GPS技術是1960年代初期，由美國空軍與海軍針對軍事用途之導航與定位方面需求而研發，在1966年則開放民間使用受限官方選擇性（Selective Availability；SA）的GPS L1頻道（1575.42MHz）。1973年，美國國防部整合並擴大應用於民事的定位測量用途，到了2000年取消管制，並將誤差精確度縮小至10～15m的範圍。今日GPS技術則已普遍應用於生活中的導航應用等用途。

GPS產品應用

放眼目前市場上的GPS產品，在使用上存在產品區隔，依據應用不同從高階到低階產品一應俱全，目前主流仍是以PND為主，加上手機與車用導航，這三項應用是目前GPS最主要的三大應用領域。而諸如紀錄行車軌跡的Data Logger等產品，可運用在車隊管理與個人位置追蹤等用途，與手機搭配更將產生不錯的綜效，這樣的市場也預計將在2008年逐漸起飛。至於PND裝置，是目前GPS最主要、市場也最大的應用領域，然而該市場未來隨著GPS手機與車用導航系統的普及將逐漸受到擠壓，這樣的趨勢目前已經非常明顯。

PND穩居主流

PND成為市場新寵也不過是近三年的事，在2004年時全球PND市場僅幾十萬台的規模，2005年快速成長到了500萬台，2006年全球PND銷售量便一舉突破1000萬台。根據資策會MIC預測，到了2007年全球PND市場規模可望突破2600萬台，其中單一功能的PND出貨量更將達到2320萬台。

而PND普及度的提高，相對也為整個市場帶來更激烈的競爭。也為了迎合各個使用階層的需求，PND產品的市場區隔更為明顯，低價化、多功能與高效能已成為PND裝置發展的三大主軸。目前市面上PND產品的高低階應用之區分，主要歸納為幾項。第一是面板尺寸，面板尺寸大、寬螢幕機種，通常價格便較為昂貴。第二是處理器的等級，例如裝置若內建ARM9與ARM11處理器等級便不相同，這也直接影響到PND所能具備的功能。因此所謂的低階PND就是單純進行定位功能，而中、高階的PND產品為了做出市場區隔，紛紛導入更多的加值應用功能，從基本的定位系統、到語音導航等、觸控式螢幕、藍牙模組等，到結合PDA及智慧型手機，甚至能提供MP3音樂功能，或多媒體視訊功能。為了要讓PND整合這些加值能力，製造商也必須在其軟、硬體技術上進行升級。

在低階PND產品市場上，其系統模組成本已普遍降至199美元水準，預計未來仍有很大降價空間。此領域廠商通常都在不損及GPS定位能力的條件下，採用更高整合度的方式來降低價格。例如GPS核心引擎便可採用射頻與基頻各自獨立的晶片組設計，當然也能選擇整合型的SoC單晶片。獨立型的解決方案提供較高設計彈性，但另一方面單晶片方案則具備更高成本效益，讓整體設計的物料成本降低，更可進一步讓產品尺寸縮小，且設計師也不必費心調整射頻與基頻協同工作的效能。以整合型的GPS單晶片來看，未來還可整合更多元件，例如記憶體、電源管理與LNA（Low Noise Amplifier）等，不過在發展成熟的條件下，所能降低的成本有限。

至於中高階PND產品，則除了原有的GPS導航功能之外，另外加入更多應用功能，例如MP3音樂播放、視訊拍攝或掌上遊戲等功能，部份產品甚至具備資料處理運算能力。而這樣的產品也使得PND、PMP與PDA產品間的界線越來越模糊，這種市場重疊的狀況將越來越明顯。特別是未來在GPS手機加入戰局之後，更將擠壓原有的PND市場。

GPS手機與車用導航羽翼漸豐

根據美國ABI Research所公佈的預測指出，2008年GPS手機市場規模將達到500億美元，2012年將超過1000億美元。此外，ABI Research也估計GPS手機的出貨量，在2008年將達到2.4億支，2012年將達5.5億支。2008年更將有多數GPS手機支援W-CDMA技術。

此外，市場調查研究機構iSuppli所作的研究數據也相去不遠，該公司預估Nokia、Samsung與Motorola等手機品牌大廠，2007年合計出貨約1.62億支GPS手機，到2011年時，全球將有4.44億支手機內建GPS，幾乎佔總出貨量的三分之一。iSuppli預估，以Nokia為首的手機廠商，2008年所銷售的GPS手機，將比2007年成長48％，由此可看出GPS晶片內建在手機內將成不可避免的新趨勢，未來單一的GPS手持裝置將變成和與PDA一樣，漸漸成為過時的產品項目。

近年來許多知名手機大廠紛紛收購GPS技術相關廠商，這使得手機廠商跨足GPS市場的情勢更為明顯。許多手機晶片組的廠商早已在手機晶片中整合GPS功能，並大幅提高定位精確度、TTFF及室內接收等性能。另外，導航應用相關軟體開發廠商也與手機系統業者合作，提供消費者更有吸引力的定位服務功能（Location Based Services；LBS）。手機廠商非常重視GPS手機軟體開發與服務一環，除了歐美知名大廠之外，許多亞洲ODM廠商例如三星、HTC、廣達、英華達等都紛紛投入GPS手機市場，足見此市場之未來發展性。

iSuppli也指出，愈來愈多的汽車出廠時將內建GPS功能，根據Wards汽車年鑑，2006年出廠的轎車與輕型卡車中，7％內建GPS系統，2005年的比例是6％，而這樣的比例到了2008年肯定將更高，這對於PND裝置的市場佔有率當然會造成一定的影響。

儘管GPS手機與車用導航裝置將擠壓PND市場，然而卻也不至於完全取代PND的地位，各產品市場還是會獨立存在。以GPS手機市場來看，雖然手機整合GPS功能已是趨勢，然而手機螢幕太小難以清楚顯示地圖就是一大問題，除了部份高階手機機種具備較為精確的運算與圖資功能之外，一般手機內建GPS僅屬於附加功能，說穿了就是讓單一手機具備更多種功能，在消費市場上便更具賣點。

然而手機的用途畢竟還是以通話功能為主，附加功能為輔，真有精確定位導航需求之使用者，還是會購買專用的PND裝置，可清楚顯示地圖與導航方位等資訊。這情況就類似手機在整合了數位相機與MP3播放功能之後，單一數位相機與MP3播放器依然存在，因為單一裝置所能提供的功能更為專一且強大，並非整合式多功能裝置所能夠比擬。

因此放眼未來，儘管GPS手機與車用導航系統等相關產品將影響PND裝置市場佔有率，然而提到完全取代尚言之過早。本文接著將討論PND產品在進行導航定位時經常遇到的問題，並接著介紹各家廠商針對這些問題所提出的解決方案。

《圖一　旺玖科技產品研發處副總經理張思恩指出，業界以SiRF 2.5來稱其PL6313晶片，可看出旺玖在研發高性能GPS晶片的技術實力。》

PND設計挑戰

A-GPS輔助定位

PND以GPS技術進行導航，而GPS導航中最擔心的關鍵問題就是遮蔽物，以及玻璃反射訊號等問題。這些問題容易導致GPS裝置產生多重干擾，遮蔽物例如鋼筋水泥建築或者鐵棚屋頂等，訊號無法穿過；而玻璃則容易將訊號反射，導致訊號強度減弱。例如在百貨公司或辦公大樓之內，既是鋼筋水泥建築物，又是玻璃外牆，這對GPS訊號接收來說是最惡劣的環境。而金屬車體、以及車上的隔熱玻璃等容易阻隔訊號的接收，對於GPS在城市中原本就容易產生的干擾更是雪上加霜。因此在都市中，以A-GPS進行輔助導航，透過穿透力強的基地台訊號，更能夠精確掌握收訊者的所在位置，不僅提高定位精確度，對於緊急救援應用更能提供最快的協助。

A-GPS可提供更為精確的定位，然而其尚未普及的原因，主要在於環境建置尚未完備，而政府的支持與否以及成本等問題也都是影響普及率的主要因素。在歐美市場上，A-GPS的環境建置需要顧及許多層面，例如服務業者與電信業者等，因為與GPS依賴衛星定位不同的是，A-GPS依賴的是基地台訊號，透過此種方式協助在眾多遮蔽物的都市環境中進行輔助定位，即使在建築物內或行車當中，訊號都可透過基地台穿透建築物以及車體，進行建築物或遮蔽物中的追蹤導航用途。

A-GPS主要的服務是LBS（Location Based Service），也就是進行人身定位，透過此種定位協助可掌握一個人所在的位置、區域，未來甚至可知道是在哪個建築物中的第幾層樓。目前A-GPS主要用於加速輔助定位、以及室內的追蹤導航等用途，這便是A-GPS與GPS的主要差異。A-GPS目前多利用GSM基地台，而WiFI、WiMAX甚至是WCDMA等也都是未來可行的方式。

《圖二　旺玖科技產品行銷暨業務處經理劉建成說，一般路況使用GPS導航，儘管各晶片效能不同，然而一般消費者卻很難察覺微小差異。》

慣性導航

針對車載導航的PND設備，業者除了往低價及高效能等方向發展之外，另一個備受矚目的設計，就是導入方位推估技術的慣性導航（Dead Reckoning；DR）系統，讓GPS斷訊時仍能繼續定位導航。

這是在行車狀態時，當行進到隧道或路橋下的環境中，GPS是無法接收到訊號的。這時候慣性導航的功能也變得格外重要，透過適當的演算法，當車輛進入隧道之後，仍可依據當時車速、方向等估計車輛在隧道中的位置，持續提供導航資訊。這對於在隧道中發生事故後的救災效率是非常重要的，慣性導航可提供更確切的方位，讓救災人員知道事故現場還有多遠距離。

慣性導航技術對於車載導航相當實用，因為汽車常會行經衛星訊號接收不良的地方如隧道或橋下，此時便能切換到慣性導航模式。車載慣性導航的概念由來已久，但過去技術不純熟因此難以實現，如今因MEMS微機電技術的突破與價格下降，使得PND設備能夠透過內建三軸加速度計、陀螺儀或電子羅盤等運動感測器，進而慣性導航功能，提供行車更大的便利與安全性。

《圖三　瑞薩科技第二課第二營業技術行銷部副主任劉惟昱說明，由於考量功能及配置的多樣性，因此瑞薩發展整合各種周邊功能的SH-Mobile R處理器。》

支援雙用途衛星定位

隨著GPS系統的普及，GPS應用已不單純侷限高階軍事定位、商業追蹤、車用內嵌式導航、工業品管等領域，消費性可攜式GPS裝置市場正百花齊放。GPS晶片技術發展越來越細緻複雜，如何兼顧TTFF以及定位精確度，則會是GPS在消費電子領域繼續擴散影響力的關鍵。

原本歐盟想獨力發展Galileo衛星導航系統與美國的GPS系統分庭抗禮，目前則改與美國合作使用同一頻段，提供更準確的視訊影像和地理座標資訊。如此一來，雙方接收器可以同時獲得彼此系統的訊號，將資料整合，藉以鼓勵GPS接收器廠商邁向雙用途接收器市場。

GPS以及Galileo系統的進一步整合，GPS晶片廠為使晶片組與接收器支援雙用途功能，將更注重TTFF以及定位精確度的設計要求，克服低功耗與高感度間的技術難題。此外，進一步降低都市建築物干擾因素、抗UV汽車隔熱紙影響立即實況收訊（pick up）、系統雜訊干擾（system noise）、大氣層粒子影響（ionospheric effects）、環境多重反射干擾（multi-path）等限制，也會是2008年GPS定位技術再突破的重點項目。

《圖四　益登科技業務四處資深產品經理劉新暉表示，GPS手機將影響PND市佔率，然而要完全取代尚言之過早。》

精確度考量

若非特殊精確定位需求的導航裝置，在一般路況上使用GPS導航功能時，儘管各家廠商的晶片效能在數據上多有不同，然而事實上一般消費者卻很難察覺這些微小的差異。特別在於消費者是否有需求使用更為高階的產品，這便是因人而異的狀況了。不同廠商產品所存在的差異，必須在訊號非常微弱的狀況下才會明顯感受到相差幾個dBm的精確度，在一般正常的情況下，使用者將非常難以察覺。

類似以下的狀況，GPS產品使用時常發生一種情況，由於更新時間上的差異，因此經常發生使用者遇到紅燈停下車子的時候，導航裝置卻沒跟上腳步，誤以為車輛還在持續行進中，直到訊號更新後才將車輛拉回正確位置。對於消費者來說，這將產生兩種情況，一種是由於消費者在行車當中視線不會持續注視著導航裝置，只會久久看一次螢幕了解目前車輛所在位置，對於這樣的消費者來說，相差幾秒的誤差對他們都是可以接受的。而另一種消費者，則是對於精確度的要求非常高，認為這樣的誤差出現將令人無法接受。也因此，各家GPS產品功能所存在的差異，儘管細微，對於使用者卻將產生不同的影響。

此外，GPS還經常發生的問題，就在類似立體交流道的道路上。立體交流道由於容易產生訊號遮蔽的問題，往往使用者會發現導航結果車輛已經偏離道路了，儘管在GPS產品的設計中，18公尺的誤差都還在容許範圍之內，只是對於使用者來說，偏離道路以及沒有偏離道路的兩種導航結果，使用者當然較為樂於接受不偏離的導航結果。

導航裝置除了精確度、演算法與模組的差異之外，圖資檔也是帶動導航裝置普及的重要關鍵。因為圖資檔的細膩度直接關係到是否能夠正確指引使用者到達目的地，品質較差的圖資檔在GPS裝置接受到衛星訊號解運算之後，就會出現指示錯誤的情況，例如不同步、速度慢、有誤差等狀況產生。為了避免這種問題發生，晶片必須穩定度高、加上圖資檔精確。目前市面上產品的圖資檔普遍都具備一定的水準與準確性。而由於海拔高度的問題，導航系統多少都會有誤差的產生。未來高階GPS系統搭配高精度的圖資檔案，甚至可以進行3D立體導航，連使用者位於第幾樓層中都可詳細顯示。

《圖五　u-blox台灣區總經理江敏楠指出，u-blox自行發展一套免費的A-GPS服務AssistNow系統，讓消費者享受全球定位效能。》

GPS技術發展現況

旺玖科技

台灣廠商自力研發的驕傲

旺玖科技（Prolific Technology）約於四年前開始投入GPS晶片的研發，最初與美國奇異（GE）公司合作研發GPS晶片。當時美國奇異公司所使用的是類比技術，而旺玖則是以數位DSP技術來發展GPS晶片，在其SoC架構的基頻元件中整合了一個32bit的CUP核心。在2005年旺玖也併購了GPS的專業廠商立緯科技，並將兩公司的GPS技術研發團隊整合為一，因此目前旺玖所擁有的GPS技術與產品，是完全由台灣廠商所自行研發。

旺玖科技產品研發處副總經理張思恩指出，旺玖所研發的PL6313晶片組在業界有SiRF 2.5之稱號。雖然旺玖最初是以發展I/O介面產品起步，對於GPS晶片投入時間相對較短，然而業界以SiRF 2.5來稱其PL6313晶片，相對可看出旺玖在短時間便研發出高性能GPS晶片的技術實力。而以這樣的暱稱，也可得知PL6313的效能大約介於SiRF star II以及SiRF star III之間，加上由於是自行研發，因此不管就成本與晶片尺寸等特性都在市場上居於領先地位。此外在性能與數據的表現方面，旺玖的GPS晶片組不論在道路實測以及儀器測試等狀況下，與競爭產品都不相上下，這也可看出旺玖GPS技術的成熟度非常足夠。

產品行銷暨業務處經理劉建成表示，PL6313晶片組可提供PDA、Tablet PC及Smart Phone等需要衛星定位及追蹤功能的行動運算平台高性能、低耗電及低附加成本的解決方案。PL6313晶片組主要設計訴求為低耗電、小尺寸、並降低系統嵌入GPS功能之增加成本。嵌入運算平台時，直接利用原本即存在的運算器及記憶體來完成GPS導航運算，以達降低成本之功效。可作用在於擷取追蹤GPS訊號，並產生初始量測值。PL6313特色在於低價格與本土廠商之技術支援，敏感度為-150dBm，精確度最高可達5公尺範圍，晶片尺寸為10mm×10mm×0.8mm，具備12顆衛星頻道。

PL6313晶片組目前大量應用於G-Mouse衛星接收器、Data Logger、DSC Logger、Bluetooth GPS、GSM Tracker以及PND裝置上。而即將量產出貨的新款PL6315晶片組，應用範圍除了PND裝置之外，更涵蓋了未來市場規模非常龐大的GPS手機，以及車用導航裝置上。

《圖六　旺玖PL6313 GPS晶片組架構圖》

u-blox

高階應用市場行動家

u-blox AG是以GPS模組起家的導航定位解決方案供應商，10年來在軍事定位、商業追蹤、車用導航、工業品管等GPS應用領域經營有成，新一代的u-blox 5 GPS晶片是u-blox在調整與Atmel合作關係後成功開發的產品。u-blox 5兼顧TTFF以及定位精確度，能夠支援地面上所有強波器基地台規格，靈敏度實際值可達-160dBm。

u-blox台灣區總經理江敏楠表示，在慣性導航方面，u-blox 5可藉由陀螺儀和測速線，調整方向與速度，確保定位精確度。在開放空間無干擾情況下，u-blox 5的圓概率誤差（circular error probability；CEP）可達95％比例誤差值不超過2.5公尺，在地面強波器輔助下更可將誤差控制於2公尺內。

而u-blox也自行發展一套免費提供消費者使用的A-GPS服務AssistNow系統，提供有效期長達14天的輔助資料，消費者只需不定時地連接到網路更新輔助資料，便能享受在全球各地TTFF少於1秒的衛星接取定位效能。

u-blox 5提供快速的首次定位時間，它所採用的GPS架構擁有50個通道，並提供超過100萬個相關器（correlators）以及獨立的定位與搜尋引擎，可以進行大規模的平行搜尋。在u-blox的AssistNow A-GPS服務協助下，u-blox 5晶片與模組可在1秒內取得衛星訊號和完成首次定位。

而整合了u-blox 5 GPS與GALILEO晶片，u-blox也發表了50通道LEA-5 GPS模組系列，這些單機多用途的GPS接收器採用，具有豐富功能和彈性連結能力，應用整合也很方便，使體積與成本都受嚴格限制的汽車電子、消費和工業等各種應用能夠迅速上市。

LEA-5 GPS模組產品線採用無鉛封裝，並能在-40到85℃工業溫度範圍操作。它的小型尺寸和SMT焊墊很適合完全自動化的組裝流程，以及標準的零件取置機和迴焊作業，這使得量產成本更低。而LEA-5H GPS模組內含快閃記憶體，這能簡化軔體升級和系統設定值儲存；以ROM為基礎的LEA-5S則能進一步降低成本。這兩套模組都提供u-blox的OMA SUPL相容A-GPS界面，並且支援AssistNow Online和AssistNow Offline A-GPS服務。

未來u-blox將以既有高階應用市場的GPS硬體技術優勢為基礎，垂直加強u-blox的GPS精確定位與TTFF技術在消費電子領域的滲透能力，並藉此重整GPS晶片的技術品質。

《圖七　Broadcom新一代BCM4750 GPS晶片》

瑞薩科技

輕鬆整合行動視訊與導航系統

隨著地面數位廣播市場漸趨成熟，手機、汽車導航系統及PMP等可接收地面數位廣播的多媒體終端機開始問世。例如汽車導航系統需求能在車內觀賞高畫質電視影像，日本市場的GPS裝置更要求必須支援電視播放功能，因此加入了地面數位廣播收訊功能的系統，在數量上也將快速增加。

瑞薩科技第二課第二營業技術行銷部副主任劉惟昱表示，由於考量到功能及配置的多樣與完整性，在這種市場趨勢下，瑞薩科技於2006年發展出整合各種周邊功能的SH-Mobile R處理器，更於2007年推出了SH-Mobile R+系列，這兩系列產品均已量產並應用於多樣產品上。

SH-MobileR適用於支援One-Seg地面數位廣播的汽車導航系統，及可攜式媒體播放器（One-Seg為日本針對可攜式與行動終端機而提供的服務）。SH-Mobile R的VPU4視訊影像處理IP，可支援全球數個地區的數位廣播所採用的H.264/MPEG-4 AVC動態影像壓縮標準。SH-Mobile R也整合了相機介面，可直接連接500萬畫素等級的相機模組，並具備影像處理功能，可高速擷取大型影像資料並進行影像處理。JPEG硬體加速器則有助於高速顯示並拍攝JPEG影像，而24位元TFT彩色LCD控制器可顯示高畫質的影像。此外內建了可提高影像處理效能的2D圖形加速器，更可快速、精確地顯示複雜的圖形化使用介面。

SH-Mobile R具有一顆高效能SH4AL-DSP CPU核心，其效能在266MHz最高工作頻率下可達到478MIPS，可平行處理瀏覽器及數個高負荷的應用程式，並可支援Linux作業系統，SH-Mobile R+的效能更可達到333MHz（600MIPS），不僅提供PND產品足夠的導航運算能力，多樣的影像處理功能更是讓使用者不論進行何種視訊應用都能得心應手。劉惟昱指出，SH-Mobile R系列在2008將發表推出SH-Mobile R2系列，SH-Mobile R2主要針對SH-Mobile R系列進行更改，並推出針對低階用途的純CPU架構，與針對日本市場中高階應用等兩種款式。另外針對A-GPS產品，瑞薩也與SiRF合作，由SiRF提供GSM接收器與GPS軟體，瑞薩則提供SH-Mobile處理器，架構成A-GPS模組，目前也已應用於多款終端產品上。

《圖八　u-blox LEA-5 GPS模組》

Braodcom

發揮行動導航最大競爭力

Broadcom在2007年7月收購了Global Locate之後，也獲得了其所擁有的GPS技術。益登科技業務四處資深產品經理劉新暉指出，目前SiRF的GPS晶片在PND市場擁有70％佔有率，其處理器是包含ARM核心的完整解決方案，而目前Broadcom的GPS產品為射頻加基頻的單晶片，運算部份依賴後端的運算資源進行處理，因此屬於Host Based的GPS系統，記憶體也會分享部份系統記憶資源。

正由於不內建ARM核心，因此不論是應用於手機或多媒體播放器等產品上，都可以透過這些產品的應用處理器進行運算，而大幅節省成本。對於消費性產品市場更有競爭力。由於本身還具備基頻功能，因此架構介於軟體GPS與純硬體GPS之間，亦即與系統分享資源，在不過份佔用系統資源的情況下，最大程度節省整體成本。如此一來，所能發揮的效能就非常大。這在經過主要客戶終端產品的使用驗證之後，都證明其整體效能與競爭對手相較之下足以抗衡。

目前Broadcom以Global Locate架構為主的A-GPS晶片Hammerhead（PMB2520）已量產出貨，而下一代全新的BCM4750 A-GPS晶片也將會在2008年3月量產，BCM4750採用低成本90奈米CMOS製程製造，具有良好接收性能與追蹤靈敏度。BCM4750延續了Global Locate的架構，能夠在高樓大廈的底層和建築物密佈的環境下接收信號靈敏度達-162dBm的微弱信號。該晶片在每秒更新一次的導航速度下，功率損耗低於15mW，是非常具有競爭力的產品。

新一代的BCM4750晶片將非常適用於要求極快TTFF和極佳導航性能的PND產品。此外，具備網路連線功能的產品（如無線PND和手機）還能夠透過BCM4750軟體解決方案開發全套功能。這些功能包括A-GPS和LTO（長期軌道）擴充式星曆圖輔助，透過這些輔助功能，TTFF時間甚至可以縮短至一秒以內。而Broadcom除了硬體晶片的提供，還可提供包括A-GPS堆疊和用戶端軟體在內的配套軟體。

劉新暉表示，過去Global Locate在全球都有成立許多參考點（reference station），加上其本身也是A-GPS數據資料（Data Networking）的供應商，只此只要使用Global Locate的硬體，都可以透過網際網路下載星曆圖資料，如此便可大幅提高產品附加效能。

《圖九　瑞薩SH-MobileR導航晶片》

結語

PND成為市場上的主流產品，其後續的成長動能與商機都值得市場期待。然而也由於基本功能逐漸成熟，往後PND產品必將面臨價格下滑的競爭與附加價值的提昇等問題。因此GPS廠商如何設計功能更完整、體積與成本更低、更符合行動裝置應用的低功耗GPS晶片，甚至整合度更高的單晶片產品，對於PND產品的未來發展將產生不容忽視的影響力。而在這些上游GPS晶片廠商的努力之下，PND產品走向更為普及的消費性市場也將指日可待。