它让通信卫星逐渐变成“太空通信计算机”，使通信系统原本在地面完成的各类功能，都直接在通信卫星上实现。

文/徐鸣

编辑/乐艳娜

　　近日，美国AST SpaceMobile公司成功发射了一颗在轨测试卫星BlueWalker-3（BW3），卫星天线展开后面积竟超过64平方米。这个相当于“两居室”房间大小的相控阵天线，引起了全球的关注。

　　要理解为什么需要这么大的天线，就需要先了解一种基于相控阵天线和星上处理技术的数字通信载荷，它让通信卫星逐渐变成“太空通信计算机”，使通信系统原本在地面完成的各类功能，都直接在通信卫星上实现，相当于把“基站”搬上天，从而信息传输的实时性更强，也更智能。同时，参考摩尔定律，数字通信载荷的处理能力会飞速提升且成本越来越低，支持软件定义和在轨重构，灵活性增强，使卫星通信应用发展进入新阶段。

　　首先，在星上处理方面，如果把早期通信卫星的通信过程比喻成甲向乙运输包裹，在没有数字通信载荷的阶段，卫星不管包裹里面放了什么东西，都一股脑地把包裹运送给中转站（信关站），中转站收到包裹后，再通过卫星一股脑地发给乙，这个过程叫做透明转发。其中，天上卫星只负责转发，地面站（信关站，卫星终端）负责信号的收发和处理，卫星之间没有星间链路，卫星互联必须通过地面网络完成，其实是两张网，也就是“天星地网”模式，在这个模式下信息传输时延相对较高。

　　基于摩尔定律，由各类芯片组成的硬件平台性能加速提升，使高效、低成本的星上处理成为可能。在这个阶段，仍以甲给乙发包裹为例，卫星能检查传送带的每个包裹，根据品类、目的地的不同进行智能、高效的分拣，只把需要发给乙的包裹才真正放到传送带上。卫星通过对海量用户信息的分析、处理，可以把不同的业务请求分类，并优化传输通道效率，比如直接指挥相控阵天线调整波束指向等。这是近几年通信界的重点发展方向，根据公开信息推测，美国太空探索技术公司（SpaceX）“星链”（Starlink）的第二代星座产品就采用了这种模式。

　　第二，从相控阵天线角度来看，如果把天线面积作为通信卫星能力的重要参数，单星在轨建造面积也表现出类似地面中央处理器（CPU）遵循摩尔定律的迭代趋势。比如，文章开头提到的AST SpaceMobile公司，此前曾声称其卫星的相控阵天线后续将由64平方米增大至900平方米。虽然宇航产品有特殊的属性，不会和地面规律完全一致，但是数字通信载荷的能力也有望突飞猛进。

　　可以预见，随着星上处理和相控阵天线等数字通信载荷技术的发展，通信卫星的能力将不断突破，更强大的天地一体化网络有望在不久的将来给人类带来便捷、智能、无所不在的信息服务。

来源：2022年11月30日出版的《环球》杂志 第24期

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