打造GPS芯片最佳效能典范─访u-blox台湾区总经理江敏楠

        当人们关注GPS技术时，多将焦点摆在接收感度、成本、与质量。在应用部份，则是从过去搭载在车上的装置，逐渐延伸至携带式产品市场，在多样化应用下，进而带动配件、寻址服务(LBS)、地图资料等相关产业商机。

△图说：u-blox台湾区总经理江敏楠
经历：倍微科技、铸微科技、u-blox
学历：美国国际东西大学EMBA硕士学位

        GPS市场瞬息万变，不过具全球知名度的品牌屈指可数，知名度略微逊色的OEM、ODM厂商也不在少数…如何在竞争激烈的导航市场中竞争？难道只能一味地追求低价？或是推出精准度和效能更高产品？如何在成本与质量间取得平衡，已成导航业者关注的课题。

        从效能看GPS设计

        近3年来，由于GPS芯片厂商相继投入，许多具完整解决方案业者，已在市场中崭露头角，让模块厂商更容易开发出具整合优势的导航设备，加上大量厂商投入接收器产品研发，让接收器与模块产品市场供应不虞匮乏；不仅对GPS市场热潮有加分效果，也使GPS整机成本最高的GPS芯片组成本价格下滑，进而让消费性电子产品竞相加入GPS定位功能，为产品加值！

        △图说：GPS定位精准度，已成为各家导航大厂竞争的关键。(照片来源：Bloomberg)

        目前GPS技术已经进入成熟化阶段，应用领域越来越广，市场需求每年都有显着提升。其实，针对效能还有非常大的提升空间，这不单单指航空、军用或学术等特定应用领域，就连目前出货大宗的消费市场用途GPS芯片，更是如此。对于汽车导航应用、或PND使用者而言，均期待卫星导航系统的首次定位时间(TTFF)、准确度、灵敏度，以及产品可靠性等性能指数，都能有更好的表现数据。

        首先来看TTFF，这是关乎GPS设备性能的重要关键。因为GPS产品开机到首次定位的过程中，必须经过撷取卫星讯号 (acquisition)、时间同步、导航解码(Navigation decoding)和位置计算等诸多程序，其中讯号撷取花的时间最多；一般来说，在毫无卫星资料的冷开机(Cold Start)状况下，多数GPS接收器的首次定位时间多在35秒以上，若在广播星历下载过程中断，或者是因为讯号微弱的不良收讯环境中，动辄将耗费更长的定位时间。

        最佳化灵敏度，为让GPS接收器能够在快速变化环境中使用，甚至在有透明门窗的室内也能够定位，或是让系统能对天线选用形式更具弹性，都是可携式导航产品设计的大利多。另外，GPS 接收器在追踪定位时的更新速率，也是影响动态定位准确度的重点。

        最后，也是非常重要的设计方向，即是导入惯性导航(Dead Reckoning；DR)技术，让GPS在没有卫星讯号环境中，也能透过惯性感应模拟定位座标！持续进行定位导航。此技术对于车载导航相当实用，因为汽车一旦进入卫星讯号接收不良处(如隧道、桥下)时，就能切换到惯性导航模式。车载惯性导航构想由来已久，但过去并不易实现，如今因微机电(MEMS)技术突破及价格下降，让PND设备能够透过内建三轴加速度惯性陀螺仪，或电子罗盘等运动传感器，让导航装置也能具备能惯性导航功能。

        △图说：采用u-blox 5 GPS与GALILEO芯片，功能多且具备弹性连结能力，也便于应用整合，能加速汽车电子、消费和工业等各种应用的上市时程。 (资料来源：u-blox)

        未来导航产品趋势

        以整体接收效能角度观察，若GPS接收机若能接收多1倍的卫星讯号，则接收效能与定位精准度都能更为提升，还有，如何设计出与伽利略(Galileo)卫星系统兼容的GPS设备，也是GPS业者未来不可忽视的发展趋势。

        长期以来，由欧盟所主导的Galileo GPS卫星计划正如火如荼推动中，尤其Galileo某些功能更优于GPS，如较低的误差范围及更广域讯号，成为GPS以外的定位系统新选择。目前以美国GPS卫星系统为主的导航设备，未来势必与此一新兴系统彼此兼容，进而能够同时撷取更多的卫星、得到更佳涵盖率、更高的定位准确度及可靠性，以及更有效移除多径干扰的问题。

        不过，由于GPS与Galileo的卫星讯号结构不同，欲设计出具有兼容共存的卫星定位系统有其难度，以目前u-blox所开发的u-blox 5芯片为例，已能做到单频率(1575 MHz L1 Band)的双系统接收能力，也可用来追踪Galileo卫星。除此之外，在未来提供混合系统的接收功能上，其高达50个的通道数足以接收来自两大卫星系统的多颗卫星讯号，除能大幅提升收到3颗以上卫星定位求解的能力外，更能选择最佳讯号改善定位的精确度。

        △图说：绝大多数导航业者在发展导航系统之余，目前还是以美国GPS导航系统为主；不过，若以长期的发展角度来看，不应忽视欧盟Galileo系统。(资料来源：www.defenseindustrydaily.com)

        GPS导航应用产品定位准确度，将是未来导航厂商竞争的关键之，若是无法满足客户与消费者需求，势必将影响产品的竞争力，，对产品效能来说，整体系统的搭配，也是必须重视的研发目标，在设计考虑上必须将导航产品系统最佳化、缩短定位时间，以及增加系统运作时的可靠度。