從1973年美國國防部開始制定全球定位系統（Global Positioning System；GPS）計畫後，歷經了整整二十年的時間，才架構起二十四顆衛星（二十一顆工作衛星，三顆備用衛星）的全球GPS網路，能提供全方位的即時導航和定位能力。在佈置完成之初，一直都是由軍方或國家量測單位在使用這套系統，即使對民間開放，定位的精確度也相當有限，但隨著技術的進步及市場民情的需求，GPS的應用不斷地拓展，目前已在個人化、生活化的大眾化市場取得一席之地，如(圖一)所示。

《圖一　GPS可運用在很生活化的找朋友定位應用上》

美國政府已宣佈今年底以前，所有大哥大都要具備「行動定位」功能，當使用者在緊急危難時，憑手機撥出的訊號就能顯示所在位置協助搜尋。美國FCC是在1996年時，有鑑於求救電話的激增與急難救助的需求浮現，因此提出了E911（Enhance 911）法令，要求美國境內的行動電話業者需分階段完成行動定位設備的建設工作，以便能利用行動電話來協助警消與醫療救援機構強化對民眾的人身與財產安全的保障，例如在緊急救難時靠手機發出訊號，透過衛星就能回傳定位找到受災者的下落。

在這個法令的刺激下，加上市場其他的應用需求浮現，由GPS延伸的位罝服務（Location-base Service；LBS）重要性跟著水漲船高。雖然現在仍處於起步的階段，但據Strategy Analytics在2003年針對歐洲行動電話使用者的調查顯示，45％的使用者希望行動電話有定位導航功能。預計全球使用位置服務的用戶到今年可望發展到3.93億戶，占全球行動用戶總數的54％；2005年行動網路上的位置服務，在西歐的收入預計可達90億美元，在美國預計收入可達65億美元。

以美國的Nextel來說，早在2002年10月即已推出首款具有GPS功能的手機──i88s，目前該公司的所有手機都有GPS的功能，能提供包括下載個人導航地圖、快速跟蹤和供應鏈管理等服務。其他各國電信業者在LBS上的服務內容，如(表一)所示。

LBS的服務型態與精確度

LBS是透過一組定位技術獲得行動終端的位置資訊（如經緯度座標資料），提供給行動用戶本人或他人以及通信系統，以實現各種與位置相關的業務。手持終端的LBS應用範圍很廣，可以基於話音、短信、WAP、Java/BREW和多媒體短信/郵件向大?用戶提供各種服務，包括資訊查詢、地圖服務、手持終端的導航、弱勢群體的跟蹤或對老人和兒童的區域警告等。

以這些服務與應用的類型來說，可以分為用戶主動請求LBS服務資訊，以及由系統業者根據特定條件，主動向行動終端推送LBS訊息。要達成LBS的服務，又可以分成兩個面向，一是位置的取得，二是資訊的提供，由於這兩者的技術差異甚大，在標準化的工作上是由不同的組織在分頭進行制定。

在LBS服務中，定位精確度是不可忽略的一項參數指標，影響精確度的問題除了本身所採用定位技術的影響外，由於地理資訊而來的定位系統誤差是決定系統精確度的直接原因。在現階段各種定位系統中，系統誤差由以下幾部分組成：定位技術絕對誤差，即由系統所採用的定位技術決定；地理座標系精確度誤差，即由所採用座標位數決定；投影誤差，即由實際區域映射投影所?生的位置偏移；比例誤差，即由應用服務所採用的服務比例?生，如地圖比例尺；標識誤差，即對定位目標的標識所?生的誤差；隨機誤差，即隨機?生，如無線電干擾等。

在實際應用中，上述各種誤差均是帶有方向性的向量誤差，所以系統誤差由上述幾種誤差綜合作用形成，彼此消長。不過有時候並不是精確度越精越好，不同的應用對精確度的要求是不同的，如(表二)所示。

行動定位服務雖然已經推出多年，但定位技術仍不算是發展到很成熟、方便的境界。要達到行動定位的目的，目前同時存在著多項技術方案，每種方案又各有其優缺點。主要可以分為以下四種技術方案，其在不同環境的表現比較如(圖二)：

《圖二　四種定位技術在不同環境之表現比較》

＜資料來源：Qualcomm＞

傳統GPS接收器

傳統的方式以行動終端的GPS接收器，直接經由每12小時環繞地球一次的二十四顆GPS衛星來進行定位。每顆衛星每天環繞地球兩次，軌道高度?11000英里，而二十四顆衛星提供全球覆蓋系統設計確保在地球上的任何地方、在任何時間都能看得見最少四顆衛星。GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作?已知的起算數據，採用空間距離後方交會的方法，確定待測點的位置。

此方案的好處是不需負擔額外的服務成本，但缺點是它很容易受到環境的干擾，只要進入高樓林立的市區或牆壁隔絕的室內，衛星信號的接收表現就會急劇的下降。即使在空曠的區域，此方案的定位速度也相對較慢，精確度也較低。

行動網路系統定位

另一個作法是直接透過行動網路系統來做定位，基於行動網路的解決方案依賴於從行動台（Mobile Station；MS）到多個基地台（Base Station；BS）的信號轉發，其中行動台指的就是手機等行動設備。這類的主要標準化技術很多，包括小區ID、增強測量時間差（E-OTD）和到達時間（TOA）或TDOA（OTDOA）等定位技術。有的技術需要增加對應的硬體（如TOA），有些不用（如E-OTD），其中小區ID技術是根據行動台所處的小區ID號來確定用戶的位置，其好處是無需對手機和網路進行修改，可以適用於任何行動網路中，而且回應速度很快，通常首次定位只需一秒鐘，但缺點是定位較不明確。

A-GPS輔助參數定位

第三種方法是採輔助GPS（Assisted-GPS；A-GPS）定位技術，即利用蜂窩網路提供輔助資訊來幫助衛星作?參考點進行定位，這是目前相當受到重視的一項技術方案。A-GPS是目前唯一通過美國E911規格的定位技術，Strategy Analytics預計至2008年A-GPS手機出貨量將超過1億5000萬支。

A-GPS的定位過程為：A-GPS不僅在手機端接收定位資訊，在系統網路端所加裝的GPS接收器也會接收定位資訊，並將此資訊傳送至手機，此時手機再同時計算由網路端傳來的輔助參數資訊與自衛星接收而來的訊號，從而獲得準確的所在位置。

A-GPS定位技術直接改善了定位的可用性、靈敏性、精確度和定位耗時，具有比小區ID、E-OTD或TOA/TDOA/OTDOA更高的定位精確度。它能將開機第一次定位時間由GPS的60秒縮短為6到8秒，之後每次定位搜尋時間也從40秒縮短為0.1秒，精準度更是大為提升，從原本500公尺的範圍，準確縮小到5到15公尺。

雖然手機內需安裝A-GPS晶片才能執行此項功能，但利用輔助參數來提供終端對衛星的定位跟蹤時所需要的資料，能夠大幅減少終端運算上功耗，最多可以減少終端GPS晶片60％的功耗。

混合型定位方案

由於A-GPS的主要資料還是來自GPS，當在一些環境中（比如高樓間、室內、地下等）GPS無法發揮作用時，行動終端就得使用其他的網路定位技術，如Cell ID、AFLT（針對CDMA的E-OTD）等才能定位。因此，混合型的定位解決方案就是將不同的技術加以整合，提供一個更為可靠、靈活和穩定的解決方案。

混合技術最常見的實施模式是將A-GPS與小區ID組合在一起，增強了覆蓋範圍和平均定位精確度。A-GPS和小區ID的組合還整合了二者具有的漫遊優勢，可用於擁有大量傳統手機用戶的網路之中，其中小區ID可用作傳統手機的定位技術，同時也可在A-GPS性能不佳的環境中使用。

《圖三　混合型定位方案示意圖》

＜資料來源：Qualcomm＞

GPS零組件關鍵廠商

在產品市場方面，市場上提供GPS相關產品的系統廠商相當多，但在關鍵零組件或模組上，仍存在相當大的門檻，能提供同時滿足成本與功能需求的廠商仍屈指可數，以下介紹市場上三家主要的廠商。

SiRF

在廠商方面，除了Qualcomm以其在CDMA網路的權威地位，很早就推出gpsOne定位技術外，在GPS市場的另一個重量級廠商則非SiRF莫屬。該公司也是從矽谷掘起的一家技術明星，從1995年成立後，即以其在GPS上的專業技術而不斷地攻城略地，至今已掌握展頻（spread-spectrum）、射頻（RF）、半導體製程、軟體等完整的技術。SiRF的主要產品線為SiRFstarII/III，涵蓋基頻晶片、射頻整合電路、軟體和工具組等，此外，該公司也提供純粹IP的合作開發模式。

SiRF的成長極快，在今年第二季就已陸續進行兩項收購計畫，一項是在4月時收購了瑞典的Kisel，該公司是以矽鍺BiCMOS、純雙載子（pure bipolar）和CMOS等各種製程進行射頻開發工作，目前已經完成了在藍芽（Bluetooth）、WiMAX、WLAN、W-CDMA、UWB和GSM/PCS/DCS等領域中的一些設計。

另一個收購案則展現了以小吃大的氣勢，該公司在6月以現金2000萬美元收購了摩托羅拉的GPS晶片組產品線。該項交易還包括，SiRF將成為摩托羅拉的GPS技術首選供應商。此外，SiRF還購買了摩托羅拉正在開發的一些GPS晶片組，這讓SiRF可望因這項交易而使其2005年下半年的銷售額增加10％左右。

目前台灣推出GPS功能的系統廠商，有很多都是採用SiRF的晶片方案，例如神達（Mitac）最近推出的Mio169 PDA，就採用了SiRFstarIII；而華寶（Compal）推出的基於GSM/GPRS的A-GPS定位手機，其A-GPS技術也是來自SiRF。

Global Locate

在上述對A-GPS的介紹時，當行動終端進入室內這類隔絕性的環境時，該項技術的使用也會受到很大的限制，然而Global Locate這家公司的技術就以能打破這限制而受到矚目。同樣也是在矽谷起家的Global Locate，在1999年成立之初，是以提供行動終端GPS訊號處理技術為主，不過至今已將其產品擴及A-GPS網路基礎架構產品和數據服務。

當GPS接收器在室內時，它幾乎不可能從衛星得到資料，而單單靠A-GPS功能並不足以讓GPS在室內工作，這需要使用到相關器（correlator）來偵測和量測編碼的衛星訊號。也就是說，要讓GPS在室內工作，除了A-GPS的數據外，還需要有大量的相關器來提供巨量的平行相關運算。

在室內的時候，雖然數據流和編碼訊號在穿越建築物時已變得很微弱，但由於這些訊號每百毫秒（millisecond）都會重覆出現，所以只要採用適當的硬體規劃，GPS接收器就能在數秒內累積數千次訊號，在此作法下，即使室內訊號已比在室外時微弱數千次，但仍能被清楚地偵測到。Global Locate在2003年提出IndoorGPS大量平行相關運算技術，此技術在一個單晶片中提供二萬個以上的相關器，具有累積或整合數千次量測的運算能力，讓GPS在室內也能進行定位工作。

《圖四　Global Locate提出的A-GPS解決方案》

＜資料來源：Global Locate＞

Qualcomm

CDMA系統對於GPS的功能有相當完善的支援，而在此系統中的主宰廠商Qualcomm自然也在這個市場上掌握了極先進的技術。Qualcomm在定位服務上的代表技術稱為gpsOne，這是該公司與其定位系統子公司SnapTrack共同開發的，是一項混合式的A-GPS解決方案。在gpsOne的定位服務架構中，行動台（MS）同時從GPS衛星系統和蜂窩/PCS網路收集測量資料，這些資料被組合起來生成精確的三度空間定位，通過組合這兩個資訊源，gpsOne定位解決方案最少只需一顆衛星和一個小區站點就可以完成定位。

GpsOne利用CDMA網路系統來提供精確時間資訊，其中的關鍵技術稱為先進前向鏈結三角定位（Advanced Forward Link Trilateration；AFLT）技術。系統會先通過A-GPS定位，在A-GPS無法定位的環境中則採用AFLT技術進行定位。此種技術在複雜地形條件下也可保持達到5～50米的高精確度，定位速度快，而且功耗極低，靈敏度較常規GPS高出20dB的靈敏度，也就是提高了30～100倍，因此在鋼筋混凝土建築物的內部深處或市區的樓房間也能順利定位。gpsOne不僅適用於CDMA，而且可以在GPRS、WCDMA平台上使用。?

《圖五　Qualcomm的gpsOne解決方案》

＜資料來源：Qualcomm＞

結論

目前雖然已有許多手機具有GPS的支援功能，但要真正執行行動定位工作，還得另外接上外接式的GPS接收機。GPS接收機的硬體一般由主機、天線和電源組成，該系統是一個使用1.5 GHz固定頻率的展頻系統。當然，就如同手機的照相功能一樣，過去還有外接式的手機相機，但現在幾乎都已採內建式的作法，這種情況預估也會在手機GPS應用的設計上出現。現在市場也已有內建GPS功能的手機，但不論是操作的便利性、接收時間、精確度等基本問題都還有很大的改善空間，而更大的問題則是在於耗電性、設計成本和整體產業鏈的服務環節。

事實上，所謂的位置服務不僅涉及行動終端的設計，還會與網路系統業者的支援（如A-GPS輔助參數的提供），以及地理資訊的提供息息相關。以地理資訊來說，包括基礎地理資訊和地圖上相關的興趣點資訊（point of interest；POI），基礎地理資訊是指街道、山川、河流、道路、橋梁等基本的地形地貌，POI則是賓館、飯店、學校、加油站、商場等與人們生活密切相關的資訊。包括終端、網路和資訊建置的這幾個環節都得緊密地扣在一起，才能讓多樣化的位置服務更快的普及。

在技術上，隨著市場成熟度的提升，晶片廠商將有能力提供更具整合度的SoC系統單晶片或SiP單封裝晶片，也有更多廠商會開發出整合天線、RF和基頻的GPS模組，讓系統廠商能夠以最短的開發時間、最低的開發成本以及最小的開發風險來導入GPS功能。不過，在各種功能同時角逐一塊掌心大的電路板資源時，要在手機中加入GPS功能而不過於衝擊到既有運算資源、尺寸、耗電與成本議題，仍是件不容易的開發任務。（作者擔任電子產業媒體工作者多年，現為自由寫作工作者，ovenou@yahoo.com.tw）

延 伸 閱 讀

GPS全球衛星定位系統當初是美國國防部為了軍事用途所建立的在地球四周發射了24個定點同步人造衛星（其實最少只要16個就夠了）使得地球上任何一處空曠的區域都可以至少同時接收到三個人造衛星所傳出的訊號這些訊號都和時間有關 因此接收器藉由訊號可以知道和三個人造衛星的距離藉由人造衛星固定的位置與接收者的三個距離便可以知道 接收器所在的位置。 相關介紹請見「 GPS全球衛星定位系統 的工作原理」一文。 全球定位系統（Global Positioning System, GPS）已普遍地被應用於導航及現場調查等工作上，一般使用者考量攜帶方便及經費預算，多採用輕便、簡易的掌上型GPS接收器。目前，掌上型GPS接收器因為SA（Selective Availability）干擾停止，標準定位精度隨之大幅提昇，但仍受到衛星時錶誤差、對流層延遲，電離層延遲等因素影響，目前測量的精確度僅在5～15m的等級。你可在「簡易DGPS（差分計算）處理程序」一文中得到進一步的介紹。 芬蘭的行動電話廠商Benefon在2001年7月底宣布，正式推出結合SiRF Technology的SiRFStar晶片組架構的GPS/GSM行動電話。這款名為「Benefon ESC!」的行動電話所提供的功能包括GSM900/1800雙頻網路、GPS定位與導航、電子地圖、以及行事曆等功能，上市售價約950歐元。在「GPS在手機上的發展現況（下）」一文為你做了相關的評析。

市場動態

支援GPS定位系統的手機，在多普達日前推出全球首款支援微軟作業系統的575手機之後，原本預估明年會從美國引爆的GPS（全球定位系統）手機大戰，因多普達及神達兩大品牌聚焦GPS功能較勁，提前在國內點燃競爭火花。 「聚焦ＧＰＳ手機 多普達、神達較勁」一文。 美國瑟孚科技（SiRF Technology Holdings）日前收購了美國摩托羅拉的GPS業務。瑟孚公司擁有大約240名員工，而摩托羅拉GPS業務部門則擁有大約40名員工。 你可在「瑟孚收購摩托羅拉GPS業務」一文中得到進一步的介紹。 2007年4月以後上市的幾乎所有手機均將配備GPS接收功能。日本總務省主辦的委員會「資訊通信審議會資訊通信技術分會緊急通報功能等高級委員會」於2004年5月17日公開了關於緊急通話時確定用戶位置資訊的技術條件的報告，對上市時期和普及率提出了具體目標。這是該委員會首次提出關於緊急時用手機定位的具體實現時間和導入目標。 在「2007年4月日本所有新型手機均將支援GPS」一文為你做了相關的評析。