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卫星智慧天网一号01星发射,未来将通过星间双向激光链路实现星座灵活组网,提供全球覆盖宽带网络服务。美国Starlink则在其V1.5和V2.0低轨卫星部署超9000个空间激光器,星间数据传输吞吐量达到5.6Tbps,每日传输总量超过42PB。
在以低延迟、低成本为特色的中低轨星座组网需求推动下,星间链路实现星间直接通信,降低卫星通信系统对地面站依赖,增强卫星网络覆盖和通信容量,成为卫星互联网关键技术之一,受到学术界与产业界广泛关注。星间链路相关概念
卫星通信主要存在两种方式,卫星-地球链路传输模式(图1)所有信息交换均在地面信关站完成,卫星不作信息中继介质。卫星-卫星链路传输模式(图2)即星间链路模式,能够实现卫星间的直接信息交互,这一模式能够减少传输“跳数”,降低卫星传输端到端时延以及对地面网络依赖,实现广域网络覆盖,成为发展卫星互联网的关键技术之一。
图1 传统透明转发模式
图2 星间链路传输模式
星间链路相关技术不断突破,加快全球卫星互联网组网进程
趋势1:星间链路数据传输效率提升,满足大型星座建设需求
星间激光通信是一种使用激光信号在卫星之间传输数据的技术,较传统微波通信具有高频率、高速率、高安全等特点,可利用的频带宽度达GHz级,无需向国际电联申请特定频段,能够在真空环境下实现卫星与卫星、飞船、空间站间的相互通信,目前开始专注于容量提升,正在由兆比特级提升至吉比特级。2016年,欧洲EDRS-A激光通信中继载荷达到600 Mbit/s信息速率,为40余颗卫星提供中继服务。2021年以来,SpaceX Starlink V1.5和V2.0版低轨卫星均加装光学空间激光器,通过星间数据交换达到网络优化管理以及服务连续性目标。2023年,亚马逊Project Kuiper利用星载激光通信实现1000公里双向100Gbps星间链路测试。
趋势2:星间链路多轨道协同提高传输灵活性,保障卫星互联网稳健运行
不同轨道的卫星单独组网均无法满足天基网络建设需要,星间链路支持多轨道协同,实现同一轨道面卫星和相邻轨道面卫星之间的相互通信,保障卫星互联网弹性灵活与容量冗余。我国北斗三号在全球首创相控阵星间链路方案,48颗卫星在Ka频段实现高中轨道协同,自主定轨、时间同步等技术实现自主可控,星座抗干扰能力较高。2022年底,SpaceX推出的星盾业务支持跨轨道通信,通过同轨道、异轨道卫星之间的永久链,以及跨轨道交叉链,保障军事卫星星座健壮性。
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