一篇文章带你深入了解星闪

一篇文章带你深入了解星闪

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/C155H250N42O44S/article/details/145941177

星闪（NearLink）是中国自主研发的新一代短距离通信技术，旨在突破传统协议的局限性。它通过创新架构实现低时延、高可靠、精同步、高并发和高安全等特性，有望成为万物互联时代的重要通信标准。

前言

在某次比赛中，海思展位展示的星闪技术引起了作者的浓厚兴趣，由此诞生了这篇文章。

1.引言

星闪（NearLink）是我国自主研发的新一代短距离通信技术，旨在打破传统协议（如蓝牙和Wi-Fi）在低时延、高可靠、多并发等场景应用中的局限性。星闪通过创新架构实现突破，具有两种模式：SLB（基础接入）与SLE（低功耗接入）。其中，SLB支持20μs级低延时和99.999%的高可靠性，而SLE可以以12Mbps速率和250μs时延满足低功耗需求接入设备。

星闪融合了异步HARQ技术、5G Polar码、中心调度算法、超短帧设计等创新技术，在各方面都超越了传统协议如Wi-Fi、蓝牙、NFC、Zigbee等。

目前介绍的是星闪1.0版本，星闪2.0和星闪3.0的性能将更强大、功能更齐全、集成度更高。

2.介绍

星闪技术在多个维度上实现了创新和突破：

2.1 低时延

星闪通过以下技术实现低时延：

• 超短帧与跨层透传：采用超短帧结构（最小20MHz带宽）和跨层透传机制，减少协议包头开销，降低每层处理时间，SLB模式单向时延低至20.833微秒。
• 集中式调度与抗干扰：通过管理节点（G节点）集中调度资源，避免传统轮询机制的冲突，结合快速无间断抗扰（FISA）和5G异步HARQ技术，提升抗干扰能力并减少重传延迟。
• 高频谱效率与多路复用：融合5G Polar码和中心调度算法，优化频谱利用率，支持多设备并发传输，SLB模式支持1毫秒内80用户并发。
• 硬件与协议协同优化：硬件层面采用低功耗射频和智能天线设计，协议层面简化握手流程，如SLE模式交互时延仅250微秒，适用于耳机等实时场景。

2.2 高可靠

星闪通过以下技术实现高可靠性：

• 多重编码与纠错技术：采用Polar码（理论最优编码）和RS码（抗突发干扰）结合CRC校验码，针对不同场景优化纠错性能。例如，小包传输使用Polar码或RS码，大包传输则采用CRC级联Polar码，显著提升译码增益。RS码在突发干扰场景下比Polar码抗干扰能力高5-8dB@BLER=10⁻⁵，适用于工业控制等场景。
• 物理层HARQ重传机制：引入异步HARQ技术，支持最大4个HARQ进程，通过软信息合并（CC-HARQ）或扩展编码比特（IR-HARQ）提升重传效率。例如，编码块（CB）重传时仅重传错误部分，减少资源浪费。支持1ms时延ACK反馈和2ms重传合并，兼顾低时延与可靠性，相比传统ARQ吞吐量增益达13%-110%。
• 抗干扰与调度优化：采用快速无间断抗扰（FISA）和集中式调度（G节点管理T节点），避免传统轮询机制的冲突，提升抗多径衰落和多用户干扰能力。SLB模式通过超短帧（最小20MHz带宽）和跨层透传减少协议开销，单向时延低至20.833μs，可靠性达99.999%。
• 高精度同步与定位：支持微秒级同步精度（<1μs）和0.1米定位精度，适用于多声道音响同步、工业机械臂控制等场景。

2.3 精同步

星闪通过以下技术实现精准同步：

• 物理层帧结构优化：采用固定长度的超短帧（最小20MHz带宽），帧头仅包含必要的同步字段（如前导码、同步字），减少协议开销，缩短同步时间窗口。通过精确的符号级时间对齐（Symbol-Level Alignment），确保接收端能在首个符号内完成帧头捕获，同步误差控制在±1个符号周期以内（约0.5微秒）。
• 时间基准同步机制：设备内置高精度时钟源（如28MHz/32MHz晶振），通过硬件电路校准时钟偏差，确保本地时钟与全局时间基准的同步误差小于10ppm（即每秒误差1e-8）。在星型组网中，中心节点（G节点）广播高精度时间戳，终端设备（T节点）通过接收时间戳更新本地时钟，形成分布式同步网络，同步误差累积不超过1微秒。
• 协议层动态调整：通过前导码检测、动态偏移补偿和混合同步模式实现自适应时间补偿。利用广播信道的固定时隙（如 beacon帧）完成粗略时间对齐（误差±10微秒），通过数据帧中的时间戳字段进行微秒级精同步（误差±0.5微秒）。
• 抗干扰与信道估计：在每个帧的预导频（Pilot）字段插入已知的参考信号，接收端通过最小二乘法估计信道冲激响应（CIR），消除信道畸变对同步的影响。结合盲均衡算法（如BLELIC-ZF），在低信噪比（SNR）环境下仍能维持同步精度。采用梳状滤波器或Rake接收机分离多径信号，抑制反射波导致的时延扩展，确保主路径信号优先被捕获。

2.4 高并发

星闪通过以下技术实现高并发：

• 集中式调度架构：采用管理节点（G节点）集中控制终端节点（T节点），通过一发多收机制避免传统轮询冲突，实现资源高效分配。例如，在智能汽车场景中，G节点可同时管理数十个传感器节点的并发数据传输。
• 超短帧与OFDM波形优化：SLB模式采用20MHz带宽超短帧（最小帧长仅20MHz），减少协议开销，单帧处理时间缩短至20.833微秒，支持1毫秒内80用户并发数据传输。相比蓝牙的毫秒级时延，显著提升并发吞吐量。
• 多模式协同组网：SLB模式面向高速率场景（如车载降噪、无线投屏），支持4096台设备并发接入，峰值速率达900Mbps。SLE模式针对低功耗场景（如耳机、传感器），支持256用户接入，通过Polar码提升抗干扰能力，保障并发稳定性。两种模式互补形成“一标多模”架构，覆盖全场景并发需求。
• 硬件与协议协同优化：采用低功耗射频和智能天线设计，降低单设备能耗，支撑大规模设备持续接入。简化握手流程，结合快速无间断抗扰（FISA）和异步HARQ重传机制，减少重传延迟。例如，在工业控制中，SLB模式可实现百量级电芯级无线监测的毫秒级响应。

2.5 高安全

星闪通过以下技术实现高安全性：

• 传输层加密与完整性保护：采用AES-256加密算法对通信数据进行加密传输，并通过CRC校验码和Polar码结合的纠错机制保障数据完整性，防止窃听和篡改。SLB模式还支持双向身份认证，确保通信双方合法性。
• 设备安全防护：通过硬件信任根校验固件完整性，防止固件逆向工程和恶意刷写。采用安全域隔离密钥存储区域，并通过加壳混淆等技术防止逆向破解。支持防侧信道攻击设计，降低功耗、时序等物理特性泄露风险。
• 应用层安全控制：通过统一安全策略管理应用访问权限，防止越权操作。基于IP传输时采用TLS/TLCP协议，非IP场景由应用自定义安全机制。
• 抗干扰与抗攻击能力：通过动态协调信道资源抵御多径干扰和恶意信号干扰。通过时间戳验证和随机数机制防止重放攻击，数字车钥匙场景支持防中继攻击算法。
• 全生命周期安全保障：从芯片设计到系统部署，遵循星闪安全白皮书规范，覆盖设备认证、密钥管理、漏洞修复等全流程，确保端到端安全。

总结

随着国产化的发展，星闪顺应时代而诞生，作为新一代短距通信技术，展示了其独特的创新性与技术亮点。它利用（SLB/SLE）形成的双模架构实现了低时延、高可靠与低功耗的平衡。虽然一项新技术的诞生会面临诸多推广挑战，但星闪凭借国产化技术突破与场景适配优势，有望在万物互联时代成为下一代短距通信的主力标准之一。