GPS性能を最大化するには、スマートフォンのようにIoTデバイスを設計せよ
スマートフォンとIoTデバイスの違いは何でしょうか？たくさんありますが、その中でも顕著なのがGPS性能です。
その違いを反映して、消費者からはこんな声が聞かれます：
「スマホのGPSはいつも正確なのに、フィットネストラッカーは同じルートでも距離がバラバラなのはなぜ？」
「スマホは自分の場所をピンポイントで表示するのに、ペットの首輪型トラッカーは1ブロックずれてるのはどうして？」
これらはまったく正当な疑問であり、IoTデバイスを設計する際に強く意識すべきポイントです。しかも、コンシューマー向けだけでなく、アセットトラッキングなどエンタープライズ用途でも同様です。
重要なのは弱い信号とノイズフロア
スマートフォンと比べて、IoTデバイスは非常に弱いGPS信号しか受信できない場合が多く、絶対ノイズフロアぎりぎりで動作しています。そのため、ほんのわずかな干渉でも大きく精度を損なうことがあります。
さらにIoT市場は価格競争が激しいため、低価格な部品やノイズ除去機能の省略など、設計上の制約が多く、これがノイズ問題をさらに悪化させています。
実際、CEやFCCの試験を問題なく通過したIoTデバイスでも、実際の使用環境ではGPSの精度や信頼性が損なわれることがあります。
スマートフォンのGPSが優れている2つの理由
スマートフォンのGPSが優れているのは、次の2点が大きく影響しています：
- A-GPS（Assisted-GPS）を利用
セルラー通信からのデータを使って、衛星の位置情報を補助し、ロックオンを高速化します。 - GPSが失敗しても位置情報を補完できる
GPS信号が不安定な場合でも、セルラー基地局の三角測量で位置を推定できます。
IoTが抱える“足りないピース”
多くのIoTデバイスにはセルラーモデムが搭載されていないため、A-GPSもセルラー三角測量も使えません。その代わり、Wi-FiやBluetoothなど短距離の無線方式を使ってスマートフォンなどと連携します。
つまり、IoTデバイスはノイズに弱いGPS信号のみで位置を割り出すしかないという大きなハンデを背負っているのです。
IoTでもスマートフォン方式は導入可能
朗報として、IoTデバイスでもA-GPSやセルラー三角測量を導入可能です。価格重視の市場でも、ユーザーは性能の差を認識し、プレミアムを払うことがあります。
例としては：
- アセットトラッキング：ジオフェンス逸脱の誤警報で現場が混乱するより、正確なトラッキングのために多少コストをかける方が合理的。
- フィットネスウェアラブル：ランニング記録やカロリー消費が不正確では、ユーザー満足度が大きく下がる。
電力供給とノイズのトレードオフ
低価格IoTデバイスはバッテリー寿命を優先し、性能やノイズ対策を犠牲にすることがあります。しかし、次のようなケースでは電力の制約が少なく、性能を重視した設計が可能です：
- 毎晩充電されるウェアラブル
- 車載電源から供給されるトラッカー
GNSS性能を最大化する設計上のヒント
- セルラーを活用する場合は徹底的に最適化せよ
スマートフォンに使われるような高性能アンテナやノイズ耐性のある部品を選定しましょう。
GNSSアンテナを比較する際は、以下の6つの性能パラメータに注目してください。
（詳細は「GNSSアンテナを比較する際に考慮すべき6つの主要パラメータ」を参照）
- 優れたアンテナも、統合設計が悪ければ台無し
アンテナをRFI（無線周波数干渉）源から十分離すこと、グラウンドプレーンを適切に設けることが極めて重要です。
（詳細は「GNSSアンテナ統合のタイミングで考慮すべき重要ポイント」を参照）
対応技術と将来性
NB-IoTやLTE-M、5G RedCapなど、選択肢は多様です。以下の観点で検討しましょう：
- A-GPSをクラウド経由で活用できる帯域幅とレイテンシ
- コスト
- カバレッジ
- 将来性（将来の規格との互換性）
（詳細は「4G vs LTE vs 5G：進化するモバイルテクノロジー」参照）
小型フォームファクタでも諦めない：LDS技術の活用
市販のGNSSアンテナが物理的に収まらない超小型デバイスでは、LDS（レーザー直接構造化）によって3Dアンテナを筐体内に形成できます。
金属打ち抜きやフレキシブル基板よりも高い設計自由度を提供します。
（詳細は「複雑な形状でも高性能を確保するためのGNSSアンテナ製造技術」参照）
マルチコンステレーション対応で信頼性とグローバル対応を強化
ノイズで1つの衛星システムが使えない場合でも、GPS + GLONASS + Galileoなど複数のGNSSに対応していれば、他の衛星信号を利用できます。
また、マルチコンステレーション対応はグローバル販売可能な単一SKU設計にも貢献します。現在、GNSSチップセットの30％以上がこれに対応しています。