能引爆GPS應用市場的關鍵是什麼？美國的E911指令對於GPS在手機上的應用有何影響？而GPS晶片業者與手機業者又作了哪些佈局？...
能引爆GPS應用市場的關鍵是什麼？美國的E911指令對於GPS在手機上的應用有何影響？而GPS晶片業者與手機業者又作了哪些佈局？本文將從多家指標業者的動態，觀察GPS在手機應用的趨勢。
今年將是令GPS(Global Position System)業者興奮不已的一年，所有的跡象均顯示，全球市場正對GPS產品、技術及服務產生極大的狂熱。這個現象的起源倒不全然是因為顧客需求，而是美國聯邦通訊委員會(FCC)所制定的E911(Enhanced 911)安全條款，規定在2005年底之前，所有新推出的手機，都須配備簡易的定位功能，以方便救難單位及時找到發話者的位置。美國的手機市場年銷售量逾1億支，全球各手機大廠，無人敢漠視美國市場的龐大需求，無疑地，這個法令成了GPS商機最大的引爆點。
因此，2005年勢必成為GPS快速應用在手機市場的重要時間點，若GPS業者目前仍未著眼於手機上之GPS應用產品，代表的將是與每年全球超過7億支的手機市場商機擦身而過。
雖然GPS市場美好的前景近在眼前，但要與人手一支的手機搭上線，過去始終存在一些技術瓶頸待克服。手持式產品的必要條件「輕薄短小」，已成了GPS晶片內建手機的基本要求，而省電、減少與手機通訊間的干擾，更是長久以來GPS業者努力的方向。
GPS定位是透過24顆衛星傳輸訊號，當GPS接收器收到訊號後，進行解碼、運算，提供使用者正確的位置。一般而言，運用於軍事、工業、航海、車用市場上的GPS接收器，運算速度快、功能強大，在接收到衛星訊號後，能夠快速計算出座標與位置。然而應用於手機上，卻會面臨幾個主要難題，第一，是GPS必須在直視線(line of sight)的情形下，才能接收到衛星訊號，一旦進入室內或在高樓林立的都會區中，GPS的準確度將受到嚴重影響，甚至收不到定位訊號，第二，是若現有的手機內建運算速度較強的GPS晶片，不僅耗電量大，成本也高，若內建低功率的晶片組，定位所需時間將非常耗時，往往需要40秒以上，這些問題都將造成使用便利性大為降低。
為了解決上述問題，目前GPS整合於手機上之應用，以A-GPS(Assisted-GPS)架構最為成熟。A-GPS是一種結合GPS與通訊功能的定位系統，當手機啟動衛星定位功能時，便開始接收衛星訊號，同時電信業者架設的基地台，粗略尋找該手機的位置，回傳給A-GPS伺服器(A-GPS Server)，選定該位置所對應的衛星，而電信業者所建立的全球通訊網路(Worldwide Network)，亦搭載24小時接收衛星訊號的GPS接收器，立即回傳所有衛星的導航資訊至A-GPS伺服器，並將選定之衛星資訊送至手機之GPS定位晶片中(圖1)。比起傳統的GPS架構，A-GPS技術除可大幅降低初始定位時間至10秒以內，並可解決傳統GPS在室內或都會區內收不到定位訊號的問題。
簡而言之，A-GPS架構與傳統GPS最大的不同點，在於借助通訊網路搭載的GPS接收器，分擔手機內建GPS接收器所需要執行之部分動作，以節省定位時間、達到輔助定位功能。基本上，A-GPS伺服器會提供3種型態的資訊給手機之GPS晶片，包括精確的衛星軌道與初始時間、粗略手機初始位置、選定之衛星排列與區域，而手機GPS晶片毋需花費時間搜尋上述資訊，所需執行動作只是根據上述資訊，計算衛星距離、衛星位置，進而算出手機GPS接收器之位置，如此定位速度便加快許多(圖2)。
藉由A-GPS架構之運作，手機GPS晶片原本受限於體積、省電、訊號強度、運算速度等難題因此迎刃而解，產品應用普及之美好遠景亦即將來臨。
一般GPS模組的組成，包括射頻訊號晶片組(RF chipset)、數位訊號晶片組(Microprocessor)、天線(GPS Antenna)，以及其他周邊線路等，其技術架構如圖3所示。
射頻訊號晶片組的功能，在處理天線所接收之訊號，進行濾波與編碼，將原本的射頻訊號轉為數位資料，傳輸至數位訊號晶片組進行處理。而數位訊號晶片組可說是GPS模組的核心，通常內建CPU，控制其他零件之指令與資料傳輸，並負責所有數位資料運算，將座標值或電子地圖資料顯示於LCD螢幕或外接裝置上，亦可控制輸出入介面(I/O interface)，連接外接電源，或透過電腦下載軟體等其他運用。
針對手機內建GPS功能的需要，部分國外大廠已經推出單晶片解決方案，包括GPS單晶片，以及將部分GPS功能整合至手機晶片組兩種型態。以下便針對幾家代表性晶片組廠商，做一簡單的介紹。
SiRF成立於1995年，是一家位於美國矽谷，相當知名的GPS IC設計公司，於2001年8月更進一步併購通訊大廠科勝訊(Conexant System Inc.)的GPS設計部門，強化了無線通訊技術能力，目前已經成為全球最重要的省電型衛星定位晶片供應商之一。SiRF所提供的解決方案，大幅應用於手機、PDA以及各類手持式產品上。
SiRF最新第3代省電型衛星定位晶片SiRFstarIII，採單晶片設計，整合了射頻訊號晶片組(RF chipset)與數位訊號晶片組(Microprocessor)，不僅減少體積需求，提高設計便利性，同時在耗電量的降低與效能的提升，也有顯著的改善，如圖4所示。
SiRFstarIII可同時追蹤20顆衛星定位訊號、每秒更新定位資訊，支援GSM、CDMA甚至3G行動電話系統。目標市場為配備於手機、數位相機、PDA等手持式裝置上。SiRF在通訊網路端則支援A-GPS平台，配備SiRFLoc架構，讓無線基地台可以接收與傳送衛星定位資料，輔助SiRFstarIII單晶片進行定位。
SiRF之解決方案，在手持式領域應用相當廣泛，客戶群包括EMTAC、PowerLoc、NTT DoCoMo、Motorola、Samsung等。
QUALCOMM 成立於1985年，是全球知名的CDMA技術與應用公司，在併購SnapTrack後，取得GPS晶片組開發技術，並成功加以整合。QUALCOMM所推出之CDMA晶片組，在全球手機市場上，擁有相當高的佔有率。
QUALCOMM之A-GPS解決方案gpsOne晶片組，係將GPS功能整合至CDMA手機晶片中，讓手機得以具備接收衛星定位訊號之功能，其整合性技術架構如圖5所示。該公司最新推出之晶片組gpsOne MSM7600，除了整合GPS與CDMA通訊晶片外，並可支援GSM、GPRS等系統，內建3D影像處理、30fps影像播放功能等，在通訊網路端則配備SnapTrack或SanpSmart定位伺服器軟體，來輔助定位。
對於發展CDMA系統手機業者而言，QUALCOMM晶片組可說是非常適用的解決方案。目前全球大多數支援GPS功能之CDMA手機產品，包括Motorola、SONY Ericsson、Samsung、LG、Toshiba、Hitachi、NTT DoCoMo等，均採用QUALCOMM解決方案。
TI之A-GPS解決方案TGS5000晶片組，亦是採取GPS單晶片模式，整合射頻端與數位端，同時在手機系統部分，也提供OMAP系列之基頻晶片組(DSP)，以確保GPS晶片組與手機晶片組之設計相容性，其技術架構如圖6所示。
TGS5000屬於TI無線技術產品系列之附加模組，可支援GSM、GPRS、CDMA、WCDMA等系統，對於採用TI平台設計產品的手機業者而言，應該會是相當適合的選擇。
至於國內本土廠商，在GPS關鍵零組件的開發上也相當積極，包括射頻晶片、數位晶片、天線等，均有為數不少的廠商長期投入發展。國外大廠多以購併方式來取得單晶片設計能力，而國內晶片組廠商則在個別技術領域中深耕，主要市場也因此較專注於車用或獨立式GPS手持式產品。國內主要GPS關鍵零組件廠商，如表1所示。
除了美國市場受到E911的激勵外，2004年日本政府宣布，將GPS接收功能列為3G手機的基本規格，並表示2007年4月後上市的手機，均將配備GPS接收功能，其中又以CDMA電信業者KDDI最為積極，大量銷售搭載GPS功能之手機產品，而南韓、中國大陸的電信系統業者，也陸續推出行動定位服務，歐洲市場原本就是各項手持式GPS產品最為熱賣的市場，由此可看出手機搭載GPS功能的全球普及化，已經成為一股銳不可擋的趨勢與潮流。
目前手機搭載GPS功能有幾種形式，新款3G手機多半將GPS功能內建整合至手機晶片中，其中又以CDMA系統之機種較為常見，其他絕大部分則是採用外加配件方式，透過Bluetooth或其他介面，讓現有手機可以支援GPS功能，以下便介紹幾款搭載GPS功能之手機產品。
由日本Sanyo生產，KDDI電信公司發售，最新推出的手機A5505SA，內建GPS功能，搭配該公司提供之「EZ NAVI WALK」軟體與服務，具備許多便利性之功能。如在手機上顯示位置、道路資訊等，提供輸入20組地點資訊，該服務可自動顯示使用者位置至該設定地點之路線圖，亦可透過E-MAIL告知朋友使用者所在位置等，使用介面相當友善。
Nokia於2004年，針對5140系列手機，推出GPS外加配件GPS Xpress-on Shell，搭配OTA電子地圖服務，可讓使用者下載各地區的地圖資料，透過手機電源，便可接收GPS訊號，並在Nokia 5140系列手機之LCD螢幕上顯示電子地圖，以提供使用者定位功能。
GPS在手機上的應用趨勢可說是非常明確，全球手機市場未來仍將持續成長，預估2005年全年銷售量將可超過7億支，隨著搭載GPS功能之手機，如雨後春筍般進入市場，只要是GPS相關之單晶片、手機成品、手機配件等，都勢必會衍生出龐大的需求。對於國內手機上、中、下游業者，甚至GPS相關廠商，如何利用自身優勢，掌握即將來臨的商機，將會是這一波市場熱潮的決勝關鍵。