朱貴偉 李博（北京空間科技信息研究所）

（續(xù)上期）

2 靈活有效載荷關(guān)鍵技術(shù)

靈活的處理技術(shù)

傳統(tǒng)通信衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)式有效載荷，衛(wèi)星不對(duì)用戶信號(hào)進(jìn)行處理，星上信號(hào)在不同波束之間的交換通過(guò)模擬濾波器和中頻交換矩陣完成。由于星上微波交換矩陣都是硬連接，其路由選擇方式是固定的，無(wú)法適應(yīng)業(yè)務(wù)量的變化，而且信號(hào)交換帶寬通常為1個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬，如36MHz、54MHz或者72MHz等，甚至以波束為單位進(jìn)行信號(hào)星上鉸鏈。如果要進(jìn)行較細(xì)粒度的交換，則交換矩陣的復(fù)雜度會(huì)顯著提高，往往超出了微波開(kāi)關(guān)矩陣的能力。

因此，為了實(shí)現(xiàn)波束間、子信道甚至單個(gè)用戶之間互聯(lián)互通的靈活性，提高衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，國(guó)外主要提出了兩種技術(shù)方案，一是數(shù)字透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，二是可再生處理技術(shù)，對(duì)應(yīng)了不同的信號(hào)處理級(jí)別，同時(shí)在成本、性能方面也各有優(yōu)劣，部分成果已得到應(yīng)用。

（1）數(shù)字透明處理

數(shù)字透明（Digital Transparent）處理技術(shù)最早由美軍在其“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）衛(wèi)星上采用，隨后也應(yīng)用于法、日、以等國(guó)的個(gè)別軍用/政府民用衛(wèi)星上，是一種具有星上處理能力的半透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，使用該技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)器也叫半再生式轉(zhuǎn)發(fā)器。此類轉(zhuǎn)發(fā)器一般由分路器/合路器、微波交換矩陣和星載交換控制器三部分組成，分路器對(duì)每個(gè)接收信號(hào)執(zhí)行數(shù)字信道化處理，星載交換控制器根據(jù)來(lái)自地面網(wǎng)絡(luò)控制中心的指令，對(duì)交換矩陣進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)信道之間的自由交換。網(wǎng)絡(luò)控制中心根據(jù)地面站用戶的請(qǐng)求情況，為每個(gè)用戶分配帶寬和信道資源，同時(shí)配置星載交換控制器，完成信號(hào)交換。該技術(shù)兼具傳統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)器和再生式轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)，既具有靈活可靠的特點(diǎn)，又可以支持較小粒度的交換，還規(guī)避了物理層信號(hào)體制的約束，增加了系統(tǒng)容量，滿足可變帶寬業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潇`活調(diào)整的需求。

歐洲泰雷茲-阿萊尼亞航天公司(TAS)為以色列阿莫斯－4（Amos－4）衛(wèi)星成功研制了Ku頻段靈活微波交換矩陣設(shè)備，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)任意單個(gè)信道輸入輸出之間的切換，支持多個(gè)輸入信道合成為1個(gè)輸入，同樣也可以支持1個(gè)信道向多個(gè)信道廣播。泰雷茲-阿萊尼亞航天公司共研制了2個(gè)版本的產(chǎn)品，設(shè)備質(zhì)量分別為9.5kg、8.7kg，工作頻率13～14.5GHz，噪聲系數(shù)17dB，工作溫度-10～65℃。

泰雷茲-阿萊尼亞航天公司研制的靈活微波交換矩陣產(chǎn)品

歐洲泰雷茲-阿萊尼亞航天公司在歐洲航天局(ESA)的“通信系統(tǒng)預(yù)先研究”(ARTES)計(jì)劃下開(kāi)展了靈活數(shù)字透明處理器（DTP）的研制工作，該產(chǎn)品具備數(shù)字濾波、信道路由與增益控制能力，支持20×20輸入/輸出端口之間任意互聯(lián)互通、實(shí)現(xiàn)多播和廣播功能，單個(gè)端口信號(hào)帶寬250MHz，可按照地面控制指令，實(shí)現(xiàn)信道帶寬、信道中心頻點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)等靈活調(diào)整。目前，該產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)試驗(yàn)鑒定和最終評(píng)審，支持空間客車(chē)－4000（Spacebus－4000）和“阿爾法”（Alphabus）等新一代衛(wèi)星平臺(tái)。

日本三菱電機(jī)公司（Melco）結(jié)合未來(lái)多波束、高通量衛(wèi)星的靈活應(yīng)用需求，2013年也研制出一種應(yīng)用于DS-2000衛(wèi)星平臺(tái)的新型數(shù)字透明處理器，該產(chǎn)品質(zhì)量約40kg，功耗300W，8×8輸入/輸出端口配置，單個(gè)端口信號(hào)帶寬40MHz，子信道帶寬2.5MHz，保護(hù)間隔0.25MHz，可以實(shí)現(xiàn)子信道之間靈活路由、頻率帶寬的靈活調(diào)節(jié)，具備較高的頻譜利用率。

印度空間研究組織（ISRO）的航天應(yīng)用中心也在2015年研制出一款數(shù)字透明處理器，支持8×8輸入/輸出端口，每個(gè)端口帶寬31.25MHz，對(duì)應(yīng)2個(gè)波束，子信道帶寬的調(diào)整步長(zhǎng)為976kHz，因此，單個(gè)端口可最多支持32路子信道，內(nèi)置的微波交換矩陣最大可以完成輸入/輸出256×256種子信道之間的靈活交換方案，支持單播、多播和廣播網(wǎng)絡(luò)通信功能，該處理器已經(jīng)通過(guò)測(cè)試鑒定，將為印度新一代的多波束高通量衛(wèi)星研制提供支持。

泰雷茲-阿萊尼亞航天公司研制的數(shù)字透明處理器主要性能

綜合來(lái)看，由于數(shù)字透明處理器雖然靈活度只能做到信道/子信道級(jí)別，但在技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度、質(zhì)量和功率消耗等方面相對(duì)可再生處理器較低，因而，國(guó)外主流制造商和運(yùn)營(yíng)商都比較看好此類產(chǎn)品在未來(lái)成本效益要求極高的高通量衛(wèi)星中應(yīng)用，加緊了相應(yīng)數(shù)字透明處理器的研制步伐，但總體而言，美歐制造商由于起步較早，產(chǎn)品性能（支持的靈活端口數(shù)、子信道顆粒度、交換能力等）領(lǐng)先于亞洲的新興制造商。

（2）可再生處理

可再生處理技術(shù)主要指通過(guò)解調(diào)、譯碼將下變頻后的接收信號(hào)變?yōu)榛鶐盘?hào)，經(jīng)過(guò)路由交換再對(duì)基帶信號(hào)編碼、調(diào)制的一種具備星上信號(hào)完全處理能力的技術(shù)。與單純完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的透明式轉(zhuǎn)發(fā)器相比，采用可再生處理技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分組交換，減少傳輸差錯(cuò)率，提高衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)效率，降低傳輸時(shí)延，改善交換性能等，充分發(fā)揮衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)。與數(shù)字透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)相比，可再生處理技術(shù)能夠?qū)⑿l(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的路由交換顆粒度降低至單個(gè)用戶級(jí)別，實(shí)現(xiàn)最大限度的靈活互聯(lián)互通和資源分配能力，支持網(wǎng)狀通信在內(nèi)的各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有效提升了衛(wèi)星容量。

目前，國(guó)外可再生處理式有效載荷研究集中在美、歐、日等國(guó)家和地區(qū)，在一些典型的衛(wèi)星系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，但在技術(shù)體制略有差別。

美國(guó)波音公司在其研制的太空之路－3（Spaceway－3）通信衛(wèi)星上，采用了靈活的分組交換式可再生處理轉(zhuǎn)發(fā)器。具體來(lái)看，該處理器的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，是將一個(gè)地面路由交換機(jī)的功能分解到衛(wèi)星終端、星載交換機(jī)和地面網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備共同完成，即從地面IP網(wǎng)絡(luò)用戶的角度看，終端相當(dāng)于路由器接口線卡，衛(wèi)星相當(dāng)于路由器核心交換背板，地面網(wǎng)控設(shè)備相當(dāng)于路由器協(xié)議控制軟件。地面IP用戶與終端之間是IP數(shù)據(jù)包交互，IP數(shù)據(jù)包進(jìn)入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)后，則轉(zhuǎn)換成了衛(wèi)星網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)包（相當(dāng)于IP包進(jìn)入一個(gè)IP路由器后，路由器內(nèi)部對(duì)IP包進(jìn)行分段、封裝等處理，轉(zhuǎn)換為內(nèi)部交換信元），并在星上進(jìn)行交換，到達(dá)出口終端（接口卡）再恢復(fù)為IP包，傳輸給用戶。

Spaceway－3衛(wèi)星可再生式衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)示意圖

歐洲泰雷茲-阿萊尼亞航天公司在研制的熱鳥(niǎo)－6（Hotbird－6）通信衛(wèi)星上搭載有一個(gè)Ka頻段有效載荷Skyplex，該載荷是一類特殊的靈活可再生處理式有效載荷，主要目的是在星上就能實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分類再生處理和混合復(fù)用，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)多媒體通信衛(wèi)星需要將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在地面業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心復(fù)用為一路單獨(dú)高速數(shù)據(jù)流再發(fā)至星上轉(zhuǎn)發(fā)的流程。Skyplex可通過(guò)解調(diào)、星載Turbo解碼器解碼后，對(duì)話音、數(shù)據(jù)、視頻等不同的上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流（包含6.111Mbit/s、6.875Mbit/s、7.333Mbit/s和 2.291Mbit/s數(shù) 據(jù)速率）進(jìn)行復(fù)用，成為符合DVB-S標(biāo)準(zhǔn)的55Mbit/s統(tǒng)一下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，減少了用戶終端成本，傳輸延時(shí)僅為原來(lái)的1/2。

泰雷茲-阿萊尼亞航天公司為2017年1月發(fā)射的西班牙衛(wèi)星－36W－1（Hispasat－36W－1）研制了一款名為“紅星”（Redsat）的可再生處理式載荷。該載荷可同時(shí)處理4條36MHz Ku頻段信道，對(duì)上行接收的DVB-RCS制式信號(hào)進(jìn)行去復(fù)用、解調(diào)、解碼等處理操作后，再轉(zhuǎn)為下行4路DVB-S2制式信號(hào)。同時(shí)，該處理器具備先進(jìn)的分路/合路能力，可合并以重新配置上行4路信道資源，支持16APSK、32APSK等多種高階調(diào)制方案以及自適應(yīng)調(diào)制編碼（ACM）等技術(shù)，可顯著增加轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜利用率，按照服務(wù)等級(jí)協(xié)議中規(guī)定的不同服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求為用戶交付差異化、靈活的寬帶服務(wù)。

Redsat載荷部件圖（左至右依次為接收處理器、發(fā)射處理器、下變頻器和濾波器組）

總體來(lái)看，星上可再生處理式載荷在支持靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、靈活的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理、用戶資源調(diào)度等方面，具備其他處理或透明轉(zhuǎn)發(fā)載荷所無(wú)法相比的優(yōu)勢(shì)。但由于進(jìn)行星上處理會(huì)大大增加載荷質(zhì)量和功率消耗，而且技術(shù)復(fù)雜度較高導(dǎo)致成本和研制周期也受影響，因此，目前來(lái)看，國(guó)外更多地是進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)試驗(yàn)，還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

軟件無(wú)線電技術(shù)①

① 王巍，張春磊.軟件定義有效載荷——通信衛(wèi)星未來(lái)發(fā)展方向.天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)微信公眾號(hào),2017-05-31.

軟件定義無(wú)線電（簡(jiǎn)稱軟件無(wú)線電）是指在一個(gè)開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件加載實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線電通信功能（如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式和通信協(xié)議等）。其核心設(shè)計(jì)理念是：集中使用寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換器并盡可能地靠近天線，使無(wú)線電功能具備軟件可編程能力。與前述的三大類技術(shù)領(lǐng)域不同，軟件無(wú)線電屬于一種新型、綜合性的通信技術(shù)，其應(yīng)用需要衛(wèi)星通信鏈路從射頻到基帶各個(gè)環(huán)節(jié)的配合，因而無(wú)法單一歸屬至某一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。針對(duì)傳統(tǒng)通信衛(wèi)星載荷在有效壽命期內(nèi)無(wú)法升級(jí)硬件和軟件的問(wèn)題，軟件無(wú)線電技術(shù)具備高靈活性及對(duì)更先進(jìn)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，提供了一種全新的解決思路。

近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，利用軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信應(yīng)用，已經(jīng)逐步克服太空環(huán)境（如單粒子效應(yīng)）和尺寸、質(zhì)量和功率（SWaP）的限制等因素的影響，國(guó)外主要在歐洲和美國(guó)大力投入下取得了一些研究成果，但兩國(guó)在關(guān)注的重點(diǎn)上有所差別。

（1）歐洲“軟件定義有效載荷”

歐洲航天局是較早開(kāi)展軟件無(wú)線電技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)構(gòu)。2008年，該機(jī)構(gòu)提出“軟件定義有效載荷”（SDP）的概念，“軟件定義有效載荷”由星載硬件和軟件技術(shù)組成，可以在飛行中針對(duì)多種不同的通信場(chǎng)景重構(gòu)載荷功能，降低剛性配置載荷的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高有效載荷的可再生能力。其硬件組成包括可重構(gòu)綜合寬帶天線、天線開(kāi)關(guān)陣、軟件無(wú)線電處理平臺(tái)。

支持軟件定義有效載荷的通信載荷結(jié)構(gòu)功能組成框圖

其中，①可重構(gòu)發(fā)射/接收天線前端可實(shí)現(xiàn)波束形狀和覆蓋區(qū)域的重構(gòu)，由覆蓋各頻段的單副或多副天線組成的天線陣構(gòu)成，其中，發(fā)射天線需要多端口放大器的支持。②天線開(kāi)關(guān)陣作為輔助設(shè)備來(lái)完成射頻信號(hào)的分配，把各頻段天線接收到的信號(hào)，根據(jù)任務(wù)要求饋入到軟件無(wú)線電處理平臺(tái)的射頻輸入端，以進(jìn)行后續(xù)處理。③軟件無(wú)線電處理平臺(tái)作為“軟件定義有效載荷”的核心，采用混合工作模式：在數(shù)字透明轉(zhuǎn)發(fā)體制下，采用專用集成電路（ASIC）實(shí)現(xiàn)數(shù)字信道化和波束成形的部分重構(gòu)功能，嵌入到ASIC元器件中的數(shù)字信號(hào)處理軟件能夠根據(jù)地面指令，控制數(shù)字波束成形系數(shù)和分頻器設(shè)置，從而改變波束構(gòu)型、頻率復(fù)用方案以及波形頻率分配；在可再生處理體制，主要依賴基于抗輻射現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）的軟件平臺(tái)，處理信號(hào)的調(diào)制解調(diào)/編碼譯碼/多址接入體制等，可通過(guò)在軌重新加載部分軟件，就能支持最新的波形和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)能力更新。

在歐洲航天局的ARTES 3.4計(jì)劃支持下，加拿大通信設(shè)備公司（COM DEV）歐洲分公司基于上述理念，研制出了基于軟件無(wú)線電的S頻段測(cè)控通信轉(zhuǎn)發(fā)器。該轉(zhuǎn)發(fā)器采用了基于FPGA的軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)，支持不同的調(diào)制方案和數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠適應(yīng)不同任務(wù)類型和任務(wù)階段的需求。

（2）美國(guó)哈里斯公司AppSTAR體系結(jié)構(gòu)

哈里斯公司（Harris）在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的“空間通信與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)”（SCaN）計(jì)劃下開(kāi)發(fā)出一種稱為“AppSTAR”的軟件無(wú)線電有效載荷體系結(jié)構(gòu)，支持處理單元的完全或部分重構(gòu)。AppSTAR基于高性能的FPGA處理器和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），利用靈活的軟件實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)能力，使載荷的任務(wù)性能可隨著未來(lái)的需求改變而升級(jí)。該體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分是一個(gè)高度靈活的信號(hào)處理系統(tǒng)和一套通用的軟件基礎(chǔ)單元，通過(guò)為通用的軟件應(yīng)用接口（API）開(kāi)發(fā)可移植的應(yīng)用和波形，與硬件完全分離，實(shí)現(xiàn)第三方的可重復(fù)編程。AppSTAR體系結(jié)構(gòu)由通用處理器子系統(tǒng)、信號(hào)處理子系統(tǒng)和射頻前端電子系統(tǒng)三部分組成。

哈里斯公司研制的軟件定義ADS-B系統(tǒng)相控陣天線

目前，該公司已研制出2個(gè)版本處理器產(chǎn)品，分別為V4可重構(gòu)空間處理器（V4 RSM）和空間集成處理器－100（SiP－100）。前者集成了抗輻射的FPGA、通用數(shù)字信號(hào)處理、256Mbit的內(nèi)存和靈活的輸入輸出接口等，特別適用于空間環(huán)境。在NASA的SCaN計(jì)劃中，哈里斯公司承制的Ka頻段軟件無(wú)線電臺(tái)就集成了V4 RSM處理器，具有在軌重復(fù)編程、抗輻射信號(hào)處理能力，通信速率可超過(guò)100Mbit/s。2012年，該設(shè)備成功開(kāi)展了測(cè)試和演示驗(yàn)證任務(wù)。

此外，在“下一代銥星”（Iridium NEXT）系統(tǒng)上搭載了艾瑞恩公司（Aireon）的天基廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）接收機(jī)，該接收機(jī)即采用AppSTAR體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可接收來(lái)自飛機(jī)的ADS-B數(shù)據(jù)，并經(jīng)由ADS-B地面站提供給空中導(dǎo)航服務(wù)供應(yīng)商，服務(wù)響應(yīng)時(shí)間可縮減至2s以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)完整覆蓋全球的近實(shí)時(shí)、高頻率、高精度的飛機(jī)位置監(jiān)視。2015年，哈里斯公司為安瑞恩公司（Aireon）制造了用于ADS-B系統(tǒng)的軟件定義相控陣天線，體式安裝于載荷表面。該天線具備靈活的功能：天線方向圖可以完全由軟件定義，只需從地面向其加載相應(yīng)軟件即可；在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，天線波束可隨時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

總結(jié)來(lái)看，軟件無(wú)線電技術(shù)的可重構(gòu)性特征，使其得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，國(guó)外近年來(lái)開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了多類航天任務(wù)的軟件定義有效載荷，在相關(guān)技術(shù)上取得了巨大的進(jìn)步。但由于空間環(huán)境約束，通信衛(wèi)星軟件定義載荷的發(fā)展落后于地面的通信系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的星載軟件無(wú)線電還有諸多工作要做。

3 主要趨勢(shì)特點(diǎn)分析

多波束天線助推覆蓋靈活性，有源相控陣發(fā)展?jié)摿薮?/h3>

從星載天線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著高通量衛(wèi)星系統(tǒng)的快速發(fā)展，采用多波束天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)多次頻率和極化復(fù)用從而成倍地提高衛(wèi)星容量，已經(jīng)成為重點(diǎn)的技術(shù)方向。而多波束天線在天基/地基波束形成、波束重構(gòu)、波束掃描以及波束跳變等方面具備很強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用潛力，對(duì)不規(guī)則區(qū)域的覆蓋具有明顯優(yōu)勢(shì)，使其成為促進(jìn)未來(lái)通信衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)波束覆蓋靈活性的關(guān)鍵。在目前的多波束天線方案中，饋電陣列反射面和有源相控陣都獲得了應(yīng)用，相對(duì)而言，有源相控陣天線可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高增益跳變覆蓋，性能更加靈活，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度也較大。但近年來(lái)隨著微波集成、低溫共燒陶瓷等基礎(chǔ)工藝以及一些關(guān)鍵器件和先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，此類天線的研制成本已在逐步降低，隨著低軌通信星座建設(shè)熱潮的推進(jìn)，在更適合相控陣應(yīng)用的低軌系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn)，將進(jìn)一步削減成本，推動(dòng)更廣泛的應(yīng)用。

星上信號(hào)處理向數(shù)字域遷移，推動(dòng)靈活性效果不斷提升

如前所述，通信衛(wèi)星在模擬和數(shù)字波束成形網(wǎng)絡(luò)選擇上的不同，對(duì)載荷的靈活性產(chǎn)生較大影響。事實(shí)上，從地面通信系統(tǒng)的發(fā)展情況來(lái)看，數(shù)字化技術(shù)在信號(hào)傳輸、處理方面的兼容性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性都要明顯優(yōu)于模擬系統(tǒng)，而在生產(chǎn)制造方面，數(shù)字系統(tǒng)的重復(fù)生產(chǎn)要比模擬系統(tǒng)容易的多。對(duì)于衛(wèi)星而言，傳統(tǒng)的透明轉(zhuǎn)發(fā)式載荷由于僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、變頻、放大等操作，采用數(shù)字化方案的優(yōu)勢(shì)并不明顯，但隨著星上處理要求的不斷增加，如調(diào)制解調(diào)、編碼譯碼、變頻和濾波等功能也都可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器完成，這樣原來(lái)需要用多個(gè)硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能模塊就可以集成在一個(gè)硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，大幅減少硬件規(guī)模，節(jié)約星上質(zhì)量消耗，提升系統(tǒng)效率。此外，數(shù)字信號(hào)處理芯片的處理能力也更強(qiáng)，下一代星載數(shù)字處理器將能支持?jǐn)?shù)百吉赫茲的通信容量，也將支持載荷實(shí)現(xiàn)更好的靈活效果。

星載器件抗輻射性穩(wěn)步提升，SDP恐顛覆載荷研制方式

隨著軟件無(wú)線電支持性能靈活升級(jí)的作用和效果在地面通信系統(tǒng)中日益顯現(xiàn)，國(guó)外針對(duì)空間輻射環(huán)境（特別是單粒子效應(yīng)）中此類載荷應(yīng)用的研究也不斷加深，目前已有一些對(duì)抗單粒子反轉(zhuǎn)的成熟技術(shù)手段，包括擦洗/重寫(xiě)、硬件/軟件冗余、糾錯(cuò)編碼/電路以及硬件動(dòng)態(tài)重構(gòu)等方法，研制出了一些專門(mén)適應(yīng)于太空環(huán)境的FPGA產(chǎn)品，未來(lái)在通信衛(wèi)星中的應(yīng)用將進(jìn)一步加深。軟件無(wú)線電技術(shù)為通信衛(wèi)星載荷帶來(lái)的不僅僅是服務(wù)能力上的靈活性，在衛(wèi)星研制方面也將產(chǎn)生巨大效益。對(duì)制造商來(lái)說(shuō)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，由于基于軟件無(wú)線電的載荷硬件的通用性更好，產(chǎn)品更易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，有利于通過(guò)生產(chǎn)線的方式進(jìn)行批量化的研制生產(chǎn)，可以大大降低投資風(fēng)險(xiǎn)。因此，一旦得到成熟應(yīng)用，將在一定程度上顛覆現(xiàn)有的針對(duì)一個(gè)部件建立單一生產(chǎn)線的模式，極大地提升制造商的制造水平。

傳統(tǒng)微波載荷瓶頸逐步顯現(xiàn)，微波光子技術(shù)或成新趨向

前述的所有靈活性都集中在傳統(tǒng)的微波領(lǐng)域，而近年來(lái)國(guó)外甚至國(guó)內(nèi)開(kāi)始關(guān)注通過(guò)星上光域的載荷技術(shù)實(shí)現(xiàn)一定的靈活性。究其原因，主要是隨著通信衛(wèi)星載荷小型化、輕量化、大容量、高速處理轉(zhuǎn)發(fā)等趨勢(shì)發(fā)展，傳統(tǒng)電域微波信號(hào)處理與傳輸技術(shù)在有效載荷系統(tǒng)中的局限日益凸顯，如微波變頻載荷的多級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、隔離度低，高頻微波信號(hào)傳輸載荷的損耗高、質(zhì)量重，微波交換與處理載荷的電磁干擾等。因此，通過(guò)引入微波光子技術(shù)克服傳統(tǒng)電域微波信號(hào)處理與傳輸?shù)木窒?，可以在完成相同功能的基礎(chǔ)上節(jié)省大量空間，還可以升級(jí)衛(wèi)星容量（至數(shù)十波束），而光域波分復(fù)用（WDM）技術(shù)也可以應(yīng)用于載荷中，進(jìn)一步提高靈活的交叉連接能力，使載荷通信容量和性能更優(yōu)于傳統(tǒng)微波載荷。目前，在歐洲航天局的支持下，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司已經(jīng)在該領(lǐng)域開(kāi)展了大量工作，開(kāi)發(fā)了一整套靈活的微波光子產(chǎn)品，并進(jìn)行了地面演示驗(yàn)證；美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）以及哈里斯公司也進(jìn)行了相應(yīng)研究。未來(lái)，該技術(shù)在構(gòu)建靈活轉(zhuǎn)發(fā)器方面將具備更大的發(fā)展空間。(續(xù)完)