卫星互联网星间激光通信的分析及建议

卫星通信和地面移动通信具有较强的互补性,卫星互联网是当前产业发展的热点,也是未来6G网络的重要组成部分。全球覆盖需要星间组网,但星间通信带宽需求与自由空间信道带来的不稳定性对空间承载网提出了新的挑战。对星间通信及其传输链路进行对比分析,提出了基于星间激光的光传送网络（OTN）承载方案,以充分发挥地面光通信的成熟产业链优势和规模经济优势,构建经济性、兼容性、扩展性强的星地一体化网络。最后展望了星间激光通信的技术演进方向,并提出了我国产业发展建议。     

低轨通信星座星间链路特点研究

随着全球宽带通信需求的增长,世界各国提出并建设了多种低轨通信星座,我国的卫星互联网系统也在紧张建设中,星间链路将是通信星座系统的重要组成部分。为研究星间链路特点和建链需求,以极轨通信星座为例,从几何角度给出了星间链路指向角和距离的数值计算公式,分析了顺行轨道星间链路的变化规律,并进一步研究了异轨星间反向缝建链的特点。研究结果表明,选取合适的星座参数,可以实现卫星跨反向缝的接续建链,从而保证反向缝两侧卫星之间始终存在可用的通信链路。     

国外激光链路中继卫星系统的发展与启示

激光链路中继卫星系统是指以激光波束为媒介,为低轨信息获取类卫星提供高速数据传输服务的卫星系统。国外已开展了多次星间、星地激光通信实验,已由强度调制/直接探测通信体制过渡到相位调制/相干解调通信体制,通信速率可达5.6 Gbps。卫星激光通信正向更高通信速率、组网应用、终端小型化、轻量化方向发展。在系统分析欧洲、日本、美国等国家典型星间、星地激光通信实验和中继卫星发展计划的基础上,讨论了激光链路中继卫星系统的发展趋势,总结得到对发展我国激光链路中继卫星系统的若干启示。     

星间链路技术的研究现状与发展趋势

星间链路技术是提高全球卫星导航系统的精度和自主导航能力的一项关键技术。介绍了全球主要卫星导航系统星间链路的建设情况,综述了国内外关于星间链路的重要研究,包括星座的特性分析、星间链路的构建准则、星间链路的拓扑分析、星间链路传播信号的设计以及星间链路信号的发射和接收等,指出了目前研究的侧重点,展望了星间链路的发展趋势和未来的研究方向。相关内容可为星间链路的进一步研究提供参考。     

毫米波星间通信测距一体化技术研究

近年来卫星编队飞行和星间链路技术成为了航天领域的研究热点。在这种趋势之下,需要通过星间的相互通信与相对位置测量来保障编队构型的相对稳定以及实现星间协作。将星间通信和星距测量融合到一体化平台中可以实现通信测距一体化,能够降低负载,符合当前卫星的发展趋势。针对卫星毫米波星间链路设计了一体化波形,同时提出一系列信号处理技术完成波形的同步以及分离,实现了星间通信测距一体化。针对分离波形以及功放非线性对通信信号的影响,使用了基于深度学习的信号检测算法,降低了通信数据的误比特率。仿真结果验证了所设计的一体化波形及信号处理技术在星间链路应用的可行性。     

激光链路终端发展及展望

利用激光建立星间链路不仅具有极高的潜在通信数据率(可达100Gbps以上)、较小的终端体积和重量，并且具有很强的抗干扰能力和保密性，又可以减少地面站，因此各国都非常重视此项技术的研究．随着低轨小卫星数量的显著增加，需要高数据率、低功耗、体积小、价格低的星上通信终端，激光星间链路终端正是满足了这种需求．     

基于星间激光测距的高轨卫星定位技术研究

针对传统的高轨卫星定位技术存在定位精度低的问题,提出了基于基于星间激光测距的高轨卫星定位技术。在高轨卫星飞行器上安装低噪声激光探测器,借助激光探测器、发射机以及接收器构建星间通信链路,分析接收天线的接收功率与发射天线的发射功率之间的关系,通过激光脉冲传输空间测距与高轨卫星信号捕获接收功率和发射功率获得定位初始数据;再分析星间相对运动和修正电离层误差,得到定位数据的精确解算融合结果。选取精度因子DOP作为评判高轨卫星定位技术的参数,通过仿真实验发现高轨卫星定位技术比传统定位技术的平均DOP值高2.89,由此证明所提定位技术的定位精度更高。     

激光通信/测距一体化技术研究

介绍了激光通信和激光测距技术的优势,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术最新研究进展。然后,针对未来卫星远距离、高精度测距的需要,文章提出了在激光通信的基础上,通过设置特殊测距帧,实现激光通信和测距一体化的系统设计方案并进行了论述,为未来我国测控事业的发展提供了新型手段。文章最后对激光通信测距一体化技术的发展提出了建议。     

带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比分析

卫星激光通信链路是一项实现卫星大规模星座组网的关键技术。相干激光链路灵敏度高、抗背景干扰、速率升级空间大,在星间激光链路中应用广泛。文章建立了带有前置掺铒光纤放大器(EDFA)的卫星相干激光通信终端的信噪比分析模型,仿真分析了EDFA功率增益、EDFA噪声系数、本振光功率、信号光功率、光放后端光带宽、基带前端电带宽对终端输出信噪比的影响以及各种输出噪声功率占比的情况,得到了带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比参数特性。     

面向应急通信的低轨短数据通信星座优化设计

针对军民各行业的应急通信需求,开展了基于低轨卫星的短数据通信系统设计和优化分析。借鉴全球星优化设计方法,得到了由分布在7个轨道面的49颗低轨卫星组成的短数据通信卫星星座。系统内各卫星通过激光链路为用户信息传递提供实时传输通道,任意时刻卫星与周边不少于10颗卫星存在通信链路。效能仿真结果表明,系统能够实现对我国陆地领土无缝覆盖,对周边区域和低纬度区域实现不小于90%的覆盖率,满足信息的应急传递需求。     

卫星间光通信技术

介绍了卫星间激光通信系统的构成,分析与比较了星间非相干的IM/DD系统和相干光通信系统的性能.指出对于同步卫星间这种超长距离的光通信系统,高的接收灵敏度是至关重要的,因而相干光通信技术更有优势;但对于中低轨道卫星光通信系统,由于多普勒效应的影响,采用IM/DD技术更为恰当.     

Analysis of system parameters for LEO/ICO-satellite communicationnetworks

Currently many efforts are undertaken to develop and install communication networks based on low Earth orbit (LEO) and intermediate circular orbit (ICO) satellites. However, many problems are to be solved before the final operation of such networks. This paper deals with basic design problems of LEO/ICO-based networks. The topology of the satellite network is considered and estimates for the number of satellites necessary, orbits and number of communication channels per satellite are derived. The features and consequences of intersatellite links are discussed. The number of communication channels per link is derived with a more elaborate model. This includes the radio links from the satellites to mobile users and to gateways, as well as intersatellite links and terrestrial lines. We introduce a formal model for LEO/ICO based networks and propose a method for the evaluation of the link capacities, given the network topology and the traffic requirements. As an example, two constellations are investigated in detail. One of these constellations is the Iridium system proposed by Motorola, the other is the LEONET concept developed in an ESA study. Finally, the influence of unequal traffic distribution is discussed     

Optical Communications in Space – a Challenge for Europe

The successful test of a laser communication link between an ESA data-relay satellite and an Earth observation satellite marks a milestone in the development of optical space communications. It is the right moment to look back on more than 20 years of R & D effort in Europe. The paper gives an overview of the optical space communication activities at the European Space Agency (ESA), which have started in summer 1977, when ESA placed the first technology study contract in the domain of intersatellite optical links, and reports on the most recent European systems andhardware technology efforts aimed at the development of small and compact laser terminals for global mobile communication systems and satellite-based data networks.     

卫星相干激光通信系统与技术发展

自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSOC)尤其是基于相干体制的卫星激光通信,正逐渐成为突破微波通信瓶颈、建设天地一体化网络、实现高速数据传输的重要手段.总结了欧空局、德国、日本及国内卫星相干激光通信的重要进展,给出了成功验证的相干激光通信系统的激光器、传输速率、多普勒频...     

低轨大规模卫星星座系统建模与干扰分析

针对低轨(LEO)大规模卫星星座系统存在电磁空间复杂且难于观测的问题,对低轨卫星星座链路特征进行研究。以Starlink和OneWeb星座为研究对象,根据低轨卫星的星座参数,获取等效全向辐射功(EIRP)值并进行可视化处理;对获取到的低轨电磁卫星数据进行分析,获取数据的衰减特性和时间、频率等的数据关系,计算星间的链路干扰以及时间上的分布特征;获取相对干扰时间的特征值以及星间数据的衰减与时频的多维特性,并分析不同场景下的干扰时间特征,从多个维度分析低轨大规模卫星星座系统间星间链路的干扰情况并进行仿真验证。实验证明了低轨大规模卫星星座系统之间的星间链路存在干扰情况,且频率越高,干扰现象越明显。     

基于分布式星群的双层星座设计

当前,陆地通信系统已无法满足日益复杂的信息需求,利用空间信息网络实现全球范围内的无缝覆盖和高效容量传输成为研究热点。现有卫星通信系统以单层星座为主,缺少高低轨卫星之间的协同。提出了一种基于分布式星群的双层星座设计,以基于分布式星群的低轨卫星作为网络架构的基础,采用星间链路实现低轨卫星之间的通信,通过高轨卫星实现中低纬度地区覆盖性能加强。仿真结果表明,所提方法在仅依靠在国内部署卫星地面站的前提下可实现全球多重覆盖。