一文解讀軟件定義的有效載荷及通信衛(wèi)星未來發(fā)展方向

　　軟件定義的適用

　　軟件定義意味著所有關(guān)鍵的非服務(wù)器IT基礎(chǔ)設(shè)施都可以通過軟件實(shí)現(xiàn)，伴隨著效率、自動(dòng)化、靈活性與服務(wù)質(zhì)量的提升增益。在流行的SDDC版本中，完整的數(shù)據(jù)中心幾乎所有的資源都可以通過軟件定義，完全托管在虛擬化計(jì)算環(huán)境中。

　　軟件定義這個(gè)詞同樣適合用于整個(gè)服務(wù)資源。只要擁有支持SDN的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，適用于軟件定義基礎(chǔ)設(shè)施的硬件與固件解決方案必然會(huì)出現(xiàn)。換句話說，軟件定義模塊化的物理資源池將被精心配置，用以實(shí)現(xiàn)彈性調(diào)整、動(dòng)態(tài)分配與可編程配置。

　　軟件定義有效載荷概述

　　軟件定義有效載荷以軟件無線電通用硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過軟件來定義其功能。支持軟件定義有效載荷的通信載荷結(jié)構(gòu)功能組成框圖如圖1所示，其硬件組成一般包括可重構(gòu)綜合寬帶天線、天線開關(guān)陣、軟件無線電處理平臺(tái)。

　　可重構(gòu)接收天線前端可以實(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。天線開關(guān)陣作為輔助設(shè)備來完成射頻信號(hào)的分配，把各頻段天線接收到的信號(hào)，根據(jù)任務(wù)要求饋入到軟件無線電處理平臺(tái)的射頻輸入端，以進(jìn)行后續(xù)處理。

　　軟件無線電處理平臺(tái)作為軟件定義有效載荷的核心，在其射頻完成對(duì)信號(hào)的濾波/放大和頻率變換，將射頻信號(hào)變換為寬帶中頻信號(hào)；在其數(shù)字信號(hào)處理單元完成寬帶中頻信號(hào)的數(shù)字化，并通過信號(hào)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，完成與之對(duì)應(yīng)的不同任務(wù)功能。在星載軟件有效載荷中，利用專用集成電路（ASIC）可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字波束成形（DBF）和信道化的部分重構(gòu)功能，而嵌入到ASIC元器件中的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）軟件則能夠根據(jù)地面指揮控制系統(tǒng)的指令來實(shí)現(xiàn)需要的太空重構(gòu)能力。這樣盡管ASIC設(shè)計(jì)不能在飛行中進(jìn)行更改，但是通過在地面控制數(shù)字波束成形系數(shù)和分頻器設(shè)置也能夠改變衛(wèi)星波束布局、頻率復(fù)用方案以及波形的頻率分配。

　　圖1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

　　可重構(gòu)計(jì)算機(jī)是軟件無線電處理平臺(tái)的重要組成部分，為軟件定義有效載荷提供與外部設(shè)備的接口，并實(shí)現(xiàn)與外部高速數(shù)據(jù)輸入或輸出的交換。可重構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成如圖2所示，包括單個(gè)或多個(gè)航天認(rèn)證FPGA，這是主要的處理和交換設(shè)備；耐輻射邏輯設(shè)備，用于初始配置，并對(duì)由輻射引發(fā)的單粒子效應(yīng)（SEE）給FPGA造成的配置錯(cuò)誤進(jìn)行后續(xù)的檢測(cè)和糾正；耐單粒子效應(yīng)的配置內(nèi)存；耐輻射微控制器，用于管理可重構(gòu)計(jì)算機(jī)的操作及外部控制接口。國外針對(duì)單粒子效應(yīng)做了許多研究，目前已經(jīng)出現(xiàn)了能夠在輻射環(huán)境中運(yùn)行的高性能FPGA，這使基于FPGA的可重構(gòu)軟件定義有效載荷的實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。

　　圖2可重構(gòu)計(jì)算機(jī)（RCC）的組成

　　有效載荷應(yīng)用實(shí)例

　　（1）AppSTARTM軟件定義有效載荷體系結(jié)構(gòu)

　　AppSTARTM軟件定義有效載荷體系結(jié)構(gòu)以模塊化軟件定義無線電和NASA發(fā)布的天基SDR體系STRS（SpaceTelecommunicationsRadioSystem）為基礎(chǔ)，由美國哈里斯公司基于XilinxVirtex4FPGA開發(fā)。AppSTARTM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)，使載荷的任務(wù)性能可隨著未來的需求改變而升級(jí)。

　　AppSTARTM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，通過為通用的軟件應(yīng)用接口（API）開發(fā)可移植的應(yīng)用和波形，與硬件完全分離，實(shí)現(xiàn)第三方的可重編程。AppSTARTMAppSTAR軟件定義有效載荷由通用處理（GPP）子系統(tǒng)、數(shù)字處理子系統(tǒng)和射頻前端組成。

　　AppSTARTM有效載荷體系結(jié)構(gòu)

　　通用處理器子系統(tǒng)包括通用處理器、數(shù)字I/O卡和功率轉(zhuǎn)換器。通用處理器控制有效載荷的運(yùn)行，并具有加載波形或配置數(shù)據(jù)的功能，它由一組通用的軟件架構(gòu)組成，通過一系列互相兼容的接口來配置、管理和控制系統(tǒng)硬件資源，提供基本的系統(tǒng)管理功能。數(shù)字I/O卡提供與平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)接口，并可根據(jù)特殊應(yīng)用的獨(dú)特需求進(jìn)行定制。功率轉(zhuǎn)換器將外部電源轉(zhuǎn)換為合適的電壓，為無線電系統(tǒng)提供所需的電源。

　　射頻前端電子設(shè)備通常是來自數(shù)字子系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立組件包，可以將射頻功能放置在離孔徑更近的地方，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

　　數(shù)字處理子系統(tǒng)是AppSTARTM概念的核心，它的配置決定了有效載荷的功能。信號(hào)處理子系統(tǒng)基于XilinxVirtex4FPGA，具有高度的波形變換靈活性，以及完成多種空間任務(wù)的能力，包括通信和視頻轉(zhuǎn)播，還可以為下一代通信系統(tǒng)提供所需的處理功能。

　　下面介紹哈里斯公司軟件定義有效載荷概念的核心V4可重構(gòu)星載處理器（V4RSP），V4可重構(gòu)星載處理器是Xilinx公司持續(xù)開展一系列抗輻射可重構(gòu)處理元件研究所取得的最新成果，它包括信號(hào)接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，適合太空環(huán)境。它在一個(gè)傳導(dǎo)冷卻的6U緊湊PCI中集成了高性能Virtex-4FPGA（256GOPS）、1GLOP通用DSP（SMJ320C6701）、256MBRAM、靈活的標(biāo)準(zhǔn)IO（IEEE1149.1JTAG）、雙Spacewire總線、4個(gè)1000CX2.5Gb串口和抗單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）規(guī)避邏輯單元，經(jīng)過演示驗(yàn)證，總的放射能劑量強(qiáng)度超過30Krad，功耗約為30W。應(yīng)用軟件裝載在SDRAM（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）中，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可以將SDRAM分配到幾個(gè)應(yīng)用（一般是16個(gè)）中，也能根據(jù)授權(quán)在任務(wù)過程中對(duì)SDRAM“隨意”進(jìn)行重編程來實(shí)現(xiàn)更新。

　　使用V4星載處理器的軟件定義有效載荷可實(shí)現(xiàn)FPGA波形移植和第三方開發(fā)，同時(shí)確保該應(yīng)用不會(huì)對(duì)航天器中的硬件和其他有效載荷造成影響。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，哈里斯公司設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一系列硬件描述語言（HDL）模塊，用于抽象軟件無線電中的硬件細(xì)節(jié)，并為有效載荷開發(fā)人員和任務(wù)規(guī)劃人員提供標(biāo)準(zhǔn)接口。硬件抽象是開發(fā)軟件定義平臺(tái)的關(guān)鍵，能夠提升可擴(kuò)展性，方便新應(yīng)用開發(fā)，便于用戶在遙感應(yīng)用和通信應(yīng)用中使用V4星載處理器。

　　AppSTARTM軟件定義有效載荷已經(jīng)在一些太空系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，例如高速Ka波段軟件無線電臺(tái)（SDR）、合成孔徑雷達(dá)和廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）接收機(jī)等。

　?。?）Ka波段軟件無線電臺(tái)（SDR）

　　在NASASCaN計(jì)劃（由通信、導(dǎo)航和組網(wǎng)可重構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)（CoNNeCT）項(xiàng)目更名而來）的支持下，哈里斯公司利用其現(xiàn)有的軟件定義有效載荷體系結(jié)構(gòu)開發(fā)了高數(shù)據(jù)率的Ka波段軟件無線電臺(tái)。Ka波段軟件定義電臺(tái)是一種工作在Ka波段上的完全可重編程、可重配置軟件定義電臺(tái)，其具有高度模塊化的硬件和軟件體系結(jié)構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署。它具有在軌重編程、抗輻射信號(hào)處理能力，通信速率可超過100Mbps。

　　Ka波段無線電臺(tái)基于AppSTAR軟件定義有效載荷體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是首個(gè)與NASA天基無線通信系統(tǒng)的軟件無線電體系標(biāo)準(zhǔn)STRS（天基遠(yuǎn)程通信無線電系統(tǒng)）體系結(jié)構(gòu)兼容的Ka波段可重構(gòu)軟件定義電臺(tái)。電臺(tái)的硬件平臺(tái)、軟件和波形應(yīng)用適應(yīng)STRS操作環(huán)境（OE）。STRSOE為所有應(yīng)用提供開放式、可擴(kuò)展的架構(gòu)以及STRS標(biāo)準(zhǔn)定義的一套通用軟件接口（API），加載STRSOE后，軟件定義電臺(tái)就能從本地存儲(chǔ)器載入波形應(yīng)用，這樣就能通過開放式的體系結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)有的太空資產(chǎn)增加新的應(yīng)用和特征。模塊化的體系結(jié)構(gòu)除了便于軟件更新，還便于硬件擴(kuò)展，允許新的硬件技術(shù)插入，更利于在軌資產(chǎn)未來的升級(jí)。

　　Ka波段軟件無線電臺(tái)主要的有效載荷安裝在具有6U緊湊PCI開放標(biāo)準(zhǔn)底盤的飛行機(jī)箱內(nèi)。V4處理器的FPGA通過數(shù)字處理器提供盡可能多的無線電功能。數(shù)字化無線電臺(tái)采用中頻波形直接采樣、數(shù)字增益控制算法、多普勒跟蹤濾波器、微調(diào)頻率調(diào)整、錯(cuò)誤編碼、隨機(jī)選擇及其他調(diào)制解調(diào)器功能。

　　2012年，Ka波段軟件無線電臺(tái)通過測(cè)試和演示驗(yàn)證獲得了系統(tǒng)飛行認(rèn)證資質(zhì)，處于8級(jí)技術(shù)成熟度（TRL8），2012年9月，NASA稱正在使用Ka波段軟件無線電臺(tái)在SCaN測(cè)試床上進(jìn)行研究和技術(shù)驗(yàn)證。V4可重構(gòu)星載處理器作為Ka波段軟件無線電臺(tái)的一部分也會(huì)接受測(cè)試。

　?。?）Aireon天基廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）接收機(jī)

　　Aireon公司的天基廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）接收機(jī)是基于衛(wèi)星的全球飛機(jī)跟蹤系統(tǒng)的組成部分，包括業(yè)務(wù)星和備份星在內(nèi)的全部81顆銥星下一代（IridiumNext）衛(wèi)星都將搭載ADS-B接收機(jī)。在即將于2016年開始發(fā)射的共計(jì)72顆銥星下一代在軌衛(wèi)星中會(huì)全部安裝AireonADS-B接收機(jī)。接收機(jī)將采用AppStar有效載荷平臺(tái)，可接收來自飛機(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Aireon公司制造了用于廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）系統(tǒng)的軟件定義相控陣天線載荷，如圖4所示。該載荷具備如下功能：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)過程中，天線波束可隨時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

　　軟件定義衛(wèi)星“量子”

　　由歐空局（ESA）、歐洲通信衛(wèi)星公司和空客防務(wù)與航天公司共同開發(fā)的“量子”是載有軟件可重構(gòu)載荷的試驗(yàn)型通信衛(wèi)星。“量子”類衛(wèi)星能夠完全實(shí)現(xiàn)在軌可重構(gòu)。一旦發(fā)射到空間，這種“變色龍”一樣的衛(wèi)星就能夠自我調(diào)整以適應(yīng)覆蓋范圍、頻段、功率上的新需求，甚至能改變軌道位置。這種能力使它成為首個(gè)服務(wù)全球各個(gè)區(qū)域的“世界衛(wèi)星”，用戶無需購買和發(fā)射新的衛(wèi)星，就可以通過它獲得新的業(yè)務(wù)。它能夠在Ku頻段上實(shí)現(xiàn)軟件定義的“接收”和“發(fā)射”功能，還具有干擾探測(cè)和干擾減輕能力。創(chuàng)新的軟件定義“量子”類衛(wèi)星將為來自政府、移動(dòng)和數(shù)據(jù)市場(chǎng)的用戶建立起包括覆蓋范圍、帶寬、功率和頻率配置等在內(nèi)的一系列新標(biāo)準(zhǔn)。

　　2014年12月，薩里衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）研制的創(chuàng)新型小型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)被選擇用于研制首顆“量子”通信衛(wèi)星，并計(jì)劃2018年發(fā)射?！傲孔印睂⑹撬_里公司的首顆地球靜止軌道衛(wèi)星，其設(shè)計(jì)基于薩里“地球靜止迷你衛(wèi)星平臺(tái)”（GMP-T），設(shè)計(jì)壽命15年，載荷功率7千瓦，載荷質(zhì)量450千克。

　　2015年7月9日，歐洲通信衛(wèi)星公司和歐洲航天局簽訂合同，研制歐洲通信衛(wèi)星公司“量子”的新一代衛(wèi)星載荷，朝實(shí)現(xiàn)完全軟件定義衛(wèi)星又邁進(jìn)了一步。

　　2016年3月17日，薩里衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）宣稱已經(jīng)制造其首顆地球靜止軌道衛(wèi)星GMP-T。在英國漢普郡Bordon的SSTL集成工廠，已經(jīng)開始生產(chǎn)等離子插入中心管的碳質(zhì)外殼和金屬接口環(huán)，后續(xù)還將生產(chǎn)其他關(guān)鍵組件和模塊。

　　星載軟件定義有效載荷關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)展

　　星載軟件定義有效載荷的發(fā)展涉及到許多關(guān)鍵領(lǐng)域，例如標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議、ASIC、DSP和FPGA技術(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)等，下面介紹國外對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的一些研究進(jìn)展。

　　1、抗輻射的ASIC技術(shù)

　　專用集成電路（ASIC）是軟件定義無線電的重要組件。Aeroflex公司開發(fā)的UT90nHBD采用抗輻射的90nm互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝，該項(xiàng)目開始于2011年，本預(yù)計(jì)2014年結(jié)束。根據(jù)通用動(dòng)力公司的研究，在SCaN計(jì)劃的所有備選ASIC技術(shù)中，UT90nHBD的邏輯密度和速度最高，功耗最低。2015年初，UT90nHBD在端到端環(huán)境中進(jìn)行原型驗(yàn)證（技術(shù)就緒6級(jí)）。將UT90nHBD與其他高性能抗輻射元件結(jié)合是未來SDR平臺(tái)上非可重編程部分的發(fā)展方向。

　　2、FPGA技術(shù)

　　空間的輻射環(huán)境會(huì)給硬件元件帶來處理誤差，因此必須考慮星載可重編程硬件的可靠性，可以利用采取抗輻射措施的ASIC或一次性可重編程FPGA來減輕輻射影響，但它們不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)“真正的軟件無線電可重構(gòu)硬件”概念。

　　Xilink公司與空軍研究實(shí)驗(yàn)室共同開發(fā)了空間應(yīng)用的Virtex-5QV（V5QV），這種型號(hào)由商用XilinxVirtex5FPGA增加了抗輻射單元演變而來。V5QV應(yīng)用65nmCMOS工藝，可提供1500的等效ASIC門數(shù)。V5QV包括超過80000個(gè)抗單粒子翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器和10000比特的塊隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），此外它還能提供先進(jìn)的DSP時(shí)鐘發(fā)生和IO特征技術(shù)。

　　可重編程FPGA技術(shù)基于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)（SRAM），并具有可變性，因此需要可編程圖像的外部存儲(chǔ)。在航天飛行應(yīng)用中，一般使用增強(qiáng)輻射性的永久存儲(chǔ)技術(shù)，例如電可擦可編程制度存儲(chǔ)器（EEPROM）、計(jì)算隨機(jī)存儲(chǔ)器（CRAM）或多組隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM）。V5QV的可編程圖像大約為50M比特。隨著技術(shù)的發(fā)展，將來會(huì)需要使用多種永久性存儲(chǔ)設(shè)備。

　　在SDR平臺(tái)上擴(kuò)展可重構(gòu)數(shù)字邏輯單元的處理能力，將V5QV與其他更高性能的抗輻射FPGA元件結(jié)合是未來的重要發(fā)展方向。

　　3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器技術(shù)

　　耐輻射的航天應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的發(fā)展要落后于ASIC技術(shù)，但近年來轉(zhuǎn)換器最大采樣率、有效比特?cái)?shù)（ENOB）、模擬輸入輸出帶寬和功耗得到提高，這種改善能夠共同實(shí)現(xiàn)新的星上處理信號(hào)處理架構(gòu)和更小的尺寸重量與功耗。截止到2015年，最新的模擬設(shè)備AD9467能在250MHz頻點(diǎn)上達(dá)到13個(gè)有效比特?cái)?shù)。這樣的性能足夠支持使用高達(dá)500MHz的信息帶寬，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換和子帶定義濾波。

　　為滿足SCaN計(jì)劃的目標(biāo)，ADC/DAC元件的未來發(fā)展主要是擴(kuò)展頻段（S、X、Ku、Ka波段，甚至是光學(xué)頻段），支持更寬頻段的信號(hào)以及獲得更低的比特誤碼率。

　　通信衛(wèi)星發(fā)展的六大趨勢(shì)

　　1）高頻段

　　近年隨著毫米波器件的成熟，通信衛(wèi)星的工作頻段已全面進(jìn)入Ka時(shí)代［4］，未來將向更高頻段發(fā)展，新一代的通信衛(wèi)星大多帶有Ka轉(zhuǎn)發(fā)器，2011年歐洲發(fā)射的Ka-Sat是全球第一顆全Ka轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星，它標(biāo)志著Ka轉(zhuǎn)發(fā)器正式成為通信衛(wèi)星的主要載荷。目前L、C、S波段已非常擁擠頻段且容量有限，隨著毫米波TR組件的發(fā)展，通信衛(wèi)星必然向Ka頻段和更高的V（美國AEHF）頻段發(fā)展。高頻載波的信息容量更大，能夠提供更高的帶寬，并且能夠?qū)崿F(xiàn)終端小型化，WINDS衛(wèi)星終端采用45cm（HPA1W）天線完成155Mbps信息速率的傳輸。

　　2）高帶寬

　　隨著地面網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，視頻、圖片、大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已成為通信業(yè)務(wù)的主流，下一代衛(wèi)星需要與地面網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，因此新一代衛(wèi)星載荷也朝著寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展，新一代衛(wèi)星如SpaceWay3、WINDS［2］、Ka-Sat、Via-Sat均提供Mbps甚至Gbps量級(jí)的傳輸速率。

　　3）高增益點(diǎn)波束

　　不同于傳統(tǒng)的廣播衛(wèi)星，目前所有通信衛(wèi)星全都采用多波束技術(shù)，通過空分復(fù)用增大通信容量，提高頻譜資源的利用率。復(fù)用率取決于波束數(shù)量和波束寬度，因此高增益窄波束是未來通信衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)。高增益天線可以提高衛(wèi)星G/T值，簡化了地面終端設(shè)備，使其小型化。而通信終端的體積一直是限制其使用范圍的關(guān)鍵因素。

　　4）GEO和LEO相結(jié)合

　　GEO衛(wèi)星覆蓋范圍較廣，3-4顆衛(wèi)星可以覆蓋全球，但GEO衛(wèi)星通信延遲較大，傳統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星延遲超過0.5ms，用于網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)，無法適應(yīng)用戶需求。GEO衛(wèi)星由于入射角的原因，容易被城市建筑或山體遮擋，如汶川地震時(shí)僅有銥星系統(tǒng)能夠全天候使用。LEO衛(wèi)星通信延遲小，與地面的蜂窩通信相近，同一地區(qū)可同時(shí)被3顆星覆蓋，可避免信號(hào)被遮擋，如汶川地震時(shí)僅有銥星系統(tǒng)能夠全天候使用。但LEO衛(wèi)星覆蓋范圍小，需要幾十顆才能覆蓋全球，遠(yuǎn)距離通信通過星間鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，星間鏈路復(fù)雜度高，Globalstar星座為節(jié)約成本而沒有設(shè)計(jì)星間鏈路。未來衛(wèi)星通信將采用GEO和LEO相結(jié)合的形式，LEO衛(wèi)星負(fù)責(zé)提供用戶接入服務(wù)，LEO星座通過少量GEO衛(wèi)星組網(wǎng)，降低星間組網(wǎng)的復(fù)雜度和傳輸延遲，目前有美國的GPS采用這種模式。

　　5）星上再生處理和IP交換

　　星上再生處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)用戶間一跳通信，降低通信延遲，可隔離上下行的干擾，消除上行鏈路噪聲，提高星地鏈路約3dB信噪比。再生處理還可以簡化星上轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計(jì)，降低星上載荷功耗和重量。通過識(shí)別用戶報(bào)文中的地址信息，可以實(shí)現(xiàn)不同波束之間的用戶交換。再生處理的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)IP交換，能夠?qū)⑿l(wèi)星直接接入辦公室和家庭網(wǎng)絡(luò)中，極大地?cái)U(kuò)展了衛(wèi)星通信的市場(chǎng)領(lǐng)域，因此，西方國家的政府和衛(wèi)星制造與經(jīng)營者都極為重視它的發(fā)展。近年歐美新生的衛(wèi)星中，幾乎都采用了星上處理技術(shù)。

　　6）星間鏈路

　　星上處理和交換技術(shù)的廣泛使用將弱化地面站的作用，遠(yuǎn)距離的轉(zhuǎn)發(fā)將過星間鏈路傳輸，星間鏈路將采用V波段、W波段和激光傳輸，傳輸帶寬達(dá)到GB量級(jí)。目前美國的軍用和民用衛(wèi)星大多具有星間傳輸功能。

　　總結(jié)

　　軟件無線電技術(shù)的可重構(gòu)性特征，使其得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于空間環(huán)境的復(fù)雜性以及星載載荷的SWaP限制，通信衛(wèi)星上軟件定義可重構(gòu)載荷的發(fā)展，落后于地面應(yīng)用的通信系統(tǒng)。但近年來，國外積極探索軟件無線電技術(shù)的太空應(yīng)用，開發(fā)并驗(yàn)證了多種航天應(yīng)用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。國內(nèi)也有知名專家提出“軟件星”的概念，指的是“有效載荷基于軟件無線電通用平臺(tái)，衛(wèi)星功能由軟件來定義的衛(wèi)星系統(tǒng)”，包括通信中繼、電子偵察與干擾、有源探測(cè)、導(dǎo)航定位等的衛(wèi)星功能都可通過軟件上載實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，在概念上比目前國外應(yīng)用的“軟件定義有效載荷”更具前瞻性。

　　不論在國內(nèi)還是國外，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的星載軟件無線電都還有諸多工作要做，但具有可重構(gòu)功能的靈活軟件定義有效載荷毫無疑問成為通信衛(wèi)星重要的發(fā)展方向。