颠覆性集成：数字波束合成芯片引领信号链路全面数字化革命

针对SpaceX、OneWeb等商业航天公司的大型LEO卫星星座及配套相控阵需要具有多波束能力的通信载荷的能力要求，成都振芯科技股份有限公司设计推出了全数字多波束合成芯片GM5900A，一款32收32发的DBF（Digital Beam Form）芯片。GM5900A的发布，将降低全数字相控阵的工程化实现难度，为全数字相控阵的小型化、低成本、低功耗提供核心技术保障，在各领域（5G、雷达、卫通等）的广泛应用提供核心元器件支撑，为适应未来高速通信和多波束需求的场景打下坚实基础。

一、器件特性

1、小型化、集成度高

GM5900A内部集成包SerDes接收器、SerDes发送器、DBF处理电路、SPI接口、DDC、DUC、时钟产生电路、DFT电路、TDC及健康管理等模块。相比实现同样功能的FPGA，芯片面积仅有其1/4。大大提升数字收发链路的布板空间。

2、灵活配置、操作简易

GM5900A通过SPI接口与外部处理器进行通信，上报芯片内部的状态信息，实现芯片基础参数配置。不需要任何编程、综合等时耗，能够更加快速便捷实现芯片不同带宽、不同有效位、不同接口速率、不同同步协议、不同波束个数的配置。

3、大带宽、多波束、兼顾多通道同步

GM5900A拥有32对接收Serdes和32对发射Serdes，通道速率最高可支持25Gbps，能够支持最高1GHz的瞬时带宽，最多16个波束的合成，能够满足载荷系统中对于数据吞吐量的高要求；同时，该高速接口采用JESD204B/JESD204C协议，可以满足片内、片间和板内的同步，能够更好的实现指定要求波束合成功能。

二、应用领域

未来通信需要的极致信息体验依赖高频谱效率和大容量无线接入，传统的时/频/码分多址技术在频谱效率以及接入容量方面面临着严峻挑战，如何在有限的频带资源下合理高效的分配系统资源成为现如今亟需解决的关键问题之一。具有波束空间隔离、频率复用两大特点优势的多波束天线技术成为解决这些矛盾的关键途径。

5G/6G数据速率和同时接入用户数量的提升依赖于具有多个波束的宽带相控阵天线。多波束合成技术确保雷达具备探测、感知、跟踪、通信一体化功能。在卫星通信领域，多波束技术可以缓解频繁的波束跳变导致的接入体制复杂度和较高的报文冗余度，提升通信连续性和可靠性。另外，还需要跟踪多颗卫星的地面终端天线，建立终端与多颗卫星的同时连通，确保波束高速切换时的无缝连通。

传统的Sub-6 GHz频谱资源严重拥挤，频谱的资源紧张与对极致通信的迫切需求之间的矛盾使载波聚合技术以及各种高阶调制方式逐渐得到规模化应用，但这种方式会极大地增加接收机的设计复杂度。同时，拥挤的低频段无线应用还会导致频谱之间的相互干扰，严重限制接收机的性能。为了克服低频段无线应用存在的固有局限，未来的高速无线通信频率资源（尤其是5G/6G和卫星通信）势必会向更高频段尤其是毫米波段演进。大带宽和多波束成为未来通信系统的一个典型特征。

GM5900A的推出，能将全数字波束合成在基带域进行多通道并行信号的无损耗分发，可以根据需求进行大规模灵活波束合成。同时，全数字波束合成具有极高精度的真时间延迟模块和幅相补偿模块，能够在支持大容量通信的过程中提供高精度波束合成能力，同时可以利用全阵列单元进行精细的波束合成，波束合成分辨率以及扫描分辨率可以同时达到最优，是未来高性能多波束合成方案的最佳选择。

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