全天候全覆盖的卫星通讯方案如何在物联网系统中应用

物联网系统中为什么要使用卫星通信

物联网系统中使用卫星通信的原因主要基于以下几个方面：

全球覆盖与无缝连接

全球覆盖：卫星通信具有全球覆盖的特性，能够解决地面基础设施覆盖不到的区域，如偏远地区、海洋、高山等。这使得物联网系统能够实现全球范围内的设备连接和数据传输，无论设备位于何处都能保持在线。

无缝连接：在多颗卫星组成的星座系统下，可以实现全球范围内的无缝连接。这种连接不受地理位置、天气和地理条件的影响，确保物联网设备的持续在线和数据传输的可靠性。

抗毁性强与稳定性高

抗毁性强：在地面通信网受到破坏的情况下，如自然灾害、战争等，卫星通信仍能提供正常的物联网通信服务。这种抗毁性强的特点使得物联网系统在紧急情况下仍能保持通信畅通，为灾区提供紧急通信及救援服务。

稳定性高：卫星通信的稳定性较高，不受地面通信设施故障、电力中断等因素的影响。这有助于保障物联网系统的长期稳定运行和数据传输的可靠性。

大容量与低时延

大容量：卫星的可用频带较宽，加之多波束星载天线技术的广泛应用，提高了系统容量。这支持了海量物联网终端的连接需求，使得物联网系统能够承载更多的设备和数据。

低时延：虽然卫星通信相比地面通信存在一定的时延，但随着技术的不断进步和卫星网络架构的优化，时延问题正在逐步得到解决。这使得物联网系统能够实现更加实时和高效的数据传输。

技术进步与商业化推动

技术进步：随着卫星制造能力的提升和火箭发射成本的降低，高频低轨道卫星星座的建设具备了必要条件。这推动了卫星物联网技术的不断进步和商业化应用的加速。

商业化推动：国内外已有不少公司开始布局卫星物联网市场，如中国航天科工集团的“行云工程”、Swarm公司构建的卫星网络等。这些公司的商业化探索为卫星物联网的发展提供了有力支持。

应用场景广泛

跨域应用：物联网系统涉及众多领域，如农业、环境监测、物流运输等。在这些领域中，地面基础设施往往无法覆盖所有区域或无法满足特定需求。卫星通信作为地面网络的补充和延伸，为这些领域提供了更加完善的解决方案。

特殊场景：在穿越大洋的货物集装箱跟踪、偏远地区的农业网络监测等场景中，地面网络无法提供有效的服务。而卫星通信则能够覆盖这些区域，为物联网设备提供稳定的网络接入和数据传输服务。

具体应用场景

移动通信领域

手机直连卫星：随着技术的发展，卫星通信芯片开始被集成到智能手机中，使得手机能够直接连接到卫星网络，实现无论在偏远地区、海洋还是空中都能保持通信连接。这种技术尤其适用于探险、救援、海上航行等场景，以及在自然灾害等紧急情况下提供通信保障。

卫星电话：卫星电话是一种利用卫星通信芯片实现远距离通信的设备。它可以在没有地面通信设施的地区提供语音通信服务，广泛应用于军事、探险、远洋航行等领域。

物联网领域

智能家居：卫星通信芯片可以应用于智能家居系统中，通过卫星网络实现智能家居设备的远程控制和数据传输。这有助于在偏远地区或网络覆盖不佳的地方提供智能家居服务。

智能农业：在农业领域，卫星通信芯片可以用于实现农业设备的远程监控和智能控制，如土壤湿度监测、作物生长监测等。这有助于提高农业生产效率和管理水平。

智能交通：卫星通信芯片还可以应用于智能交通系统中，如车辆定位、导航、交通监控等。通过卫星网络提供的高精度定位服务，可以实现对车辆的实时跟踪和监控，提高交通管理的智能化水平。

航空航天领域

卫星通信与数据传输：卫星通信芯片是航空航天领域中不可或缺的组成部分。它们被广泛应用于卫星之间的通信、卫星与地面站之间的数据传输以及飞机、火箭等航空器的通信系统中。这些芯片能够提供稳定、可靠的通信链路，确保航空航天任务的顺利进行。

飞行数据传输与远程控制：在航空航天任务中，卫星通信芯片可以用于实时传输飞行数据、图像和视频等信息，同时支持对航空器的远程控制。这对于提高航空航天的安全性和效率具有重要意义。

军事领域

军事通信与指挥：卫星通信芯片在军事领域具有广泛的应用。它们可以用于实现军事通信网络的构建和指挥控制系统的搭建。通过卫星网络提供的高覆盖范围和高速数据传输能力，可以确保军事通信的实时性和可靠性，提高军事指挥的效率和准确性。

应急通信领域

自然灾害应急通信：在自然灾害等紧急情况下，地面通信设施往往会受到破坏或瘫痪。此时，卫星通信芯片可以提供可靠的通信保障，确保救援人员与受灾地区之间的通信畅通无阻。这对于及时传递救援信息、协调救援行动具有重要意义。

综上所述，物联网系统中使用卫星通信的原因主要包括全球覆盖与无缝连接、抗毁性强与稳定性高、大容量与低时延、应用场景广泛以及技术进步与商业化推动等方面。这些因素共同推动了卫星通信在物联网系统中的应用和发展。

本文会再为大家详解无线通信技术家族中的一员——卫星通信。

1.定义与功能

  卫星通信芯片是一种专门设计的集成电路，用于实现卫星通信系统中的信号处理、调制解调、编解码等功能。它们通常集成了基带处理器、射频收发器、电源管理等多个模块，以确保卫星通信的稳定性和高效性。

2.主要特点

高度集成：卫星通信芯片集成了多个功能模块，减少了系统复杂性和成本。

低功耗：为了延长卫星和地面设备的电池寿命，卫星通信芯片通常具有低功耗特性。

高可靠性：在极端环境条件下，如太空辐射、温度变化等，卫星通信芯片需要保持高可靠性。

多频段支持：为了与不同轨道和类型的卫星通信，卫星通信芯片可能支持多个频段。

3.主要分类

  按功能分类

基带处理芯片

定义：负责卫星通信系统中数字信号的处理，包括调制解调、编解码等。

特点：高度集成，能够处理复杂的通信协议和算法，确保通信数据的准确传输。

应用：广泛应用于卫星电话、卫星互联网、卫星广播和电视通信等领域。

射频收发芯片

定义：负责卫星通信中射频信号的发射和接收，将数字信号转换为射频信号或反之。

特点：具备高灵敏度、高选择性和低噪声等特点，能够确保在复杂环境下稳定接收和发射信号。

应用：与基带处理芯片配合使用，构成完整的卫星通信系统。

电源管理芯片

定义：为卫星通信芯片提供稳定的电源供应，确保其在各种环境下都能正常工作。

特点：低功耗、高效率，能够延长卫星和地面设备的电池寿命。

应用：集成于卫星通信设备中，为其他芯片提供稳定的电源支持。

  按应用场景分类

卫星电话通信芯片

特点：支持语音通话功能，能够在无地面网络覆盖的区域提供通信服务。

应用：军事、探险、远洋航行等领域。

卫星互联网通信芯片

特点：支持高速数据传输和互联网接入功能，能够实现全球范围内的宽带通信服务。

应用：远程教育、远程医疗、应急通信等领域。

卫星广播和电视通信芯片

特点：支持电视节目的接收和转播功能，能够将卫星信号转换为电视信号供用户观看。

应用：传统卫星电视和广播领域，以及基于卫星的多媒体传输服务。

  按技术特性分类

低功耗芯片

特点：通过优化电路设计和制造工艺，降低芯片的功耗水平。

应用：对功耗要求较高的应用场景，如便携式卫星通信设备。

高集成度芯片

特点：将多个功能模块集成于单一芯片中，减少系统复杂性和成本。

应用：对系统尺寸和成本有较高要求的应用场景，如小型卫星和无人机等。

多频段支持芯片

特点：能够支持多个频段的卫星通信信号接收和发射。

应用：需要与多个卫星或不同轨道卫星通信的应用场景。

  其他分类方式

  除了以上分类方式外，还可以根据芯片的制造工艺（如CMOS、BiCMOS等）、封装形式（如QFN、LGA等）以及是否支持特定的通信协议（如DVB-S2、Q/V频段等）进行分类。

4.选型参数

通信标准与协议

支持的通信标准：确认芯片是否支持所需的卫星通信标准，如DVB-S、DVB-S2、DirecTV等（以海思Hi3136为例，它支持DVB-S、DVB-S2和DirecTV标准）。

通信协议：检查芯片是否支持行业标准的通信协议，以确保与现有系统或设备的兼容性。

性能指标

调制方式：包括QPSK、8PSK、16APSK、32APSK等，这些调制方式影响数据传输速率和效率。例如，Hi3136支持QPSK、8PSK、16APSK和32APSK模式。

符号率：表示每秒传输的符号数，影响数据传输速率。Hi3136支持的符号率范围广泛，从1MSps到最高60MSps（取决于调制方式）。

码率：表示数据传输中有效信息与总信息量的比例，Hi3136支持从1/4到9/10的所有码率。

灵敏度：衡量芯片接收微弱信号的能力，高灵敏度有助于在信号较差的环境中保持通信。

接口与连接性

接口类型：如SPI、I2C、UART等，这些接口用于与微控制器或其他设备连接。Hi3136采用I2C接口与CPU交互。

多频段支持：确认芯片是否支持多个频段，以便与不同轨道和类型的卫星通信。

功耗与尺寸

功耗：低功耗对于延长卫星和地面设备的电池寿命至关重要。

尺寸：芯片的物理尺寸影响其在设备中的布局和安装。

可靠性与环境适应性

抗干扰能力：在复杂的电磁环境中保持通信稳定性的能力。

温度范围：芯片能够正常工作的温度范围，确保在极端环境下也能稳定运行。

防护等级：对于暴露在恶劣环境中的芯片，其防护等级也是一个重要考虑因素。

安全性与加密

数据加密：确保传输数据的安全性，防止未经授权的访问和篡改。

安全认证：芯片是否通过了相关的安全认证，如FIPS、Common Criteria等。

开发与支持

开发工具：是否提供易于使用的开发工具、SDK或示例代码，以加速产品开发。

技术支持：制造商是否提供及时的技术支持和文档资料。

成本与供应

成本：芯片的价格是否符合预算要求。

供应稳定性：确保芯片的长期供应稳定性，避免缺货风险。

5.厂商

华力创通

简介：北京华力创通科技股份有限公司是一家在卫星通信芯片领域积极布局的公司，专注于北斗卫星导航芯片和天通卫星通信芯片业务。

产品：华力创通的产品涵盖了卫星通信芯片及其相关解决方案，为卫星通信行业提供技术支持。

市场地位：作为卫星通信芯片领域的领先企业之一，华力创通在行业内具有较高的知名度和市场份额。

铖昌科技

简介：铖昌科技是一家专注于无线通信射频芯片的研发、设计、生产及销售的高新技术企业。

产品：其T/R芯片（收发组件芯片）在卫星通信领域具有重要地位，因其先进性和稀缺性而备受关注。

市场应用：铖昌科技的产品广泛应用于无线通信终端、雷达系统等军工领域，并向卫星互联网等民用方面拓展。

臻镭科技

简介：臻镭科技是一家专注于集成电路芯片和微系统的研发、生产和销售的公司。

产品：主要生产射频收发芯片及高速高精度ADC/DAC芯片、电源管理芯片、微系统及模组等，广泛用于无线通信终端、雷达系统等军工领域，并向卫星互联网等民用方面拓展。

市场地位：臻镭科技在某些领域甚至是国内唯一能够提供特定芯片的厂商，具有极高的技术壁垒和市场竞争力。

合作：与华为等知名企业有合作关系，进一步提升了其市场地位和影响力。

其他厂商

  除了上述几家厂商外，还有海格通信、金信诺、盛路通信等公司在卫星通信芯片领域也有一定的市场份额和影响力。这些公司各具特色，产品涵盖了卫星通信芯片的多个方面，为卫星通信行业的发展提供了有力支持。

供应商A：迈矽科微电子

1、产品能力

（1）主推型号1：MSTR301

对应的产品详情介绍

特性

8通道单波束集成芯片

工作频率17.5~21.5GHz（接收芯片）, 27.5~31GHz（发射芯片）

高输出功率、低接收噪声

集成高精度的移相和衰减

快速增益/相位切换功能

内置512幅相信息存储单元

标准SPI通信接口

内置功率检测和温度传感功能

采用低成本高集成度硅基工艺

典型指标

td {white-space:nowrap;border:1px solid #dee0e3;font-size:10pt;font-style:normal;font-weight:normal;vertical-align:middle;word-break:normal;word-wrap:normal;}

		MSTR301	MSTR302
	频带	27.5~31 GHz	17.5~21.5 GHz
TX	增益	30 dB	/
	OP1dB	16~20dBm	/
	PAE@OP1dB	16%~22%	/
RX	增益	/	20 dB
	NF	/	1.7 dB
	IP1dB	/	-45 dBm
Common	通道数	8通道单波束	8通道单波束
	移相	6 bit/5.6°	6 bit/5.6°
	衰减	6bit 0.5/31.5 dB	6bit 0.5/31.5 dB
	工作温度	-40~105 °C	-40~105 °C
	尺寸	5.2 X 4.4 mm2	6.8 X 4.4 mm2
	封装	WLCSP	WLCSP

典型应用

卫星通信等应用

宽带无线通信、测试仪器仪表应用

发射芯片原理图框图

接收芯片原理图框图

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审核编辑 黄宇