+ 賈鵬程 廣州程星通信科技有限公司董事長(zhǎng)

5G時(shí)代，衛(wèi)星通信需要更好的功率放大器

+ 賈鵬程 廣州程星通信科技有限公司董事長(zhǎng)

5G時(shí)代雖然還沒(méi)有正式來(lái)到，但是設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商們的高調(diào)宣傳，已經(jīng)讓人們對(duì)5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)速度有了一些認(rèn)識(shí)。這種號(hào)稱能夠達(dá)到10—20Gbit/s速度的下一代移動(dòng)通信技術(shù)，除了讓我們能用更快的速度下載高清電影，還能帶來(lái)一系列的新形態(tài)應(yīng)用。其中不但包括用于個(gè)人體驗(yàn)的VR和AR，也包括用于物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、無(wú)人車輛、無(wú)人機(jī)等M2M應(yīng)用的連接服務(wù)。

為什么機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信需要這樣大的帶寬？這是因?yàn)樵谖锫?lián)網(wǎng)時(shí)代，各種機(jī)器都要努力向智能化方向發(fā)展。所謂智能化，就離不開(kāi)超級(jí)計(jì)算機(jī)的支撐。傳感器所感知到的圖像、聲音、位置、姿態(tài)及各頻段電磁信號(hào)，都要通過(guò)計(jì)算來(lái)形成對(duì)態(tài)勢(shì)的感知，以及對(duì)行動(dòng)的決策。但是超級(jí)計(jì)算機(jī)是昂貴而龐大的東西，先后擊敗了諸多人類圍棋高手的“阿爾法狗”，就是個(gè)龐然大物，絕不是什么可以裝在無(wú)人車上到處跑的東西。怎么辦呢？

“云計(jì)算”！幾乎每個(gè)人都會(huì)給出這樣的答案。這就意味著，機(jī)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)群之間，要保持大帶寬的頻繁通信。實(shí)際上，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到更高的階段，5G網(wǎng)絡(luò)也未必能夠滿足需求。VR的充分發(fā)展，可能帶來(lái)20Gbit/s的個(gè)人通信需求，這將對(duì)無(wú)線通信提出更新、更高的要求。

衛(wèi)星的意義

當(dāng)然，在5G網(wǎng)絡(luò)尚未開(kāi)通的今天，我們還是先把目光回到現(xiàn)實(shí)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)一樣，主要是覆蓋陸地上的人口密集地區(qū)。然而，在人口稀少甚至沒(méi)有人的地方怎么辦？在不可能建設(shè)鐵塔的大海上怎么辦？根據(jù)人類當(dāng)前能夠掌握的技術(shù)手段，在這些地方，只能用衛(wèi)星來(lái)解決通信問(wèn)題。到目前為止，人類部署了靜止軌道衛(wèi)星、中圓軌道衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。但是傳統(tǒng)上，衛(wèi)星有著很大的問(wèn)題，就是通信帶寬嚴(yán)重不足。傳統(tǒng)的大型靜止軌道衛(wèi)星，可能整個(gè)衛(wèi)星的容量給一部5G手機(jī)用都不夠。

那么，在只能用衛(wèi)星的場(chǎng)合，我們可以降低要求，不看高清電影了，行不行？對(duì)人的娛樂(lè)需求來(lái)說(shuō)，低帶寬或許是可以容忍的。但是對(duì)機(jī)器通信來(lái)說(shuō)，是絕對(duì)不可容忍的。無(wú)人機(jī)、無(wú)人車或者機(jī)器人和云計(jì)算之間的通信帶寬只要跌落到一定程度，整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)就崩潰了。所以，必須創(chuàng)造一種技術(shù)，讓衛(wèi)星也能提供相當(dāng)于5G的通信帶寬，這就是所謂的高通量衛(wèi)星。這樣的衛(wèi)星有特殊的天線和星上處理技術(shù)，可以用很多個(gè)非常狹窄的波束覆蓋地面。每個(gè)波束里都集中了很寬的頻帶，相應(yīng)地就能實(shí)現(xiàn)比較高的通信速率。如今，高通量衛(wèi)星已經(jīng)是通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)里成長(zhǎng)最快的部分。

程星在做什么

要實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于5G的通信，不僅僅要在衛(wèi)星上采用新的技術(shù)，地面終端也要做相應(yīng)的配套。終端本身的體積、重量和功耗要降低下來(lái)，這樣才能裝在無(wú)人機(jī)、無(wú)人車、工程設(shè)備或者其他自主運(yùn)行的機(jī)器上，裝在便攜式的衛(wèi)星終端上。而終端的工作頻段要擴(kuò)大、收發(fā)功率要提高，這樣才能支撐大帶寬的通信。所有這些都呼喚著核心器件的進(jìn)步，其中最主要的就是功率放大器。

衛(wèi)星通信終端的功率放大器，要把電磁波發(fā)射到靜止衛(wèi)星上，要求之高是可想而知的。為此，人們先后使用過(guò)真空管、半導(dǎo)體器件作為功放，但是在高通量衛(wèi)星時(shí)代，這兩種技術(shù)都遇到了瓶頸，前者的體積、重量和功耗下不來(lái)，后者的發(fā)射功率上不去。

廣州程星所做的事情，就是開(kāi)發(fā)一種全新的技術(shù)路線，用空間功率合成的方式來(lái)解決問(wèn)題。其中的基本原理，就是在一個(gè)很小的波導(dǎo)腔內(nèi)通過(guò)分布在空間場(chǎng)內(nèi)的三維天線陣列將能量傳送給場(chǎng)內(nèi)的三維芯片陣列，再通過(guò)一個(gè)對(duì)稱的天線陣列將放大后的信號(hào)合成到輸出端。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，它們的電磁功率可以在波導(dǎo)腔的有限空間內(nèi)合成為一個(gè)強(qiáng)大波束，再通過(guò)外部天線發(fā)射出去，直達(dá)36000千米以外的靜止軌道。

它的意義在于，可以用一個(gè)很小的設(shè)備——大概可以用一只手托舉起來(lái)——實(shí)現(xiàn)接近5G標(biāo)準(zhǔn)的通信速率。而在傳統(tǒng)的真空管模式下，要用一個(gè)機(jī)柜大小的設(shè)備都未必能實(shí)現(xiàn)。

這事情說(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單，但卻經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的求索過(guò)程，20多年的時(shí)間里，我經(jīng)歷了求學(xué)、研發(fā)、創(chuàng)業(yè)的過(guò)程，到現(xiàn)在帶領(lǐng)著程星團(tuán)隊(duì)，終于實(shí)現(xiàn)了中國(guó)人自己的空間功率合成放大器。產(chǎn)品的技術(shù)水平已經(jīng)可以和國(guó)際先進(jìn)水平比肩。

目前，廣州程星已經(jīng)推出了多款成熟的產(chǎn)品。這樣，只要有高通量衛(wèi)星的覆蓋，無(wú)論是在沙漠、森林、高山、海洋還是災(zāi)區(qū)，5G網(wǎng)絡(luò)就可以延伸過(guò)去，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到基礎(chǔ)性的作用。