卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。     

基于多目标模拟退火算法的导航卫星激光星间链路拓扑动态优化

根据激光星间链路的技术特点,并考虑导航卫星星间链路需兼顾通信、高精度测量与自主定轨的多重要求,研究了全球导航卫星系统(GNSS)激光星间链路拓扑的动态优化问题。采用有限状态自动机(FSA)思想建立了一种导航卫星激光星间链路的链路周期表。综合卫星平台、轨道动力学、激光终端捕获跟踪性能等工程约束条件,以网络时延和链路空间位置精度因子(PDOP)作为通信性能和高精度测量的量化指标,建立拓扑的多目标优化模型。提出一种基于多目标模拟退火算法(MOSA)的改进算法,求解全局最优拓扑结构,并在某卫星或某条激光链路不可用时进行动态优化。此外,还设计了一种避免冲突的链路交叉算法,改进了多源最小时延路由算法。仿真结果表明:在包括24颗MEO和3颗IGSO卫星的GNSS中,经该算法优化的拓扑结构具有良好的通信和测量性能,能够有效改善网络时延、PDOP值;当个别卫星或个别激光链路不可用时,改进算法计算出的拓扑结构仍能较好地兼顾高速通信与高精度测量性能。     

高轨卫星激光中继链路研究现状及发展趋势

自由空间激光通信技术长期以来都是卫星通信和载荷技术领域的研究热点,具有大带宽、高速率等特点.高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点,随着激光通信技术的成熟,激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠途径.对国内外高轨卫星激光中继链路的最新发展动态及其未来发展规划进行综述,该综述为我国建设空间激光信息网络提供参考.     

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。     

空间激光通信网络中的全光相位再生技术

围绕空间激光通信网络中高速数据多跳传输应用需求,针对相位调制激光链路经过空间长距离传输后信号质量劣化的问题,研究了基于相位敏感四波混频参量效应实现二进制相位调制高速激光信号的全光相位再生技术。利用Matlab软件数值分析了全光相位再生系统的影响因素,并基于OptiSystem仿真平台搭建了全光相位再生系统。结合高轨-地面站空间激光通信系统链路预算,对速率为10 Gbit/s的DPSK信号光经背靠背、相位噪声劣化以及劣化后全光相位再生处理三种传输场景进了对比分析。模拟仿真结果与数值分析结果均表明,与劣化后未经再生处理的系统相比,全光相位再生处理后的系统误码率平均优化4个数量级,信噪比提升约3 dB,表明该空间激光通信全光相位再生技术可实现相位调制信号的全光相位再生,能够有效提升空间相干激光通信系统的性能,可以应用于空间高速激光通信网络中继节点处的全光数据中继等方向。     

激光星间链路发展综述：现状、趋势、展望

由于激光通信在空间传输中波长短且方向性强,已成为下一代卫星通信与导航的重要手段。激光星间链路的高速率、高带宽、高安全性等特点,可以提供高质量卫星空间通信,同时其还可以提高星间测距的精度,因此,构建激光星间链路成为下一代卫星网络的研究重点之一。文中首先从技术层面介绍激光星间链路的基本组成,主要介绍了卫星激光建链模式、卫星激光信号调制模式及卫星激光载波波长三个重要技术点。从技术到现象,根据不同轨道高度和不同的任务需求,按照发射时间顺序综合调研并总结了近年来国内外典型中高轨和低轨卫星激光通信成果的发展现状与未来计划。通过调研,进一步从宏观角度分析出卫星激光通信发展标准化、兼容化、网络化和商业化四个趋势,并从微观角度总结了卫星激光终端弹性化和模块化的发展方向。最后,除了作为通讯手段,展望了星间激光链路用于卫星激光测距的良好前景。通过对激光星间链路的现状、趋势和展望的综合分析,旨在为未来激光星间链路的设计与优化提供一定的借鉴和参考,并为我国未来星间激光通信和测距技术的发展及研究提供方向参考。     

星地相干光通信中的自适应光学系统带宽研究

针对星地相干激光通信,研究了自适应光学的系统带宽对通信性能的影响。对于特定校正阶数的自适应光学系统,得到了系统需求的控制带宽,并对比了同步轨道(GEO)卫星对地链路和低地轨道(LEO)卫星对地链路。结果显示低轨卫星链路所需的控制带宽远大于同步卫星链路,原因来自于低轨卫星和地面站的高速相对运动产生的垂直链路风速,同时低轨卫星对地链路对自适应光学的带宽需求和天顶角是成反比关系的。分析了低轨卫星对地相干激光通信链路混频效率和自适应系统带宽以及校正阶数的关系,结果表明,200 Hz的闭环带宽完全可以满足需求,当达到100Hz带宽之后,增加变形镜单元数对混频效率的提升更为有效。     

卫星间第一条使用激光的光学链路

卫星间的第一条光学链路建于2001年11月,该链路使用激光作为信号载体。从那时起,卫星已能实时把图像从空间传输到地面,从而使数据的发送更为及时。 这条实验用的光学数据链路是由安装在法国地球观测卫星SPOT-4号上的“半导体激光器卫星间链路实验”(SILEX)通信终端提供的     

多层卫星网络激光星间链路空间特性仿真

多层卫星网络结构由于其鲁棒性强,可实现无缝覆盖等特点而成为研究热点。针对 高轨/中轨/低轨(GEO/MEO/LEO)多层卫星网络结构,研究了各个节点间的激光链路,推导出 了 不同轨道间两个卫星位置关系的坐标转换公式。对同层间激光链路(OISL)、异层间激光链路 ( OIOL) 俯仰角、方位角以及距离参数和GEO对LEO覆盖特性进行了仿真。结果表明,卫 星光学终端俯仰指瞄范围完全可以满足目标星的移动要求,但水平指瞄范围和扫描速度是影 响星间激光链路性能的主要因素。     

一点对多点同时空间激光通信光学跟瞄技术研究

为了实现一点对多点同时空间激光通信,对系统的光学跟瞄技术进行了研究。简述了系统总体方案,推导了捕获、瞄准、跟踪(APT)系统工作流程、捕获对准和粗跟踪过程中脱靶量与反射镜转动之间的关系。对跟瞄过程中的多执行器联动控制、图像处理识别与定位和双镜交接低误码控制等关键技术进行了深入研究。介绍了多点同时激光通信原理样机与实验。实验结果表明:原理样机的同时空间激光通信终端达3个,通信范围方位角为360°,俯仰角为±19°,从而验证了光学原理与跟瞄技术的可行性。     

光孤子研究的新进展

简要介绍了时间光孤子和空间光孤子的研究现状,侧重介绍了亮空间光孤子和暗空间光孤子的最新研究进展,最后分析了光孤子研究的未来发展方向。     

光衰减器系列化研究及应用

对光通信用光衰减器的工作原理作了系统地阐述，详细报道了光系列衰减器的性能，使用，最后介绍了我国光衰减器的发展状况。     

基于光突发交换的下一代光互联网技术

给出了基于光突发交换的下一代光互联网技术的体系结构,然后从光突发数据格式、光突发的装配、光突发交换节点与网络结构、资源预留协议,以及数据信道调度算法等方面讨论了其核心技术问题.最后,简要地指出了下一代光互联网技术的未来研究方向和主要研究内容.     

聚焦光学系统光学限制效应的分析

本文利用高斯分解法给出了聚焦光学系统中光学非线性介质引起的光学限制效应，以及几何排布对其的影响。结果表明，近场几何排布下的光学限制效应十分不同于远场情况。具有正非线性系数的介质是不能用来做光学限制介质的。     

三值光计算机研究综述

三值光计算机的基本思想是用两个偏振方向相互垂直的有光态和无光态3种状态表示三值信息,用物理器件(如液晶和偏振片)实现这3个状态间的转换.经过十数年的努力,三值光计算机的研究取得了较丰富的研究成果.对三值光计算机的研究进展进行全面深入的分析和总结,首先介绍三值光计算机的结构,整理已取得的研究成果,最后分析并展望三值光计算机未来的研究方向.     

光标记技术研究

光标记技术是光标记交换的核心技术。本文对最新提出的多种光标记技术进行了描述与讨论,并比较研究了各自的优缺点及实用化前景。     

基于光载波抑制的光标记交换新技术

介绍一种新的光标记交换技术,它是利用光载波的抑制来产生具有固定频率间隔的双波长光波,并对这两路光波分别进行调制,以加载光标记和光数据载荷.在网络的节点处使用波长变换技术进行标记交换.该技术结构简单,易于实现,克服了现有的光标记交换技术中的一些不足之处.     

我国光通信产业的竞争力发展 和竞争力探讨

 光纤通信是信息社会最重要的基础设施,是我国《2006-2020年国家信息化发展战略》和《电子信息产业调整和振兴规划》重点发展和支持的技术。30多年来,光通信产业在中国也得到长足发展,然而要支撑中国这个信息大国、网络大国、通信大国,中国的光通信产业能否有能力担纲？产业的竞争力发展情况怎样？在哪些方面具有竞争力？本文根据3年来《网络电信》对中国光通信企业竞争力跟踪调查和监测的情况,结合中国光通信技术的发展,对我国光通信产业的竞争力发展进行初步的探讨。     

光互连研究进展

光互连在高度并行、高速、大容量的数字系统和智能计算等领域显示了卓越的潜能。文章首先比较了在超大规模集成系统（ＶＬＳＩ）中光互连和电互连的优劣,总结了各种类的光互连及近年取得的新进展,并分析了光互连遇到的困难和未来前景。     

基于闲频光功率的光纤参量振荡器反馈控制实验

为了补偿光纤参量振荡器光纤环的长度漂移,提出一种基于四波混频闲频光功率的反馈控制方案。通过10Gbit/s归零(RZ)光信号的时钟提取实验证实了该方案的可行性,所提取时钟信号的归一化相位抖动与幅度抖动分别在0.015与0.06以下,并可长时间稳定工作,因此该方案具有很强的实用性。