越来越广泛普及应用的全球定位系统GPS,因为强权合纵连横而有了根本的改变,即将在2008年展现另一新的风貌。GPS应用已不单纯局限高阶的军事定位、商业追踪、车用内嵌式导航、工业品管等领域,消费性可携式GPS装置的正激烈竞争而百花齐放。GPS芯片技术发展越来越细致复杂,如何兼顾TTFF以及定位精确度,则会是GPS在消费电子领域继续扩散影响力的关键。

越来越广泛普及应用的全球定位系统GPS,因为强权合纵连横而有了根本的改变,即将在2008年展现另一新的风貌。 BigPic:800x534
越来越广泛普及应用的全球定位系统GPS,因为强权合纵连横而有了根本的改变,即将在2008年展现另一新的风貌。 BigPic:800x534

原本欧盟想独力发展自身卫星定位系统的计划已经改悬易辙。目前欧盟暂缓为Galileo卫星导航系统招募32亿美元民间资金的作业,改变原先欧盟预计发射30枚卫星、在2012年计划让伽利略系统完全运转、进而与美国GPS分庭抗礼的进度。现在欧盟与美国合作使用同一无线频段发送信息,提供更加准确的视讯图像和地理坐标信息。关键在于,双方接收器可以同时获得彼此系统的讯号,将数据整合在一起,鼓励GPS接收器厂商迎接双用途接收器普及化的市场趋势,而不囿于单一系统。

技术上来看,以微波讯号传输定位数据的GPS,若要朝向整合同性质但各自独立的Galileo系统,在芯片设计上则需提高channel数,并加强correlator的辅助效能,避免定位数据量大造成壅塞并导致TTFF(Time To First Fix)缓慢的问题,以加强定位数据的运算能力,并提高动态定位每秒输出数据速度。因此各家GPS芯片厂商无不在RF IC及追踪导航算法上力求精进,也与行动通讯网络相结合,提供辅助导航功能A-GPS,达到符合FCC E911 Mandate的定位反应时间及精准度需求,使GPS接收装置在室内依然具有定位效果。

此外接收讯号的射频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。因此GPS芯片组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,设计会特别注重运算和整讯的功能。若要能接收顺畅,芯片模块则要进一步强化降低噪声与功耗、提高灵敏度(sensitivity)、避免环境多重反射干扰(multi-path)以及降低shaving等障碍,同时要能够支持地面上所有强波器基地台规格。

其实制造GPS芯片躯壳的门坎限制并不高,但是要能设计出同时能兼顾TTFF和定位精确度(Acquisition),技术上掌握韧体以及定位精确度,才是重要关键,但这有一定难度。

TTFF技术的关键,在于缩短处于室外首次无下载定位数据的冷启动(Cold Test)时段,亦即缩短GPS接收器推算星历数据(所有卫星的轨迹数据)制作时刻的参考时间(ephemeris)是否过期、开机后完成第一次定位所需时间的长短。 芯片大厂多藉由陀螺仪和测速线,调整方向与速度,确保定位精确度。在开放空间无干扰情况下,CEP可达95%比例误差值不超过2.5公尺,在地面强波器辅助下则可限于2公尺内误差。此外在接收灵敏度技术上,目前GPS芯片大厂验证后实际值有的可达-160dBm。

GPS零组件微处理器与低噪声放大器(LNA)之间的矛盾也不容易解决,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。低耗电与高感度之间的矛盾,也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。从性价比角度来看,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,且影响GPS 装置在TTFF的时间长短甚巨。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。

GPS以及Galileo卫星定位系统已进一步整合,GPS芯片大厂为使芯片组与接收器支持双用途功能,会更注重TTFF以及定位精确度的设计要求,并且克服低功耗与高感度之间的技术难题。此外,进一步降低人为一线天因素、抗UV汽车隔热纸影响立即实况收讯( pick up)、系统噪声干扰(system noise)、大气层粒子影响(ionospheric effects)、环境多重反射干扰(multi-path)等限制,也会是明年GPS定位技术再突破的重点项目。