5G時代，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

5G時代，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

5G時代雖然還沒有正式來到，但是設(shè)備商和運(yùn)營商們的高調(diào)宣傳，已經(jīng)讓人們對5G時代的網(wǎng)絡(luò)速度有了一些認(rèn)識。這種號稱能夠達(dá)到10—20Gbit/s速度的下一代移動通信技術(shù)，除了讓我們能用更快的速度下載高清電影，還能帶來一系列的新形態(tài)應(yīng)用。其中不但包括用于個人體驗(yàn)的VR和AR，也包括用于物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、無人車輛、無人機(jī)等M2M應(yīng)用的連接服務(wù)。

為什么機(jī)器對機(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，就離不開超級計(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，都要通過計(jì)算來形成對態(tài)勢的感知，以及對行動的決策。但是超級計(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”，就是個龐然大物，絕不是什么可以裝在無人車上到處跑的東西。怎么辦呢？

“云計(jì)算”！幾乎每個人都會給出這樣的答案。這就意味著，機(jī)器和超級計(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20Gbit/s的個人通信需求，這將對無線通信提出更新、更高的要求。

衛(wèi)星的意義

當(dāng)然，在5G網(wǎng)絡(luò)尚未開通的今天，我們還是先把目光回到現(xiàn)實(shí)。可以預(yù)見，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)星來解決通信問題。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)星來實(shí)現(xiàn)通信。但是傳統(tǒng)上，衛(wèi)星有著很大的問題，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)星的場合，我們可以降低要求，不看高清電影了，行不行？對人的娛樂需求來說，低帶寬或許是可以容忍的。但是對機(jī)器通信來說，是絕對不可容忍的。無人機(jī)、無人車或者機(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)，可以用很多個非常狹窄的波束覆蓋地面。每個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，這樣才能裝在無人機(jī)、無人車、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，人們先后使用過真空管、半導(dǎo)體器件作為功放，但是在高通量衛(wèi)星時代，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，后者的發(fā)射功率上不去。

廣州程星所做的事情，就是開發(fā)一種全新的技術(shù)路線，用空間功率合成的方式來解決問題。其中的基本原理，就是在一個很小的波導(dǎo)腔內(nèi)通過分布在空間場內(nèi)的三維天線陣列將能量傳送給場內(nèi)的三維芯片陣列，再通過一個對稱的天線陣列將放大后的信號合成到輸出端。通過精心設(shè)計(jì)，它們的電磁功率可以在波導(dǎo)腔的有限空間內(nèi)合成為一個強(qiáng)大波束，再通過外部天線發(fā)射出去，直達(dá)36000千米以外的靜止軌道。

它的意義在于，可以用一個很小的設(shè)備——大概可以用一只手托舉起來——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，要用一個機(jī)柜大小的設(shè)備都未必能實(shí)現(xiàn)。

這事情說來簡單，但卻經(jīng)歷了漫長的求索過程，20多年的時間里，我經(jīng)歷了求學(xué)、研發(fā)、創(chuàng)業(yè)的過程，到現(xiàn)在帶領(lǐng)著程星團(tuán)隊(duì)，終于實(shí)現(xiàn)了中國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)就可以延伸過去，為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展起到基礎(chǔ)性的作用。