GSM/3G/GPS/ ГЛОНАСС-модуль Cinterion AHS3 в «ЭРА–ГЛОНАСС»

Рис. 1. Cinterion AHS3

Компания Cinterion Wireless Modules (Германия, Gemalto M2M) сегодня является мировым лидером по производству GSM-модулей и терминалов. Линейка производимых модулей подразделяется на М2М Value, М2М NexGen Evolution, М2М Evolution, M2M Advanced и Automotive. Модуль AHS3 — новый Automotive модуль Cinterion (Gemalto М2М). Он предназначен для внедрения телематических сервисов в автомобиль: от базовой услуги «ЭРА» (eCall) до расширенного набора полезных и развлекательных сервисов (рис. 1). AHS3 производятся с соблюдением жестких требований, которые предъявляются разработчиками систем автомобильной телематики, таких как особая прочность модуля, соответствие стандарту качества VDA 6.2/TS16949 и высокая производительность даже в самых экстремальных условиях.

«ЭРА–ГЛОНАСС»

Спасение утопающих — дело рук самих утопающих? Когда невозможно позвать на помощь, то наверно. Но на дворе XXI век, и цивилизованные страны внедряют в автомобили и другой транспорт автоматизированные системы. Как будет осуществлен вызов, если нет связи? В масштабах всей страны предусмотрен единый государственный оператор, включающий зоны покрытия всех российских операторов: МТС, «Билайн», «Мегафон». К концу этого года планируется обеспечить покрытие операторами сотовой связи всех федеральных трасс. Но если в автомобиле или у автовладельца отсутствуют GPS/ГЛОНАСС-устройства, то далеко не всегда можно понять, где находишься, и тем более сделать это, пребывая в шоковом состоянии. В рамках проекта «ЭРА–ГЛОНАСС» планируется массово устанавливать навигационно-коммуникационные терминалы с тревожной кнопкой (SOS) на транспортные средства (ТС) с этого года. «ЭРА–ГЛОНАСС» — общероссийская система экстренного реагирования при авариях — предназначена для снижения смертности и травматизма на дорогах и разработана при сотрудничестве с европейскими специалистами. По основному функционалу «ЭРА–ГЛОНАСС» является технологически совместимой с общеевропейской системой eCall, и этим обеспечено единое пространство безопасности на дорогах. Общие технические требования к навигационно-коммуникационным устройствам «ЭРА–ГЛОНАСС» перечислены в ГОСТ Р 54620-2011. Автомобильная система (АС) должна содержать в себе три основных элемента: MCU (контроллер), коммуникационный модуль (модуль связи) и навигационный приемник (модуль). AHS3 — это и GSM/UMTS-модуль, и ГЛОНАСС/GPS-приемник, что в свою очередь значительно упрощает производство терминалов «ЭРА–ГЛОНАСС». Технические характеристики модуля приведены в таблице.

Модуль обладает функциями тестирования антенных трактов GSM/UMTS, GPS/ГЛОНАСС и аудиотракта. В AHS3 имеется встроенный тональный in-band modem для передачи по голосовому каналу минимального набора данных, в котором содержится информация с координатами, VIN-номером машины, текущим временем и т. д. «ЭРА–ГЛОНАСС» предназначена для спасения жизней, поэтому даже перегруженные сети позволят совершить экстренный вызов с терминала системы, при необходимости будут разрываться активные вызовы.

Навигационно-коммуникационное устройство «ЭРА–ГЛОНАСС» (терминал) планируется в ближайшем будущем использовать как базовый элемент систем мониторинга транспорта, охранно-поисковых систем, систем пользования платными дорогами в автомобиле и др. Функционал модуля AHS3 помогает реализовать вышеперечисленные сервисы в АС и, в отличие от сетей второго поколения, без ущерба голосовому трафику. В соответствии с протоколом HSPA пакеты данных проходят двойную проверку на корректность как со стороны базовых станций, так и со стороны терминала, сети третьего поколения увеличивают вероятность успешного приема. Модуль может применяться для устройств, эксплуатируемых не только на территории Российской Федерации, поскольку работает в четырех 2G- и 3G-диапазонах.

Вместо стандартных SIM-карт в автомобильном терминале используются специальные SIM-микросхемы с удаленной загрузкой профилей и сервисами цифровой безопасности. AHS3 обеспечивает быструю работу с многопрофильными SIM-микросхемами, что было подтверждено демонстрационными тестами.

Одной из особенностей и визитной карточкой Cinterion Automotive-модулей является высококачественный звук. Сертифицированный в соответствии с VDA 2a режим громкой связи отвечает высоким запросам автопроизводителей.

Cinterion AHS3 является высокопроизводительным «совмещенным» GSM/3G/GPS/ГЛОНАСС-модулем и выполнен на базе передового чипсета Qualcomm. Он имеет три линии питания: BATT+, BATT+_GSM, BATT+_WCDMA. Питание на модуль подается через преобразователи напряжения от бортовой сети транспортного средства или аккумулятора терминала. В модуле имеется встроенный монитор питания, и при высоком потреблении выдается сигнал на GPIO. Абсолютный максимум энергопотребления модуля при голосовом вызове — 2,7 А (GSM 900), а в современных 3G-сетях модуль потребляет не более 0,8 А. Высокоэффективная оптимизация питания увеличивает время работы от автономного источника и снижает нагрев.

ГЛОНАСС/GPS

Процессор Qualcomm в модуле AHS3 обеспечивает работу в сотовых сетях, а также производит вычисление координат и выдачу навигационной информации в формате NMEA. Линейка модулей Automotive до сих пор не имела встроенного навигационного приемника, новый AHS3 оснащен ГЛОНАСС/GPS-приемником. NMEA-поток может выдаваться как через USB, так и через UART-интерфейс.

AT^SDPORT=4 //USB-NMEA, USB-Modem

AT^SDPORT=15 //ASC0-NMEA, USB-Modem

Для включения ГНСС-приемника:

AT^SGPSC=“Nmea/Glonass”,“on” //включение ГЛОНАСС-приемника

AT^SGPSC=“Engine”,“1” //включение ГНСС-приемника

Высокая чувствительность приема сигналов ГНСС по слежению составляет –158 дБм и позволяет отслеживать местоположение даже в условиях плотной городской застройки. Для ускорения времени захвата спутников возможна загрузка в память модуля эфемерид и альманахов GpsOneEXTRA (A-GPS).

AT+CCLK //установка времени по Гринвичу

Скачать extra.bin с сервера GpsOneEXTRA

AT^SBNW //запись в память

AT^SGPSC=“Engine”,“2” // включение ГНСС-приемника в режиме A-GPS

Модуль может продолжать рассчитывать предполагаемое местоположение даже при отсутствии сигналов GPS/ГЛОНАСС, на основе имеющихся данных.

AT^SGPSC=“Nmea/DeadReckoning, ON”

Тональный модем (in-band modem)

В соответствии с п. 7.1.1 ГОСТ Р 54620 до момента определения события ДТП коммуникационный модуль (AHS3) не является зарегистрированным в GSM-сети, данный режим называется eCall only. Модуль производит сканирование базовых станций и получает их параметры, чтобы иметь возможность мгновенной регистрации в сети при аварии. Для связи с экстренными оперативными службами совершается голосовой вызов, который сопровождается передачей минимального набора данных (МНД) о ДТП. Для этого модуль оборудован тональным (in-band) модемом.

Передача информации на сервер в процессе вызова практически незаметна для собеседников, но содержит в себе важную информацию о местоположении и параметрах движения аварийного транспортного средства и времени аварии, VIN-коде транспортного средства и другую информацию, необходимую для экстренного реагирования (рис. 2).

Рис. 2. Взаимодействия в «ЭРА–ГЛОНАСС»

При приеме вызова от аварийной машины важно знать, произошел он автоматически или вручную по кнопке «SOS». В протоколе МНД-сообщений за это отвечает флаг активации бит 6–7. AHS3 соответствует этому требованию. Автоматическая активация осуществляется на основе информации от датчиков идентификации ДТП, таких как акселерометры, информация с CAN-шины и др.

Необходимый набор АТ-команд для «ЭРА–ГЛОНАСС»:

AT^SECALL=1 //совершение экстренного вызова (eCall)

^SCFG: “Call/Ecall/Msd”, (<msd>s) //передаваемые данные

^SCFG: “Call/Ecall/Nr”, (nr) //номер телефона (112)

^SCFG: “Call/Ecall/AckTimeout”, (<acktimeout>s)

^SCFG: “Call/Ecall/CallbackTimeout”, (<callbacktimeout>s)

^SCFG: “Call/Ecall/CleardownTimeout”, (<cleardowntimeout>s)

^SCFG: “Call/Ecall/SessionTimeout”, (<sessiontimeout>s)

^SCFG: “Call/Ecall/StartTimeout”, (<starttimeout>s)

Интерфейс антенн

К модулю возможно подключать как активные, так и пассивные ГЛОНАСС/GPS-антенны (рис. 3). Для интерфейса ANT_GPS предусмотрены ручной и автоматический режимы подачи напряжения на антенну, что позволяет более гибко управлять питанием в автономных системах.

Рис. 3. Вариант подключения активной ГЛОНАСС/GPS-антенны

AT^SGPSC=“Power/Antenna”,“auto”

К модулю подключаются основная ANT_GSM и дополнительная антенна ANT_DRX для работы в сетях сотового оператора. В UMTS-сетях при высокой скорости приема и передачи включается дополнительная UMTS_RX антенна, что защищает приемник модуля при работе передатчика на высокой мощности.

Рис. 4. GSM/UMTS-антенна

Диагностика антенн

В соответствии с требованиями «ЭРА–ГЛОНАСС» диагностика наличия и работоспособности антенн является необходимым условием тестирования терминалов. Без корректно работающей GSM/UMTS-антенны невозможно совершить вызов (112) и передать МНД (координаты и другие данные). Для диаг­ностики подключения GSM/UMTS-антенны в нее встраивается резистор сопротивлением 9 кОм (±3 кОм), а в некоторых антеннах требуется конденсатор емкостью менее 100 пФ (рис. 4).

Рис. 5. Схема подключения AHS3 для диагностики GSM/UMTS-антенн

Электрическая схема диагностики двух GSM/UMTS-антенн приведена на рис. 5. Опрос состояния осуществляется при высоком уровне на выходе GPIO5; АЦП (ADC1, ADC2) модуля определяют состояние антенн по считанному напряжению. Управление, настройка GPIO и отображение статуса антенн происходит по команде:

AT^SAD?

^SAD:<sadPlmnAnt1Status>,<sadPlmnAnt2Status>,<sadGpsAntStatus>

OK

В качестве результата мы можем получить:

• антенна в рабочем состоянии;
• короткое замыкание на корпус;
• обрыв антенны, а также при необходимости включить или отключить дополнительную diversity антенну.

Все эти мероприятия гарантируют безотказную работу модуля, если даже произошло отключение антенн в результате непредвиденных обстоятельств или действий третьих лиц. В экстренном случае при отказе внешней антенны возможно будет воспользоваться резервной.

Для работы с ГЛОНАСС-антенной применяется команда

AT^SAD?

^SAD:<sadPlmnAnt1Status>,<sadPlmnAnt2Status>,<sadGpsAntStatus>

OK

Напряжение, считанное с датчика тока, преобразуется в информацию о состоянии подключенной антенны (рис. 6):

<sadGpsAntStatus>

«0» — нормальное потребление усилителя антенны (2,2 ≤ Is≤ 20 мА);

«1» — короткое замыкание (Is>30 мА);

«3» — антенна не подключена (Is<1,4 мА).

Рис. 6. Диагностика GPS/ГЛОНАСС-антенны

Заключение

Cinterion AHS3 — высокопроизводительный GSM/3G-модуль со встроенным ГЛОНАСС/GPS-приемником и in-band модемом — не только удовлетворяет основным требованиям «ЭРА–ГЛОНАСС», но и отвечает высоким стандартам автомобильной промышленности и уже используется в современном телематическом оборудовании известных автоконцернов. AHS3 — это немецкое качество и отличная инвестиция в будущее, поскольку данная платформа позволит совершить легкую миграцию от 3G к LTE (Automotive ALS3).