主頁（http://www.130131.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、智能制造等行業的快速發展，各行各業出現了越來越多的無線化訴求，傳統Wi-Fi，藍牙技術在更加低時延、高可靠、精同步、多并發的要求上難以滿足新的需求。此背景下，由工信部牽頭，星閃聯盟于2020年9月正式成立，全棧原創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、智能制造等行業的快速發展，各行各業出現了越來越多的無線化訴求，傳統Wi-Fi，藍牙技術在更加低時延、高可靠、精同步、多并發的要求上難以滿足新的需求。此背景下，由工信部牽頭，星閃聯盟于2020年9月正式成立，全棧原創的新一代無線短距通信技術——星閃技術應運而生。中國移動在星閃聯盟中為副理事長單位之一。

二、星閃的系統架構和主要特性

星閃的系統架構如下：

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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，星閃接入層根據實現功能的不同，分為管理節點（Grant節點），和終端節點（Terminal節點），一個管理節點可以同時連接管理多個終端節點，并采用集中式調度，一發多收，避免了節點輪詢所帶來的沖突，實現了超高的并發度。

根據通信場景的不同，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的數據傳輸，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、工業數據采集等，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一的上層交互協議。基礎服務層通過調用不同功能單元，實現對于上層應用功能機系統管理維護的支持。具體包含設備發現、服務管理、連接管理、QoS 管理、5G融合等服務功能�；�礎應用層用于實現各類應用功能。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。

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的最大速率，而極化碼（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。當合并信道的數目N趨于無窮大時，則會出現極化現象，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勢。除了被星閃技術采用外，極化碼也由于其優秀的性能，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

幀是傳輸數據的基本單位，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送和處理信息。

然而，超短幀的劣勢在于，當傳輸的數據較少時，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量。這種設計有效地降低了系統的開銷，提高了數據傳輸的效率。此外，星閃通過選擇不同的信息傳輸周期來實現靈活的延遲控制：每個幀中的G/T符號承載著從G/T節點傳輸到T/G節點的數據信息，通過調整信息傳輸周期，星閃可以根據不同應用的需求實現最小延遲為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）、多節點實時同步、混合自動重傳（HARQ）機制等技術，不斷提升自身優勢，憑借其技術的先進性受到了業界的廣泛關注。

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伙伴共同發布了業界首臺基于5G+星閃短距的全無線確定性工控系統，為5G智慧工廠解決柔性生產問題提供了全新技術方案。該系統實現了工控系統成本降低50%、丟包率降低40%、單向傳輸時延低于100微秒的性能指標。

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2、智能汽車

2022年7月，第八屆智能網聯汽車技術及標準法規國際交流會（ICV 2022）亮相了基于星閃1.0的營運車全景環視樣機原型，獲得了業界廣泛關注。其利用星閃系統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，且傳統的全景環視系統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，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穩定的高清音質，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，星閃將持續發展完善，領跑全球，不斷用科技創新賦能千行百業。

參考文獻：

1、星閃無線短距通信技術(SparkLink 1.0)產業化推進白皮書。網址：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、中國移動攜手產業共同發布業界首臺基于5G+星閃短距的全無線確定性工控系統，網址：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

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