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定位技術再精進　車載資通訊如虎添翼

2010-03-23

侯俊宇

歷經多年的發展，全球導航衛星系統日益多元，除了北美GPS領軍之外，其他包括歐盟、俄羅斯、印度與中國大陸等，均有意在此參一腳。而再加上定位技術的精益求精，以及與智慧型運輸系統之整合，在在讓車載資通訊系統的發展更上一層樓。

綜觀近期全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)之發展可以發現，不但北美在全球衛星定位系統(GPS)上的演進多所著墨，有鑑於此一領域之豐厚商機，其他各國也同樣積極運作，期望可以攻占灘頭堡，同時在此領域站穩腳步。

GNSS商機勃勃　在地系統有意搶進

對各國政府來說，布建在地化的全球導航衛星系統不但有助透過衛星定位精準掌握國土地理資訊、提供軍事戰略應用，亦可瞄準消費大眾，提供加值服務，進而延伸更多商機。

北美GPS為全球濫觴

始於1970年、在1994年便全面建置完成的GPS(圖1)，無疑是全球最古老也最全面的導航衛星系統。其多達二十四顆衛星、遍及全球近98%區域的特色，也讓今日絕大多數的導航相關應用，立基在GPS上。

圖1　美國國防部設置的GPS已在全球站穩領先地位，並成為各種定位、導航與其他加值服務之基石。

雖然GPS最早是為美國國防部之軍事應用所設計，不過稍後也開放予一般商業使用，更成為促進導航與定址服務(LBS)蓬勃發展之濫觴。GPS目前之精確度大約為10公尺，並具有不受天氣影響、快速定位與可移動定位等特點。

美國國防部亦於2000年正式開啟GPS更新計畫，計畫分三階段進行，預計在2008～2013年時發送第三個民用訊號、並盼將衛星數量增加到三十二顆，進而提供3～5公尺內的定位精準度。

不過由於GPS定位精準度仍有進步空間，加上部分國家不願關鍵地理資訊須要假手他人方能獲得，以及美國國防部有權關閉GPS服務，因此近期也積極發展自有衛星導航系統，如中國大陸便是一例。

中國大陸急起直追

快速發展的中國大陸，近年也積極布局航太領域，並期望掌握自有衛星資訊。如中國大陸西昌衛星發射中心便在2010年1月17日時，成功發射第三枚「北斗」導航定位衛星，同時正式步入衛星組網階段。隨著中國大陸的導航衛星陸續升空，也促使中國大陸成為繼美國、俄羅斯之後全球第三個擁有自主衛星導航系統的國家。北斗衛星導航系統為中國大陸自主研發的衛星導航系統，目前包括北斗一號和北斗二號等兩代系統。北斗一號是一個已投入使用的區域性衛星導航系統，北斗二號則是另一個正在建設中的全球衛星導航系統。

事實上，中國大陸自2007年起，共陸續發射六枚北斗衛星，前四枚為試驗衛星，係屬北斗一代，但受限於技術程度，精確度與定位時間較差。其後先後發射二枚北斗二代衛星，並於今年1月發射第三枚二代衛星。

中國大陸官方指出，該國將於2012年前發射十枚以上衛星，至2020年時，則將建立由三十五枚衛星所組成之自有全球衛星導航系統。另外，中國大陸目前正與美國、俄羅斯和歐洲等全球性衛星導航系統進行頻率協調，以實現系統兼容與相互操作。

不過，由於中國大陸過去對自有技術多半較為保護，對於其他國家之全球導航衛星系統相關業者而言，能否在北斗衛星導航系統發展的同時，在此領域占有一席之地，恐怕有待觀察。

歐盟伽利略進度停滯

相較於中國大陸的全力施為，歐盟力拱的伽利略定位系統(Galileo Positioning System)就顯得遲緩許多。這項正在建造中歐洲版衛星定位系統，在初問世時由於號稱可達1公尺之精確度，加上打破美國壟斷態勢，提供GPS以外的選擇，因此一度引起世人重視。不少衛星導航晶片廠商甚至加速投入GPS/Galileo之雙模晶片開發，期望在伽利略定位系統問世時能夠搶先卡位。

不過，原先預計在2010年可望正式運作的伽利略定位系統，卻是一延再延。根據歐盟於2010年1月發表的訊息，該單位宣布伽利略定位系統要到2014年才會正式啟動。而最先使用這個系統的將是緊急救援等機構，其他單位要到更晚才能陸續開始使用。

伽利略定位系統是在2003年5月正式開始計畫，並於2006年1月時發射第一顆衛星。但由於此計畫乃整合法國、德國、義大利及英國四國之概念與技術所組成，組織成員與技術較為繁雜，因此進度始終落後。

國內如工研院等單位，稍早時為積極開發GPS以外之衛星定位系統，便與歐盟緊密合作，包括主辦及參與歐盟伽利略創新大賽(圖2)等，期盼在此領域拔得頭籌。不過隨著歐盟腳步趨緩，實際動向仍耐人尋味。

圖2　從台灣研發團隊於2009年全球伽利略創新大賽中拿下兩項大獎可以看出國內對此計畫之興趣。左一為工研院院長李鍾熙，右一為伽利略創新大賽主辦主席Thorsten Rudolphn。

俄/印攜手打造衛星定位系統

另一座全球導航衛星系統GLONASS則是由俄羅斯所研發。該系統由俄羅斯政府負責運作，最早始於70年代，並於1982年發射首顆衛星。不過此系統之運作情況不如美國，尤其因為經費問題，該系統的部分衛星一度嚴重老化，只剩六顆衛星正常運行。

GLONASS系統的抗干擾能力雖較GPS為佳，但其單點定位精確度卻不及GPS系統。直至2004年，印度和俄羅斯簽署相關合作協議並正式加入GLONASS系統，計畫聯合發射十八顆導航衛星，才有所改善。目前約有十七顆衛星正常在地球上空巡弋。

不過至今GLONASS之應用並不普及，也少見相關全球導航衛星系統業者以GLONASS為定位訊號來源。

除了全球性的系統外，印度也在2009年5月時宣布，該國自有之印度區域導航衛星系統(IRNSS)，將在3年內投入運行。據悉，該系統將使用大約七顆衛星，並於印度地區提供大約10公尺之精準度。另外，正如前述，印度還將考慮與其他既存或正在建造中的導航衛星系統互相協調整合。

無論如何，由於GPS仍居目前應用主流，因此目前業界仍慣於以美國國防部主導之GPS概括稱呼全球導航衛星系統。

多合一晶片來勢洶洶　眾廠鴨子划水搶占先機

相較於打造橫跨不同全球導航衛星系統的晶片產品，近期業者更重視的方向為整合多種通訊技術於單一晶片上。特別由於稍早時已有部分廠商針對藍牙(Bluetooth)、無線區域網路(WLAN)與調頻(FM)等有所著墨，不少業者認為，若能將GPS接收器整合至前述多模晶片，或可帶來更大效益。

WLAN/藍牙整合時有所聞

舉例來說，國內晶片設計業者雷凌科技便在2009年11月時展示首款IEEE 802.11n與藍牙3.0+HS的整合型解決方案。雷凌科技指出，看好包括筆記型電腦(NB)、易網機(Netbook)在WLAN與藍牙上的普及性，該公司期盼透過完整解決方案，可在提供高效能的同時維持訊號清晰度。此解決方案中特別強調可避免訊號干擾，進而省下設計成本。而SiGe也同樣看好此領域，較早時已推出高度整合無線區域網路/藍牙前端模組(FEM)，瞄準高速成長的嵌入式市場如無線區域網路手機、數位相機和可攜式媒體播放器(PMP)等。

GPS晶片業者動態引人矚目

而其他廠商包括高通(Qualcomm)、劍橋無線半導體(CSR)、博通(Broadcom)與創銳訊(Atheros)也積極開發可同時整合GPS、WLAN、藍牙與FM等之解決方案。

如劍橋無線半導體在購併瑟孚(SiRF)後，便積極打造其連結中心(Connectivity Centre)，期望將瑟孚在硬體、軟體和系統方案端的地位延伸至手機市場端，同時整合劍橋無線半導體自豪的藍牙與無線區域網路領域。劍橋無線半導體預估2012年GPS手機的滲透率將達40%，也成為最大商機所在。

據悉，劍橋無線半導體試圖打造的連結中心，策略目標是為藍牙技術建立高連接率，並將額外加值無線技術整合到其子系統中。而瑟孚的GPS技術將可協助劍橋無線半導體加速實現連結中心的策略目標。該公司也是最早推出在單一系統單晶片(SoC)中內結合包括GPS、藍牙 v2.1+EDR、FM收發技術及支援藍牙低功耗等功能之業者。

圖3　博通無線連線事業群GPS事業部資深業務發展經理王堂興說，多合一GPS晶片人人想做，但實際問世恐怕需要一段時間。

值得一提的是，此一已發表之產品乃屬軟體運算GPS，在定位時間、效能與精準度上仍與硬核產品有所差異。而該公司也宣稱，下一代之整合產品已在開發中。

另一家對於整合型產品同樣興致盎然的廠商，則是博通。博通無線連線事業群GPS事業部資深業務發展經理王堂興(圖3)認為，如果能在GPS系統單晶片中整入無線聯網技術，將有助於新型態應用的發展，且有利於終端裝置的銷售。不過，關於實際在晶片產品整合上述功能之進度，王堂興則三緘其口。他說，該公司確實針對此一整合型產品進行投注，但實際成果暫時無法公布。

此外，真正受到GPS晶片業者最多矚目的，仍然是手機晶片龍頭高通的動向。眾所周知，該公司在手機上的地位已經極為鞏固，且其GPS晶片產品gpsOne亦已問世，隨著GPS技術日益演進，高通在行動通訊、無線區域網路與GPS領域上之地位，恐將無人能及。

M2M延伸定位商機

不過，也有業者不願與其他廠商在多合一晶片戰場廝殺，因而轉戰機器對機器(M2M)領域。如GPS晶片接收器業者u-blox就在2009年2月時宣布購併Neonseven，該公司係為消費性電子、汽車、工業原始設備製造商(OEM)客戶開發無線通訊裝置的設計公司，並擁有提供無線通訊方案及相關元件評估、開發與維護專業知識。

圖4　u-blox台灣區總經理江敏楠解釋，M2M由於可望大舉進軍車隊管理市場，因此與GPS之整合更是勢在必行。

在購併Neonseven後，u-blox可將其全球行動通訊系統(GSM)技術應用於MSM模組上，瞄準M2M與GPS互相搭配之市場，包括資產追蹤、車隊管理、道路收費、車輛復得及緊急救援eCall等。

u-blox台灣區總經理江敏楠(圖4)指出，該公司看好GPS定位技術延伸出的通訊技術商機，如透過整體封包無線電服務(GPRS)傳遞相關資訊，以進行車隊管理與資產追蹤等，便是一例。

一般將M2M定義為機器與機器間的資料交換，其可提供設備即時之系統訊息交換，初期多應用於安全監測、自動抄表、機械服務、維修業務、工業流程自動化等中。由於M2M採用之通訊技術遍及與3G等，也被應用於車隊管理上，因而促進GPS技術之整合。

江敏楠指出，M2M技術不斷演進，今日諸多廠商已布局車隊管理市場。而由於車隊管理將與車輛定位息息相關，因此該公司也積極透過GPS與M2M技術的整合，欲打開此一潛力市場。

如u-blox於2010年1月時推出以通用行動電信系統(UMTS)/高速下鏈封包存取(HSDPA)為基礎之模組，即瞄準多種M2M應用。江敏楠認為，由於該公司原本即在車載市場耕耘多年，因此此類無線通訊模組與定位系統之結合將如虎添翼，有效協助車商打造豐富之行動多媒體功能與服務。

車用通訊技術問世　智慧型運輸系統抬頭

另一項在近期大受重視的應用，則是基於車用環境無線存取(WAVE)/專用短程通訊(DSRC)技術所打造的智慧型運輸系統(Intelligent Transport Systems, ITS)。

在國際電子電機工程學會(IEEE)定義為IEEE 802.11p的WAVE，以及應用於專用短距離通訊的IEEE 1609，主要是希望在系統中能夠提供高速移動中的汽車多頻道運作架構，使得車載單元(OBU)與路側設備(RSU)能夠在高速行車環境中，建立車對車(V2V)、車對路側(V2R)的短距通訊，若能再加上其他通訊技術如3G、全球微波存取互通介面(WiMAX)，將可進而達到動態導航、掌握即時路況及行車安全警訊等目的。