今日和小編一起學習技術(shù)名詞： 衛(wèi)星光通信 。

Q

什么是衛(wèi)星光通信？

A

衛(wèi)星光通信是通過激光束在衛(wèi)星與衛(wèi)星（星間）、衛(wèi)星與地面站（星地）之間傳輸數(shù)據(jù)的通信技術(shù)。其工作波段位于人眼不可見的近紅外光區(qū)域（通常為1550納米波段），發(fā)射端通過調(diào)制器將激光器輸出激光編碼成帶有信息數(shù)據(jù)的光信號，經(jīng)精密光學系統(tǒng)定向發(fā)射，由接收端的光學天線接收，并經(jīng)光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，最終由解調(diào)器還原信息數(shù)據(jù)。

舉個例子，從古代烽火臺傳遞軍情到現(xiàn)代衛(wèi)星光通信，人類對“用光說話”的探索從未停止，看似相隔千年的兩種通信方式，藏著許多奇妙的相似之處，有著相似的底層邏輯。

載體都是光：

古代：烽火臺靠燃燒產(chǎn)生的火光傳遞信號，可見光。

現(xiàn)代：衛(wèi)星光通信靠激光束傳輸數(shù)據(jù)，不可見光。

共同特性：本質(zhì)上都是利用光的直線傳播特性傳遞信息。

通信要瞄準：

古代：烽火臺的火光必須能被下一個臺站看到，所以選址要在高處，還要避免被山脈遮擋。

現(xiàn)代：衛(wèi)星光通信需要精密的瞄準捕獲跟蹤系統(tǒng)，確保激光束準確瞄準目標衛(wèi)星或地面站。

共同特性：本質(zhì)上都是要保證光路暢通。

信息

要接力：

古代：單個烽火臺的火光只能照亮幾十公里，于是古人在長城沿線建設(shè)烽火臺形成“接力網(wǎng)絡(luò)”。

現(xiàn)代：衛(wèi)星通過激光鏈路相互連接，單鏈路數(shù)千公里，在太空中組建衛(wèi)星星座形成“接力網(wǎng)絡(luò)”。

共同特性：通過組網(wǎng)突破單點覆蓋限制。

Q

為什么需要衛(wèi)星光通信？

A

在偏遠地區(qū)覆蓋、遠洋作業(yè)、企業(yè)海外分支機構(gòu)專線等應(yīng)用場景中，衛(wèi)星光通信的需求日益凸顯，這源于傳統(tǒng)通信方式在這些場景中面臨的技術(shù)瓶頸，以及對“廣覆蓋、高速率、低時延、高安全”等特性的剛性需求。

偏遠地區(qū)覆蓋：打破“信息孤島”

在偏遠山區(qū)、沙漠、極地等地理環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，地面光纖和基站部署受限，難以滿足遠程醫(yī)療、在線教育等民生需求，也無法支撐科考站與內(nèi)地實驗室之間高效的信息交互。而衛(wèi)星光通信具備突破地理限制的能力，傳輸速率可達百 Gbps 甚至更高，相當于在“信息孤島”與全球信息網(wǎng)絡(luò)之間架起一條高速光鏈路，實現(xiàn)高清視頻、海量數(shù)據(jù)的實時傳輸，提升遠程協(xié)作效率和科研響應(yīng)能力。

遠洋作業(yè)：構(gòu)建“數(shù)據(jù)高速通道”

遠洋船舶、深?？碧狡脚_等遠離陸地的作業(yè)場景，依賴衛(wèi)星通信保障導航、通信及數(shù)據(jù)傳輸（如海洋測繪、油氣勘探、科研數(shù)據(jù)等）。傳統(tǒng)通信方式帶寬有限，難以支撐 TB 級數(shù)據(jù)的高效回傳。而衛(wèi)星光通信具備超大帶寬，速率可達百 Gbps 級別，相當于為遠洋作業(yè)鋪設(shè)一條“數(shù)據(jù)高速公路”，實現(xiàn)與陸地指揮中心、技術(shù)支持及資源網(wǎng)絡(luò)的無縫聯(lián)動，顯著提升作業(yè)效率與決策響應(yīng)能力。

企業(yè)海外分支機構(gòu)專線：搭建“跨域數(shù)據(jù)橋梁”

跨國企業(yè)在海外分支機構(gòu)與總部之間，需實時傳輸金融交易、研發(fā)數(shù)據(jù)、云端協(xié)作等核心信息。傳統(tǒng)地面光纖網(wǎng)絡(luò)存在覆蓋盲區(qū)、路徑繞遠、時延大等問題，且跨多網(wǎng)傳輸存在安全風險。衛(wèi)星光通信可提供全球覆蓋、高速率、低時延的專線連接，速率提升數(shù)十倍，時延降至毫秒級，如同為企業(yè)搭建一條“空中直達光纖”。同時，結(jié)合其天然抗截獲特性與數(shù)據(jù)加密機制，保障企業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性，實現(xiàn)全球業(yè)務(wù)的高效協(xié)同。

Q

衛(wèi)星光通信是如何工作的？

A

衛(wèi)星激光通信終端包含多個重要的功能模塊，主要包含通信處理機、放大處理單元、光機PAT（含光學頭和PAT主控。Pointing，對準；Acquisition，捕獲；Tracking，跟蹤），具體如下圖所示。

• 通信處理機：主要實現(xiàn)10GE/100GE等業(yè)務(wù)接入、OTN成幀處理和相干光調(diào)制解調(diào)處理等功能，完成高速數(shù)據(jù)收發(fā)。

• 放大處理單元：主要實現(xiàn)通信處理機輸出光信號的大功率放大和光學頭接收光信號的低噪聲放大功能。

• 光機PAT：主要實現(xiàn)衛(wèi)星遠距離點對點光通信，實現(xiàn)空間傳輸信道光信號高增益收發(fā)，以及衛(wèi)星相對運動及空間環(huán)境條件下快速捕獲建鏈和穩(wěn)定跟蹤通信。

衛(wèi)星光通信的基本工作流程如下：

1、PAT建鏈過程

首先，收發(fā)終端根據(jù)衛(wèi)星平臺提供的軌道姿態(tài)數(shù)據(jù)進行初始瞄準；然后，通過特定掃描策略實現(xiàn)快速捕獲建鏈；最后，進入穩(wěn)定跟蹤通信。

2、信號發(fā)射流程

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制后加載到激光束上→ 高功率OA放大→光學頭準直為窄波束→指向目標衛(wèi)星。

3、信號接收流程

光學頭收集微弱光信號→通過低噪聲前置OA放大→光電探測轉(zhuǎn)換為電信號→解調(diào)恢復(fù)數(shù)據(jù)。

Q

衛(wèi)星光通信與微波通訊的對比

A

衛(wèi)星光通信和微波通信在技術(shù)上各有特點，簡要對比如下表。

特性

激光通信

微波通信

傳輸速率

100G、超100G

通常<1Gbps

重量

10KG以內(nèi)

幾十KG

功耗

幾十~百W

幾百W

天線尺寸

厘米級

米級

束散角

極?。é蘲ad級，如50μrad）

較大（mrad級，如17.5mrad）

抗截獲

極高（窄光束難偵測）

較低（寬波束易受干擾）

頻譜資源

無頻段限制

受頻段分配限制

大氣影響

受云層、湍流影響大（需自適應(yīng)光學補償）

受雨衰影響顯著

衛(wèi)星光通信與微波通信在技術(shù)特性上各有優(yōu)勢，適用場景也各有側(cè)重。

在星間通信方面，光通信具有帶寬大、抗干擾能力強等優(yōu)勢，適合星間海量數(shù)據(jù)的高速傳輸。但其對衛(wèi)星指向精度和穩(wěn)定性的要求極高，技術(shù)實現(xiàn)難度較大。相比之下，微波通信技術(shù)更為成熟，指向容錯性好，系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)更為靈活，但受限于頻譜資源，帶寬相對有限。因此，在星間鏈路應(yīng)用中，光通信更具優(yōu)勢，是未來高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù)。

在星地通信方面，光通信具備超大帶寬潛力，可支持TB級數(shù)據(jù)的實時回傳，大幅提升系統(tǒng)容量和傳輸效率。然而，其性能易受大氣湍流、云霧、雨雪等氣象條件影響，地面接收端需要配備高精度的跟瞄設(shè)備，部署成本較高。而微波通信雖然帶寬相對較小，但具備良好的云層穿透能力和環(huán)境適應(yīng)性，地面終端技術(shù)成熟、成本低、部署便捷，具備更高的覆蓋穩(wěn)定性和可用性。因此，當前星地通信仍以微波為主，光通信作為補充，面向特定高性能場景逐步推廣應(yīng)用。

Q

衛(wèi)星光通信有哪些應(yīng)用場景？

A

構(gòu)建太空通信：在衛(wèi)星星座組網(wǎng)中，衛(wèi)星間通過激光鏈路相互連接，構(gòu)成了一張高速、穩(wěn)定的太空光通信網(wǎng)。

即時遙感響應(yīng)：通過星地激光鏈路，可在短時間內(nèi)傳回海量數(shù)據(jù)信息，為災(zāi)情等及時決策提供實時支撐。

助力深空探測：用于探測器與地球之間的通信，實現(xiàn)更高速的數(shù)據(jù)傳輸，提升獲取深空采集數(shù)據(jù)的及時性和準確性。

Q

衛(wèi)星光通信業(yè)界應(yīng)用進展？

A

目前，衛(wèi)星光通信已從理論研究逐步邁向工程實踐與商業(yè)應(yīng)用階段，全球各國紛紛布局，競爭激烈。

• 國外，SpaceX 的星鏈計劃走在前列，不斷推進衛(wèi)星光通信技術(shù)在星座組網(wǎng)中的應(yīng)用，并持續(xù)優(yōu)化升級，公開數(shù)據(jù)顯示已支持200Gbps的星間鏈路。

• 國內(nèi)，以GW星座和千帆星座為代表的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，已在積極推進100G/200G衛(wèi)星光通信的驗證和部署。作為全球領(lǐng)先的光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品與解決方案提供商，中興通訊憑借激光通信關(guān)鍵技術(shù)及核心器件的自主研發(fā)實力，在衛(wèi)星光通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“遠、快、穩(wěn)、久”的技術(shù)突破——傳輸距離可達5000公里，建鏈時間控制在10秒以內(nèi)，具備±10GHz的高精度多普勒頻移補償能力，且能支持7年穩(wěn)定通信，為我國衛(wèi)星光通信的產(chǎn)業(yè)化落地提供了有力支撐。

來源：中興文檔

原標題：【秒懂承載】熱點技術(shù)名詞“衛(wèi)星光通信”

編輯：涼漸

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