文(wén) | 林涛 GNSS研究所技术总监
刊登 | 《时空》杂志(zhì) NO.15
《时空》：天琴二代芯片与天琴一代相比有(yǒu)哪些改变？
天琴二代芯片是合众思壮 GNSS 研究所历时两年完成的新(xīn)一代 GNSS 基带芯片。基带芯片是高精度板卡和模块的核心，直接决定了板卡和模块支持的信号类型与个数、搜星的速度和稳定性、原始观测量质量、定位精度以及功耗和尺寸。
天琴二代芯片是合众思壮首款全面支持北斗三代全信号體(tǐ)制的高精度基带芯片。相比于天琴一代，天琴二代芯片增加了对新(xīn)信号的支持和抗干扰功能(néng)，优化了低功耗性能(néng)以及多(duō)路径抑制技术。
这四个方面的技术创新(xīn)让天琴二代芯片更好的满足不同高精度应用(yòng)的需求。
《时空》：市面上有(yǒu)若干家芯片标称已经兼容北斗三号信号，那么天琴二代芯片跟國(guó)内其它厂家的北斗三号芯片有(yǒu)什么區(qū)别？
首先，兼容不等于全面支持。本质上天琴一代已经可(kě)以兼容北斗三号的一些简单信号，但是做不到全面支持。
北斗三号有(yǒu)两个创新(xīn)的信号 B1C(QMBOC) 和 ACEBOC，其中 B1C 有(yǒu)一个精细的 BOC 部分(fēn)可(kě)以有(yǒu)很(hěn)强的抗多(duō)路径功能(néng)。
北斗三号的ACEBOC 和欧洲Galileo 系统的 ALTBOC 是现在卫星导航上信号质量更好的两个宽带信号，有(yǒu)很(hěn)好的抗多(duō)路径，低噪声的伪距观测值，对5 到20 厘米应用(yòng)乃至高精度 PPP 和 RTK 性能(néng)上（快速收敛和复杂场景高精度）都有(yǒu)很(hěn)好帮助。
纵观國(guó)外的卫星导航厂家，例如 Trimble 和 NovAtel 都支持ALTBOC 但是还没有(yǒu)支持 ACEBOC。國(guó)内芯片厂家里面，天琴二代是一款完全支持 ACEBOC 和 B1C 完整 QMBOC跟踪的芯片。
需要补充说明的是，天琴二代也是國(guó)内芯片里完全支持欧洲Galileo的ALTBOC信号和日本QZSS系统的 LEX 信号的芯片。
随着伽利略系统的完善，國(guó)产高精度板卡对伽利略系统的全面支持也越来越重要。因為(wèi)ALTBOC信号的优越性，國(guó)外品牌高精度板卡（不管是CORS基准站板卡还是移动站板卡）基本都是支持伽利略系统的ALTBOC信号。
之前國(guó)内板卡对伽利略ALTBOC信号支持的缺失，使得我们國(guó)产板卡在高精度应用(yòng)，特别是CORS基准站板卡上有(yǒu)局限性，跟國(guó)外高端高精度接收机板卡不能(néng)完全兼容。
正如我前面说的，我们花(huā) 2 年时间去做天琴二代，就是要让我们中國(guó)的芯片能(néng)够完全支持北斗三号和伽利略系统，并且跟國(guó)外卫星系统和接收机板卡做到兼容互操作。
这是来自于我们多(duō)年在高精度领域耕耘的经验，也是受到我们北斗三号系统要与其他(tā)系统兼容互操作的思想启发。
《时空》：既然ACEBOC和ALTBOC这么重要，為(wèi)什么中國(guó)其它厂家不支持这些信号呢(ne)？日本QZSS系统的LEX信号有(yǒu)什么用(yòng)处？
合众思壮是一家专注于高精度技术和应用(yòng)的公司，拥有(yǒu)自己完整的高精度产业链，产品在世界各地的测绘、农业、机械、海洋等工业应用(yòng)领域中被使用(yòng)。
工业应用(yòng)的基因和全球市场的需求决定了合众思壮的芯片必须要跟國(guó)际需求接轨，支持所有(yǒu)的卫星导航信号。
而 ACEBOC 可(kě)以说是中國(guó)北斗三号在世界卫星导航领域的一次创新(xīn)，我们想让客户能(néng)够充分(fēn)感受到北斗三号这种优质信号带来的好处，所以我们加入了对这个信号的支持。
ACEBOC 可(kě)以分(fēn)解成 B2a 和 B2b 两路信号，一般厂家选择分(fēn)开跟踪这两路信号而不是跟踪 ACEBOC，这种分(fēn)开跟踪的方式比较简单，跟最传统的 GPS L1 C/A 跟踪方式类似，尽管没有(yǒu)享受到 ACEBOC 优质信号的好处，但是技术难度低，容易实现，芯片流片风险低。
这种跟踪方式更适合入门级的卫星导航应用(yòng)，例如对高精度，可(kě)靠性等要求比较低的应用(yòng)。而 ALTBOC 信号特点跟 ACEBOC 类似，信号质量好，目前國(guó)外主流的高精度芯片厂家都已经完全支持。
QZSS 的 LEX 信号会附带 QZSS 的 PPP 改正数，是日本和东南亚地區(qū)高精度应用(yòng)的一个必须信号。
《时空》：ACEBOC和ALTBOC对消费类電(diàn)子等其它大众领域的用(yòng)处大吗？
我个人认為(wèi)，随着高精度的不断普及， ACEBOC 和 ALTBOC 会出现在大众领域的芯片里面，但是会有(yǒu)个过程，如同高精度在大众消费类领域普及一样，这两个信号尽管实现复杂，但是天生的伪距高性能(néng)非常适合复杂场景高精度应用(yòng)。
ACEBOC 和 ALTBOC 是北斗系统和伽利略系统设计者在卫星导航信号设计上的一种革命性创新(xīn)，他(tā)们的性能(néng)实用(yòng)性是经过系统设计专家的反复论证，从而设计了这两种信号在卫星上。我相信这两个优质信号会越来越被大家接受。
《时空》：天琴二代的抗干扰技术是大家讨论的热点，能(néng)简单介绍一下技术难点和应用(yòng)的价值吗？
天琴二代集成的抗干扰功能(néng)是在多(duō)维度实现的，包括高量化的ADC，高分(fēn)辨率的FFT频谱监控模块，灵活的通道滤波器，高阶FIR陷波滤波器，复合ARMA 陷波滤波器，智能(néng)的干扰自动检测功能(néng)和精细的通道延时补偿模块。
难点在于抗干扰后还能(néng)实现0.8到2厘米的高精度定位，以及根据实际干扰和应用(yòng)场景功耗上的控制。
抗干扰在军用(yòng)上应用(yòng)的比较成熟 , 但是这些技术都不是针对高精度应用(yòng)的，市面上除了國(guó)外几个老牌高精度厂家的抗干扰技术可(kě)以在高精度应用(yòng)，大部分(fēn)抗干扰技术都只适用(yòng)于单频多(duō)系统，而天琴二代的抗干扰技术可(kě)以说是弥补了國(guó)内的这块缺失。
随着高精度技术的普及，行业对高精度芯片模块板卡的集成度，功耗以及适应性有(yǒu)了进一步的要求，宽带射频接收技术可(kě)以大幅提高射频芯片集成度，降低整體(tǐ)接收机的功耗。
但是与之而来的是，芯片也更容易受到干扰的影响，有(yǒu)了抗干扰功能(néng)，高精度小(xiǎo)板卡和模块才能(néng)稳定应用(yòng)在各种高集成度载體(tǐ)上，好比无人机，无人車(chē)和机器人等含有(yǒu)复杂的電(diàn)磁波环境的载體(tǐ)上。
《时空》：天琴二代在低功耗和抗多(duō)路径方面做了哪些改进呢(ne)？
天琴二代加入了很(hěn)多(duō)新(xīn)的功能(néng)，这样大大的扩展了它的使用(yòng)面，但是同时我们也需要做更灵活的功耗控制，根据我们用(yòng)户功能(néng)和应用(yòng)需求提供合理(lǐ)的功耗。
基带芯片对宽带射频的支持，使整个系统架构得到优化，降低了整體(tǐ)的功耗。另外，抗多(duō)路径一直是合众思壮芯片或者板卡传统优势项，我们有(yǒu)自主知识产权的技术专利，几代抗多(duō)路径技术在世界范围内的各种高精度领域应用(yòng)了十几年，也有(yǒu)在这个领域顶尖的专家指导我们团队。
这次，我们重新(xīn)设计了抗多(duō)路径的相关器，并优化了抗多(duō)路径在复杂场景的牵引，让高精度更稳定可(kě)靠。
我们有(yǒu)相关的新(xīn)专利在准备，后续配合我们的板卡和固件，我们也会推出白皮书介绍我们天琴二代中的黑科(kē)技。
《时空》：天琴二代官方介绍能(néng)支持1100个通道，能(néng)解释一下这个指标的意义吗？
更多(duō)的通道表示芯片能(néng)支持更多(duō)的信号，频点，和系统跟踪，更多(duō)模式跟踪，跟踪更稳定，信号搜索更快。
通道数一直是高精度接收机一个重要指标，特别是在CORS网，大气電(diàn)离层监控，形变监测，高可(kě)靠性应用(yòng)，和定位定向等应用(yòng)。
天琴二代的多(duō)通道支持的需求来自于我们产品支撑应用(yòng)的多(duō)样性，还有(yǒu)刚刚提到的性能(néng)的优越性，以及在高精度领域跟國(guó)外专业厂家（NovAtel OEM7 的 555 通道）的竞争。
作為(wèi)一家中國(guó)的卫星导航公司，做好芯片，用(yòng)好北斗，推好应用(yòng)，一直是合众思壮的核心理(lǐ)念。
《时空》：最近廉价高精度在國(guó)内非常火，很(hěn)多(duō)芯片厂家都宣传廉价高精度芯片，天琴二代是廉价高精度芯片吗？
天琴二代是一款给专业领域的高性能(néng)高精度芯片。首先，我先解释一下概念，廉价高精度这个名词主要是指在大众消费领域使用(yòng)高精度，但是这个高精度以及高精度背后的可(kě)靠性或者可(kě)复现性还是相对模糊，跟具體(tǐ)应用(yòng)有(yǒu)关，因為(wèi)在大众消费类里面每个应用(yòng)的需求客观的说都是不一样的。
廉价只是一个大众消费类应用(yòng)对芯片价格和量需求跟专业市场差异的缩影。天琴二代是设计给工业和专业应用(yòng)使用(yòng)，满足最高等级高精度应用(yòng)，配合我们在低功耗的处理(lǐ)，它自然也可(kě)以满足很(hěn)多(duō)或者部分(fēn)大众消费类应用(yòng)，但是我们需要具體(tǐ)案例具體(tǐ)说，不能(néng)泛泛而谈。
举个例子，天琴二代是比较适合无人机，机器人，无人車(chē)等无人系统应用(yòng)，这块也是我们未来市场的一个拓展领域。价格高低完全是跟市场规模决定，跟芯片没有(yǒu)直接关系。
《时空》：天琴二代是传统基带芯片而不是SoC，请问在这方面的考虑是什么呢(ne)？
这还是跟芯片的市场和应用(yòng)有(yǒu)关系。传统基带芯片是指，我们的处理(lǐ)器不在芯片内， SoC 是指处理(lǐ)器在芯片内部。
在很(hěn)多(duō)领域，除了 GNSS 处理(lǐ)以外，还需要其它传感器和应用(yòng)的处理(lǐ)，每个领域对处理(lǐ)器的需求是不一样的。
例如在无人机，无人車(chē)等领域，处理(lǐ)器需要强大的处理(lǐ)视频流的能(néng)力，而普通的处理(lǐ)器是无法满足这一需求。因此天琴二代给了用(yòng)户更灵活的选择。
《时空》：市面有(yǒu)人说天琴二代流片技术相对保守，没有(yǒu)效仿高通等手机厂家使用(yòng)14 nm 乃至8 nm工艺，我们的考虑是什么呢(ne)？
这其实是一种误解，我们本身采用(yòng)的流片工艺跟國(guó)外相对更好的高精度厂家 NovAtel 和 Trimble相当。
14 nm 乃至 8 nm 工艺主要是為(wèi)了小(xiǎo)型化，适用(yòng)于在手机上应用(yòng)。而工业芯片除了大小(xiǎo)以外，还有(yǒu)其他(tā)的标准需要统一考虑。
我们是设计芯片，不是制造芯片。能(néng)做 14 nm 乃至 8 nm 芯片體(tǐ)现的是芯片流片厂（好比中芯國(guó)际和台积電(diàn)）的能(néng)力，而非芯片设计能(néng)力。
信号跟踪捕获能(néng)力，通道设计灵活性和个数才是體(tǐ)现我们设计 GNSS 芯片的能(néng)力。如果市场有(yǒu)需要，我们也会推出更好工艺的芯片。