空間光通信技術的發展與展望芻議

姜 鋒

（92941部隊45分隊，葫蘆島 125000）

基于信息流量的快速增加，以微波為核心的空間衛星通信技術的弱點也逐漸暴露出來。也就是說，在通信數據率增加的同時，微波這一傳統手段也面臨著最高傳輸率的理論困境。在這種情況下，光通信領域的重要性逐漸突顯出來，借助光通信較高的數據傳輸率應用，希望能夠有效解決存在的問題。由此可見，深入研究并分析空間光通信技術的發展與展望具有一定的現實意義。

1 空間光通信技術的發展

伴隨航天技術的快速發展，以地球軌道為中心所運行的飛行器數量不斷增多，而飛行器間以及其與地面站都要實現有效的通信，在通信數據量迅速提高的情況下，使得通信系統所面臨的挑戰愈加嚴峻[1]。而衛星通信地面站的構建也會產生地面運行與維護費用、需要更多的地面運行維護工作人員，直接影響了系統運行的可靠性與效率。在這種情況下，應積極創建衛星和衛星之間的通信鏈路，也就是中繼星與中繼鏈路。

所謂的數據中繼衛星，就是以地面站與低地球軌道為主要對象，不斷延長航天器接觸的時間，有效融合測控功能與通信功能。在通信、科學實驗以及載人航天器等方面，都對數據傳輸率的速度提出了較高的要求，只有這樣，才能夠確保信息傳輸速度更快。根據第一代跟蹤數據中繼衛星系統的運行狀況可以發現，因微波通信頻段的容量十分有限，所以無法與全新需求相適應。與此同時，有限同步軌道資源當中的衛星數量不斷增加，而且微波通信系統之間的干擾問題也逐漸突顯出來。

通過對衛星光通信技術的應用，能夠對以上問題進行有效地解決。所謂的衛星光通信，具體指的就是在空間信道當中，借助激光的方式有效地替代微波并完成鏈路與信號傳輸。現階段，衛星微波通信所使用的頻段一般處于300MHz-300GHz范圍內，但是衛星光通信本身的頻段可以達到300THz，兩者之間的差距相對明顯。所以說，選擇使用光波段通信的過程中，能夠使通信帶寬不斷增加，而且通信數據率還能夠實現Gbps[2]。除此之外，激光波束很窄，所以一般不會存在互相干擾的問題。在此基礎上，衛星光通信終端的體積與質量不大，功耗偏低，為星載合理運行提供了極大的便利。

衛星光通信可以在同步軌道衛星間的通信當中，也可以在低軌道衛星和同步軌道衛星通信應用，較之于微波通信，衛星光通信的優勢十分明顯，集中表現在以下幾個方面：

首先，調制帶寬增加。在增加載波頻率理論方面，使得傳輸的帶寬明顯增大，使得系統通信容量明顯提高。

其次，設備體積下降。光波的波長是RF與微波波長的1/1000與1/100000，對衛星通信體積產生影響的常見因素就是天線的尺寸，其在衛星光通信系統當中會迅速地下降。

最后，抗干擾性能與保密性能得以增強。衛星光通信對光束進行傳輸的過程中，因傳輸路徑過窄，接收視域也不大，所以要想竊取亦或是人為干擾，具有極大的難度[3]。

2 空間光通信技術的展望

較之于微波通信，衛星光通信對于捕獲跟蹤技術與瞄準技術的要求不斷提高。一般情況下，瞄準精準度會在微弧度量級中應用，為確保特定誤碼率條件下通信的合理性，就必須要高度重視跟蹤精準度的重要性。在星地與星間衛星光通信而言，因鏈路時間不長，所以要求捕獲時間在分鐘量級中完成。

在我國，上世紀七十年代初期，就針對無線光通信單元技術與通信系統展開了深入地研究，然而卻始終受諸多條件的限制[4]。至九十年代初期，將衛星通信作為主要背景，開展了衛星光通信技術的研究。

其中，哈工大深入調研并跟蹤了衛星光通信技術，對衛星光通信未來發展趨勢進行了分析。隨后，承擔空間光通信技術研究項目，探討了衛星光通訊系統基本概念以及信號傳輸基本系統，對微型光通信模擬實驗終端進行了研制，實現了衛星光通信模擬實驗，并為衛星光通信空間演示驗證系統的研制以及衛星光通信實驗的開展提供了必要的保障，這同樣代表了國內衛星光通信研究的空間試驗發展趨勢[5]。

而電子科技大學對激光大氣通信理論以及技術等實施了研究，將地與地間的大氣傳輸光通信作為主要的應用背景。隨后，基于激光大氣通信研究，開展了衛星光通信瞄準捕獲跟蹤技術。

3 結束語

綜上所述，空間衛星光通信技術在我國的發展時間并不長，但同樣取得了理想的發展成績。也就是說，在未來發展的過程中，工程實用化空間光通信終端就能夠實現搭載應用，以保證空間通信技術取得理想的發展成績。而作為空間衛星光通信研究人員，則應在工作中緊緊把握研發時機，盡可能優化空間光通信的研究水平，以保證實用化發展目標的實現。