北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，這意味著中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在長達(dá)26年的艱辛建設(shè)后終于大功告成，完成了“三步走”戰(zhàn)略的最后一步。北斗組網(wǎng)的成功，意味著北斗空間定位技術(shù)將更多地賦能各行各業(yè)，給手機(jī)、可穿戴設(shè)備、無人機(jī)等終端設(shè)備帶來福音的同時(shí)，也將開創(chuàng)更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。北斗系統(tǒng)有如今的成就，北斗芯片作為應(yīng)用技術(shù)的核心可謂是最大的“功臣”。那么在未來，北斗芯片將會(huì)有哪些新的發(fā)展？技術(shù)趨勢將會(huì)是怎樣？

終端產(chǎn)品造福千萬家，北斗芯片功不可沒

北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)的完成，意味著我國北斗全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)將全面建成，在功能和性能等方面得到進(jìn)一步的提升，從而具備面向全球的覆蓋和服務(wù)能力，在天上和地下都布滿“天羅地網(wǎng)”，造福各行各業(yè)。

隨著北斗系統(tǒng)的建成，北斗產(chǎn)業(yè)鏈也更加完善。北斗系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成。三部分各司其職，在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位。其中，用戶段市場化特征最為明顯，可以細(xì)分為上中下游產(chǎn)業(yè)：上游為基礎(chǔ)部件，主要由基帶芯片、射頻芯片、板卡、天線等構(gòu)成;中游主要包括終端集成和系統(tǒng)集成;下游為解決方案和運(yùn)維服務(wù)，為終端市場提供眾多行業(yè)應(yīng)用。

人們從哪里能感受到北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)賦能各行各業(yè)呢？答案必然是終端應(yīng)用市場。小到手機(jī)、可穿戴設(shè)備，大到汽車、輪船，人們都能“看”到北斗的身影。《2020中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2019年北斗系統(tǒng)國內(nèi)應(yīng)用突破新高：超過650萬輛營運(yùn)車輛、4萬輛郵政與快遞車輛、36個(gè)城市約8萬輛公交車安裝北斗系統(tǒng);3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施應(yīng)用了北斗系統(tǒng);國內(nèi)北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)部署超過2萬臺(tái)/套，全國7萬余艘漁船和執(zhí)法船安裝北斗終端;支持北斗定位手機(jī)達(dá)到近300款……

北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，北斗芯片功不可沒。作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的核心，北斗芯片的工藝設(shè)計(jì)極其復(fù)雜，有絲毫的偏差都將極大影響終端產(chǎn)品的性能。“北斗芯片在結(jié)構(gòu)上主要包括GNSS射頻接收機(jī)、GNSS基帶信號(hào)處理器、微處理器、電源管理、內(nèi)存和控制單元、存儲(chǔ)器、串口設(shè)備、外圍接口電路等部分。北斗芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜，特別是射頻和基帶一體化SoC芯片的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，因此芯片設(shè)計(jì)能力的差異，將直接影響芯片性能、靈敏度、功耗、尺寸、成本等多個(gè)方面，進(jìn)而也極大地影響著導(dǎo)航定位終端產(chǎn)品的核心競爭力。因此，北斗芯片的技術(shù)方向很大程度上代表了北斗終端產(chǎn)品的發(fā)展趨勢?！?深圳華大北斗科技有限公司北京分公司總經(jīng)理葛晨向《中國電子報(bào)》記者說道。

北斗行業(yè)應(yīng)用提速，對(duì)芯片提出新要求

隨著5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，未來北斗與其他技術(shù)的融合將成為必然，越來越多的行業(yè)應(yīng)用也對(duì)北斗芯片提出了更多更嚴(yán)峻的“芯”要求。

上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司高精度芯片項(xiàng)目經(jīng)理閆建巧向記者表示，北斗完成全球組網(wǎng)后，在未來將會(huì)以此為基礎(chǔ)，推進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航與其他領(lǐng)域技術(shù)融合與產(chǎn)業(yè)融合，為全球用戶提供更精準(zhǔn)的定位服務(wù)，開創(chuàng)各行業(yè)新的融合時(shí)代。比如，通過在拖拉機(jī)和收割機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械上安裝北斗終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田的精密耕作，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更高效更輕松，大幅提升生產(chǎn)力。

對(duì)此，中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)秘書長張全德認(rèn)為，北斗“融技術(shù)、融網(wǎng)絡(luò)、融終端、融數(shù)據(jù)”全面發(fā)展，必將形成一個(gè)個(gè)“北斗+”創(chuàng)新和“北斗+”應(yīng)用的新生業(yè)態(tài)，成為國家綜合時(shí)空體系建設(shè)發(fā)展全新布局的核心基礎(chǔ)和動(dòng)力源。因此，為了能夠與其他領(lǐng)域更好融合，北斗芯片未來的發(fā)展趨勢是在一顆芯片上實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)多頻、高精度、抗干擾、低功耗、高集成、小型化等多項(xiàng)技術(shù)要求，可見難度非常之高。

“北斗芯片作為終端產(chǎn)品的‘大腦與心臟’，‘芯’強(qiáng)則終端強(qiáng)，‘芯’小則終端小，芯片技術(shù)更直接關(guān)系終端體積、重量、成本和性能，也會(huì)直接影響北斗下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展。讓終端更好地走向市場并服務(wù)民生的關(guān)鍵，是要做好‘北斗芯’。只有做好北斗芯，才能實(shí)現(xiàn)北斗芯片的規(guī)模化應(yīng)用，才能在技術(shù)突破的基礎(chǔ)上依托“一帶一路”等機(jī)遇實(shí)現(xiàn)出貨量的快速增加。”閆建巧說道。

終端市場方興未艾，促進(jìn)北斗芯片技術(shù)更加完善

那么如何才能做好“北斗芯”，使其滿足方興未艾的終端市場需求呢？盡管困難重重，北斗芯片仍需在技術(shù)融合的需求中不斷創(chuàng)新和迭代。葛晨認(rèn)為，北斗芯片技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步也將為北斗系統(tǒng)全球應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐，為全球用戶帶來更精準(zhǔn)的應(yīng)用體驗(yàn)。

面對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的“芯”要求，北斗芯片將會(huì)有哪些新的發(fā)展方向？對(duì)此，葛晨提出了三條“良策”：

第一，為芯片選擇合適的工藝與SoC集成設(shè)計(jì)，從而提升芯片集成度。SoC芯片在單一芯片上集成微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲(chǔ)器、外圍接口等，具備集成度高、功能強(qiáng)、功耗低、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地降低電子/信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力。目前導(dǎo)航定位芯片較為成熟且性價(jià)比較好的工藝是40nm CMOS工藝，可以為導(dǎo)航定位芯片帶來低功耗、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)等諸多優(yōu)勢，未來將向22nm CMOS工藝演進(jìn)和升級(jí)。

第二，采用芯片級(jí)雙頻聯(lián)合定位，提升定位性能。雙頻定位在復(fù)雜城市環(huán)境中對(duì)提升定位精準(zhǔn)度和可靠性有很大幫助。影響衛(wèi)星定位精度的主要因素是電離層延時(shí)和建筑物和遮擋物反射干擾產(chǎn)生的多徑效應(yīng)。因此一般來說，頻段信號(hào)的帶寬越高，碼率越高其受折射和反射的干擾就較少。

雙頻甚至多頻聯(lián)合定位技術(shù)在導(dǎo)航定位領(lǐng)域是已經(jīng)得到驗(yàn)證的技術(shù)路徑，可以較大幅度地提升定位精度和抵抗多徑效應(yīng)。但目前雙頻甚至多頻聯(lián)合定位功能的實(shí)現(xiàn)大多通過板卡或FPGA芯片實(shí)現(xiàn)，因此存在成本高、功耗高、尺寸大等諸多問題，無法滿足手機(jī)、智能穿戴等應(yīng)用領(lǐng)域低功耗、小型化的需求，使得目前北斗GNSS雙頻定位技術(shù)無法在廣泛的大眾高精度市場中大規(guī)模應(yīng)用。

第三，可采用動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整技術(shù)、極低待機(jī)功耗設(shè)計(jì)技術(shù)和嵌入式存儲(chǔ)器技術(shù)等方法，從多個(gè)方面對(duì)芯片功耗進(jìn)行控制。目前主流衛(wèi)星導(dǎo)航芯片在待機(jī)狀態(tài)下的整體待機(jī)功耗可小于2μA，已達(dá)到業(yè)界主流低功耗MCU芯片的待機(jī)功耗性能。同時(shí)，在衛(wèi)星導(dǎo)航芯片中使用“嵌入式存儲(chǔ)器工藝”，在芯片內(nèi)部集成并行接口的存儲(chǔ)單元，在節(jié)省封裝成本的同時(shí)，也可以提升處理器對(duì)存儲(chǔ)單元的訪問效率從而降低訪問存儲(chǔ)器的功耗。
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