從車用電子跨足一般大眾 GPS挑戰行動電話市場

2007-03-16
根據市場調查顯示,GPS是行動電話的下一個熱門功能。行動電話製造商、電信服務供應商和用戶都不斷關注行動電話未來可採用的新功能;而GPS能夠實現各種熱門服務,包括導航、交通資訊、遊戲、家庭成員或朋友的定位等,因而成為未來的重要應用。
根據市場調查顯示,GPS是行動電話的下一個熱門功能。行動電話製造商、電信服務供應商和用戶都不斷關注行動電話未來可採用的新功能;而GPS能夠實現各種熱門服務,包括導航、交通資訊、遊戲、家庭成員或朋友的定位等,因而成為未來的重要應用。  

不單是未來,事實上,全球衛星定位系統(GPS)也已經在今日逐步開始進入大眾市場,GPS目前約占個人數位助理(PDA)銷售的60%以上。此外,據預測,未來5年內大部分手機將具備GPS功能。如美國政府即規定,GPS必須成為強制安裝的功能,聯邦法規要求手機採用GPS技術,可以通過手機向公共安全應答點(PSAP)自動輸送位置資訊,並進而簡化911緊急服務。儘管如此,還是有不少因素限制GPS的廣泛採用,如成本高、功耗高,以及GPS的準確度低等,都是仍待解決的問題。  

GPS催生多元行動服務  

值此極具競爭性的電信時代,行動網路營運商不斷地尋求創新,以利產品差異化、與提高利潤。實現這些目標的最佳方式之一,就是提供基於位準的高度個人化的行動服務。行動位置服務包括汽車導航、交通和天氣資訊、車輛和人員管理、基於位置的計費服務、就近服務、遊戲或安全等。  

近期大受歡迎的導航衛星定時定距系統(Navstart),即眾所周知的GPS,是一個基於衛星的定位系統(圖1)。GPS系統是由美國國防部(DOD) 開發和營運,第一顆衛星於1974年發射升空,截至1994年為止,已有24顆衛星到位(圖2)。如今,該系統即以至少24顆有源衛星進行運作,並且由美國國防部定期將老舊衛星更換成新衛星,以維持正常營運。  

這些3,000~4,000磅重的太陽能衛星,在大約12,000英里(19,300公里) 的高度,每天圍繞著地球旋轉2圈。由於衛星的軌道都經過精確安排,因此在地球上任何時候任何地點,都能夠在天空中「看到」至少4顆衛星,大幅提升接收器的精準度。GPS接收器的任務就是對4顆或更多的衛星進行定位,計算每顆衛星的距離,並利用這些資訊來推導其自身的位置。就目前來說,GPS免費在所有時候和所有氣候條件下,向所有人提供高度精確的位置和時間資訊,並在近期延伸出更多應用。  

GPS系統可以以多種頻率發射訊號,諸如民用GPS系統的發射頻率就為1575.42MHz(K1)。GPS接收器能夠測量出衛星訊號的行程時間,並相應地計算出衛星的距離。不過由於接收器本身不能確定衛星方向,所以它需要至少4個不同衛星的讀數來獲得定位。更確切地說,GPS訊號比一個典型的廣播電台要微弱1,000倍,並且遙遠100倍,因此GPS訊號特別弱,要說GPS實際上的運作是在大海撈針,一點也不為過。  

A-GPS效能完善受重視  

輔助GPS(Assisted GPS, A-GPS)則是一種特別的技術,利用輔助伺服器來減少GPS確定某個位置所需的時間。尤其當用戶位於狹小巷弄、茂密森林或是甚至在室內等難以直接「舉頭望青天」時,這種技術在用戶定位方面特別有效。近期A-GPS應用越來越普遍,並且通常用於蜂窩網路的位置服務(LBS)。  

與僅利用接收器自身的資源來計算接收器位置的自主型GPS系統不同,A-GPS系統可以從俗稱遠端電腦的網路輔助伺服器獲得幫助,由於遠端電腦擁有較高的處理能力,並且能夠接入參考網路,因此處理過程較為順暢。此外,由於A-GPS接收器和輔助伺服器分擔任務,所以與依賴蜂窩網路覆蓋情況的自主型GPS系統相比,A-GPS的過程更快、效率也更高。  

從數據來看,A-GPS系統提供的性能,超過了相同的接收器在獨立模式下的性能。例如,A-GPS系統獲得初次位置讀數的速度,就比自主型GPS系統要快得多:A-GPS為1~2秒不等,而自主型GPS系統為40~50秒左右。  

導航系統運用多元  

由於GPS系統產生包括經度、緯度、以及高度或海拔等多個位置讀數,因此這些資訊可以成為其他各種服務的基礎。其中最受歡迎的服務就是導航服務。儘管多以地圖方式顯現,不過地圖也不是唯一的方法,如聲音導航服務引導左轉或右轉,可能是一種更有效的方法。  

談到導航系統,就不能忽視高品質的導航。要求各種資源準確無誤,確實比較困難。例如導航系統多需要大量的資料結構;同時需要一個功能強大的處理器,以在螢幕上連續顯示更新的地圖;也需要一定的儲存空間來保存地圖資料。  

為此,許多GPS設備採用了基於A-GPS網路的服務。當然,只有在連續網路連接的情況下,像是行動電話等,這種導航服務才可行。  

一個GPS系統一般由兩個部分組成,即GPS引擎和在引擎上運行的服務應用程式。系統的兩個部分通常由不同的廠商提供。但是,這兩個部分需要一個通用的介面協定來進行溝通。而一般來說,近期最普遍的業界通用介面協定是NMEA 0183標準,該標準由國家海洋電子協會(NMEA)所制定。  

定位的時候,NMEA提供包括如視野中衛星的數目、衛星的訊號強度、時間和接收器的位置等各種資料,以助GPS系統的運作。  

行動電話整合GPS挑戰多  

不過,儘管行動電話和GPS的結合頗受期待,仍有幾種因素限制了GPS在行動電話中的廣泛採用。主要的挑戰包括下列幾個方面:  

.尺寸太大  

目前行動電話發展的趨勢是更輕、更小,當前GPS晶片解決方案尺寸太大,需要有小尺寸的解決方案才能讓行動電話和GPS結合,如此一來,不但讓GPS可以在輕薄短小的行動電話上問世,且追求外型的消費者也能擁有高性能的手機。  

.成本過高  

行動電話整合GPS功能有成本考量,也導致某些對成本比較敏感的行動電話製造商躊躇再三,不敢直接投入這塊已被預期成為未來最大商機所在的市場。  

.功耗需求  

愈複雜的設備通常需要愈高效的設計,這樣運行GPS時才不會耗盡行動電話電池的電量,或是縮短兩次充電之間的時間。而隨著GPS的功能愈強,功耗的需求也就愈大,這就像追著尾巴的狗兒般永遠沒有止盡。  

.GPS性能差  

截至目前為止,GPS功能仍有進步空間,尤在須要利用A-GPS才能提高在密集市區的使用性能,尚缺快速準確地向行動電話用戶提供位置資料,也是挑戰之一。  

.整合的複雜性  

目前在行動電話中整合軟體和射頻功能的設計週期約為3~6個月,廠商也急於縮短週期,讓產品本身更具競爭力。  

從以上數點可知,需要新的設計解決方案,才能滿足行動電話市場的挑戰性需求,同時帶來更多市場成長。  

新興GPS技術演進  

近期多家公司積極針對新一代的GPS多媒體處理器進行研發,包括在IC內含一個高性能、低功率的GPS基頻,以支援自主型和輔助GPS,就是一個方向。  

在這樣的處理器中,GPS引擎得以發送包括時間、位置和速度資訊的標準NMEA報告,並且能夠相容所有基於GPS的應用程式。  

而在多媒體處理器中的GPS技術,也符合行動電話的這些挑戰性要求:  

.尺寸縮小  

由於GPS基頻已經包含於多媒體處理器之中,因此僅需要外部射頻模組。  

.成本低  

與獨立GPS基頻晶片相比,將GPS基頻內置於多媒體處理器中可以大幅降低系統成本。GPS基頻利用多媒體處理器提供的處理器和記憶體資源,從而優化晶片。  

.功率低  

部分多媒體處理器採用系統節能設計,並且利用90奈米加工技術生產,一舉將捕獲功率減少到70毫瓦,並將跟蹤功率減少到40毫瓦。  

.性能高  

GPS的性能優劣是由通過其定位所需的時間和定位的準確度來衡量。如某廠處理器的靈敏度為-160dbm,在A-GPS模式下,其可將首次鎖定時間(TTFF)減少到1秒以下,並將導航精確度提高到5米以下。  

.整合性  

對GPS產業上下游業者來說,若是晶片業者能提供給多媒體處理器和射頻模組的完整參考設計,同時毋需其他特殊或額外的複雜射頻設計,又可同時包含軟體,即可稱之為具高度整合性的產品。  

圖3顯示的是在中國深圳市進行汽車試駕時的GPS資料,利用的是Google Earth應用程式。圖中的每一個藍點代表一個GPS讀數。這些點每隔一秒的時間讀出,因此,每個連續點之間的距離就代表著汽車的速度。  

從以上可知,支援GPS的多媒體處理器,除了使行動電話製造商透過在多媒體處理器解決方案中增加一個低成本的射頻晶片,從而在行動電話中置入一個高性能、低功率、具有成本競爭力的GPS系統外,若再加上完整軟體應用的系統平臺,就能夠幫助多媒體行動電話製造業者快速推出新型號產品。  

(本文作者為卓然移動事務部產品行銷經理)  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌73期3月號)  

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