越來越廣泛普及應用的全球定位系統GPS,因為強權合縱連橫而有了根本的改變,即將在2008年展現另一新的風貌。GPS應用已不單純侷限高階的軍事定位、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裝置的正激烈競爭而百花齊放。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。

越來越廣泛普及應用的全球定位系統GPS,因為強權合縱連橫而有了根本的改變,即將在2008年展現另一新的風貌。 BigPic:800x534
越來越廣泛普及應用的全球定位系統GPS,因為強權合縱連橫而有了根本的改變,即將在2008年展現另一新的風貌。 BigPic:800x534

原本歐盟想獨力發展自身衛星定位系統的計畫已經改懸易轍。目前歐盟暫緩為Galileo衛星導航系統招募32億美元民間資金的作業,改變原先歐盟預計發射30枚衛星、在2012年計畫讓伽利略系統完全運轉、進而與美國GPS分庭抗禮的進度。現在歐盟與美國合作使用同一無線頻段發送資訊,提供更加準確的視訊圖像和地理座標資訊。關鍵在於,雙方接收器可以同時獲得彼此系統的訊號,將資料整合在一起,鼓勵GPS接收器廠商迎接雙用途接收器普及化的市場趨勢,而不囿於單一系統。

技術上來看,以微波訊號傳輸定位資料的GPS,若要朝向整合同性質但各自獨立的Galileo系統,在晶片設計上則需提高channel數,並加強correlator的輔助效能,避免定位資料量大造成壅塞並導致TTFF(Time To First Fix)緩慢的問題,以加強定位資料的運算能力,並提高動態定位每秒輸出資料速度。因此各家GPS晶片廠商無不在RF IC及追蹤導航演算法上力求精進,也與行動通訊網路相結合,提供輔助導航功能A-GPS,達到符合FCC E911 Mandate的定位反應時間及精準度需求,使GPS接收裝置在室內依然具有定位效果。

此外接收訊號的射頻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。因此GPS晶片組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,設計會特別注重運算和整訊的功能。若要能接收順暢,晶片模組則要進一步強化降低雜訊與功耗、提高靈敏度(sensitivity)、避免環境多重反射干擾(multi-path)以及降低shaving等障礙,同時要能夠支援地面上所有強波器基地台規格。

其實製造GPS晶片軀殼的門檻限制並不高,但是要能設計出同時能兼顧TTFF和定位精確度(Acquisition),技術上掌握韌體以及定位精確度,才是重要關鍵,但這有一定難度。

TTFF技術的關鍵,在於縮短處於室外首次無下載定位資料的冷開機(Cold Test)時段,亦即縮短GPS接收器推算星曆資料(所有衛星的軌跡資料)製作時刻的參考時間(ephemeris)是否過期、開機後完成第一次定位所需時間的長短。 晶片大廠多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,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則可限於2公尺內誤差。此外在接收靈敏度技術上,目前GPS晶片大廠驗證後實際值有的可達-160dBm。

GPS零組件微處理器與低雜訊放大器(LNA)之間的矛盾也不容易解決,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。低耗電與高感度之間的矛盾,也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。從性價比角度來看,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,且影響GPS 裝置在TTFF的時間長短甚巨。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。

GPS以及Galileo衛星定位系統已進一步整合,GPS晶片大廠為使晶片組與接收器支援雙用途功能,會更注重TTFF以及定位精確度的設計要求,並且克服低功耗與高感度之間的技術難題。此外,進一步降低人為一線天因素、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,也會是明年GPS定位技術再突破的重點項目。