GPS-Lösungen Design-Kriterien für ein zuverlässig funktionierendes GPS-System

Es scheint, die GPS-Technik so weit entwickelt, dass sie überall ohne Probleme einsetzbar ist. Doch steckt der Teufel im Detail. Und es gibt einige wesentliche Herausforderungen beim Aufbau entsprechender Systeme, damit das GPS-Produkt zuverlässig und genau funktioniert. Nachfolgend werden diese Herausforderungen speziell im Hinblick auf Telematikanwendungen skizziert.

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Eine genaue Positionsangabe wird heute in immer mehr Anwendungen als selbstverständlich angesehen. Während noch vor 15 Jahren die ersten Navigationssysteme für Oberklassenfahrzeuge eine Besonderheit waren, kennt heute jeder die praktischen tragbaren Navigationsgeräte. Hier hat sich ein Luxusgut zum Massenartikel entwickelt. Auch in vielen Freizeitanwendungen hat GPS Einzug gehalten. Das reicht von den Ausrüstungen für Mountainbikes über Digitalkameras bis hin zu Mobiltelefonen.

Die kommerzielle Anwendung mit der größten Verbreitung ist sicherlich die Telematik. Dieser Bereich ist heute ein stark wachsender Markt. Vor zehn Jahren war die Hauptanwendung die Disposition für LKWs. Die Kommunikation funktionierte damals mittels SMS. Heute können wesentlich mehr Daten schneller und preisgünstiger per GPRS übermittelt werden und die Anwendungen haben deutlich zugenommen: Vom einfachen Auffinden gestohlener Fahrzeuge, über Versicherungsanwendungen bis hin zu komplexen Fahrzeugdiagnosesystemen bieten immer mehr Anbieter Lösungen an.

Der Teufel steckt im Detail

Während es also scheint, dass GPS so weit entwickelt ist, dass es überall ohne Probleme eingesetzt werden kann, steckt der Teufel doch im Detail und es gibt einige Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen. Nachfolgend sollen diese Herausforderungen speziell im Hinblick auf Telematikanwendungen skizziert werden.

Unter Telematik wird zunächst generell die Verknüpfung von Information und deren Übermittlung verstanden. Im Zusammenhang mit GPS – also der Verfügbarkeit von Positionsangabe, Geschwindigkeit, Richtung und Zeit – wird diese Technik in Fahrzeugen eingesetzt. Die Komplexität einer Box wird dann durch die zusätzlichen Anforderungen bestimmt. Müssen Eingänge abgefragt oder Ausgänge gesetzt werden? Ist ein Zugriff auf die Informationen des Fahrzeugs (häufig mittels CANbus) notwendig? Gibt es Schnittstellen zu anderen Sensoren? Sollen Informationen dargestellt werden? Ist eine Bedienung durch den Fahrzeugführer vorgesehen?

Voraussetzung für einen Chipsatz

Darüber hinaus dringen Telematikanwendungen auch in andere Gebiete vor wie z.B. „Personal Tracking“ oder „Asset Tracking“, also die Verfolgung oder Auffindung von Personen und Gütern. Prinzipiell haben all diese Systeme zwei Gemeinsamkeiten: Zum einen eine GSM/GPRS-Einheit (oft auch CDMA, selten und manchmal zusätzlich eine Satellitenkommunikationseinheit) und zum anderen GPS Funktionalität.

Dem Hersteller entsprechender Telematikboxen stellt sich nach einer generellen „Buy vs. Build“-Entscheidung bei eigenem Design die Frage nach Nutzung eines GPS Chipsatzes oder eines Moduls. Der Einsatz eines Chipsatzes beginnt sich erst bei größeren Stückzahlen zu lohnen – 250.000 ist eine typische Zahl.

Betrachtet man ein Modul, dann wird klar, dass hier nicht unerheblicher Aufwand getrieben werden muss. Denn um den Chipsatz optimal zu unterstützen, werden einige spezielle Komponenten benötigt. Dazu gehört in erster Linie ein hochgenauer temperaturkompensierter Oszillator (TCXO). Hinzu kommen LNA (Low Noise Amplifier; ein besonders rauscharmer Verstärker), SAW-Filter (ein Bandpassfilter mit geringer Bandbreite) und eine äußerst saubere Spannungsversorgung. Etwas einfacher ist noch der dazugehörige Uhrenquarz. Diese Komponenten müssen genau zum Chipsatz passen und mit optimalem Leiterbahndesign angebunden werden.

Die Vorteile einer Modul-Lösung

Die Hersteller der Chipsätze konzentrieren sich bei Ihrer Designunterstützung aber logischerweise auf die Anwendungen mit großen Stückzahlen. Dadurch kann ein Modulhersteller beste Leistung aus dem Chipsatz holen und in einer Telematikbox schnellste Integration bieten. Im einfachsten Fall ist diese dann auf den Anschluss von Spannung, eine serielle Schnittstelle und natürlich eine saubere Antennenanbindung beschränkt. Natürlich bringt der Einsatz eines Moduls auch andere Vorteile: Während sich der Hersteller beim Einsatz eines Moduls auf den Kauf einer Komponente beschränken kann, müssten bei eignem Design Spezialhersteller oder Spezialdistributoren kontaktiert, mit ihnen verhandelt und gepflegt werden. Zudem wird mit der Nutzung eines Moduls der Designzyklus für das Gesamtprodukt kürzer, das Produkt kann schneller in Serie gehen.

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