10.2.3　软件定义无线电

软件定义无线电（software defined radio，SDR），通俗来讲，就是基于通用的硬件平台上用软件来实现各种通信模块。其本质是射频部分的数字化，以实现可编程或软件定义。软件定义无线电提供了一种建立多模式、多频段、多功能无线设备的有效且相当经济的解决方案，可通过软件升级实现功能的提高。软件定义无线电可以使整个系统（包括用户终端和网络）采用动态的软件编程对设备特性进行重新配置，即相同的硬件可以通过“软件定义”来完成不同的功能。

NASA在20世纪90年代已开展天基软件定义无线电技术研究，相继研制了Blackjack可编程GPS接收机、低功耗收发机等设备，通过航天飞机任务和其他卫星进行在轨演示验证。火星勘测轨道器、月球勘测轨道器等航天器也分别搭载了基于软件定义无线电的通信中继/辅助导航载荷。在此基础上，NASA制定了一套开放的体系结构标准，即空间通信无线电系统（STRS），成为首个天基软件定义无线电技术标准。随后，NASA联合通用动力公司、哈里斯公司开展“空间通信与导航”（SCaN）试验平台项目，分别研制了三台软件定义无线电载荷。2012年，“空间通信与导航”试验平台由HTV-3货运飞船运送到国际空间站，并开展相关技术试验。

2015年，欧洲通信卫星公司和欧洲航天局签订合同，开始研制新型“欧洲通信卫星量子”卫星，迈出了基于软件定义重构卫星功能工程实践的关键一步。该卫星具备改变卫星覆盖范围、频段、功率和带宽的能力，其覆盖区域可通过软件实现重新定义，卫星功率和带宽也可在轨重新配置，从而响应服务需求变化；配置的相控阵天线可通过地面指令控制波束指向，且卫星在Ku频段频率可调，因此，不受国际电信联盟对不同地区频段规定的影响。首颗“量子”卫星发射质量3 500 kg，采用全Ku频段，容量6～7 Gbit/s，设计寿命15年。除欧洲通信卫星公司外，国际通信卫星公司（Intelsat）也计划在其“下一代史诗”（EpicNG）高吞吐量卫星上分阶段采用新型数字载荷，希望在卫星入轨后可以“定义”卫星的通信性能，包括形成和改变覆盖区及其功率分配等能力。软件定义无线电技术可以极大地提升通信卫星有效载荷的灵活性：一方面，改变传统地球静止轨道通信卫星在工作期内无法及时更新通信技术的劣势；另一方面，可基于软件定义无线电的设计理念，研制具有通用硬件的平台，可达到一星多能、一星多用的目的。

软件定义无线电技术的局限性主要有两方面：一方面，工作频段仅限于射频谱段，因此无法实现工作在可见光、红外、激光等光学谱段的卫星装备的能力；另一方面，一星多能也会增加其研制成本和发射质量，如全频段天线不仅需要搭载多个子频段天线阵，而且功能的复杂性必然会影响其性能，并可能降低其可靠性。