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当通信遇到商业航天

6小时前
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商业航天也是应用驱动型的产业,低轨卫星星座(卫星互联网)是最大的应用场景。当卫星互联网时代来临,商业航天能够给传统通信产业带来多少增量机会?传统地面通信产业能否凭借成熟的产业链优势,助力卫星通信长足发展?

“硬科技新势力”每期访谈一个既熟悉又陌生的新兴领域,我们今天就聊聊比科奇微电子在卫星互联网领域的战略拓展——从“脚踏实地”到“仰望星空”,卫星互联网给地面通信厂商带来的新机会。本期访谈嘉宾是比科奇CTO王正方,形象又生动地与我们聊一聊卫星互联网的发展。

比科奇产品布局与核心业务

比科奇是全球技术领先的半导体基带芯片和通信技术研发企业,核心聚焦基带芯片研发与通信技术解决方案,产品实现5G地面蜂窝通信与卫星互联网/6G双领域覆盖,兼具基站类产品(地面、卫星两个方向)和终端类产品(重点布局卫星方向)。

基带芯片在通信系统中的核心作用

基带芯片位于协议栈的最底层,也被称作物理层或者层一,是无线通信系统的核心组成部分,其计算和算法复杂度远高于高层,通过芯片化可以实现高效运行。

通信设备中基带模块需与射频模块配合形成完整链路,射频模块负责信号的频谱搬移,基带模块专注于原始基带信号处理,二者缺一不可。基带芯片的核心功能为处理基带信号,发射方向负责原始信号的编码、调制,接收方向负责信号的均衡、解调、解码,所有通信系统均需基带芯片完成该类底层信号处理。

手机与基站端的基带芯片核心功能一致,但研发侧重点和复杂度差异显著:基站基带需服务数百上千个连接终端,对数据处理能力、并发处理效率要求极高,研发核心聚焦提升芯片的计算性能、集成度和多终端调度能力;手机端基带仅需处理单设备的信号交互,核心研发难点在于实现极致低功耗,以适配手机的便携性和电池供电限制,同时兼顾信号处理的稳定性。

卫星通信再度火热的核心原因与行业发展契机

卫星通信并非新兴技术,此前因主要服务于行业应用,与普通大众接触少,关注度较低。而近两年热度骤升主要源于两大关键契机:

一是华为Mate 60“捅破天”手机的推出,让普通大众可通过手机直接连接卫星进行通信,实现了卫星通信向民用消费端的普及,成为大众认知层面的重要转折点。

二是马斯克星链的商业化落地,其全球用户已近千万,在各行业的规模化应用让市场看到了卫星通信的商业价值和应用潜力。

此外,国内商业航天整体产业的火热,也让市场意识到商业航天是应用驱动型产业,而卫星通信是其最大应用场景,进一步推动了卫星通信的关注度提升。

传统卫星通信和卫星互联网的差异

传统卫星通信与卫星互联网在技术架构、服务能力、产业形态等方面存在核心差异:

在技术架构与服务能力方面,传统卫星通信以高轨卫星为主,如天通一号(窄带)、中星26/亚太6D(高通量)。高轨卫星虽能实现广域覆盖,但存在时延高、并发接入用户数受限、带宽容量不足等问题,且多采用透明转发模式,卫星仅做射频信号的变频、放大,无基带信号处理能力。卫星互联网则以低轨星座为核心发展方向,未来将采用星上基站模式,把基带处理能力部署在卫星上,大幅降低时延、提升抗干扰性和信号处理效率,且低轨星座可通过数千上万颗卫星组网,实现吞吐量和服务用户数的量级提升,能支撑随时随地的接入需求。

在产业与标准形态方面,传统卫星通信产业呈现高度碎片化特征,主流采用DVB标准,但各厂商实现时存在私有定制化内容,甚至有不公开的私有波形,导致不同厂商设备无法互联互通,产业链参与者少、成本居高不下,市场空间分散。卫星互联网则向3GPP标准靠拢,依托标准化实现设备互联互通,且将融合地面通信成熟产业链,推动产业规模化、低成本化发展。

在应用场景方面,传统卫星通信以窄带的语音、短信、低速数据业务为主,服务场景有限。卫星互联网可支撑宽带通信、物联网等多元业务,覆盖民用、行业、公共服务等更广泛场景,是面向未来的全域通信网络

3GPP标准开始向卫星互联网延伸

3GPP标准最初聚焦于地面通信,是3G、4G、5G地面通信的核心标准体系,其设备互联互通的特点推动了地面通信产业链的成熟和规模化。

3GPP向卫星互联网的延伸始于5G阶段,2022年发布的Release 17版本首次引入卫星通信相关定义,提出了NTN(非地面网络)概念,包含宽带类的NR-NTN和物联网类的IOT-NTN两大类型,覆盖低轨(LEO)、中轨(MEO)、高轨(GEO)卫星及高空平台(HAPS)四种应用类型,填补了3GPP在非地面通信领域的空白。而3GPP首个完整的地面5G版本Release 15发布于2018年,可见5G NTN是地面5G技术的后续延伸和补充。

而在6G标准制定阶段,3GPP实现了地面与卫星通信的一体化考量,从标准化初期就同时设计地面网络(TN)和非地面网络(NTN)的技术体系,打造原生的“空天一体”通信标准,这也让3GPP成为卫星互联网标准化发展的核心依托,推动地面通信与卫星通信的技术融合。

3GPP拥有全球数万名专家参与研发,技术成熟度远高于DVB等制式,且依托地面移动通信的庞大生态,让卫星互联网可复用成熟的产业链、供应链,大幅降低成本(如 IOT NTN可复用地面NB-IoT芯片,终端成本急剧下降)。同时,3GPP标准的互联互通特性,将打破传统卫星通信的碎片化格局,推动卫星通信产业的规模化、标准化发展。此外,天通卫星采用的GMR标准,最初由欧洲ETSI制定,后并入3GPP体系,成为3GPP向卫星领域延伸的重要技术铺垫。

基带芯片用于地面通信和卫星通信的差异

地面通信基带芯片无法直接复用到卫星通信场景,需针对卫星的特殊环境和需求进行筛选、优化和加固,核心差异及改造点集中在环境适配性和系统防护。而基带芯片的核心信号处理功能、与频段的适配性无差异。

芯片筛选:地面使用的为工业级芯片,需从同一批次芯片中筛选出通过温度极限测试、机械测试、可靠性测试的高性能芯片,筛选后的芯片可适应更宽的温度范围,满足卫星空间环境的基础要求。

空间辐射防护:卫星空间的高能粒子会带来单粒子闩锁、单粒子反转等问题。单粒子闩锁会导致芯片电源与地之间产生大电流,若不及时处理会造成永久性损坏。单粒子反转会导致芯片存储单元的比特值翻转,可能引发系统崩溃。对此,基带芯片厂商需与下游载荷厂商合作,在系统层面做加固防护,同时在芯片敏感区域做三模冗余、驱动层面加固等处理,降低高能粒子影响。

系统恢复能力:针对不可避免的系统崩溃,需开发专属软件,实现系统的快速恢复,比科奇PC802芯片可做到1.5秒内完成系统恢复,将故障影响降至最低。

性能需求存在专属侧重:卫星通信因星地距离远,地面接收的信号极其微弱,因此卫星用基带芯片对接收灵敏度有极高要求,需通过高性能的均衡、译码器设计,实现弱信号的精准解析;而地面通信因信号强度充足,对接收灵敏度的要求远低于卫星场景。

比科奇基带产品用于卫星互联网的优势

比科奇以PC802芯片为核心,切入到卫星互联网领域,该产品依托地面通信的技术积累,在卫星通信场景中形成了显著的技术优势,核心体现在三方面:

处理能力强劲:芯片发射和接收方向的处理能力均达到800兆频谱带宽,相较于卫星通信行业原有芯片,处理能力实现量级提升,可更好地支撑卫星通信的信号处理需求。

功耗控制优异:在满速运行的实验室测试场景下,芯片功耗不到6瓦,低功耗特性适配卫星设备的能源供给限制。

接收灵敏度高:芯片集成了高性能均衡和译码器,能从极低的信噪比中精准提取微弱信号,完美匹配卫星通信的信号传输特点,解决了星地远距离通信的核心技术痛点。

此外,PC802芯片在设计时就兼容基站和终端两种工作模式,可同时应用于卫星通信的基站和地面接收终端领域,实现一芯多用。且企业依托5G地面通信技术积累,能快速完成芯片的卫星场景适配,技术落地效率更高。

未来卫星互联网的技术演进趋势

未来卫星互联网的核心技术演进方向是标准化、融合化、一体化,依托3GPP标准实现与地面通信的深度融合,同时推动多领域技术的有机结合,具体可概括为四大趋势:

3GPP标准主导的标准化演进:卫星通信将全面向3GPP 5G NTN及后续6G标准靠拢,逐步摒弃传统的私有定制化体系,实现设备互联互通。同时复用地面通信成熟的产业链,推动卫星互联网设备成本降低、产业规模化发展,物联网领域的IOT-NTN将率先实现成本下探和爆发性增长。

“空天地一体”的网络融合:以6G标准为核心,打造地面通信与卫星通信原生融合的空天一体网络,不再是地面与卫星的独立系统,而是实现技术、协议、网络的深度打通,地面通信厂商的技术、人才、产业链将持续向卫星互联网领域渗透,加速产业成熟。

低轨星座为主导,星上再生成核心架构:低轨星座将成为卫星互联网的核心载体,通过数千上万颗卫星组网,实现全域覆盖和随时随地的接入;星上再生模式,星上部署基站,实现基带处理能力,将逐步替代传统的透明转发模式,大幅降低通信时延、提升链路预算和抗干扰性,成为低轨星座的主流技术架构。

“通导遥算”一体化:通信、导航、遥感、算力四大功能从独立系统走向有机融合,低轨星座的规模化组网将提升卫星导航的信号强度和定位精度;遥感数据可在星上通过算力完成实时处理,无需全部传回地面,大幅提升处理效率;而通信与算力的融合则依托AI技术实现网络赋能AI、AI赋能网络的双向升级,这也是6G标准的核心发展方向。

星上处理能力的升级:卫星从传统的透明转发模式向星上基站模式演进,将基带处理、算力处理等核心能力部署在卫星上,成为“天上的基站+算力中心”,进一步降低通信时延、提升抗干扰性和信号处理效率,是低轨卫星互联网的核心技术升级方向。

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公众号科创之道主笔,标准的EE、CS专业理工男。从事研发、咨询、投资工作15年,主要关注领域为半导体、人工智能、物联网、云计算等,目前专注于风险投资和企业服务领域,平时喜欢把一些工作上的感悟随手记下来,希望通过自己的文字,融合IT产业和投融资行业知识,为跨行业沟通搭建一座桥梁。