北斗基础产品最新进展与产业化发展思路

● 文| 北京跟踪与通信技术研究所 李作虎 吴海玲 汪陶胜中国航天电子技术研究院 麻智超

北斗基础产品最新进展与产业化发展思路

● 文| 北京跟踪与通信技术研究所 李作虎 吴海玲 汪陶胜中国航天电子技术研究院 麻智超

摘 要：在北斗重大专项实施三年多的背景下，北斗基础产品形成了“论证一代、研制一代、应用一代”的发展模式和良好局面，目前国产北斗基带芯片出货量已经突破400万片，具备北斗功能的手机芯片已经流片，高精度OEM板卡已经占据国内三分之一的高精度应用市场，初步满足了行业和大众对北斗基础产品的需求。纵观产业发展形势，北斗基础产品仍然在产品成熟度、集成度、市场占有率、应用领域等方面与国际同类产品存在差距。为此，本文在总结差距和不足的同时，从政府扶持、产业保障环境（政策法规、标准与知识产权）、应用模式创新、应用基础设施建设等方面提出了北斗基础产品后续发展的几点对策思考，以期引起各界共鸣，共同促进北斗产业健康快速发展。

关键词:北斗卫星导航系统 基带芯片 高精度OEM板卡 业化

一、引言

自2011年以来，在北斗重大专项应用推广与产业工作的统筹安排下，经历了三轮实物招标比测，30多家企业单位共同参与、技术攻关，北斗基础产品从研发到应用终于实现了质的变化。一是形成了“论证一代、研制一代、应用一代”的发展模式和良好局面，有效解决了交通、气象、测绘、农业、公安、旅游等行业和大众应用国产北斗、升级卫星导航应用装备的发展需求问题；二是在国外同类产品严酷的竞争形势下仍然突破了百万应用的规模，有力支撑了北斗系统正式服务的提供，验证了北斗系统性能的持续提升；三是初步形成了包括芯片、模块、天线、板卡、终端、地图以及应用解决方案的北斗产业链，为北斗产业的进一步发展奠定了良好的基础；四是为发改委、工信部以及其他地方政府实施北斗产业化项目奠定了良好的基础。然而，作为卫星导航系统的后来者，国产北斗基础产品依然面临严峻的竞争形势，仍需客观冷静地分析研判。

二、北斗基础产品最新进展

自2011年起，北斗重大专项持续支持多模导航型基带芯片、多模导航型射频芯片、多模导航型天线、多模多频高精度天线以及多模多频高精度OEM板等5个北斗基础产品的研发与产业化项目。全国30多家企业单位参与了5个项目的技术攻关、实物招标与比测工作，开展了产业化推进工作。根据各单位（以参与中国卫星导航系统管理办公室上述项目的单位为主）定期提交的产品出货数据，统计了截至2014年9月15日的产业化情况，见表1。

表1 北斗基础产品产业化统计情况

表1中总销量指2011年1月1日至2014年9月15日已经完成销售出货的量；2014年第二季度销量指2014 年3月16日至6月15日已经完成销售出货的量，第三季度指2014年6月16日至2014年9月15日已经完成销售出货的量。

截至2014年9月，国产北斗导航芯片出货量已经超过400万；华为带北斗功能手机芯片已经完成流片，1000部测试手机正在使用，2015年第一季度将完成基于北斗的手机芯片流片；国产高精度板卡/终端已经占据国内高精度市场的三分之一。

三、北斗基础产品产业化形势

1.基带芯片性能稳定，但在芯片集成度等方面仍有提升空间

随着GNSS产品在大众消费类市场需求的快速增长，导航芯片小型化、低功耗趋势已日益明显，产品集成度不断提高，IC一体化方案成为主流，U-blox、CSR、MTK等公司均有集成基带和射频的GNSS芯片。同时，在大众消费类市场的强大驱动下，GNSS、多媒体和通信功能集成为一体的SoC芯片也成为一个重要的技术发展方向。目前基带芯片技术发展趋势主要包括：一是从单系统向多系统融合应用发展，国际主要GNSS基带芯片制造商正处于从单GPS系统到GPS + GLONASS +北斗 + Galileo多系统融合应用的发展过程；二是向低功耗、小型化、高集成度方向发展，芯片工艺从180nm到55nm再到40nm，体积更小，功耗更低，并且在逐步集成其他芯片功能和应用，诸如集成多媒体和多种通讯功能以支持更多的移动互联网应用。

以和芯星通科技有限公司（和芯星通）、泰斗微电子科技有限公司（泰斗微电子）、西安华迅微电子有限公司（西安华讯）、杭州中科微电子有限公司（中科微电子）等为代表的本土企业单位借助北斗系统ICD文件未正式公布的发展机会，通过几年的不懈努力，不断攻克GNSS多系统信号捕获及联合定位技术、高灵敏度低功耗基带芯片设计技术及亚微米芯片设计技术等关键技术，先后推出了基于90nm 或65/55nm工艺的北斗/GPS多模基带芯片，并形成了自主知识产权。其定位性能与国际主打产品水平相当，进一步缩小了本土技术与国际先进水平之间的差距，为北斗应用产业化推进奠定了基础。

同时，我们也必须清晰地认识到目前国产导航基带芯片存在差距，主要表现在芯片工艺，集成度市场占有率、市场类型、高端应用、标准化、知识产权和政策等方面。

第一，芯片工艺水平方面，国外主流已全部采用40nm工艺，国内只有个别厂商采用55nm工艺，功耗偏高；在定位速度、可用性及可靠性等方面也存在一定差距。

第二，芯片集成度方面，国外将导航定位、通信、多媒体等功能深度集成，形成智能手机、车载导航等行业主流方案，国内仅有个别企业利用自主的基带芯片与本土其他企业的射频芯片进行了SIP（系统级封装），还没有基带射频一体化SoC芯片货架产品。

第三，市场占有率方面，国产核心基带芯片相对于国际主流GPS产品的市场占有率仍然较低，规模效益不足，产品均摊成本较高。

第四，市场类型方面，国产核心基带芯片目前主要市场还在行业应用领域，例如交通监控、电力/电信授时、气象探测等，需要国家政策支持，规模有限，尚缺乏千万级大众消费类市场的支撑。

第五，高端应用功能方面，国产核心基带芯片辅助导航定位的高端功能发展缓慢，如A-GNSS、DGNSS等扩展应用，目前还缺乏有效的基础设施和相关标准的支撑。

第六，标准化知识产权方面，国内在GNSS导航产品的数据接口、定位精度、首次定位时间、灵敏度和位置更新率等性能要求方面缺乏统一的技术规范，特别是具有自主知识产权的标准规范。

2.射频芯片指标基本满足应用需求，但与国际水平相比仍有差距

导航射频芯片具有一定的通用性，这为本土导航射频芯片企业快速研制导航专用射频芯片积累了很好的基础。以广州润芯信息技术有限公司、中国电子技术集团公司第24研究所、西安华迅和中科微电子所等为代表的本土企业，先后解决了射频芯片高集成度、多模多频点综合等关键技术，先后推出了基于130nm和90nm工艺水平的北斗/GPS多模导航型射频芯片，个别企业更是推出了基于65nm工艺的射频芯片，并已启动40nm工艺芯片的研制。国内射频芯片主要供应商还有上海迦美信芯通讯技术有限公司。目前，国际上的主要卫星导航射频芯片供应商主要包括瑞士U-blox、美国CSR、美国Qualcomm、美国Broadcom等，他们的射频芯片产品市场占有率超过80%。

与国际主流的射频芯片技术相比，国内差距主要表现在以下三个方面：

第一，技术方面，国外以CSR为代表的GPS企业，早在2008年就推出了将射频和数字基带芯片集成在一个芯片上的单芯片SoC解决方案，而国内直到2013年底也尚未推出真正的射频基带一体化解决方案，射频基带一体化单芯片还未真正引领市场。

第二，工艺方面，目前国外产品主要采用40nm工艺技术，如瑞士U-blox的UBX-M8030-CT芯片采用40nm工艺，其尺寸达到了2.99 mmX3.21 mmX0.36 mm；而国内的射频芯片仍主要采用90nm工艺技术，基于65/55nm工艺的射频芯片的研制工作才刚刚起步。工艺水平的差距，客观上导致了国产射频芯片在成本、功耗等方面与国外同类产品还存在一定差距。

第三，应用领域方面，国外射频芯片早已渗透进手机等个人消费领域，并已实现量产，且出货量超过数亿。国内导航射频芯片主要应用领域还是以示范工程行业应用为主，正在逐步进入智能手机等消费领域。进入手机等移动智能终端领域将是射频芯片实现千万级规模的主要发展方向。

3.导航天线仍需从小型化等方面着手，力争进入大众消费市场

为了满足我国北斗市场即将出现的大量小型化多模导航天线需求，以嘉兴佳利电子股份有限公司、陕西海通天线有限责任公司和上海海积信息科技有限公司为代表的本土企业，近年来进行了多模小型化天线所使用的高介电常数、低损耗国产化材料的研究，解决了多模小型化天线研制过程中存在的法向轴比、驻波比、带外抑制等关键性技术问题，成功研制出了满足多模卫星导航产品规模化应用与产业化需求的小型化多模导航天线系列产品，建立和完善了规模化生产工艺技术，形成了一定的自主知识产权。

然而，由于北斗终端应用还未完全铺开，兼容北斗的多模导航模块因为用量少，价格高于单GPS导航模块的价格，所以目前本土企业推出的北斗/GPS多模导航天线，主要应用于国家和地方政府政策支持的领域中，如：由各部委支持的北斗终端应用项目以及各省市政府主导的公务车、出租车、公交车、客运车、危险物品运输车等专项应用。随着用量的不断扩大及北斗SoC方案的推出，北斗导航模块价格将会出现大幅下降，天线的价格也将大幅下调，与GPS相当。

目前，国内多模导航型天线的差距主要表现在以下几个方面：

第一，技术性能上，在小型化、一致性，以及在树荫、高楼大厦、天桥隧道等卫星信号较弱地方的信号接收能力等性能指标方面，与国际先进水平还存在差距。

第二，集成度上，产品集成性能还有待于提升，尤其是与移动通信及移动互联网等相关天线设备集成使用时的抗干扰能力和易用性。

第二，应用方面，国际上，小型化导航天线已经遍布车载导航、手机、PND及穿戴式导航设备领域，而我国正在逐步由政府支持的车载监控等行业专业市场向大众市场发展。

4.高精度OEM板卡已经占据一定市场规模，但综合性能尚待提升

在北斗系统ICD文件公布后不久，美国Trimble，美国Magellan/Ashtech，美国Javad，加拿大NovAtel，日本Topcon等世界主要OEM板卡制造商相继推出了新一代多模多频高精度基带芯片和OEM板，可支持北斗、GPS、GLONASS等多系统卫星信号。国际高精度OEM板卡呈现更多系统更多频率兼容，而体积更小、功率更低的发展态势。

以上海司南、和芯星通等单位为代表的本土北斗企业，在国家和地方各级部门的支持下，相继推出了基于FPGA和芯片方案的高精度板卡，其产品性能和可靠性与国际水平相当，同时还掌握了包括基带芯片在内的多模多频高精度OEM板的核心技术。

国内多模多频高精度基带芯片和OEM板与国外相比的差距，主要体现在以下三个方面：

第一，多系统、小型化、低功耗。以NovAtel、Trimble和Javad公司为代表的国外主流厂商，其高精度板卡产品皆以自行研发的基带芯片为核心，产品的更新换代以基带芯片的周期升级为基础，向多系统兼容和小型化方向发展，国内以和芯星通UB370和司南导航K508为代表的高精度板卡虽然也实现了北斗+GPS+GLONASS的多系统兼容，但在能够支持的频率和通道数方面，仍存在一定差距。而国内基于自主基带芯片的高精度OEM板卡在尺寸上相比于国外芯片尺寸也有待于进一步提升。

第二，可用性、成熟度。国外主流厂商主要通过技术创新提升产品的可用性和成熟度，但随着我国BDS系统的建设完成和俄罗斯GLONASS系统的全面恢复，多系统多频将是解决这一问题的重要措施和途径。国内高精度OEM板卡制造商起步较好，都从用户需求和体验为出发点，基于多系统多频来解决产品在复杂环境下的可用性问题，特别是基于北斗独特的三频，在高精度测量初始化时间和工作稳定性方面取得明显优势，获得用户肯定；但是，由于国产高精度OEM板卡进入市场时间较短，还需要更多的用户和更多的时间进行锤炼，才能不断提升产品的成熟度。

第三，市场占有率。国产板卡的占有率相比于国外差距较大，高精度板卡市场以国外产品为主。

5.高精度天线性能良好，只待实现产业化应用规模突破

卫星导航的高精度应用代表了行业先进技术水平和核心竞争力，能更好地满足专业市场应用。GNSS高精度天线细分为普通测量型天线和大地测量型天线。从市场现状来看，在普通的测量天线市场，国产高精度天线（包括手持产品中的嵌入式高精度天线）已经基本能够满足国产卫星定位产品对天线的需求，但在高端的大地测量型天线以及高精度智能化天线方面，国产高精度天线与国外产品仍有一定距离，专利技术仍然被国外公司所垄断，Trimble、NovAtel、Ashtech、Leica等公司位居前茅，占据了绝大多数的市场份额，并且具有优良的工艺稳定度和定型产品，拥有良好的口碑和声誉。

北斗系统的加入，对高精度天线市场格局产生了变化。北斗/GNSS高精度应用的稳定性和可用性满足了用户的刚性需求，在定位精度特别是高程方向的定位精度的稳定性上得到了显著提升。同时，北斗多模多频高精度接收机的国产化，使国内专业市场高精度定位产品面临着产品的全面升级、更新换代的机会，对兼容北斗的多模多频高精度天线有着巨大的市场需求。2013年火爆的驾驶员考试培训系统采用的就是低成本的高精度天线+板卡，打开了测量测绘市场之外的一个增量市场，使得国产多模多频高精度天线出现了一个小高潮。

国内从事高精度测量型天线研制工作的代表性单位深圳市华信天线技术有限公司（深圳华信），北京遥测技术研究所，北京华力创通科技股份有限公司，深圳市华颖泰科电子技术有限公司等，针对高精度多模卫星导航产品规模化应用与产业化的需求，突破了天线BDS与GPS多频点兼容、高精度和抗干扰等关键技术，研制并推出了多模多频高精度天线系列产品。目前国产多模多频高精度天线已经占据国内测量测绘市场的绝大部分份额，在专利方面也有了相当数量的申请，为进入国际市场打下了坚实的基础。国内高精度天线的代表厂家深圳华信，更是有多款产品通过国际权威机构NGS的相位中心测试。

与国际先进水平相比，国内差距主要表现在以下两个方面：

第一，在技术方面，世界上只有少数公司掌握着设计和制造GNSS高精度、高性能测量型天线产品的核心技术与专利，国产天线还需要不断探索，关键的天线材料以及加工工艺技术也需要不断进步，才能逐步缩小差距。

第二，在市场方面，在大地测量型天线领域，由于历史原因，国外产品的市场占有率很高；国内厂家也陆续推出了3D扼流圈天线等代表国际先进水平的产品，必将逐渐实现该领域的国产化。

四、北斗产业化发展的对策思考

总体来说，现阶段国产北斗基础产品解决了有无，基本满足了国内行业应用的急需，感受了国内各类用户对于国产北斗的体验和评价，探索了面对严酷竞争的初步市场经验；但由于起步较晚，缺乏技术和市场积累，在成熟度、性价比等关键指标方面与国外先进水平差距明显；加之政策法规滞后，标准体系尚未形成，知识产权刚刚开始部署，应用基础设施建设进度缓慢，这都在客观上阻碍了北斗基础芯片的快速发展；应用模式缺乏创新，特别是与行业用户接地气的应用模式，以及符合大众用户追潮赶新的应用模式不多，难以实现规模突破。为此，提出以下四点对策，期待共鸣。

（1）持续加大芯片扶持力度，充分引入国际竞争，促进技术进步

卫星导航芯片作为芯片产业的重要组成部分，是重要的“工业粮草”之一，涉及国家安全和巨大经济利益，必须自主可持续发展。持续加大芯片扶持力度，通过政府有形之手和市场无形之手有机结合，确保国家卫星导航领域内的“工业粮草”自主可控。当然，要充分发挥市场在资源配置中的基础性地位，充分引入国际竞争，利用“鲶鱼效应”，激励国内外同行竞争，促进优胜劣汰，实现技术进步。在具体方式上，可以采用产业基金的模式，参照也可纳入目前国家即将实施的“国家集成电路产业发展专项”，从芯片研制到封装测试实现全方位支持与提升。

（2）重视政策法规、标准和知识产权工作，找准与产业链工作的结合点，开展针对性设计

政策法规、标准化和知识产权是产业保障环境的重要组成部分，也是北斗基础产品实现竞争力提升和可持续发展的“三驾马车”。政府相关部门应该重视政策法规、标准和知识产权的布局工作，自上而下，引导企业积极参与，理清产业链发展态势和发展需求，开展针对性设计，尽快出台接地气、可操作的产业发展促进政策，制定并发布产业急需的北斗相关系列基础标准，特别是在高精度方面实现标准创新，同时建立鼓励企业申请专利的知识产权工作机制，为产业发展保驾护航。企业也可以通过产业联盟等形式，支持政府实现体系化设计，自觉贯彻执行相关政策，按照主管部门发布的标准，共同促进良性产业环境的形成，特别是专利申请，更是应该高度重视。

（3）重视应用模式创新，利用本土化综合优势，实现同质化竞争的突破

近年来，智能驾考应用模式的出现和发展，促进了北斗高精度产业的快速增长，对于占据高精度市场的三分之一国产北斗业绩功不可没。这再次说明了应用模式对于国产北斗突破目前高度同质化的竞争局面具有重要意义。应用模式的创新是思维的创新，需要突破卫星导航传统应用领域的局限，与非传统行业结合，充分利用互联网、大数据、生态系统的思维建模，可以实现高价值的应用模式创新；同时，应用模式也反映了真正的需求，只有与用户充分结合，实现产品服务与需求的充分结合，才可以使得应用模式具有真正的价值。另外，智能驾考的成功，也得益于北斗在国内的本土化综合优势，包括价格低廉的国产板卡，卫星导航与惯导接口的充分开放，以及高效快捷的共同研发机制与售后服务，这些都是国外厂商无法提供的。应用模式的创新也需要利用这些本土化综合优势，快速实现市场占领。

（4）加快北斗地基增强系统、测试检定系统以及北斗信息服务系统等应用基础设施建设，解决好服务最后一公里的问题

国家相关部门应该充分抓住目前的发展机遇期，加快北斗地基增强系统、测试检定系统以及面向行业和大众的北斗信息服务系统等应用基础设施建设，通过自上而下设计，通过国家意志建设应用基础设施，解决北斗服务的最后一公里问题。

五、结束语

国家实施卫星导航重大专项，体现了对卫星导航自主可控的决心和意志。自主可控以及可持续发展的北斗基础产品则是这种决心和意志的重要体现。面对取得的成绩，更应该看到差距，总结经验教训，同时要站高望远，紧随时代发展潮流，借鉴国外发展模式，实现北斗基础产品的跨越式发展。

◇特别感谢北斗重大专项相关专家和厂家提供的数据，感谢《北斗产业内参》提供的年度数据。

◇特别声明：文中无法穷尽所有厂家，出现的厂家排名不分先后，对策思考仅代表作者自己的观点。