国外通信卫星系统灵活性发展研究

李博（北京空间科技信息研究所）

提升单位带宽的效费比，是传统地球静止轨道（GEO）通信卫星运营商持续追求的命题。过去数十年间，为达到这一目标，运营商采取众多技术途径，包括提高载荷功率以支持更大带宽传输、延长设计寿命以增加收入、多波束频率复用以提升容量等，推动了卫星平台承载能力的不断升级、载荷通信性能的快速改善。最明显的结果是，全球在轨通信卫星总容量在2013年首次突破1Tbit/s，2016年则翻番至2Tbit/s。但容量激增也引发了市场需求与供给（供大于求）的经典矛盾，空置的转发器与部分用户通信需求无法满足的现象共存，反而在一定程度上降低了运营商的投资回报预期。针对此问题，通过载荷的灵活性，实现星上通信资源的高效按需调度和配置，成为业界当前关注的解决途径。

1 需求与灵活性辨析

主要背景需求

卫星通信作为商业化程度最高的航天应用领域，对市场的敏感性决定了其必须将不断降低带宽成本、最大化满足用户需求作为主要的服务目标。为了拓展在轨的盈利空间，近年来卫星设计寿命普遍延长，典型的通信卫星可工作15年甚至更久。但这对运营商而言是一把“双刃剑”，虽然运行期限内总收入实现了增长，但由于绝大多数传统卫星都是按照预先确定的任务需求进行设计，其在入轨以后技术状态基本固定，很难针对市场变化（如用户所处地理范围、带宽需求、波束之间铰连关系动态改变、新型通信协议、技术体制涌现等）及时做出调整，在当前的产业环境下就引发了几个突出的问题。

（1）通信容量分配冷热不均，星上资源利用效率不高

通信卫星的容量分配直接到影响卫星容量的利用率，从而影响运营商的收益。传统卫星在设计时需要对市场进行深入调研，同时具备准确的前瞻性，以尽量避免有的波束容量用尽，而有的波束容量闲置，造成波束间的冷热不均，严重浪费星上资源，同时也无法很好地满足用户需求。但从产业现状来看，容量分配冷热不均的现象在各大运营商的卫星项目中普遍存在，如欧洲卫星通信公司（EUTELSAT）的“Ka频段卫星”（Ka-Sat）在西欧的点波束已经饱和，但在其他区域的点波束却比较空闲，所以欧洲卫星通信公司一直在调整市场策略；泰国的“互联网协议星”（IPStar）在澳大利亚波束饱和不能发展新用户的同时，在中国的波束却长期闲置；美国卫讯公司（VIASAT）和休斯网络系统公司（Hughes）的宽带卫星也同样存在波束冷热不均的问题，所以两家公司打造的新卫星不仅要弥补现有卫星波束冷热不均的问题，而且还要将之前没覆盖的美国中部区域完全覆盖。

（2）军事应用需求增长迅速，商业支持能力有待改进

近年来，美国及其盟国大力提倡卫星通信领域的弹性与分散体系理念，其重要的实施途径就是利用采购商业卫星通信服务，降低成本，分散在轨力量部署，整体驱动了全球军用卫星通信开支的快速增长趋势。根据欧洲咨询公司的统计和预测，全球政府/军用卫星通信市场的容量需求2015年约为10Gbit/s，到2025年将增长至24Gbit/s左右，年均复合增长率达8.7%，这种需求增长引发了运营商的普遍关注和投资意向。但值得注意的是，军事应用对于卫星性能的要求与传统商业系统不同，例如支持战场地理区域的灵活机动、部队组网方式的动态调整、面对干扰威胁的主动规避等，都需要载荷具备一定的波束机动、处理交换以及频率调节能力。就目前而言，绝大多数的商业通信卫星仍只能作为容量供给通道，为军方提供基本的保障性、福利性任务支持，但无法具备与军事系统相当的服务能力，使其不能真正融入作战应用，获取更大的市场利益。

（3）技术标准持续快速演进，在轨能力升级需求迫切

与地面移动通信系统每一代的升级类似，卫星通信系统也在技术标准的演进当中不断提升其业务支持能力和服务效果。以广播领域的卫星数字视频广播（DVB）标准为例，其演进至DVB-S2和DVBS2X，都带来了更高的频谱效率、更大的接入速率和更优的性价比，但从其发展历程看，技术标准的演进周期为10年，要短于一般通信卫星的15年服务寿命。而如前所述，卫星研制时固化的技术状态使其无法进行性能升级，不能支持新一代的技术标准、协议等，其他业务领域也有类似的情况。对于运营商来说，这种能力缺陷导致市场竞争力弱化，出现用户流失，服务收入相比前期大幅下滑的现象，大大延长的寿命带来的收益甚至低于替换为技术更先进的新卫星所获收益，实际上也造成了一种轨位资源的“浪费”。因此，卫星具备可升级的技术能力，是当前行业的重点发展方向之一。

不得不说，在数据型的卫星通信业务尚未爆发之前，上述问题并未得到运营商的广泛重视.随着地面互联网和移动通信网络的迅猛发展，带动了用户向数据型应用消费习惯的演变，商业卫星通信领域也受到影响，采用高频段、多波束和频率复用技术的高通量卫星（HTS）随之出现，驱使运营商进一步降低成本，同业竞争不断加剧，上述弊端则暴露的更加明显，如何有效解决此类问题，成为运营商和制造商关注的焦点。

灵活性概念辨析

目前，国内外对灵活有效载荷未形成统一的概念，也有研究称之为可重构式载荷。前者为综合考虑载荷服务能力上的各种灵活性效果；后者则主要是指在同一个载荷上实现多种通信模式兼容性设计及在轨技术更新。本文的灵活有效载荷主要是指具备波束覆盖、频谱管理、功率分配、互联互通以及协议体制方面灵活调节和控制能力的通信卫星载荷。

（1）波束覆盖

波束覆盖能力是通信卫星服务性能的最直接体现。传统的地球静止轨道（GEO）通信卫星主要采用全球波束、宽波束等作为广域覆盖，针对地理分布相对稳定的人群提供视频广播、企业专网等通信服务，在寿命期内覆盖特性基本保持不变。但对于一些特定的应用领域，如军事保障、应急救灾、海洋渔业等，在人口聚集度和通信需求上有着随机性或规律性的地理区域改变，需要运营商根据用户位置变化调整波束覆盖中心或形状轮廓。此外，大型卫星运营商如需优化其在轨卫星编队配置，调整部分空置波束以服务需求较大的热点区域，也要求具备可调节能力。最后，针对潜在的无意或有意敌对干扰，也可以通过波束调整实现干扰协调管理。

总结来看，波束覆盖的灵活性主要是指卫星波束的形状、轮廓、波束中心、波束数量和大小等，都可以根据运营商业务需求的变化而调整。

（2）频谱管理

频谱带宽资源是通信卫星最重要的星上资源之一。频谱资源的调度和分配可分为几个层级：一是每个波束所对应的带宽（转发器数量）配置；二是对应某些接入场景中转发器内带宽所配置的子信道带宽分配；三是在特殊情况下（如军事应用），频点位置按照需求所产生的变化。传统GEO通信卫星转发器的接收/发射频率以及带宽配置情况，在整个寿命期限内都固定，大多采用静态、均匀分配方案。然而，一旦不同波束之间用户需求发生大规模调整、同一波束内用户需求严重不均衡，都会产生频谱资源不能合理分配的情况。

总结来看，频谱管理的灵活性主要是指波束转发器的对应关系以及子信道数量、带宽、保护间隔等都是可变的，也指频率转换和本地晶振设计也是灵活的。

（3）功率分配

载荷功率配置决定了卫星链路等效全向辐射功率（EIRP）和G/T等关键性能指标，直接影响用户端的服务质量（QoS）。如前所述，功率分配主要是为转发器和通信链路，进而为天线波束服务，与对应的用户区域的业务需求息息相关。传统通信卫星波束间、转发器间功率分配采用固定的等功率分配方式，但与实际中不断变化的业务需求不相匹配，未能充分利用本来就十分有限的星上功率资源。另一方面，对于GEO卫星不断向Ka频段甚至更高频段拓展，雨衰对于链路损耗的影响增大，依靠功率调节手段对抗信号衰减，保证服务连续性也十分有益。

总结来看，功率分配的灵活性是指对应不同的需求变化，分布式功率放大器的输出增益和行波管放大器的静态工作点都可调节，在不同的输出功率等级之间可进行灵活切换。

（4）互联互通

互联互通能力，主要针对同一个卫星网络中，不同波束或者同一波束内用户之间组网通信和业务数据传输上的灵活性。传统GEO通信卫星主要采用透明转发工作方式，无论是否处在同一波束覆盖区域内，用户终端之间数据通信都必须通过对应馈电波束的关口站，以“双跳”方式实现传输，形成星型网络拓扑结构，延迟高而且网络中心节点忙时的业务负荷较大。另一方面，受星上处理能力的约束，传输层以下的用户数据对于传统通信卫星都是“不透明”的，因而无法根据不同类型业务，实现同地面互联网相似的路由与交换功能。

总结来看，互联互通的灵活性包括至少两个层次的内涵，一是上下行波束之间具备任意交链能力；二是星上具备灵活的路由和交换能力，从而支持波束间/内用户灵活的组网方式。

（5）协议体制

如前所述，传统透明转发式通信卫星不作解调、译码，因此并不处理业务数据，使其反而“无视”系统所采用的波形和通信协议，只转发信号。而对于可再生处理式转发器，其在互联互通能力上的灵活性，却带来了对于协议体制上的局限性。由于需要在星上对信号进行解调和译码，经分路和交换后再进行调制和编码，因此调制解调和编码译码方案在卫星入轨前都已确定，很难随着新的、更高效的波形/协议标准的变化而变化，数据传输能力也无法进行升级，导致卫星运行后期的服务竞争力减弱，削减运营商的投资回报。

总结来看，协议体制的灵活性，主要包括调制解调方案以及编码方案的灵活性，要求星上调制解调器具备适应新型波形的能力。

2 典型系统灵活性分析

整体发展情况

如前所述，灵活有效载荷的概念虽然提出较晚，但其基本理念最早已在一些军用卫星上获得了应用，在支持战场地理区域的随机变化、部队组网需求的动态调整，以及保密抗干扰通信等方面，实现了不同程度的灵活性。典型的系统如美国的“宽带全球卫星通信”（WGS）星上的数字信道化器与相控阵天线实现了灵活的信道交换与波束覆盖，意大利“锡克拉”（Sicral，全称为“保密通信和告警系统”）系统具备跳波束、灵活的功率与频率调节等能力。

而在商业领域，随着高通量卫星的快速发展，容量、带宽的不断增加，更催生了对星上资源合理、有效管理的需求，国际主流的卫星通信运营商已纷纷启动实施相应卫星计划。根据国外权威咨询机构的统计，截至2017年6月，全球在轨、在研的高通量卫星共计97颗，其中具备一定灵活性载荷的达到了50颗，占比超过50%，且仍在不断增加。从系统分布情况来看，全球最大的三家固定通信卫星运营商均已向灵活有效载荷做出布局，其灵活性最核心的体现是在处理能力上，目前都采用数字透明转发的体制。

这里主要结合一些典型的在轨在研军用、商业和技术试验系统，对灵活有效载荷在通信卫星中的应用进行分析。

意大利Sicral-2卫星载荷分析

Sicral是意大利专用的军用通信卫星系统，目前发展了两代。2015年4月发射的Sicral-2卫星是其第二代卫星，提供战略和战术卫星通信服务，支持国防作战、维和行动、应急救灾、人道主义援助等任务。

意大利在发展Sicral-2之初，主要目的是维持在轨军用卫星通信能力，在SHF载荷方面提出了3个要求：一是覆盖灵活性，要求有6个灵活机动的波束；二是频率灵活性，要求上下行链路的带宽和频率计划可以调整；三是功率灵活性，要求6个独立波束的EIRP可以调整。在此需求下，Sicral-2卫星SHF频段载荷主要通过多波束可切换天线（MBSA）、数字信道化处理器和多端口放大器（MPA）这三项技术分别实现。?

（1）灵活的波束/功率配置

Sicral-2卫星的多波束可切换天线共包括3组，共产生19个点波束，形成全球覆盖，其中有6个波束可同时处于工作状态，因此具备在这19个波束之间灵活的选择和切换能力，波束的选择是通过地面控制星上的波导交换矩阵完成的。此外，Sicral-2卫星SHF频段接收天线还具备自适应调整能力，从而针对干扰源地理位置而进行动态调零，具备很强的抗干扰性能。

但需要指出的是，这种波束覆盖灵活性是有限制的，其无法实现波束在卫星可视范围内的任意移动，而只能从19个既定覆盖区域中选取，是一种通过冗余配置馈源阵列的方式实现的灵活度，需要消耗一定的星上空间和质量作为代价。

Sicral-2卫星还通过采用多端口放大器，实现了在波束之间分配功率的灵活性，该放大器采用4×4输入/输出端口配置，上行信号经过数字信道化处理后进入放大器输入端口，输出端口与多波束可切换天线的波导切换矩阵、进而与19个馈源（波束）相连，每个波束分配的最大功率，使其EIRP可达到载荷总EIRP值的50%。

（2）灵活的信道交换

数字信道化器是Sicral-2卫星SHF频段载荷的核心单机。其接收/分路器部分共配置6个输入端口，包括5个工作端口和1个冗余备份，单个端口可处理带宽达75MHz，采用多项滤波器进行解复用操作，处理后支持6类子信道配置，带宽分别为：0.625MHz、1.25MHz、2.5MHz、8.125MHz、16.25MHz 和32.5MHz。

由于卫星在SHF频段共分配有200MHz带宽，因此在标准子信道配置（2.5MHz）下，整个载荷能够形成可任意交换的80路子信道，而单个波束可分配的子信道数量最少为1路，最多可以达到40路，即分配了半数的载荷带宽（约100MHz）。

星上数字信道化处理技术的应用，使得Sicral-2卫星在波束内和波束间都能够支持网状网络，可实现单跳通信、支持组播能力，具备灵活的互联互通能力，而配合多波束天线与灵活的功率调配能力，使卫星即使是在严酷的通信对抗条件下，也可以支持地面部队的多样化组网通信需求。

英国高适应性卫星-1载荷分析

高适应性卫星-1（Hylas-1）是英国卫星运营商阿万提公司（Avanti）运行的一颗商业卫星，主要为欧洲部分地区提供宽带接入和电视直播服务。卫星的主承包商为空客防务与航天公司（ADS），负责项目计划的全面管理、载荷部分的研制，印度空间研究组织（ISRO）作为分包商提供卫星平台及卫星集成和试验工作。卫星于2010年底发射，工作在Ku和Ka频段。

Hylas-1卫星的设计、研制和试验过程都得到了欧洲航天局（ESA）的资金支持，星上采用了多种先进的载荷技术，包括在轨可调微波功率模块，最具特点的则是采用了空客防务与航天公司在“通信系统预先研究”（ARTES）计划下开发的通用灵活载荷（GFP）架构。

具体来看，Hylas-1卫星的通用灵活有效载荷主要工作流程如下：

首先，卫星接收到的Ku和Ka频段信号经过滤波、低噪放大后，进入频率可调的捷变集成变频器组（AIDA），将其变频至大约6GHz的中频域内输出；

随后，中频信号进入核心的路由与交换设备（RAISE），该设备事实上是一个固态交换矩阵，可以建立输入端口和输出端口之间的任意连接，包括某个上行链路在所有下行端口输出广播，端口交换和路由配置具备完全的在轨重构能力；

最后，在建立了上下行链路间的交换方案后，信号进入具备可编程能力单信道灵活变频器（SCACE）中，执行灵活的信道滤波功能，该设备采用了空客防务与航天公司的新型“先进变频器技术”（ACT）专利，中心频率和滤波带宽等参数都可在轨调节，因而可以适应任何频率规划方案。据悉，空客防务与航天公司共研制出了两个SCACE版本的产品，可实现18～120MHz以及54～250MHz不等的带宽调节能力。

总体而言，Hylas-1卫星的灵活性主要体现在波束/转发器交换层面：可以实现一定上下行转发器之间的映射/互联能力，而且在轨可重新配置；支持单波束到多波束的映射方案，具备灵活的广播通信能力；转发器带宽在轨可调，Ka频段转发器在108～250MHz可灵活设置，步长为500kHz。Ku频段转发器可以在18～120MHz均匀设置。同时，配合德国特萨特空间通信公司（Tesat）的灵活行波管功率放大器技术实现的在轨功率灵活分配以及自适应调制编码技术等，也具备良好的雨衰对抗性能。

“欧洲通信卫星-量子”载荷分析

“欧洲通信卫星-量子”（Eutelsat Quantum，简称Quantum）是ESA和欧洲通信卫星公司2015年7月签署协议，合作发展的新一代具备灵活通信能力的卫星，该项目的平台与载荷研制均得到了ARTES 33计划的资金支持，卫星载荷由主承包商空客防务与航天公司设计开发，萨瑞卫星技术有限公司（SSTL）则为其研发了地球静止轨道小卫星平台（GMP-T）。

欧洲Quantum卫星的设计目标，是让卫星能够灵活、动态地满足不同业务背景下用户需求的变化，避免传统技术下设计好的频率与覆盖方案而难以在轨调整、地面天线尺寸与发射速率也需高成本适应性改进的困境。因此，卫星的灵活性重点体现在了波束覆盖与频率规划两个方面，这主要通过阵列天线与星载信号处理器实现。

（1）灵活的波束覆盖

欧洲Quantum卫星天线具体配置尚未公布，已知其下行将配备Ku频段的有源馈电阵列反射面天线，同时上行将配备Ku频段的直接辐射阵列天线，覆盖能力具备高度的灵活性，这种灵活性体现在两个维度：可控形状位置、波束跳变能力。

1）可控形状位置。Quantum卫星在下行采用了新型的馈电阵列反射面天线，由1个扁平反射器和两组分置的有源相控阵馈源组成，每个馈源阵由21个喇叭馈源组成，每个馈源对应1个专用的高功率放大器。下行波束信号首先在低功率波束形成网络中合成，随后进行放大并输入对应馈源，从而在标准模式下形成8个独立的点波束，其中4个为水平极化，另外4个为垂直极化。

通过可变移相器与幅度衰减器的调节，上述波束的形状都可以进行调节，波束的大小从一国（如尼日利亚）到大洲（如西非）范围灵活可调。目前来看，尚未有商业通信卫星具备同等级别的控制调节能力。

这种灵活的波束形状改变能力，在军用通信领域应用前景广阔。Quantum卫星上载有干扰定位设备，可以定位在同一个频率和位置传输的信号，无需邻近位置的同频率卫星进行二次定位，定位精确度达20km。在定位干扰源后，卫星即可通过波束形状调整规避干扰。

另一方面，根据目前得知的情况，上述8个波束也具备灵活的可移动能力，主要通过电调节机制，在1s内能在卫星可视范围之内实现任意位置的移动。目前，绝大多数具备可移动波束的卫星多采用机械方式调节，机制相当复杂，而且配套硬件质量空间消耗也较大。

2）波束跳变能力。Quantum卫星支持DVB-S2X标准，具备按照时隙配比进行波束跳变的能力，可以通过所谓“空间时分多址接入”（Space TDMA，事实上就是跳波束），实现覆盖区域之间的业务负载均衡，使卫星资源在波束覆盖区之间分配效率最大化，适用于用户需求的机动性变化，主要对应以下应用场景：①宽带通信需求较大的大型客轮季节性位置移动，如夏天在地中海区域活动，冬天则转移至加勒比海区域。②政府应急/军事应用：现场、战场区域无法预测，而且具备时变性。③时差效应造成的每日同一时间的需求变化；又如一天之中，纽约的通信业务高峰期，对应了东非地区的通信业务低谷期。④具备高速移动性的目标用户产生的随时随地通信需求。

针对航空线路上的业务需求时变特点，1个波束可以分解为多个覆盖范围更加集中、连续组合的子波束，子波束之间在时域共用同1个波束的带宽、容量与功率等资源，从而实现时分跳变能力，对应不同时刻航班密集度的分布情况，同时在子波束上可以实现更加优化的服务性能。

（2）灵活的频率规划

目前判断，Quantum卫星并未采用再生处理，而是采用了数字透明处理机制。已获得的信息表明，卫星可以实现上行信道与下行信道之间的任意互联互通，而且由于采用了灵活滤波器，转发器的中心频率与带宽都可以调节，带宽调整范围为54～250MHz，卫星也因此具备在整个Ku频段内使用任意一段频谱的能力，这是其他卫星所不具备的。

灵活可调的滤波器还使卫星具备了抗干扰的频率“陷波”能力，可以根据干扰源的频率和带宽信息，移动上行业务频段，从而避开干扰频率区间，避免将上行干扰带入下行。

除了上述两点灵活性外，Quantum卫星上还采用了多端口放大器技术，实现了下行链路馈源阵列的灵活功率分配能力。这些灵活性能显然已被业界所看好，根据最新的情况，虽然卫星将于2019年发射，但该星上超过半数的容量已成功预售。2017年5月，欧洲卫星通信公司已透露将继续订购两颗Quantum卫星，将实现真正意义的全球灵活服务能力。

综合来看，欧洲Quantum卫星投入运行后，无疑将是所有在轨商业GEO卫星中灵活性最强的一颗，具备满足用户动态、时变、多样化需求的业务能力。但应当看出，该卫星的整体容量相比当前的新一代高通量系统数百吉比特每秒的数据传输能力仍有较大差距，在成本压力不断增大的背景下，仍需面对市场的检验。另一方面，Quantum卫星的灵活性特点具备潜在的可扩展性，如果采用载荷支持性更好的平台，业务能力也会有大的升级。

主要系统特点分析

Quantum卫星频率“陷波”功能（深色三角形代表干扰信号）

（1）灵活波束覆盖将成为标配，符合开拓新兴市场、业务的布局

从国外军用和商业系统整体发展情况而言，灵活的波束覆盖是运营商最为看重的一种基本能力，也是未来灵活有效载荷的标配。这种现象印证了当前运营商在战略布局上的三方面考虑：一是波束调整的可选技术途径较多，而且相对其他方面的灵活性来说，做几个可变波束的实现成本也更低，但服务效能却更加明显，是一种相对稳妥的投资方案而更易被采纳。二是，随着各类通信手段不断向新兴市场（主要是非洲、拉美和亚洲的不发达地区）渗透，这些区域的连接需求也随之增加，增长潜力相对传统市场更大。根据欧洲咨询公司预测，到2025年，这些区域的高通量卫星业务收入占比将从不到全球10%增长至40%，但就目前发展水平而言，市场基础仍相对薄弱。在此背景下，建设具备波束可赋形、波束跳变等能力的卫星，在保证已有市场服务能力的基础上有效扩大服务范围，符合运营商拓展新市场的基本地理布局。三是卫星移动宽带业务快速发展及固定移动业务逐步融合的趋势，催生了传统固定通信运营商投入的动力，星上配备可移动波束或跳变波束，可以减少波束切换带来的服务中断、延时等不良用户体验，增加产品的市场竞争力。

（2）转发器分路概念持续弱化，星上带宽功率资源趋向统筹利用

最初的商业通信卫星主要面向电视直播等业务，均按照频域标准的36MHz进行转发器数量划分，每一台转发器对应一个行波管放大器，配置简单、结构清晰，在近数十年的时间里都基本固定不变。但从当前国外商业系统的发展情况来看，随着多端口功率放大器、星上数字信道化处理器等灵活设备，以及多波束频率复用等技术越来越多地被采用，这种基于转发器分路概念设计业务服务以及评估卫星能力的思维已开始有了较大改变。卫星的频率、转发器带宽、放大器功率资源等都不再是一一对应的关系，而将形成可按需调配的“资源池”。如星上数字信道化处理器将信道带宽的颗粒度从标准36MHz降低至个位数的范畴，经过信道路由、合路等，实现了更加精细化的带宽分配；同理，多端口放大器将星上放大器功率资源进行了整合，与带宽分配有效结合，实现了业务能力的优化调整。对运营商而言，这种统筹利用星上资源的能力，将支持其开展更加多样化的业务，同时能够针对不同区域/用户的需求提供更加定制化的服务，未来将进一步节省星上质量与功耗、提高通信效率，从而降低系统的总成本支出。

（3）新应用加速处理载荷发展，但鲜有系统采用再生式处理架构

随着2014年以来第二轮低轨卫星系统建设热潮的涌现，低传输延时类数据业务成为业界关注的重点，典型GEO通信卫星采用透明转发式架构两跳弊端更加凸显，将地面节点的处理能力迁移至卫星就解决了此问题，成为推动处理式载荷发展的一个潜在诱因；另一方面，以美国为代表的国外各主要军事大国，对于商业卫星通信系统支持军事作战、应急救灾等应用的需求不断加大，与需求对应的灵活组网特点，驱动了商业系统发展一定的路由交换能力。国际卫星通信公司部署的新一代“史诗”（Epic）卫星，即针对军方用户需求进行了适应性改进，其采用的数字载荷可以保证在卫星的整个生命周期内，根据地面通信需要的变化调整波束间铰链方式，除了支持“小站-关口站”的星型拓扑应用之外，也支持波束下的“环回”工作方式，这样，发射站与接收站可位于同一波束内，实现网状通信。但值得一提的是，无论商业系统还是军用系统，真正做到再生式星上处理的屈指可数。究其原因，除了在基带完全再生式处理和路由的高昂成本，也在于此类能力的应用需求尚未完全爆发。

3 启示建议

在全球卫星容量供给不断攀升的态势背景下，载荷实现的灵活性对业务开发和市场拓展有明显的促进作用。一方面，运营商可利用卫星的灵活能力有效提升对既有市场的服务效果，例如成熟业务区域的需求发生激增，可以通过带宽、功率资源的统一调度，加大对目标地区的容量供给力度，从而实现更好的用户体验。国际移动卫星公司在其第五代卫星系统国际移动卫星-5（Inmarsat-5）上就作了这样的设计，该卫星在提供基本全球覆盖的同时，加装了一个高容量载荷（HCP），配备8个高功率的可移动点波束，能够为业务突发的热点区域提供最大8倍的应急业务容量，实现了对既有市场的“深耕”。另一方面，卫星的灵活能力也可支持一些新的业务应用，如利用数字信道化器等实现点对点、网状网络通信，利用再生式载荷实现基于卫星的IP互联网服务等，也都有很好的潜力价值。

而在市场竞争愈发激烈的环境中，通过传统方式一味地加大容量供给来赚取用户已非上策，具备对需求变化快速的响应能力、对服务应用快速的适应升级，越来越成为运营商之间角力的关键所在。从前述灵活载荷在高通量卫星系统中不断升高的占比也可以看出，主流运营商均已提早布局，国内运营商目前尚未发现此类卫星的规划。但不管是考虑参与国际市场竞争，还是服务国家“一带一路”的走出去倡议，发展灵活有效载荷、增强系统服务的竞争力已迫在眉睫，但发展什么样的灵活能力最为合适，需要深入的研究和思考。

就目前来看，对运营商来说，最稳妥的办法仍是紧密结合业务需求特点，对系统进行低成本的灵活性设计。如前所述，最基本的可以考虑技术相对成熟的波束交链、可移动点波束等，通过付出较低的代价就能较为显著地增强在覆盖和连接能力上的灵活性。而针对有明确需求，如军方用户、大型集团业务用户，或是有政府背景支持的新型业务，也可尝试在星上配备更高级别的灵活度，以最大化降低系统建设成本和运营风险。