本文摘录自：崔潇. 卫星光通信关键技术及发展态势分析[J]. 信息通信技术与政策, 2021, 47(11): 65-72
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伴随着5G的正式商用，国内外研究机构和标准组织对6G的研究布局也已陆续开启。6G网络的覆盖范围更加广泛，将从地球进一步延伸到太空,实现地面、卫星和机载网络等的无缝连接。6G网络传输速率将达到5G网络的10倍以上，峰值速率可达100 Gbit/s~1 Tbit/s；时延则比5G网络缩短10倍，低至0.1 ms[1]。如何突破当前5G光纤网络覆盖范围的限制，实现空间、海洋等更加复杂的业务传输场景，是未来6G技术需要突破的难题。
不同于传统的微波卫星通信，卫星光通信的原理是直接通过激光在大气或太空传输，从而实现信息的传递。与微波相比，激光具备多个方面的优势：激光通信可利用的频带宽度超过GHz，高达微波频带宽度总和的一万多倍；激光通信使用频段不受限制；通信设备的尺寸与波长成正比，因此激光卫星通信设备的尺寸和重量远低于微波卫星通信设备，灵活性与可扩展性强；激光光束发散角小、方向性好，通信链路不易被截断，具有较强的保密性。但在具备众多优越条件的同时，激光通信链路的稳定性较低是卫星光通信的缺点之一。
造成卫星光通信这一缺点的原因是由于信号在传输过程中无法改变链路方向，因此极易受障碍物的阻挡，而在通过大气传输的情况下将受到大气条件的影响；且通信链路两端平台易受空间环境的影响产生震动和位移，从而降低了链路的稳定性。总体而言，卫星光通信大带宽、组网灵活、保密性好等优势使其具备成为未来6G组网关键技术之一的潜力。
卫星光通信的研究最早可以追溯到1967年，随着激光器等硬件设备的发展，卫星光通信的理论研究逐渐深入。在经历了早期理论研究阶段之后，20世纪70年代，各研究机构开始开展包括器件、终端、系统设计在内的系统性研究；20世纪80年代开展的卫星光通信研究主要针对星地链路；到20世纪90年代后才逐渐拓展到太空中卫星间的光通信链路。在早期发展阶段中，卫星光通信的工程试验大多为点到点，直到近年来商用项目的部署中才出现了星间的大规模应用。图1以时间线的形式展示了国内外卫星光通信验证项目的开展状况。
图1 国内外卫星光通信验证项目开展状况
由于技术难点多、设备研发价格高、试验条件复杂等因素，卫星光通信项目的研发对国家的科研能力、经济实力要求较高。美国、欧洲等国家/地区早在20世纪就凭借强大的综合实力和资金支持，开始对卫星光通信进行研究、开展试验验证项目，经过长期积累，在早期就已实现了技术复杂度更高的星间链路试验。
日本是卫星光通信领域的后起之秀，虽然起步较晚，但技术发展和项目开展迅速，并且与欧洲合作密切，已经开展了多次星地和星间验证项目。我国涉足卫星光通信领域的时间较短，早期试验项目以军用类型为主，且大都保密，从2011年起才有信息公开的项目记录。我国前期开展的试验项目以复杂度相对较低的星地链路为主，后期星间链路试验的规模不断扩大。
自卫星光通信技术的相关研究逐步开展以来,卫星光通信长期处在技术突破和试验验证阶段。而在2015年美国SpaceX宣布开始布局“星链”（Starlink）项目，2019年正式将首批60颗卫星发送入轨道，在星间采用卫星光通信技术。大规模的卫星光通信技术得到采用，才使卫星光通信正式向产业化方向发展。自此，星座网络开始吸引大众的视线，并且呈加速发展的态势，成为大国之间博弈的热点。图2为国内外参与卫星光通信领域研发的科研机构、高校及企业的活跃度分布情况。
图2 国内外卫星光通信研究机构、高校及企业活跃度分布情况
目前，美国、欧洲、日本以及中国的相关机构及企业都具有较高的活跃度。尤其是美国，因为技术成熟度高且航天产业资本参与度高，在卫星光通信领域内的优势显著。以美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）为代表的众多科研机构、高校以及企业都在积极参与系统性研发和试验工作。其中，活跃度高的包括NASA、NASA下属的加州理工大学喷气动力实验室、麻省理工学院林肯实验室、SpaceX。
美国的研究机构和企业之间的合作非常紧密，技术大多实现互通，因此在很大程度上促进了美国卫星光通信整个产业的活跃度。欧洲与日本的科研机构之间的合作紧密，企业和科研机构的研究方向也有所侧重，企业偏向于终端研究，科研机构大部分都在研究搭建整个卫星光通信系统，科研机构活跃度明显大于企业。此外，俄罗斯研制的星间激光数据传输系统已经在空间站和航天器等平台上得到了应用；以色列、法国、加拿大、韩国等也在积极探索这一领域，有望在不久的将来实现产业上的突破。
2018年起，我国多个天基系统项目陆续公开，虹云工程、鸿雁工程、行云工程由航天科工、航天科技两大集团主导，正式进行天基网络的商用布局。除此之外，更多的企业力量在近几年也加入了研究行列，主要开展终端研制方面的工作。
尽管卫星光通信目前仍处于产业发展的起步阶段，多数项目仍然以点到点的单链路通信形式开展试验，大规模的星间商用部署仍在进行当中，但是将其应用为6G组网技术的潜力已经被各大研究机构和企业所挖掘，未来将在技术上进一步实现突破，使其具备更加成熟的产业应用条件。各国的产业生态也将进一步扩展，引导更多企业加入卫星光通信技术与设备的研究行列。
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