PND聲勢不墜　定位精準度決定市場勝負

全球衛星定位系統(GPS)在世界各地的發展態勢已經毋庸置疑，根據iSuppli在2007年10月發表的報告，全球搭載GPS手機的出貨量暴增，自2004年的不到五千萬支，可望在2011年突破四億五千萬支，幾乎占了全球手機出貨量的三分之一強。而若是僅估計個人導航裝置(PND)的市場規模，分析機構預估將在2013年達到160億美元、出貨量突破七千萬台(圖1)。

資料來源：iSuppli 圖1　2006～2013年PND出貨量與營收預測

也因看好PND未來的發展，各界紛紛針對導航相關應用推出產品，期望搭上這波採購熱潮，增加企業營收。  

系統單晶片提供高度彈性　大幅簡化PND設計  

圖2　旺玖科技產品研發處副總經理張思恩透露，SoC可大幅降低系統成本，同時縮減產品尺寸，對於PND產品極具優勢。

如旺玖科技早期致力於智慧型輸出入控制(Smart I/O)產品，以USB及IEEE 1394控制單晶片為主要設計方向；其後則致力於系統單晶片(SoC)的研發，並整合具有競爭優勢的數位多媒體及全球衛星定位系統產品，並在近期獲得不少好評。  

旺玖科技產品研發處副總經理張思恩(圖2)表示，PND的架構複雜，除了最關鍵的處理器之外，還必須涵蓋通訊、電源、I/O、定位、音效、顯示、儲存與記憶體等子系統才能呈現滿足用戶需求的PND產品。尤其隨著新興功能不斷追加，如何帶來高效能與高精準度的PND，就須要在每個環節都精心打造。  

張思恩說，正因為PND架構複雜，又受限於價格與功能的落差極大，因此SoC的出現就有助於各式PND的問世。張思恩進一步解釋說，將各式子系統置入SoC中將有助降低整體成本，也可滿足追求多功能應用的挑剔使用者。  

從PND的等級來看，基礎的PND產品，其SoC需求簡單，只要具備中央處理器(CPU)、記憶體、儲存、顯示、I/O與電源子系統就能順利問世。這樣的架構，好處是SoC不用負擔太多工作，也可視產品需求加入其他應用處理器，再連結射頻(RF)晶片，完成PND的基礎架構。當然，基頻處理器也可以於射頻晶片整合，或是將基頻處理器整合入SoC之中，僅留下射頻晶片獨立運作，更加簡化外部元件之晶片設計。  

除了上述的方法之外，也還有設計人員為了加強GPS效能，因而加入GPS協同處理器(Coprocessor)，或是在SoC中導入軟體GPS，視需求進行不同調整。  

張思恩分析，SoC除了具有低成本、小尺寸與低功耗的優勢之外，也可為設計人員提供更多彈性，視需求而打造最適合的產品。  

導入新興定位技術　強化GPS定位精準度  

除處理器與GPS接收晶片/模組規格及效能的精進外，GPS相關業者亦積極尋求其他新的技術，來提升GPS導航裝置的定位效能，進而將GPS延伸至更廣範的應用市場。  

目前正在發展的常見新興GPS技術，包括超低功耗設計、超高靈敏度技術、空間增強式系統(Space-Based Augmentation System, SBAS)、遠啟動(Far Start)、自我輔助式AGPS(Self-assisted AGPS, SAGPS)、輔助型全球導航衛星系統(Assisted Global Navigation Satellite System, AGNSS)、GPS與慣性導航系統的結合(GPS/INS)、GPS基頻處理與其他處理器間的整合，以及多頻多模GNSS接收器的研發。  

其中，AGNSS與GPS/INS由於與定位服務(Location-based Service, LBS)的應用發展具有密切關聯，因而成為市場關注焦點。曾任職於國際航電(Garmin)並從事GPS設計已長達十年之久的賴盈霖指出，隨著手機內建GNSS接收機和LBS的需求日益增溫，市場預估2011年將有超過30%的手持式裝置會內建GNSS接收機。  

事實上，AGPS的觀念已顯著改善內建在手機內的GNSS接收機性能。目前，手機內建的GNSS接收機係以傳統GPS接收機為主，未來則將進一步擴大至GPS加伽利略的雙模接收機，或是GPS加其他的SBAS相容的接收機，如美國的廣域增強系統(WideArea Augmentation System, WASS)和歐洲地球同步衛星導航增強系統(European Geostationary Navigation Overlay System, EGNOS)。  

另一方面，儘管目前商用的GPS接收機追蹤靈敏度已可達 -158～-160dBm，但在訊號死角或收訊較差的地區，仍難達到精準定位。因此，利用慣性量測單元(Inertial Measurement Unit, IMU)量測接收機的運動，並在同相累加期間為此運動進行補償的超緊密結合(Ultra-tightly Coupled Integration)GPS/INS接收機，已逐漸嶄露頭角，成為下一世代GPS接收機最可行的方案之一。  

賴盈霖表示，在超緊密結合架構下(圖3)，慣性感測器可直接對GPS的相位/載波和碼追蹤迴圈進行輔助。同時，超緊密結合GPS/INS接收機也可縮短GPS訊號的取得時間，並提高鎖相迴路對雜訊抑制的能力，因此可提供更為精確的都普勒與相位量測。

圖3　超緊密結合架構示意圖

此外，近期積極進行市場推廣的歐盟伽利略定位系統，則被視為未來雙模GPS系統的重要候選技術之一，預計將於2009年底之前完成部署工作，並於2010年正式提供初始運作能(圖4)。

圖4　各種GNSS服務問世時程

圖5　u-blox台灣分公司業務經理劉彥呈透露，該公司的GPS晶片已可同時接收GPS與伽利略衛星訊號，未來不論是在定位精準度或是延伸服務上，都更有優勢。

截至目前為止，已經有許多GPS晶片業者開始投入GPS/伽利略雙模接收機的研發，目前解決方案只會在GPS系統模式下運作，一旦伽利略系統正式提供服務後，消費者只須透過網路下載更新韌體，即可將接收機升級為GPS/伽利略雙模接收機，享受更精準的定位服務。  

伽利略後勢看好　雙模接收機問世  

伽利略能提供的服務，除了較GPS精準的定位之外，還可延伸出全球物流追蹤、公共環境保全、緊急救難搜尋等。也因為看好伽利略未來在正式商業化後帶來的龐大商機，已有業者針對伽利略系統開發接收機晶片，並計畫藉此吸引追求高精準度與進階應用的客戶採用。  

GPS晶片與模組廠商u-blox台灣分公司業務經理劉彥呈(圖5)指出，近年GPS相關產品眾多，雖刺激出貨成長，卻也難保證產品功能完整。事實上，隨著GPS手機、車用導航系統與PND產品功能間的距離不斷縮小，製造商也必須推出更具競爭力的產品，才能搶下更多訂單。  

劉彥呈以該公司的GPS晶片產品ublox 5(圖6)為例，由於該產品可提供逾五十個通道數，較現行的二十個多了一倍有逾，因此可同時接收北美GPS與歐盟EU的衛星訊號，並加以統整，以提供最精確的導航內容，更有效避免多徑干擾的難題。

資料來源：u-blox 圖6　u-blox 5之產品架構

此外，除高精準度外，首次定位時間(TTFF)長短也是判斷產品好壞的一大關鍵。劉彥呈舉例說，若能將冷啟動(Cold)的TTFF時間降到30秒內，將能一舉加快運作效能。而再加上AGPS服務的協助，也允許消費者更新資料，縮短衛星定位時間。