5G時代，衛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，但是設備商和運營商們的高調宣傳，已經讓人們對5G時代的網絡速度有了一些認識。這種號稱能夠達到10—20Gbit/s速度的下一代移動通信技術，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應用。其中不但包括用于個人體驗的VR和AR，也包括用于物聯網、智能家居、無人車輛、無人機等M2M應用的連接服務。

為什么機器對機器的通信需要這樣大的帶寬？這是因為在物聯網時代，各種機器都要努力向智能化方向發展。所謂智能化，就離不開超級計算機的支撐。傳感器所感知到的圖像、聲音、位置、姿態及各頻段電磁信號，都要通過計算來形成對態勢的感知，以及對行動的決策。但是超級計算機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？

“云計算”！幾乎每個人都會給出這樣的答案。這就意味著，機器和超級計算機群之間，要保持大帶寬的頻繁通信。實際上，當物聯網發展到更高的階段，5G網絡也未必能夠滿足需求。VR的充分發展，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。

衛星的意義

當然，在5G網絡尚未開通的今天，我們還是先把目光回到現實。可以預見，5G網絡和4G網絡一樣，主要是覆蓋陸地上的人口密集地區。然而，在人口稀少甚至沒有人的地方怎么辦？在不可能建設鐵塔的大海上怎么辦？根據人類當前能夠掌握的技術手段，在這些地方，只能用衛星來解決通信問題。到目前為止，人類部署了靜止軌道衛星、中圓軌道衛星和低軌道衛星來實現通信。但是傳統上，衛星有著很大的問題，就是通信帶寬嚴重不足。傳統的大型靜止軌道衛星，可能整個衛星的容量給一部5G手機用都不夠。

那么，在只能用衛星的場合，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。但是對機器通信來說，是絕對不可容忍的。無人機、無人車或者機器人和云計算之間的通信帶寬只要跌落到一定程度，整個業務系統就崩潰了。所以，必須創造一種技術，讓衛星也能提供相當于5G的通信帶寬，這就是所謂的高通量衛星。這樣的衛星有特殊的天線和星上處理技術，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，相應地就能實現比較高的通信速率。如今，高通量衛星已經是通信衛星產業里成長最快的部分。

程星在做什么

要實現相當于5G的通信，不僅僅要在衛星上采用新的技術，地面終端也要做相應的配套。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、無人車、工程設備或者其他自主運行的機器上，裝在便攜式的衛星終端上。而終端的工作頻段要擴大、收發功率要提高，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步，其中最主要的就是功率放大器。

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

廣州程星所做的事情，就是開發一種全新的技術路線，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腔內通過分布在空間場內的三維天線陣列將能量傳送給場內的三維芯片陣列，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。通過精心設計，它們的電磁功率可以在波導腔的有限空間內合成為一個強大波束，再通過外部天線發射出去，直達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備——大概可以用一只手托舉起來——實現接近5G標準的通信速率。而在傳統的真空管模式下，要用一個機柜大小的設備都未必能實現。

這事情說來簡單，但卻經歷了漫長的求索過程，20多年的時間里，我經歷了求學、研發、創業的過程，到現在帶領著程星團隊，終于實現了中國人自己的空間功率合成放大器。產品的技術水平已經可以和國際先進水平比肩。

目前，廣州程星已經推出了多款成熟的產品。這樣，只要有高通量衛星的覆蓋，無論是在沙漠、森林、高山、海洋還是災區，5G網絡就可以延伸過去，為國民經濟和社會發展起到基礎性的作用。