主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：新一代無線短距通信技術——星閃技術淺談 隨著智能家居、智能汽車、智能制造等行業(yè)的快速發(fā)展，各行各業(yè)出現(xiàn)了越來越多的無線化訴求，傳統(tǒng)Wi-Fi，藍牙技術在更加低時延、高可靠、精同步、多并發(fā)的要求上難以滿足新的需求。此背景下，由工信部牽頭，星閃聯(lián)盟于2020年9月正式成立，全棧原創(chuàng)的新一代無線短距通信技術——星閃技術應運而生。中國移動在星閃聯(lián)盟中為副理事長單位之一。 一、星閃的誕生隨著智能家居、智能汽車、智能制造等行業(yè)的快速發(fā)展，各行各業(yè)出現(xiàn)了越來越多的無線化訴求，傳統(tǒng)Wi-Fi，藍牙技術在更加低時延、高可靠、精同步、多并發(fā)的要求上難以滿足新的需求。此背景下，由工信部牽頭，星閃聯(lián)盟于2020年9月正式成立，全棧原創(chuàng)的新一代無線短距通信技術——星閃技術應運而生。中國移動在星閃聯(lián)盟中為副理事長單位之一。 二、星閃的系統(tǒng)架構和主要特性星閃的系統(tǒng)架構如下：
廣告 可以看到，星閃技術由星閃接入層、基礎服務層和基礎應用層組成。 其中，星閃接入層根據(jù)實現(xiàn)功能的不同，分為管理節(jié)點（Grant節(jié)點），和終端節(jié)點（Terminal節(jié)點），一個管理節(jié)點可以同時連接管理多個終端節(jié)點，并采用集中式調度，一發(fā)多收，避免了節(jié)點輪詢所帶來的沖突，實現(xiàn)了超高的并發(fā)度。 根據(jù)通信場景的不同，星閃接入層提供了SLB（SparkLink Basic，基礎接入技術）和SLE（Sparklink Low Energy，低功耗接入技術）兩種通信接口。其中，SLB使用正交多載波(OFDM)波形，主要面向極低時延（可達20μs），極高可靠性（正確率大于99.9999%）和極高同步精度（小于1μs）的應用場景，例如：車載主動降噪、工業(yè)機械運動控制等，主要對標Wi-Fi技術。SLE使用單載波傳輸，可支持在250μs內完成一次交互，256用戶的接入以及12Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要面向低成本、低功耗要求的應用場景，例如：無線耳機的音頻傳輸、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等，主要對標藍牙技術。SLE可以視作SLB的“青春版”，但并無孰優(yōu)孰劣，二者面向的是不同的應用場景。在實際應用中，二者相互補充，共同演進。 不同于接入層，星閃的基礎服務層和基礎應用層則采用了統(tǒng)一的上層交互協(xié)議。基礎服務層通過調用不同功能單元，實現(xiàn)對于上層應用功能機系統(tǒng)管理維護的支持。具體包含設備發(fā)現(xiàn)、服務管理、連接管理、QoS 管理、5G融合等服務功能。基礎應用層用于實現(xiàn)各類應用功能。為保證應用層端到端的安全，針對基于IP 的傳輸，星閃使用TLS/TLCP 協(xié)議；針對基于Non-IP 的傳輸，星閃的應用層傳輸安全機制由具體應用實現(xiàn)。 三、星閃的關鍵技術1、極化碼香農證明了，給定信噪比和帶寬，在信道上能夠進行可靠傳輸?shù)淖畲笏俾剩鴺O化碼（Polar碼）是目前唯一能夠從理論上達到香農限的編碼方法。極化碼由土耳其畢爾肯大學 Arikan 教授于2008年首次提出，其具有較低的編譯碼復雜度，當碼長為N時，復雜度為O(NlogN)。 極化碼的核心思想是信道極化理論，它包括信道合并和信道分解兩部分：將N個信道W通過線性變換合并成WN，然后再將WN拆分為相關的信道。當合并信道的數(shù)目N趨于無窮大時，則會出現(xiàn)極化現(xiàn)象，即一部分信道將趨于無噪信道（無干擾的信道），另外一部分則趨于全噪信道（有干擾的信道）。我們讓有用的信息（信息比特）走無噪信道，讓冗余或固定的信息（休眠比特）走全噪信道，這樣就可以大大提升信道的利用率，降低噪聲干擾的影響。 極化碼較好地平衡了性能和復雜性，在中短碼長的情形下比較有優(yōu)勢。除了被星閃技術采用外，極化碼也由于其優(yōu)秀的性能，在2016年11月召開的3GPP RAN1#87次會議上確定為eMBB場景的5G短碼塊信道編碼方案。
2、超短幀幀是傳輸數(shù)據(jù)的基本單位，星閃技術采用一種超短幀的結構，相比藍牙能夠更加頻繁的發(fā)送和處理信息。 然而，超短幀的劣勢在于，當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較少時，每個幀包含的固定開銷（幀頭、校驗等）將占用大量資源，效率就會變低。為了解決該問題，星閃采用了一種超幀結構，每個超幀包含48個幀。在超幀中，每個幀共享開銷符號，從而大大減少了每個幀中的開銷符號數(shù)量。這種設計有效地降低了系統(tǒng)的開銷，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省４送猓情W通過選擇不同的信息傳輸周期來實現(xiàn)靈活的延遲控制：每個幀中的G/T符號承載著從G/T節(jié)點傳輸?shù)絋/G節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，通過調整信息傳輸周期，星閃可以根據(jù)不同應用的需求實現(xiàn)最小延遲為20.833μs的高效傳輸。
除了上述關鍵技術，星閃還采用了如：快速無間斷抗擾（FISA）、多節(jié)點實時同步、混合自動重傳（HARQ）機制等技術，不斷提升自身優(yōu)勢，憑借其技術的先進性受到了業(yè)界的廣泛關注。 四、星閃的相關應用1、智能制造 2023年10月，在2023年中國移動全球合作伙伴大會，中國移動研究院攜手產業(yè)伙伴共同發(fā)布了業(yè)界首臺基于5G+星閃短距的全無線確定性工控系統(tǒng)，為5G智慧工廠解決柔性生產問題提供了全新技術方案。該系統(tǒng)實現(xiàn)了工控系統(tǒng)成本降低50%、丟包率降低40%、單向傳輸時延低于100微秒的性能指標。 INCLUDEPICTURE "/Users/seven/Library/Group Containers/UBF8T346G9.ms/WebArchiveCopyPasteTempFiles/com.microsoft.Word/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" \* MERGEFORMATINET 2、智能汽車 2022年7月，第八屆智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術及標準法規(guī)國際交流會（ICV 2022）亮相了基于星閃1.0的營運車全景環(huán)視樣機原型，獲得了業(yè)界廣泛關注。其利用星閃系統(tǒng)微秒量級的高精度同步和超低的傳輸延遲，全面解決了大型客車或者貨車等營運車輛存在盲區(qū)，且傳統(tǒng)的全景環(huán)視系統(tǒng)存在的布線空間有限、安裝成本高、接插件存在失效風險等有線部署方案所面臨問題。
3、智能終端 2023年11月22日，第十一屆中國（綿陽）科技城國際科技博覽會展示了全球首臺星閃電視和外設星閃生態(tài)，星閃鼠標、星閃遙控器、星閃麥克風等一并亮相。星閃遙控器的高并發(fā)能力可以同步控制電視和機頂盒；星閃麥克風以更快的傳輸速率和更好的抗干擾能力為用戶提供持續(xù)穩(wěn)定的高清音質，支持多人家庭K歌，為家庭連接更多歡樂。 作為中國新一代的無線短距通信技術，星閃將持續(xù)發(fā)展完善，領跑全球，不斷用科技創(chuàng)新賦能千行百業(yè)。 參考文獻：1、星閃無線短距通信技術(SparkLink 1.0)產業(yè)化推進白皮書。網(wǎng)址：http://sparklink.org.cn/news_info.php?id=615，訪問日期：2023年12月7日 2、Gao M., Wan L., Shen R., et al. (2023). SparkLink: A short-range wireless communication protocol with ultra-low latency and ultra-high reliability. The Innovation. 4(2),100386. 網(wǎng)址：https://europepmc.org/article/MED/36852210， 訪問日期：2024年6月13日 3、謝德勝,柴蓉,黃蕾蕾,等.面向5G新空口技術的Polar碼標準化研究進展[J].電信科學, 2018.DOI:CNKI:SUN:DXKX.0.2018-08-008. 網(wǎng)址：https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&filename=DXKX201808008 ，訪問日期：2023年12月7日 4、中國移動攜手產業(yè)共同發(fā)布業(yè)界首臺基于5G+星閃短距的全無線確定性工控系統(tǒng)，網(wǎng)址：https://mp.weixin.qq.com/s/jvdETLrPYs5hO-p4o2rnZg，訪問日期2023年12月7日 5、首臺星閃電視發(fā)布，星閃入戶正當時，https://www.hisilicon.com/cn/about-us/press/news/first-nearlink-tv-publish，訪問日期：2023年12月7日 作者：楊斌 18867106863 單位：中國移動智慧家庭運營中心 家庭泛屏產品部 (中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：李俊勇) |
