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衛(wèi)星通信,邁向“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的拐點(diǎn)

Qorvo半導(dǎo)體 ? 來源:未知 ? 2023-12-20 13:35 ? 次閱讀
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2023年,衛(wèi)星通信領(lǐng)域熱點(diǎn)不斷。

先有美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)AST SpaceMobile成功使用BlueWalker 3號(hào)測(cè)試衛(wèi)星,與未經(jīng)改造的智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)了雙向語音通話和4G功能,引發(fā)普遍關(guān)注;再有華為Mate60 Pro迎來重大突破,成為全球首款支持天通衛(wèi)星通話和雙向北斗衛(wèi)星消息的智能手機(jī),即使在沒有地面網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的情況下,也可以撥打、接聽衛(wèi)星電話;隨后,星鏈(Starlink)宣布上線直連手機(jī)業(yè)務(wù),旨在服務(wù)全球LTE手機(jī)(即4G及以后的手機(jī)),計(jì)劃2024年實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送、2025年實(shí)現(xiàn)語音通話和數(shù)據(jù)功能,同年分階段實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng);近期,民營(yíng)商業(yè)航天公司銀河航天也在靈犀03星上成功實(shí)現(xiàn)中國(guó)首例端到端(Terminal to Terminal,T2T)低軌衛(wèi)星通信測(cè)試,為衛(wèi)星通信提供一種更加靈活的通信模式,在極地、遠(yuǎn)海等偏遠(yuǎn)地區(qū),即使沒有信關(guān)站覆蓋也能進(jìn)行衛(wèi)星通信。

手機(jī)直連衛(wèi)星的三種技術(shù)路徑

熱鬧非凡的背后,是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游布局已久的厚積薄發(fā),也是業(yè)界對(duì)“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”探索實(shí)踐的重要拐點(diǎn)。事實(shí)上,地面移動(dòng)通信系統(tǒng)只覆蓋了20%的陸地面積,僅占地球表面積的約6%,全球范圍內(nèi),大致有近30億人無法接入互聯(lián)網(wǎng);衛(wèi)星通信的興起,有望徹底解決全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋的“死角”。目前,業(yè)界提出了三種衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路徑:

01

把現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)集成到智能手機(jī)中,即改動(dòng)手機(jī)終端,適應(yīng)現(xiàn)成的衛(wèi)星系統(tǒng)。例如華為Mate60 Pro就是利用已有的高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng),通過直接集成到手機(jī)中,形成一個(gè)多模終端,從而快速投向市場(chǎng)。試想,一般的衛(wèi)星終端需要一根長(zhǎng)天線,同時(shí)內(nèi)置大容量電池,這是因?yàn)樾l(wèi)星通信的功率比蜂窩通信高得多、耗電量更大。諸如Mate60 Pro這類衛(wèi)星蜂窩雙模終端需要解決天線小型化、功耗和散熱等一系列問題,尤其是對(duì)PA等射頻芯片的功耗進(jìn)行優(yōu)化,才能更好地提升用戶體驗(yàn)以適應(yīng)消費(fèi)市場(chǎng)的需求。

02 研發(fā)手機(jī)直連的衛(wèi)星來兼容現(xiàn)有的億級(jí)手機(jī)市場(chǎng),即不改變手機(jī)終端,但優(yōu)化衛(wèi)星系統(tǒng)。這種方式相當(dāng)于“衛(wèi)星就是基站”,例如AST SpaceMobile使用的BlueWalker 3號(hào)測(cè)試衛(wèi)星,即便是低軌衛(wèi)星通信,也搭載了表面積達(dá)到64平方米的大型相控陣天線陣列,從而在不改變現(xiàn)有手機(jī)的天線大小和通信功率的情況下,保證衛(wèi)星通信質(zhì)量。這種路徑對(duì)于衛(wèi)星的研發(fā)能力要求非常高,要克服大型可展開結(jié)構(gòu)、能源供應(yīng)等一系列技術(shù)難題,并且支持的用戶數(shù)和容量受限。03 根據(jù)3GPP-NTN(非地面網(wǎng)絡(luò))等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)下一代的手機(jī)直連衛(wèi)星系統(tǒng),從5G向6G持續(xù)演進(jìn),即手機(jī)和衛(wèi)星一起改變。由于需要新標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)新的技術(shù)和產(chǎn)品,這種方法可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

Qorvo的衛(wèi)星通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相比不斷發(fā)展的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑,衛(wèi)星通信的波段劃分則是相對(duì)穩(wěn)定的,主要涵蓋L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V等波段。L (1~2GHz)、S (2~4GHz)波段幾乎分配殆盡,C (4~8GHz)、Ku (12~18GHz)、Ka (27~40GHz)波段正在大量使用、漸漸趨于飽和,Q/V (36~46GHz / 46~75GHz)波段則是衛(wèi)星通信的后起之秀。

隨著衛(wèi)星通信逐漸發(fā)展,半導(dǎo)體市場(chǎng)增量或主要體現(xiàn)在射頻前端部分。例如,在上行鏈路,端側(cè)的發(fā)射功率要遠(yuǎn)大于蜂窩通信,這對(duì)于功放提出了新的要求;在下行鏈路,衛(wèi)星通信的信號(hào)損耗很大,對(duì)于終端射頻器件的要求很高,接收端的LNA、射頻開關(guān)等都需要更先進(jìn)的設(shè)計(jì)以提高系統(tǒng)的信噪比。同時(shí)由于發(fā)射功率和信噪比的要求,衛(wèi)星通信的天線設(shè)計(jì)也有新的挑戰(zhàn),特別是應(yīng)對(duì)和其他波段共用一個(gè)天線的情況。

面向衛(wèi)星通信領(lǐng)域,Qorvo可以提供從L波段至Ka波段的完善射頻功能,涵蓋PA、LNA、分立式開關(guān)、RF濾波器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、混頻器、倍增器、移相器等廣泛產(chǎn)品組合,以業(yè)界領(lǐng)先的可靠性,幫助客戶開發(fā)下一代衛(wèi)星通信解決方案。包括采用GaAs和GaN技術(shù)的功率放大器、提供業(yè)界領(lǐng)先NF和P1dB特性的低噪聲放大器 、自動(dòng)增益控制 (AGC) 功能、上/下轉(zhuǎn)換器和衰減器等各種信號(hào)控制功能在內(nèi),這些久經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證的Qorvo高性能產(chǎn)品方案,正在成為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的理想選擇。

2023年9月,Qorvo重磅發(fā)布業(yè)界最高功率的Ku波段衛(wèi)星通信放大器QPA0017,適用于日益增長(zhǎng)的相控陣天線衛(wèi)星終端以及高數(shù)據(jù)吞吐量的地面和移動(dòng)設(shè)備,進(jìn)一步“掘金”衛(wèi)星通信的廣闊市場(chǎng)機(jī)遇。

衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)正悄然崛起 除了手機(jī)直連衛(wèi)星這樣讓人激動(dòng)的暢想,衛(wèi)星通信領(lǐng)域的細(xì)分市場(chǎng)——衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)也在悄然崛起。地面蜂窩基站對(duì)于地理環(huán)境的要求較高,導(dǎo)致荒漠、草原、深山,以及遠(yuǎn)海等非陸地區(qū)域,長(zhǎng)期以來成了“信號(hào)盲區(qū)”。這些區(qū)域包括戈壁里的油田、深山里的水電站、海洋漂浮的氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)等設(shè)備資產(chǎn),非常適合通過“衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)”進(jìn)行管理;更有農(nóng)業(yè)管理、工程建筑、海上運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用,有望進(jìn)一步與衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,形成新的發(fā)展模式。ABI Research預(yù)測(cè),到2024年將有2400萬臺(tái)設(shè)備通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)接入,推動(dòng)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步發(fā)展與完善。

經(jīng)過驗(yàn)證,衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的兩種“優(yōu)先”連接方式分別是終端直連衛(wèi)星和經(jīng)關(guān)口站連衛(wèi)星,且衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)終端的頻率范圍一般為標(biāo)準(zhǔn)Ku或Ka波段。Qorvo在衛(wèi)星通信以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用也擁有深厚的技術(shù)積累,對(duì)于上述連接方式與波段均有對(duì)應(yīng)解決方案。例如,Qorvo可提供高性能組件,支持上行鏈路和下行鏈路系統(tǒng)通過Ka波段進(jìn)行衛(wèi)星通信,如下圖所示。

wKgaomWCfjOAQf12AAC0YHXSUlQ128.pngKa波段VAST功能框圖

總而言之

衛(wèi)星通信方興未艾,已經(jīng)成為地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)有力補(bǔ)充,隨著衛(wèi)星發(fā)射成本的下降,有望實(shí)現(xiàn)更低成本、更廣域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力,促進(jìn)形成“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的新格局。Qorvo與您一起,展望萬物連接未來!


原文標(biāo)題:衛(wèi)星通信,邁向“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的拐點(diǎn)

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