車用GPS系統市場與技術發展趨勢

工研院IEK機電運輸研究組資深顧問蕭瑞聖

車用GPS系統是車載資訊與通訊系統Telematics的一環，車用GPS導航機就是藉由GPS晶片、電腦、電子通訊與感測器裝置，即時改善人、車、路等運輸系統的互動關係，進而增進運輸系統的安全、效率，車載GPS導航機功能齊全，但價位高昂；而可攜的導航設備，與手機或PDA結合，預估在未來幾年市場需求都將呈現明顯成長，台灣在可攜式導航機領域具備完整的產業鏈，如能掌握機會將有非常好的發展機會。

車用GPS導航機之所以會受到市場矚目，工研院IEK機電運輸研究組資深顧問蕭瑞聖表示，日本在1995年4月啟動先進交通資訊系統（Advanced Traffic Information System；ATIS），1996年4月展開VICS系統服務，2001年後，各車廠與VICS相互運用，推出各項車用導航服務；另外，美國今年計畫在七十五個城市建設ITS基礎建設，縮短民眾旅行找路的時間，E911則規定從去年起，可攜式通訊裝置必須能夠確認辨識50公尺內打電話者的位置，辨識率要達67％以上，這些都是促使GPS應用興起的原因。

全球車載導航機市場規模將從2004年的660萬組成長至2011年的1200萬組，北美、歐洲、日本為主要市場，年複合成長率達10，銷售值也將從2004年的52億美元，成長到2011年的56億美元。在可攜式GPS導航機部份，全球市場發展如(圖一)所示，可攜式GPS導航機將從2005年的320萬組成長至2010年的1100萬組，中低階的平價機種市場潛力較大，領導廠商包括：Garmin、Magellan、Navigon、TomTom、T-Mobil、Navman等。

《圖一　全球可攜式GPS導航機市場預測》

而GPS導航手機雖然偏個人定位應用，但是也可以與汽車搭配，根據Strategy Analytics資料顯示，2004年內建GPS的手機達4800萬支，2010年時預估市場規模達4億5500萬，但這類手機除了定位功能之外，必須再加上導航服務，未來比重將會逐漸提高。

車用導航機有許多關鍵零組件，蕭瑞聖表示，基本上，其發展的關鍵在於定位精確度、克服天候與建築物影響、價格合理化，這樣才更能刺激市場對GPS系統的需求，台灣廠商擁有良好的發展條件，不過台灣車輛內需市場規模較小，道路智慧化環境尚未成熟，而且台灣資訊電子廠商進入汽車電子領域，其實是相對陌生的市場，經營難度頗高。因此，有心耕耘的廠商必須要更有耐心，並以全球市場為基礎，並整合過去台灣產業分工的模式。

《圖二 工研院IEK機電運輸研究組資深顧問蕭瑞聖》

車用GPS系統核心晶片技術要點

SiRF瑟孚科技資深應用顧問暨亞太區技術經理桑聖濬

GPS在80年代的應用以軍事為主，到了90年代日本開始將其導入車輛導航應用，不過是屬於After Market的模式，一直到2000年左右，GPS成為車輛資通訊系統Telematics的一環，還有美國E911規定而刺激市場的發展。在車用導航系統中，GPS晶片就是其核心，SiRF瑟孚科技資深應用顧問暨亞太區技術經理桑聖濬表示，該公司1995年發表第一款晶片，到2004年已經是第三代產品了，在這段時間內，技術進展非常迅速，第三代產品的體積是第一代產品的1/40，定位反應時間是1/45，敏感度則提升了200倍。

在市場發展潛力部份，GPS可以應用在汽車、行動電話、PDA、嵌入式消費性裝置等。桑聖濬指出，GPS的定位原理是透過衛星三角定位，GPS接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離，傳送一個完整的Frame需要30秒，但是在都市中由於遮蔽與建築物多，通常無法接收到衛星完整的訊號，GPS接收系統需要連續18秒接收到訊號才可以定出一個準確的位置，否則就必須重來。

因此，GPS本身就有許多限制與錯誤的來源，這些造成GPS誤差的原因包括；時間錯誤（clock errors）、多重路徑（Multi-path）、大氣電離層的影響（ionospheric effects）、系統雜訊（system noise）與訊號閉鎖（Signals blocked）。因此與有一些補救的技術以增進GPS的準確度，包括：DGPS、AGPS與DR（Dead Reckoning；方位推估）。

DR是一種類似慣性導航的方法，最早被應用於航海，桑聖濬表示，利用陀螺儀（Gyro）與里程表（Odometer）去量測位移及方向進而推估出定位資訊，是一個自主的系統，在短時間內能有不錯的準確度，但由於陀螺儀本身有漂移的誤差，會出現累進誤差的現象，但透過GPS的長時間精密定位特性，可與陀螺儀與里程表進行互相校正，以維持其準確度。

對於想要進入車載GPS系統廠商來說，桑聖濬說明，汽車產業與電子高科技產業不同，在產品Design in的階段就要花四～五年，一但成功打進，就必須提供十年的支援，相對的車廠也會長期維持雙方的關係。

《圖三 SiRF瑟孚科技資深應用顧問暨亞太區技術經理桑聖濬》

車用GPS天線設計技術

勳鎧企業研發部副總項聯鵬

GPS系統需要藉由不斷接收訊號來維持其準確性，所以負責接收訊號的天線就變的相當重要，良好的天線設計可以讓訊號的接收更加完整，勳鎧企業研發部副總項聯鵬表示，GPS訊號是一種右旋圓極化（RHCP）波形，所以在天線設計時，也需要以右旋圓極化類型的天線設計，才能在GPS訊號的接收上，獲得較準確的資訊。

而右旋圓極化天線又分成平板天線（Patch Antenna）、螺旋天線（Helical Antenna）、Quadrifilar Antenna、螺線天線（Spiral Antenna）、正交偶極天線（Crossed Dipole Antenna）、正交槽孔天線（Crossed Slot Antenna）等形態，項聯鵬指出，每種天線型態各有其有缺點，適合不同的安裝方式與需求考量，廠商在選擇之前，應該做完整的評估，在效能、造型、體積、成本方面有所取捨，採用最適合的設計方案。

一般說來，平板天線具有方向性，在輻射元的正交面上有最大增益。換句話說，水準面上的輻射元對從天穹頂點發來的訊號具有最大增益。當水準面上接收仰角範圍很窄的時候，對這種高度中心式的靈敏性會造成較大影響，平板天線適合用於主要朝向上方的終端產品中。而螺旋天線具有相對較寬的方向性、更寬的接收仰角，但峰值增益也相對較低。螺旋天線適合用於各個方向都要求能自由使用的終端產品中，如可攜式行動設備。

另外，有一種薄膜天線（Thin-Film Antenna）採用印刷方式，可以與收音機與車用數位電視天線結合，印刷在車體上，兼具美觀與節省空間的特性，但並不適用於輕薄短小的可攜式設備。

《圖四 勳鎧企業研發部副總項聯鵬》

車用GPS儲存系統整合設計

msystems亞洲艾蒙系統科技與事業發展部副總裁蔣鎮和

GPS系統從導航功能出發，與車用資通訊系統結合之後，將具備更複雜完整的功能，包括許多食、衣、住、行、娛樂等人們在車上需要的訊服務，所以在GPS系統中就會加入更多的資訊，也因此提升系統儲存空間的需求，儲存單元的規劃也是此領域廠商必須注意的重點，未來高容量儲存裝置將成為GPSS系統之標準需求。

GPS系統的儲存單元最主要的任務就是用來儲存地圖資訊，msystems亞洲艾蒙系統科技與事業發展部副總裁蔣鎮和表示，以主流可攜式GPS產品來說，其記憶體的選用以記憶卡為主；而非整合型的GPS則以內建的快閃記憶體，搭配微型硬碟為主；整合型的GPS產品則以內建的快閃記憶體為主要的儲存媒體。因此主要的儲存裝置包括：微型硬碟、快閃記憶體與小型記憶卡。

在三種儲存裝置的優缺點部分，微型硬碟具備高容量低價格、多餘容量可以用於其他用途、標準介面等優點；但其缺點是需要另外一顆開機用的NOR Flash、不耐高溫與震動、耗電量大、體積大、開機速度慢與散熱問題。小型記憶卡則有助於GPS低價化、消費者可以選擇需要的儲存容量、升級容易、具標準介面的優點；缺點則是容易溶化變形、低但價卡效能較差、高容量卡成本較高、需要NOR Flash支援開機、並非最小尺寸等。

而在內建快閃記憶體部分，在市場貨源充足時晶片取得管道眾多、成本也較低；不過相對的，在市場缺貨時，Flash的取得難度與成本都會提高，MLC Flash軟體可靠度較低、原廠技術支援有限且無法即時。另外有一種整合型的嵌入式記憶體，體積小、耗電量低、應用平台廣泛、並內建硬體安全機制；缺點部分則是升級較不易、研發時程較長。再橫向比較三種裝置的耗電量，整合型嵌入式記憶體寫入資料時的耗電量為20mA，小型記憶卡是其兩倍左右，微型硬碟耗電量更是高達十倍。在耐受度上，整合式的嵌入記憶體可以承受超過1500G的震動，微型硬碟則在這部分則必須透過特殊設計以強化耐受度。所以，整合型快閃記憶體是GPS系統儲存應用相當合適的選擇。

《圖五 msystems亞洲艾蒙系統科技與事業發展部副總裁蔣鎮和》

從Telematics服務看車用GPS系統結合通訊技術

電子時報研究中心專案經理黃建智

Telematics車用電子資通訊系統，是目前在車用電子領域相當受矚目的應用之一，因為其功能服務涵蓋的範圍廣泛，包括導航系統、視聽娛樂系統、ITS用戶端、駕駛輔助系統、汽車電子控制、行動通訊裝置等，負責處理進出交通工具資訊的解決方案，GPS系統是其基本組成要素之一。透過上述系統的整合應用，可以提供汽車駕駛與乘客所有需要的資訊。

因此，Telematics所涵蓋的產業極廣，汽車、電信、獨立型TSP（Telematics Service Provider）扮演服務提供的關鍵角色，並由軟/硬體供應商、內容供應商、客服中心（Call Center）執行相關的服務內容。電子時報研究中心專案經理黃建智表示，在不同的區域市場，亦有其各自重視的應用，在北美市場以人身安全及車輛保全為優先；而亞洲市場因交通情況複雜，較重視交通路況資訊取得、路徑規劃等；西歐則同樣重視導航功能，不過卻更需要克服跨國交通帶來法規、文化及語言差異之問題。

而在市場發展部份，黃建智強調，美國為最早導入Telematics應用，其次為西歐與亞洲，亞洲的日本與韓國，在2005年以後積極推動，所以市場規模也超越了西歐；OnStar與ATX是北美地區最主要的Telematics服務業者，而日本市場則是以汽車業者為主導，許多大車廠都推出相關服務，南韓市場則是由電信業者主導，而歐洲市場則相對顯的零散，基本上以電信產業為主導.。

在實際的應用部分，包括動態導航、遠距車況診斷、道路電子收費、電子商務等。另外，全球車用GPS系統產品的市場最近幾年成長力道驚人，在2008年以前每年市場出貨量成長率都在30％以上，可攜式產品加上車後市場，帶動整體市場快速發展。而在2005年車用GPS產品市場累計滲透率以日本為最高，達41％，到2007年將提升到60％以上；歐美市場由於滲透率仍低，發展空間極大。

《圖六 電子時報研究中心專案經理黃建智》