卫星互联网星间激光通信的分析及建议

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2024033

电信科学 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (2): 1-10.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2024033

• 研究与开发 •

卫星互联网星间激光通信的分析及建议

陈山枝¹, 范志文², 金家德², 曹云²^,³

¹ 中国信息通信科技集团有限公司无线移动通信全国重点实验室，北京 100191
² 烽火通信科技股份有限公司，湖北武汉 430074
³ 光通信技术和网络全国重点实验室，湖北武汉 430074

修回日期:2024-02-15 出版日期:2024-02-01 发布日期:2024-02-01
作者简介:陈山枝（1969- ），男，博士，中国信息通信科技集团有限公司副总经理、总工程师、科学技术委员会主任、教授级高级工程师、博士生导师，无线移动通信全国重点实验室主任，负责4G和5G移动通信、C-V2X技术与标准研究及产业化工作。国家杰出青年科学基金获得者，IEEE Fellow，中国电子学会会士，中国通信学会会士。科研成果曾获得国家科技进步奖特等奖、一等奖、二等奖，国家技术发明奖二等奖等。主要研究方向为 B5G 和 6G、车联网、星地融合移动通信与卫星互联网等
范志文（1979- ），男，烽火通信科技股份有限公司副总裁、正高级工程师，长期从事光通信、数据通信、光电子芯片与器件、卫星通信等方面的研究工作
金家德（1976- ），男，烽火通信科技股份有限公司空间光通信产品线总监、高级工程师，长期从事光通信系统、数据通信、卫星通信等方面的研究工作
曹云（1980- ），男，烽火通信科技股份有限公司飞思灵微电子副总经理、正高级工程师，光通信技术和网络全国重点实验室高级研究员，主要从事超高速光电子芯片与器件研发及超高速光传输系统等方面的研究工作

Analysis and suggestions on inter-satellite laser communication of satellite Internet

Shanzhi CHEN¹, Zhiwen FAN², Jiade JIN², Yun CAO²^,³

¹ The State Key Laboratory of Wireless Mobile Communications, China Information and Communication Technology Group Co., Ltd.(CICT), Beijing 100191, China
² FiberHome Telecommunication Technologies Co., Ltd., Wuhan 430074, China
³ The State Key Laboratory of Optical Communication Technology and Networks, Wuhan 430074, China

Revised:2024-02-15 Online:2024-02-01 Published:2024-02-01

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 卫星互联网, 星间激光通信, OTN, 星地一体化网络, 6G

Abstract:

Satellite communication and terrestrial mobile communication have strong complemented co-benefits.Satellite Internet is the hot spot supporting current industrial development and an important part of the future 6G network.Global coverage requires interstellar networking, but inter-satellite communication bandwidth requirements and the instability brought by the free space channel pose new challenges to the space bearer network.Inter-satellite communication technologies and link interface technologies were compared and analyzed.An optical transport network (OTN) carrier network solution based on inter-satellite laser was proposed, which could fully leverage the advantages of the maturities and the economies of the scaled ground optical communication.It constructs a satellite-terrestrial integrated network with strong cost-efectivity, compatibility, and scalability.Finally, the technological directions and evolutions of the inter-satellite laser communication were discussed, and suggestions for industrial development in China were proposed.

Key words: satellite Internet, inter-satellite laser communication, OTN, satellite-terrestrial integrated network, 6G

中图分类号:

TN927.2

陈山枝, 范志文, 金家德, 曹云. 卫星互联网星间激光通信的分析及建议[J]. 电信科学, 2024, 40(2): 1-10.

Shanzhi CHEN, Zhiwen FAN, Jiade JIN, Yun CAO. Analysis and suggestions on inter-satellite laser communication of satellite Internet[J]. Telecommunications Science, 2024, 40(2): 1-10.

图/表 7

表1

表2

表3

图1

图2

表4

图3

参考文献 9

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特性	星间微波通信	星间激光通信
电磁波长	30 mm～3 m	0.7～1.6 μm
可用带宽	较大（40 GHz）	极大（100 THz）
频带管制	有	无
传输速率	低（300 Mbit/s）	极高（400 Gbit/s）
抗干扰能力	一般	强
信号聚焦性	一般	好
功耗尺寸	大	小
持续演进潜力	弱	优
产业规模	较小	大

对比项	星间激光通信	地面光纤通信
传输介质	自由空间	光纤光缆
系统环境	极端温度、强烈震动、高强度辐射等	机房环境，相对稳定
节点移动性	卫星高速运动，收发机需要精准跟瞄	静止状态
链路稳定性	受太空环境、卫星运动及跟瞄精准度影响	受环境影响较小
能源供给	受限于太阳帆板面积、星载电池及星蚀现象	稳定充分
存储处理	能力弱	能力强
系统运维	困难	容易

指标	星间相干探测星间直接探测
传输距离	>10 000 km<2 000 km
灵敏度	相干比非相干高1～2个数量级
调制格式	支持强度、相位、偏振、时间、频率等多维度调制检测仅支持强度、时间维度上的调制检测
传输速率	>400 Gbit/s～40 Gbit/s
高低轨互通	支持不支持
成熟度	技术成熟，长距场景技术成熟，短距场景

对比项	OTN协议	CCSDS协议
可承载业务类型	以太网、SDH网	以太网
映射类型	GFP/AMP/GMP/BMP…	分片、聚合
速率范围	1.25 Gbit/s～1.6 Tbit/s	～10 Gbit/s
交织深度	16	4
测距精度	≤1 cm	≤1 cm
开销区容量	大且灵活	小
隔离方式	硬隔离	软隔离
智能运维能力	高	低

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卫星互联网星间激光通信的分析及建议

Analysis and suggestions on inter-satellite laser communication of satellite Internet

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