车用GPS导航产品的类别及特点

车用GPS导航终端产品是指内装或放置在车辆上确定定位、结合GPS及行动通讯模块，将位置信息发送给服务中心的系统终端器。目前车用GPS 导航终端产品主要分为三大类，第一类属于车厂原装（Before Market）、搭配GPS的整车导航设备（车载导航机），此类产品系统技术最先进，但价格也昂贵。第二类则是PDA整合GPS的车用导航装置，此种装置利用PDA行动手机通讯作为平台媒介，结合GPS与大地信息GIS（Geographic Information System）软件功能，倾向大众化的价格。第三类则是主打A-GPS功能为主的手机装置。

《图一 车用GPS导航机关键零组件一览》

＜注：数据源：工研院IEK（2006/04）＞

按照能否行动携带的使用特性，车用导航产品便可区分为内嵌式（built-in）与可携式（portable）两种。内嵌式顾名思义便是直接内建于车体当中，透过车体主屏幕显示相关导航信息，搭配整车信息如通讯导航、安全防护、字处理、影音娱乐、远程辨识等诸多功能，朝向一体化的发展趋势；亦是在车载控制局域网络（Controller Area Network；CAN）的架构下，与车体结合为电子系统设备之一，成为正在发展之车用计算机（Car PC）或车辆信息系统的一部份。因此这种整车GPS导航系统又被称为惯性导航系统（Inertial Navigation System；INS），主诉求于整体功能的整合效果。

至于可携式车用导航产品，在车体上主要是利用可拆卸式的车架，安装于挡风玻璃或是车内其他地方，而并无与车内其他电子系统相链接，因此可携式主要诉诸于纯粹的GPS导航功能，并强调行动方便及价格中道的特色，常被应用在车队管理、物流业、个人安全、休闲娱乐等层面。也正因如此，可携式车用导航产品多为客制化倾向，因而厂商的市场占有率集中度较低。

原装汽车大厂的车用导航产品当然均以内嵌式为主，但是大部分内嵌式车用导航产品却是在售后市场（After Market）中载浮载沈，饱受可携式GPS终端消费产品的威胁。因为汽车原厂生产供应链的封闭性，只能让极少数内嵌式GPS制造商得以打入OEM位置、成为原装车厂产业链TSP（Telematics Service Provider）的伙伴，享有确保生产制造量的稳定性、以及原装车厂利润保障的特权。

AM市场端的内嵌式车用导航产品，必须考虑到安装人力成本、备料交货准时、材料成本价格变动频繁等变量，还需配合车厂认证（TS16949与QS9000）时间长（4-5年）的特性，所以整体售价更比可携式产品来得高，不利于瞬息万变的市场竞争。可携式在销售上较偏向于消费电子产品，平均市场价格的差异性较小，与AM端的内嵌式产品相比时，就能够产生较大的价格落差，例如2005年欧洲AM内嵌式和可携式产品间就可达70％以上。因此内嵌式车用导航产品假若欠缺原装汽车大厂生产供应链的庇荫，其实很难长期在市场生存。

朝向模块与接收器发展的原因

再加上由于关键零组件GPS芯片多掌握在国际大厂如SiRF手上，所以台湾厂商还是主要瞄准AM端、以低单价、具备阳春导航功能的PNA（personal navigation assistance）为主，作为目前及未来的销售重点，厂商倾向与通讯系统业者合作开发单机式的车用GPS导航产品。

因此对于台湾厂商而言，具备更大弹性获利空间的市场端，便是集中在以一般OEM方式生产GPS模块（GPS Module）、GPS蓝芽接收器（Bluetooth Receiver）等，或是朝向提供设备后端，例如GPS整套监控系统、加值型图资整合服务等解决方案之中。这也是为何台湾GPS产业的发展，集中在硬件装置的GPS模块、蓝芽接收器、各类车载机、结合移动电话之PDA与商用车队管理模式的缘故。

目前包括台湾国际航电（Garmin）、冠天科技（Holux）、鼎天国际（RoyalTek）、环天科技（GlobalSat）、丽台科技（LeadTek）、正瀚科技、车王电子、公信电子、怡利电子、佳邦电子、天下航天等等，其生产的中下游产品包括嵌入式车载导航机、商用车队监控定位系统、可携式如PDA-Based 导航装置、GPS OEM模块等。

《图二 手机A-GPS产业相对竞争位置》

＜注：数据源：工研院IEK（2005/11）＞

2005年台湾GPS产业的成长趋势可分为几部份，首先蓝芽接收器已完全取代传统有线G-Mouse的世代交替过程；其二为EMEA（East-Europe、Middle- East、Africa）等新兴市场，对于低阶汽车导航产品的市场需求，是目前与将来提升台湾GPS OEM成品销售量的重要市场；其三是包括Garmin以及宇达电通（Mio）等等的自有品牌，开始切入中阶汽车导航产品的市场端。不过总的来说，台湾要彻底从AM走向OEM，必须要先克服对特定GPS芯片组的依赖与车厂认证的产业局限，并且思考如何打进正在进展之GPS模块设计数字化制程All-in-One的发展趋势。

车用GPS导航终端器之结构

《图三 全球最小GPS信号导航接收器》

＜注：数据源：Rakon（2006/04）＞

车用GPS导航终端产品的主要组件有GPS芯片组、液晶屏幕、陀螺仪（Gyro）等传感器、射频接收器、警报驱动器、储存硬件与图资软件（如GIS）等等。其功能优劣判准在于多重传感器的整合程度、车载区域控制网络（CAN）、蓝芽接收器（Bluetooth Receiver）、提升电磁兼容性和抗电磁干扰设计（EMC/EMI）、低耗电功能关键组件开发、芯片整合与package技术、提高数据运算处理速度、储存尺寸微型化与高容量化等。其中陀螺仪（Gyro）、里程表、车轮断续器（Wheel Tick）等传感器，可以改善在车辆通过隧道、或经过高耸建筑物等，GPS信号发生中断情况时的导航精度。另外为了辅助用户能够透过图资软件并掌握交通定位信息，车用GPS终端产品的液晶屏幕较大，约为3.5吋至4吋，未来会朝向5吋尺寸规模发展。

随着技术日益普及，结合蓝芽通讯功能的GPS接收器，亦自2003年下半年陆续问世。接收器在接收GPS讯号之后，经过芯片组数据运算处理，再藉由蓝芽无线传输的渠道，将处理过的讯号输送到车用终端器中。因此蓝芽是作为传输GPS讯号到无线车用导航装置的辅助功能，同样的道理也适用于GSM/GPRS结合GPS车用导航装置的应用上。蓝芽接收器通常配备锂电池功能，较不会因为接收GPS讯号而产生过高的耗电量，加上无须接线，可任意放置在GPS讯号接收良好的位置，因此使用上也比过去必须接线的G Mouse方便许多。（注：GPS 模块整合各类接口如 RS232、USB等而组成GPS信号接收器。早期以RS232为主的GPS信号接收器，因其形状特征多昵称为G Mouse，如今接口型态改以CF、USB2.0、SD与bluetooth为主）。

GPS芯片组讯号处理的特性

GPS芯片组是GPS模块（GPS Engine Board /GPS Module）的主要组成组件，可分为射频RF（Radio Frequency）与基频（baseband）两部分。射频由低噪声放大器LNA（Low Noise Amplifier）、前端滤波器、自动增益控制、锁相回路以及模拟/数字转换器所组成，已有多家厂商将放大器、滤波器、降频器、频率合成器及石英振荡器等整合在一块射频芯片上。在基频部分，则是整合了微处理器（Microprocessor）、内存（DRAM、SRAM、Flash）、Power Manager及Clock等。其他还包括数字讯号处理（DSP Section）、天线（Antenna）、输出入驱动器（GPIO and Drivers），以及微处理器周边电路（Processor peripherals）等几个重要组件。

《图四 移动电话整合GPS芯片方式》

＜注：数据源：工研院IEK计划（2005/11）＞

GPS 芯片组占整个GPS模块或是GPS接收器的生产成本约30％到50％左右，并且影响GPS 装置在TTFF（Time To First Fix）的时间长短甚巨，其关键重要性不可谓不大。

GPS芯片组质量，取决于如何有效解决高频讯号处理EMI/RFI（Electromagnetic Interference/Radio Frequency Interference），亦即降低传输介质上的噪声，避免造成数据传输的不完整，降低传输的错误率。在商业应用上，GPS芯片组更要顾及软硬件整合程度的产品性能与成本比例（Cost/Performance Ratio）。

接收讯号的射频IC，主要功能是将GPS的1575.42MHz信号波降频到负责讯号处理的基频IC 。由于GPS讯号频率来自于距离地面2万公里的高空，讯号十分不稳定，因此当天线接收讯号后，经过一连串讯号放大、过滤噪声、降频、取样等过程（RF front end），再进入基频处理部分，将前段取样的数字讯号经过运算、输出以便于用户接口使用。其中 GPS Baseband DSP芯片就是核心组件，负责地址讯号的处理。

一般这样的芯片设计都会采用Bi-CMOS的制程，因为双极型晶体管电路能够输出较大的功率，且输出的失真度也较低，因此具备高速处理模拟信号的特点。再加上CMOS能够在较低的电压情况下运作，易于微型化达成高密度化，能够满足GPS Bi-CMOS芯片设计的重点需求， 兼顾快速、高增益、高驱动力、低宽带噪声和CMOS的低功耗、高密度等好处。不过正因如此，电路制程较为复杂且制造不易，产量较少、制程较长、价格较贵。

影响GPS讯号接收的因素

《图五 DE-GPS传输示意图》

＜注：数据源：Mitsubishi Electric Research Laboratories＞

就接收器而言，GPS讯号是按照直线传输进行来接收。但由于GPS讯号是以广播传输，采取伪距（seudo Range）大圆在3D空间立体定位、测算出距离位置线输出正确位置的方式，因此无关用户是否采取直视线（line of sight）接收位置，所以，GPS讯号定位本身只需1秒便可完成。至于会限制GPS讯号接收、干扰影响、定位失误、延迟定位时间等的主因，如下：

基于上述因素，GPS导航装置能够在30至40秒其间完成定位已是非常迅速，目前一般定位时间大约在60秒上下。

车用导航电子地图的应用趋势

车用导航电子地图的应用模式主要有以下二种：其一是GPS单机定位结合向量电子地图。此系统是根据目标位置与GPS所量测车体现在位置之间的距离差距，自动计算并显示最佳路径，利用多媒体影像显示，提出引导用户到达目的地之最佳解决方案。不过制作向量地图数据库需花费很高的成本。其二是GPS差分定位（Differential GPS；D-GPS）结合向量电子地图。亦即利用上述之伪距差分技术，藉由通过固定站与移动车体之间的两台GPS，可使定位精度达到1至3公尺误差范围。这种采用双向通讯方式的定位技术，便是车体自动导航系统的一环，可将移动车体上的GPS定位结果准确实时地传送到控制中心，在电子地图上显示出来，帮助交通网络监控指挥系统的架构。

在上游的欧美导航图资市场，大部分由Tele-Atlas与Navteq两家所主导，亚太图资市场的供应链较为封闭且复杂，例如中国图资市场受到政府的极力保护，目前仅有8家本土业者拥有制造与销售图资的专利权，分别为北京四维图新、上海畅想、北京高德、北京灵图、北京瑞图万方、凯利德、武汉吉奥及易图通。

图资软件如欧盟、中国、北美等，常用 NAND Flash内存储存，容量都在1GB到2GB左右。

GPS模块需克服的技术问题

GPS模块能够提供定位服务、自动紧急电话、先进FCD（Fuel Cut Defenser）、On-Board、Off-Board、自动FCD传送、智能交叉控制、车间危险警告、自发性ETC等衍生性服务。但因为芯片模块要扮演整合无线通信传输与接收GPS卫星定位讯号的双重角色，因此整个芯片模块设计会特别注重运算和整讯的功能。不过若要在便携设备中特别内建GPS芯片、进而具备卫星导航功能，其与无线通信之间的讯号干扰、耗电量、微型化芯片设计等课题都需逐一克服。

《图六 A-GPS运作示意图》

＜注：数据源：Motorola；工研院IEK＞

首先，接收器的灵敏度是车用GPS导航装置能否胜出的重要关键。为了改善这个问题，相关各家厂商无不在RF IC及追踪导航算法上力求精进。当然也有越来越多的厂商与行动通讯网络（如GSM/GPRS、bluetooth 或是Wi-Fi HotSpot等）相结合，提供辅助导航功能（如A-GPS、Cell-ID、E-OTD等等），使GPS接收装置在室内依然具有定位效果。

再者，功率消耗过高更是可携式车用GPS导航装置的致命伤。为了有效清晰接收GPS讯号，一般而言，GPS接收器普遍耗电性仍相当高。当PDA搭配插卡式或背夹式GPS接收器时，如果不外接电源，其连续运作时间大概只有1至2小时，因此一般而言都在车上插电使用，也因此耗电问题，故无法常做到步行时的行动定位。其中的零组件关键便在于，微处理器（Microprocessor）与低噪声放大器（Low Noise Amplifier；LNA）之间的矛盾（亦即低功耗为前提，整讯功能强、运算能力便需降低，反之亦是）、以及低耗电与高感度之间的矛盾，才是设计研发成本常常随之加高、却亦不能有效解决的因素所在。

此外，GPS接收器的尺寸大小亦牵涉到机体能否微型化的难题。一般的GPS接收器必备组件再加上其他外围电路后，尺寸仅约略比一般名片稍小些，但完全不能符合未来可携式GPS导航装置微型化的需求，以致GPS模块制造商与研发设计人员必须精简其他组件功能，而使GPS装置内容常陷入「阳春型」的窘境。

当然，最后在市场上，车用GPS导航装置必然要满足消费大众对于价格普及化的要求；同时GPS模块与车用装置相互搭配的接口表现，必须具备简单操作、易亲近、语音驱动等方便特性，才能在销售量上持续成长。未来具备双向通讯功能的GPS产品价格能否降低，将成为未来车用GPS导航装置市场能否再度扩张的驱力。