфон с BCM47755 стала китайская компания Xiaomi, вместе со своим Xiaomi Mi 8, в конце 2018 года. Другие компании не особо спешат выпускать устройства с новым чипом. Даже недавно вышедшая линейка устройств Samsung Galaxy S10 не получила поддержку двухчастотной GPS-навигации, по крайней мере в текущей версии Exynos её нет.

На данный момент, Huawei и Xiaomi являются двумя единственными компаниями, чьи смартфоны официально поддерживают использование двух частот. В то же время, Xiaomi – это единственная компания, где двухчастотная GPS-навигация используется и в сторонних приложениях.

Почему же другие производители не стремятся так быстро внедрять новую технологию в свои смартфоны? Во-первых, это стоимость двухчастотного чипа. Такие чипы довольно сложны в производстве, да и стоят они недёшево. Во-вторых, компании, возможно, не считают целесообразным внедрять столь дорогую технологию в обычные смартфоны, иначе придётся повышать их цену, что может сказаться на количестве проданных устройств. Да и для рядового пользователя вполне достаточно и одночастотного GPS для повседневного пользования. Но такая технология пригодилась бы большому числу людей: туристы, самостоятельные путешественники, бегуны и другие.

Как узнать, поддерживает ли ваш телефон двухчастотную GPS-навигацию?

На современном рынке довольно мало устройств поддерживают работу сразу двух частот. В Play Маркет вы можете скачать множество приложений, которые помогут вам понять, поддерживает ли ваше устройство двухчастотную GPS-навигацию. Мы рекомендуем использовать GPSTest. Это приложение также доступно на GitHub. Всё, что вам нужно сделать после загрузки приложения – дать ему разрешение на блокировку вашего местоположения, и затем проверить колонку CF на наличие частот L5 и E5a.

Шон Барбео, разработчик приложения GPSTest, держит свою колонку на интернет-ресурсе для журналистов “Medium”, в котором у него указан список поддерживаемых устройств. Список обновляется по мере появления новых устройств с поддержкой этой технологии.

Какие телефоны сегодня поддерживают двухчастотную GPS-навигацию?

На данный момент, только Xiaomi Mi 8 и Xiaomi Mi 9 официально поддерживают работу двух частот. Убедиться в этом вы можете при помощи сторонних приложений. Что до Huawei Mate 20 X, Mate 20 RS, Mate 20 Pro и Mate 20, то эти устройства отмечаются как поддерживающие двухчастотную GPS-навигацию, но в связи с отсутствием полной поддержки некоторых Android API, используемых сторонними приложениями, не всегда удаётся подтвердить поддержку двухчастотной GPS-навигации при помощи специальных приложений.

Например, Samsung Galaxy S10 с процессором Snapdragon 855 поддерживает работу двух частот, если верить данным таких приложений, как GPSTest, но официально вы не найдёте никаких подтверждений об этом. Возможно, Samsung пока просто тестирует эту технологию, поэтому они и не объявили о поддержке данной технологии, но всё может измениться в будущем.

Xiaomi и Huawei являются единственными производителями, которые считают данную технологию выгодным вложением. Судя по всему, они не собираются отказываться от неё в своих будущих устройствах.

Заключение

Технология двухчастотной GPS-навигации полностью готова для внедрения в мобильные устройства, но почему-то крупные компании особо не торопятся. Мы можем лишь гадать почему, скорее всего, основополагающим фактором является её дороговизна. Возможно, Xiaomi решили рискнуть в надежде на то, что это принесёт свои плоды.

Двухчастотная GPS-навигация, в будущем, может оказаться острой необходимостью для больших городов, где ошибки многолучевого распространения уже сейчас можно считать очень распространённой проблемой. В связи со скорым завершением совместного проекта спутниковой системы навигации Европейского союза “Galileo”, сейчас самое время задуматься о начале производства устройств с поддержкой двухчастотной GPS-навигацией.

06.07.2018

Полторы недели назад Xiaomi представила свой флагманский смартфон Mi 8: аппарат во многом превосходит существующих конкурентов, но одна деталь в нём интересует меня более всего. Если внимательно прочитать спецификации новинки, можно увидеть такие слова: «двухдиапазонный GPS». Что это? Звучит обычно. Может там стоит две антенны, и сигнал будет ловиться лучше?

На самом деле речь идёт о настоящей революции в спутниковой навигации — и случилась она не с выходом смартфона китайской корпорации. Несколько месяцев назад Минобороны США предоставило в открытый доступ расшифровку протокола L5 — и это событие должно обрадовать вас куда больше, чем появление тройной камеры или модного соотношения сторон дисплея. Сейчас я расскажу, почему.

Прежде всего — небольшое погружение в тему. GPS-навигация стала достоянием общественности в 1995-ом году, когда спутниковая система покрыла всё видимое небо, а её владелец — американские военные — разрешил простым смертным пользоваться новой чудотехнологией. Увы, поначалу всё было весьма плачевно: Минобороны намеренно вносило сильные искажения в радиосигналы со спутников, и навигация для простого люда была похожа на комичный и мучительный процесс. Погрешность при измерении позиции составляла не менее 100 метров!

Пользовательская — то есть наша с вами — революция случилась накануне нового тысячелетия: 1 мая 2000-го года президент США обязал военные силы дать народу нормальный и честный сигнал с космических спутников. Распоряжение было немедленно исполнено, и наступила удивительная эпоха GPS-навигации. То было время примитивных кнопочных телефонов, но уже тогда обладатели некоторых из них (например, аппарата Benefon ESC) могли прикоснуться к волшебству — и увидеть «себя» на географической карте. Начался GPS-бум: люди стали покупать карманные навигаторы, автомобили — оборудоваться дорожными приборами, а мобильные девайсы всех типов и форм — всё чаще оснащаться этой удобной фичей.

Изменения в точности после закона 2000-го года

Смартфоны, появившиеся в 2007-ом году, сделали навигацию такой, какой мы её знаем сегодня. Спутниковая система перестала быть увлечением энтузиастов и путешественников, и каждый обладатель современного телефона — хотел он того или нет — имел в вооружении личную систему геопозиционирования. Что ещё более важно — GPS-навигация постепенно интегрировалась в большинство сервисов и приложений. Какое из них сегодня не спросит у вас разрешения предоставить ему данные о местоположении?

Функция настолько прочно вошла в нашу жизнь, что мы уже не задумываемся над тем, как это происходит и есть ли GPS-модуль в том или ином гаджете. Конечно есть — мы находим себя на карте местности, наблюдаем за перемещениями родных и друзей; не зная точного адреса, вызываем такси; пишем отзывы о местах, которые посетили, и делаем много других «фантастических» вещей.

Но есть в пользовательской навигации одна незадачка. Вспомните классическую сцену из детективного фильма: полицейские крепят к одежде преступника «жучок» и наблюдают за его передвижениями из участка. На первый взгляд всё как обычно: в точности как и на наших телефонах. Однако в кино крестик (стрелочка) наблюдаемого объекта всегда указан на карте с неимоверной точностью: стоит человеку сделать шаг в сторону, и навигатор тут же скрупулёзно зафиксирует передвижение.

А теперь вспомните, как работают наши с вами устройства — в независимости от того, встроен ли GPS-модуль в смарт-часы или представляет собой отдельный девайс с мощной антенной. Совсем не так как в фильмах, правда? Даже если сигнал со спутников определяется быстро, о «киношной» точности можно и не мечтать: стрелка на карте постоянно норовит куда-то ускакать, бредёт в десятке метров от нас, а порой и вовсе перепрыгивает на другую сторону дороги. И это не говоря о случаях, когда навигатор вообще отказывается работать.  В чём тут дело? У полицейских более мощные антенны? Или это просто художественный вымысел?

Никакой не вымысел. Устройства силовых структур действительно умеют определять местоположение объекта с удивительной точностью — и помогает им в этом отнюдь не антенна.

Дело в том, что GPS-спутники непрерывно посылают из космоса два радиосигнала: один называется L1 и работает на частоте 1 575 МГц, другой зовётся L5, и частота у него тоже другая — 1 227 МГц. Эти радиосигналы несут зашифрованные коды, и если немного огрубить, сигнал L1 содержит так называемый «грубый код» (Coarse Acquisition code), а в L5 зашифрован «точный код» (Precision code).

Как вы уже догадались, киношные (и реальные) полицейские пользуются продвинутым кодом L5-сигнала — с его помощью навигатор определяет местоположение объекта с точностью до 3 см и максимальной погрешностью в 30 см! Только вдумайтесь: 30 см — это ничтожное расстояние одного шага!

Нам же достался грубый код сигнала L5 — именно его перестали искажать в 2000-ом. Да, событие было значимое, и оно отыграло свою роль в истории — но не пора ли и простым смертным насладиться сверхточным позиционированием? Ведь погрешность «нашего» сигнала L1 в лучшем случае составляет 5 метров!

И вот, 21 сентября 2017 года из Сингапура пришла радостная весть: компания Broadcomm, специализирующаяся на производстве модулей связи, анонсировала разработку двухдиапазонного GPS-чипа, работающего не только с привычным сигналом L1, но и с «запретным» L5. Очевидно, минобороны США приняло решение дать расшифровку точного кода L5 — однако подробности этого события не разгласили.

Общественность и СМИ давно наседала на военных — сколько можно единолично владеть технологией, а в гражданское пользование «кидать отбросы» в виде L1? Вероятнее всего, имела место продажа расшифровки компании Broadcomm, поскольку ни один сторонний разработчик не похвастался за прошедшее с сентября время аналогичной «добычей».

Как и следовало ожидать, анонсированный чип способен определять местоположение пользователя с точностью до 3 – 10 см. Максимальная погрешность будет составлять 30 см — таким образом, местоположение будет определяться в 16 раз точнее, чем раньше! Умельцы уже оснастили некоторые устройства Samsung и Nexus новинкой от Broadcomm, и результаты тестов подтвердили заявленные спецификации.

Также хочу отметить, что в новых гаджетах, работающих с сигналом L5, будет не только высокая точность позиционирования — но и отличное качество сигнала. Дело в том, что частота 1 227 МГц, на которой работает L5, способна пробираться в такие уголки городских застроек, о которых нынешние GPS-приёмники не могут и мечтать. Это обусловлено законами физики: сигнал с большей длиной волны лучше дефрагирует (обходит препятствия).

Что ж, чип Broadcomm BCM47755 представлен, а разработчики и пользователи замерли в ожидании — когда? Дело осложняется тем, что Broadcomm не является лидером в поставке чипов производителям мобильных девайсов — это место прочно заняла компания Qualcomm. Её SoС-кристаллы Snapdragon включают в себя GPS-модули, и не каждый бренд осмелится заказать у Broadcomm дискретный чип, пусть и с революционной GPS-антенной.

Xiaomi mi8 — первый телефон с GPS-антенной L5

Тем не менее, дело оставалось за малым — применить чип в своём устройстве. Это и сделала Xiaomi, внедрив модуль BCM47755 в свой новый телефон, который, кстати, работает на Quallcom’овском Snapdragon.

И что теперь? Первый шаг сделан, остаётся лишь дождаться лавины, последующей за ним. Я почти уверен, что в сентябре мы увидим Apple Watch 4, поддерживающие работу с новым протоколом L5. А такие монстры GPS-навигации, как Garmin, Suunto и Pebble уже наверняка трудятся над созданием сверхточных гаджетов. В спецификациях чипа BCM47755 сказано, что он подходит как для смартфонов, так и для навигаторов и умных часов — так что никаких преград для производителей нет.

Казалось бы незначительное событие изменит наше представление об «электронной» навигации. Смартфоны, GPS-приёмники, умные часы и планшеты будут определять геопозицию нас и наших близких так точно, что сам процесс превратится в удовольствие. Стрелочка на дисплее будет неизменно следовать за нами: в городских трущобах, в лесу, на дорогах и даже в зданиях. Это ещё один шаг к тому, чтобы жизнь стала удобнее — и осталось подождать всего ничего.

Читайте наш блог – его «расположение» в интернете вы уже знаете. И не забудьте заглянуть в Telegram-канал Inspector Gadgets – здесь мы публикуем самое интересное, актуальное и весёлое из мира технологий.

While we pegged the Xiaomi Mi 8 as a contentious smartphone for its aesthetic design, the handset’s internals are far more interesting. It’s not just that the phone’s hardware brings a lot of value to the table either — there’s a lesser-known feature here that’s worth explaining. The Mi 8 is the first phone to boast dual frequency GPS navigation technology.

This small detail is often overlooked on the specification sheet in favor of processors and cameras, but it brings a number of exciting potential possibilities. These can range from accuracy improvements with augmented reality and navigation apps to helping to build smart cities.

Dual frequency GPS explained

GPS is a term we’re all probably quite familiar with. It has been in phones and other products for years. It’s operated by the United States government and has 32 satellites up in orbit to help determine positions. Russia has its own equivalent program called GLONASS and China uses BeiDou. Galileo is a newer system created by the European Union, designed to end the region’s dependence on overseas positioning technologies.

All of these services are similar, in so far as they provide location information, but they operate over a number of different frequency bands from 1,176MHz to 1,610MHz.

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) can make use of multiple frequency bands to improve tracking accuracy. Technically each of the navigation systems listed above is compatible with multi-frequency GNSS, but not all of the satellites in orbit support multiple frequencies, particularly legacy GPS satellites. Being the newer system, Galileo is perhaps best positioned to offer dual frequency GPS with its satellites.

spectrum.ieee To be accurate, receivers need the signal that takes the shortest path from the satellite [green]. Classic L1 satellite signals overlap with their reflections [blue and purple] to form signal “blobs,” which mask the shortest path. L5 signals don’t overlap with their reflections, so receivers can easily find the signal that arrives first.

At the receiver end, you also need a modem able to use multiple frequencies to see the benefits of GNSS. Historically this technology has been reserved for expensive surveying and agricultural equipment. Now it’s available in smartphones too. The Xiaomi Mi 8 contains a Broadcom BCM47755 chip, which consumes half the power of previous chipsets, making it suitable for smartphones.

In a nutshell, this is a similar technology to GPS or other navigation technologies but allows devices to scale up through a wider number of frequency bands for better accuracy. While your typical smartphone will rely on a single frequency receiver, multi-frequency smartphones like the Mi 8 use two or more for better location accuracy.

What are the benefits?

Dual frequency GPS is particularly potent in urban environments, where signal interference and obstruction is more common. Right out of the gate, users should notice a much faster time to first fix. This means there will be less waiting around for Google Maps or other apps to first find your location. The more robust connection also means you’ll spend less time disconnected.

The improved accuracy also means street navigation will be better able to tell when you’re on a parallel street, taking the correct turn at a complicated junction, and even which side of the street you are on when walking. Current single frequency smartphone solutions offer an accuracy of about 5 meters. Dual-frequency chipsets boast decimeter level accuracy — just a tenth of a meter.

Dual-frequency GNSS offers accuracy down to just tenths of a meter, compared to 5 meters currently.

That level of accuracy goes beyond what’s arguably needed for reliable vehicle navigation, but it opens the door to a variety of new use cases. Editor’s Pick

For smartphones, high accuracy tracking allows for better placement in augmented and virtual reality spaces. This could range from accurate store overlays using an AR camera app to turn-by-turn navigation through a mall. We’ve seen similar potential uses from Google’s Visual Position Service (VPS) for high accuracy AR and VR tracking, but this is an entirely different technology.

Outside of smartphones, high accuracy navigation could be especially useful for smart city planning and mass IoT with long battery life. Inclusion in semi-autonomous, self-driving cars and other vehicle safety features seem like a perfect fit, as does a cost-effective implementation in consumer-level drones.

Wrapping up

Dual frequency GPS location tracking and navigation might not be a headline-grabbing technology, but its adoption will enhance common smartphone use cases like navigation, and open the door to new ideas that rely on high accuracy. The Xiaomi Mi 8 is the first smartphone to include the technology, and it certainly won’t be the only one over the next twelve months.

With more compatible satellites up in orbit and more power-efficient receivers now on the market, this technology will likely head to more smartphones and other products in the near future.

What use cases do you see better GPS enabling?

Features

До 2018 года все гражданские мобильные устройства использовали исключительно частоту L1 при подключении к спутниковой системе навигации GPS. С L1 мобильные телефоны по GPS определяли местоположение с точностью до  5 метров, чего в принципе достаточно для комфортной навигации. Конечно, при плотной городской застройке сигнал ухудшался и точность позиционирования падала.

В 2018 году Минобороны США предоставило расшифровку протокола сигнала L5 – с ним точность позиционирования возросла до 30 сантиметров. Первым мобильным телефоном, который использовал данный сигнал для навигации, стал Xiaomi Mi 8. В рамках рекламы на YouTube даже выложили видеоролик, на котором водитель пытался проехать участок трассы практически вслепую, используя только GPS-навигатор смартфона Xiaomi Mi 8. Эксперимент оказался удачным, но это был рекламный ролик, а не полноценный тест системы.

Технология с использованием двух полос L1 и L5 при навигации называется Dual-GPS, и сейчас она применяется в некоторых мобильных телефонах.

1 место – Xiaomi Mi 9

Лучший в мире смартфон для навигации – Xiaomi Mi 9. Это новый флагман от Xiaomi, который работает на базе ТОПового «железа» Snapdragon 845, оснащается Amoled-матрицей с поддержкой HDR10 и сканером отпечатков пальцев внутри. Плюс, здесь 3 камеры – с обычным, телефото и широкоугольным объективами, и по части фотосъемки телефон прекрасен – он получил 6 место в рейтинге камерофонов  DxOMark и 5 место в нашем ТОПе китайских камерофонов.

Если говорить про проблемы: нет защиты от воды, выхода на наушники 3.5 мм, поэтому придется извращаться переходниками при подключении проводной гарнитуры. Также нет стереодинамиков  и оптической стабилизации. Впрочем, это не мешает смартфону выдавать классные кадры, так что к покупке рекомендуется. И да, он поддерживает технологию Dual GPS и при позиционировании используется полосы L1 и L5.

2 место – Huawei P30 Pro (и P30 тоже)

Еще один китайский флагман, который поддерживает обе полосы при GPS-позиционировании и в ходе тестирования показывает высокую точность определения местоположения. Сам флагман P30 Pro получил 7-нм процессор Kirin 980, оснащен OLED-экраном с бесконечной контрастностью и лучшей в мире тыловой камерой с уникальным перископическим телефото объективом (примеры фото в спойлере ниже).

Флагман сочетает в себе новейшие мобильные технологии: сканер отпечатков под OLED-матрицей, дисплей, выполняющий функцию разговорного динамика, реверсивная беспроводная зарядка, защита от воды, очень быстрая зарядка 40 Вт (70% з 30 минут), и Dual GPS здесь – всего лишь приятное дополнение и одна из фишек флагмана.

3 место – Huawei Mate 20 Pro (и обычный Mate 20)

Еще один аппарат с поддержкой Dual GPS – китайский камерофон от Huawei, который до выхода P30 Pro считался лучшим в линейке и в мире по части фотосъемки. Здесь стоит тот же процессор HiSilicon Kirin 980, классная 3-модульная камера, реверсивная зарядка, емкая батарея и OLED-матрица от BOE.

До недавнего времени применялись также матрицы LG, но в Huawei от них отказались из-за массового брака (экраны становились зелеными), и теперь в продаже присутствуют только флагманы с экранами BOE.

Сам аппарат оказался классным – с кучей крутых фишек, включая функцию 3D-сканирования лица для разблокировки (а не простое распознавание). Плюс, с выходом нового P30 и P30 Pro модели Mate 20 Pro подешевели, и теперь как никогда выгодно брать китайский флагман с крутым GPS-приемником, обеспечивающим высочайшую точность позиционирования и скорость сопряжения со спутником.

4 место – Honor View 20

Еще один аппарат от Huawei с Dual-Band A-GPS, который можно брать в средине-конце 2019 года. Он обойдется дешевле, чем Mate 20 Pro и P30 Pro,  но и по части «железа» и экрана он хуже. Во-первых, здесь используется IPS-матрица, во-вторых, нет защиты от воды, беспроводной и реверсивной зарядки.

Зато в остальном аппарат прекрасен: он получил новую большую матрицу камеры от Sony размером 1/2 дюйма с разрешением 48 Мп и Quad-Bayer фильтром. Здесь четыре пикселя на матрице фиксируют один цвет, что дает размер пикселя 1.6 мкм, и это повышает качество фото съемки.

Автономность, звук, качество сборки и функционал – на высшем уровне. Если дырка под фронтальную камеру не смущает, то View 20 можно брать.

5 место – Xiaomi Mi 8

Первый смартфон, который получил технологию Dual-GPS. В мае 2018 года это самый дешевый аппарат с крутой навигацией – на Алиэкспресс его реально взять за 25-26 тысяч рублей. Несмотря на низкую цену, телефон оснащен флагманским «железом» Snapdragon 845, Amoled-экраном, 2-модульной камерой с оптической стабилизацией, которая после порта Gcam снимает очень хорошо.

Как и в более свежем Xiaomi Mi 9, здесь также нет защиты от воды, стереодинамиков, джека 3.5 мм (разъема для наушников), слота под карту памяти. Но все эти недостатки не имеют веса с учетом низкой цены, функционала, «железа» и качества аппарата.

Остальные телефоны с лучшим GPS

• Oppo Reno 5G, Reno 10x zoom
• Huawei Mate X
• Huawei Mate 20X, Mate 20 RS Porsche Design
• Honor Magic 2
• Xiaomi Mi 8 Pro, Mi 8 Explorer
• Xiaomi Mi 9 Explorer
• BlackBerry Evolve X

Что касается смартфонов Samsung, то с ними ничего не понятно. Они оснащаются чипами Broadcom с поддержкой dual-GPS, но сама технология работает  лишь в некоторых странах. По этой причине они не попали в данный ТОП.

Пожалуйста, оцените статью: