車用GPS導航產品的類別及特點

車用GPS導航終端產品是指內裝或放置在車輛上確定定位、結合GPS及行動通訊模組，將位置資訊發送給服務中心的系統終端器。目前車用GPS 導航終端產品主要分為三大類，第一類屬於車廠原裝（Before Market）、搭配GPS的整車導航設備（車載導航機），此類產品系統技術最先進，但價格也昂貴。第二類則是PDA整合GPS的車用導航裝置，此種裝置利用PDA行動手機通訊作為平台媒介，結合GPS與大地資訊GIS（Geographic Information System）軟體功能，傾向大眾化的價格。第三類則是主打A-GPS功能為主的手機裝置。

《圖一　車用GPS導航機關鍵零組件一覽》

＜註：資料來源：工研院IEK（2006/04）＞

按照能否行動攜帶的使用特性，車用導航產品便可區分為內嵌式（built-in）與可攜式（portable）兩種。內嵌式顧名思義便是直接內建於車體當中，透過車體主螢幕顯示相關導航資訊，搭配整車資訊如通訊導航、安全防護、文書處理、影音娛樂、遠端辨識等諸多功能，朝向一體化的發展趨勢；亦是在車載控制區域網路（Controller Area Network；CAN）的架構下，與車體結合為電子系統設備之一，成為正在發展之車用電腦（Car PC）或車輛資訊系統的一部份。因此這種整車GPS導航系統又被稱為慣性導航系統（Inertial Navigation System；INS），主訴求於整體功能的整合效果。

至於可攜式車用導航產品，在車體上主要是利用可拆卸式的車架，安裝於擋風玻璃或是車內其他地方，而並無與車內其他電子系統相連結，因此可攜式主要訴諸於純粹的GPS導航功能，並強調行動方便及價格中道的特色，常被應用在車隊管理、物流業、個人安全、休閒娛樂等層面。也正因如此，可攜式車用導航產品多為客製化傾向，因而廠商的市場佔有率集中度較低。

原裝汽車大廠的車用導航產品當然均以內嵌式為主，但是大部分內嵌式車用導航產品卻是在售後市場（After Market）中載浮載沈，飽受可攜式GPS終端消費產品的威脅。因為汽車原廠生產供應鏈的封閉性，只能讓極少數內嵌式GPS製造商得以打入OEM位置、成為原裝車廠產業鏈TSP（Telematics Service Provider）的夥伴，享有確保生產製造量的穩定性、以及原裝車廠利潤保障的特權。

AM市場端的內嵌式車用導航產品，必須考量到安裝人力成本、備料交貨準時、材料成本價格變動頻繁等變數，還需配合車廠認證（TS16949與QS9000）時間長（4-5年）的特性，所以整體售價更比可攜式產品來得高，不利於瞬息萬變的市場競爭。可攜式在銷售上較偏向於消費電子產品，平均市場價格的差異性較小，與AM端的內嵌式產品相比時，就能夠產生較大的價格落差，例如2005年歐洲AM內嵌式和可攜式產品間就可達70％以上。因此內嵌式車用導航產品假若欠缺原裝汽車大廠生產供應鏈的庇蔭，其實很難長期在市場生存。

朝向模組與接收器發展的原因

再加上由於關鍵零組件GPS晶片多掌握在國際大廠如SiRF手上，所以台灣廠商還是主要瞄準AM端、以低單價、具備陽春導航功能的PNA（personal navigation assistance）為主，作為目前及未來的銷售重點，廠商傾向與通訊系統業者合作開發單機式的車用GPS導航產品。

因此對於台灣廠商而言，具備更大彈性獲利空間的市場端，便是集中在以一般OEM方式生產GPS模組（GPS Module）、GPS藍芽接收器（Bluetooth Receiver）等，或是朝向提供設備後端，例如GPS整套監控系統、加值型圖資整合服務等解決方案之中。這也是為何台灣GPS產業的發展，集中在硬體裝置的GPS模組、藍芽接收器、各類車載機、結合行動電話之PDA與商用車隊管理模式的緣故。

目前包括台灣國際航電（Garmin）、冠天科技（Holux）、鼎天國際（RoyalTek）、環天科技（GlobalSat）、麗臺科技（LeadTek）、正瀚科技、車王電子、公信電子、怡利電子、佳邦電子、天下航太等等，其生產的中下游產品包括嵌入式車載導航機、商用車隊監控定位系統、可攜式如PDA-Based 導航裝置、GPS OEM模組等。

《圖二　手機A-GPS產業相對競爭位置》

＜註：資料來源：工研院IEK（2005/11）＞

2005年台灣GPS產業的成長趨勢可分為幾部份，首先藍芽接收器已完全取代傳統有線G-Mouse的世代交替過程；其二為EMEA（East-Europe、Middle- East、Africa）等新興市場，對於低階汽車導航產品的市場需求，是目前與將來提升台灣GPS OEM成品銷售量的重要市場；其三是包括Garmin以及宇達電通（Mio）等等的自有品牌，開始切入中階汽車導航產品的市場端。不過總的來說，台灣要徹底從AM走向OEM，必須要先克服對特定GPS晶片組的依賴與車廠認證的產業侷限，並且思考如何打進正在進展之GPS模組設計數位化製程All-in-One的發展趨勢。

車用GPS導航終端器之結構

《圖三　全球最小GPS信號導航接收器》

＜註：資料來源：Rakon（2006/04）＞

車用GPS導航終端產品的主要元件有GPS晶片組、液晶螢幕、陀螺儀（Gyro）等感測器、射頻接收器、警報驅動器、儲存硬體與圖資軟體（如GIS）等等。其功能優劣判準在於多重感測器的整合程度、車載區域控制網路（CAN）、藍芽接收器（Bluetooth Receiver）、提升電磁相容性和抗電磁干擾設計（EMC/EMI）、低耗電功能關鍵元件開發、晶片整合與package技術、提高數據運算處理速度、儲存尺寸微型化與高容量化等。其中陀螺儀（Gyro）、里程表、車輪斷續器（Wheel Tick）等感測器，可以改善在車輛通過隧道、或經過高聳建築物等，GPS信號發生中斷情況時的導航精度。另外為了輔助使用者能夠透過圖資軟體並掌握交通定位資訊，車用GPS終端產品的液晶螢幕較大，約為3.5吋至4吋，未來會朝向5吋尺寸規模發展。

隨著技術日益普及，結合藍芽通訊功能的GPS接收器，亦自2003年下半年陸續問世。接收器在接收GPS訊號之後，經過晶片組數據運算處理，再藉由藍芽無線傳輸的渠道，將處理過的訊號輸送到車用終端器中。因此藍芽是作為傳輸GPS訊號到無線車用導航裝置的輔助功能，同樣的道理也適用於GSM/GPRS結合GPS車用導航裝置的應用上。藍芽接收器通常配備鋰電池功能，較不會因為接收GPS訊號而產生過高的耗電量，加上無須接線，可任意放置在GPS訊號接收良好的位置，因此使用上也比過去必須接線的G Mouse方便許多。（註：GPS 模組整合各類介面如 RS232、USB等而組成GPS信號接收器。早期以RS232為主的GPS信號接收器，因其形狀特徵多暱稱為G Mouse，如今介面型態改以CF、USB2.0、SD與bluetooth為主）。

GPS晶片組訊號處理的特性

GPS晶片組是GPS模組（GPS Engine Board /GPS Module）的主要組成元件，可分為射頻RF（Radio Frequency）與基頻（baseband）兩部分。射頻由低雜訊放大器LNA（Low Noise Amplifier）、前端濾波器、自動增益控制、鎖相迴路以及類比/數位轉換器所組成，已有多家廠商將放大器、濾波器、降頻器、頻率合成器及石英振盪器等整合在一塊射頻晶片上。在基頻部分，則是整合了微處理器（Microprocessor）、記憶體（DRAM、SRAM、Flash）、Power Manager及Clock等。其他還包括數位訊號處理（DSP Section）、天線（Antenna）、輸出入驅動器（GPIO and Drivers），以及微處理器周邊電路（Processor peripherals）等幾個重要元件。

《圖四　行動電話整合GPS晶片方式》

＜註：資料來源：工研院IEK計畫（2005/11）＞

GPS 晶片組佔整個GPS模組或是GPS接收器的生產成本約30％到50％左右，並且影響GPS 裝置在TTFF（Time To First Fix）的時間長短甚巨，其關鍵重要性不可謂不大。

GPS晶片組品質，取決於如何有效解決高頻訊號處理EMI/RFI（Electromagnetic Interference/Radio Frequency Interference），亦即降低傳輸介質上的雜訊，避免造成資料傳輸的不完整，降低傳輸的錯誤率。在商業應用上，GPS晶片組更要顧及軟硬體整合程度的產品性能與成本比例（Cost/Performance Ratio）。

接收訊號的射頻IC，主要功能是將GPS的1575.42MHz信號波降頻到負責訊號處理的基頻IC 。由於GPS訊號頻率來自於距離地面2萬公里的高空，訊號十分不穩定，因此當天線接收訊號後，經過一連串訊號放大、過濾雜訊、降頻、取樣等過程（RF front end），再進入基頻處理部分，將前段取樣的數位訊號經過運算、輸出以便於使用者介面使用。其中 GPS Baseband DSP晶片就是核心元件，負責位址訊號的處理。

一般這樣的晶片設計都會採用Bi-CMOS的製程，因為雙極型電晶體電路能夠輸出較大的功率，且輸出的失真度也較低，因此具備高速處理類比信號的特點。再加上CMOS能夠在較低的電壓情況下運作，易於微型化達成高密度化，能夠滿足GPS Bi-CMOS晶片設計的重點需求， 兼顧快速、高增益、高驅動力、低寬頻雜訊和CMOS的低功耗、高密度等好處。不過正因如此，電路製程較為複雜且製造不易，產量較少、製程較長、價格較貴。

影響GPS訊號接收的因素

《圖五　DE-GPS傳輸示意圖》

＜註：資料來源：Mitsubishi Electric Research Laboratories＞

就接收器而言，GPS訊號是按照直線傳輸進行來接收。但由於GPS訊號是以廣播傳輸，採取偽距（seudo Range）大圓在3D空間立體定位、測算出距離位置線輸出正確位置的方式，因此無關使用者是否採取直視線（line of sight）接收位置，所以，GPS訊號定位本身只需1秒便可完成。至於會限制GPS訊號接收、干擾影響、定位失誤、延遲定位時間等的主因，如下：

基於上述因素，GPS導航裝置能夠在30至40秒其間完成定位已是非常迅速，目前一般定位時間大約在60秒上下。

車用導航電子地圖的應用趨勢

車用導航電子地圖的應用模式主要有以下二種：其一是GPS單機定位結合向量電子地圖。此系統是根據目標位置與GPS所量測車體現在位置之間的距離差距，自動計算並顯示最佳路徑，利用多媒體影像顯示，提出引導使用者到達目的地之最佳解決方案。不過製作向量地圖資料庫需花費很高的成本。其二是GPS差分定位（Differential GPS；D-GPS）結合向量電子地圖。亦即利用上述之偽距差分技術，藉由通過固定站與移動車體之間的兩台GPS，可使定位精度達到1至3公尺誤差範圍。這種採用雙向通訊方式的定位技術，便是車體自動導航系統的一環，可將移動車體上的GPS定位結果準確即時地傳送到控制中心，在電子地圖上顯示出來，幫助交通網絡監控指揮系統的架構。

在上游的歐美導航圖資市場，大部分由Tele-Atlas與Navteq兩家所主導，亞太圖資市場的供應鏈較為封閉且複雜，例如中國圖資市場受到政府的極力保護，目前僅有8家本土業者擁有製造與銷售圖資的專利權，分別為北京四維圖新、上海暢想、北京高德、北京靈圖、北京瑞圖萬方、凱利德、武漢吉奧及易圖通。

圖資軟體如歐盟、中國、北美等，常用 NAND Flash記憶體儲存，容量都在1GB到2GB左右。

GPS模組需克服的技術問題

GPS模組能夠提供定位服務、自動緊急電話、先進FCD（Fuel Cut Defenser）、On-Board、Off-Board、自動FCD傳送、智慧交叉控制、車間危險警告、自發性ETC等衍生性服務。但因為晶片模組要扮演整合無線通訊傳輸與接收GPS衛星定位訊號的雙重角色，因此整個晶片模組設計會特別注重運算和整訊的功能。不過若要在可攜式裝置中特別內建GPS晶片、進而具備衛星導航功能，其與無線通訊之間的訊號干擾、耗電量、微型化晶片設計等課題都需逐一克服。

《圖六　A-GPS運作示意圖》

＜註：資料來源：Motorola；工研院IEK＞

首先，接收器的靈敏度是車用GPS導航裝置能否勝出的重要關鍵。為了改善這個問題，相關各家廠商無不在RF IC及追蹤導航演算法上力求精進。當然也有越來越多的廠商與行動通訊網路（如GSM/GPRS、bluetooth 或是Wi-Fi HotSpot等）相結合，提供輔助導航功能（如A-GPS、Cell-ID、E-OTD等等），使GPS接收裝置在室內依然具有定位效果。

再者，功率消耗過高更是可攜式車用GPS導航裝置的致命傷。為了有效清晰接收GPS訊號，一般而言，GPS接收器普遍耗電性仍相當高。當PDA搭配插卡式或背夾式GPS接收器時，如果不外接電源，其連續運作時間大概只有1至2小時，因此一般而言都在車上插電使用，也因此耗電問題，故無法常做到步行時的行動定位。其中的零組件關鍵便在於，微處理器（Microprocessor）與低雜訊放大器（Low Noise Amplifier；LNA）之間的矛盾（亦即低功耗為前提，整訊功能強、運算能力便需降低，反之亦是）、以及低耗電與高感度之間的矛盾，才是設計研發成本常常隨之加高、卻亦不能有效解決的因素所在。

此外，GPS接收器的尺寸大小亦牽涉到機體能否微型化的難題。一般的GPS接收器必備元件再加上其他週邊電路後，尺寸僅約略比一般名片稍小些，但完全不能符合未來可攜式GPS導航裝置微型化的需求，以致GPS模組製造商與研發設計人員必須精簡其他元件功能，而使GPS裝置內容常陷入「陽春型」的窘境。

當然，最後在市場上，車用GPS導航裝置必然要滿足消費大眾對於價格普及化的要求；同時GPS模組與車用裝置相互搭配的介面表現，必須具備簡單操作、易親近、語音驅動等方便特性，才能在銷售量上持續成長。未來具備雙向通訊功能的GPS產品價格能否降低，將成為未來車用GPS導航裝置市場能否再度擴張的驅力。