卫星通信|星上处理+星间链路是趋势
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星上处理
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星间链路
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SATELLITE
星间组网逐渐普及
目前新兴巨型星座大多具有星上处理能力，可对接收的数据包进行解析、存储和转发，而不局限于透明转发的工作模式。卫星间可建立微波或激光链路，并且在运动过程中保持连接，实现数据包在卫星间的转发；半导体技术的进步使卫星具有更强的星上处理和存储能力，而激光星间链路技术可大幅提升星间通信速率，适应宽带业务需求。
星载转发器
星载转发器是星上信号处理和交换技术中的核心模块，也是宽带卫星通信网络中的关键技术，其性能的优劣决定了整个通信系统的性能。星载转发器通过控制信号的发送、处理和接收方式，直接影响整个通信卫星系统的可靠性、容量、重量、体积、功耗等关键参数。对应透明载荷和可再生载荷，星载转发器可分为透明转发器和再生式转发器两种。
①透明转发器的主要部件是高功率放大器，容量大且结构简单，它具有完整的上行链路和下行链路，由终端来决定频带的划分，但是它的抗干扰能力弱，终端与终端之间的信息传输需要两跳来完成。
②再生式转发器采用了再生式星上处理技术即对所有需要处理的用户信号进行解调译码，交换后再重新进行编码调制。与透明转发器相比，它的上行链路和下行链路分开设计，并且通过解调译码的操作，消除了噪声积累，具有较强的抗干扰能力、较高的频谱利用率和通信质量等优点。具有代表性的再生式转发器主要有北美地区 SpaceMux、欧洲的 Skyplex以及日本研制的 WINDS。
星间链路的特点
卫星互联网中链路的分类：
①星间链路（Inter-Satellite Link，ISL）：卫星之间的链路。
②服务链路（Service Link）：卫星和用户之间的链路。
③馈电链路（Feeder Link）：卫星和信关站之间的链路。
星间链路的组成：
星间链路包括四个子系统：接收机、发射机、捕获跟踪子系统以及天线子系统。
①接收机：对接收信号进行放大、变频、检测、解调和译码等，提供星间链路与卫星下行链路之间的接口。
②发射机：从卫星的上行链路中筛选需要在星间链路上传输的信号，完成编码、调制、变频和放大。
③捕获跟踪子系统：负责使星间链路两端的天线互相对准（捕获），并使指向误差控制在一定范围内。
④天线子系统：负责在星间链路收发电磁波信号。
星间链路的优点：
①扩大了系统的覆盖范围；
②减少传输时延，满足多媒体实时业务的 QoS 要求；
③使得低轨卫星移动通信系统能够更少地依赖于地面网络，能够更为灵活方便地进行路由选择和网络管理；
④减少了地面信关的数目，可大大降低地面段的复杂度和投资；
⑤可以独立组网，卫星网不依赖于地面网提供通信业务，作为地面网的备份；
⑥可以在一定程度上解决地面蜂窝网的漫游问题。
星间链路的技术难点：
①拓扑时变空变：地面网络的基站或有线网主干节点大多是固定节点，而卫星网络中的各个节点都处于运动中，因此卫星网络的拓扑也随之不断变化。这种拓扑变化可能带来星间链路的路由变化、导致星间链路捕获难度高、传输距离、传输时延的不稳定，甚至传输信道不稳定，传输稳定性不如地面网络。
②网络节点计算和存储能力有限：卫星中的星载计算设备和存储设备，在发射前需要经过严格的适应性和抗辐射检测，无法与地面节点的运算速度和存储空间大小相比。
资料来源：中国集群通信网
激光通信
自由空间光通信：
自由空间光通信（FSO）是一种光通信技术，它利用光在自由空间中传播的方式，以无线通讯的形式传输数据，被用于电信或计算机网络中。“自由空间”是指空气、外空间、真空或类似的空间。它与使用光纤电缆等实体形成的通信技术有所不同。该技术在高成本或一些不切实际的物理连接的情况下很有效。
FSO的优点：它易于部署，不容易被截获，不容易被干扰，既可以用于数据传输也可以用于能量传输。近年来，FSO在企业网、应急通信、光网拓展、自动对准通信、光网备份、芯片级通信上也找到了一席之地。
对于FSO的缺点，利用空间分集，波束扫描，MIMO，认知网络，衰落储备冗余和自动增益控制技术在一定程度上减轻了地形、环境与天气的影响。
FSO在卫星对地通信上更是颠覆性的技术，为GEO，MEO和LEO卫星网络提供了数据回传的骨干链路。
星间激光通信：
激光通信通过激光在两个终端之间传输数据，比射频（RF）终端更安全，因为射频终端可能会被干扰。这项技术也有助于像Starlink这样的低地球轨道（LEO）星座，因为数据可以在同一平面上的卫星之间传输，这可以减轻地面基础设施的负担。
激光通信的技术优势：
①频带宽度大，链路通信容量较大；
②波束发散角度小，方向性强，具备良好的抗干扰和防截获性能，系统安全性高；
③设备之间没有微波信号干扰，无需申请空间频率使用许可证。
④星间激光通信具有很高的能量集中度，当需要很高的链路通信速率时，激光通信终端在体积，重量和功耗方面的优势便可以体现，而这也符合当今卫星平台对有效载荷的要求。
目前卫星激光通信的正向着标准化、 兼容化、网络化和商业化发展趋势；激光终端产品向着弹性化和模块化方向发展。
由于激光光束较窄，对准、捕获和跟踪是激光通信系统需要应对的重要问题。激光跟踪技术是星际激光链路的关键技术之一。此外，将微波通信技术和激光通信技术相结合已成为星座组网的主流，以满足大规模快速发展的卫星通信星座对更高的测量精度和更快的通信速率的需求。
激光链路应用：
为满足卫星移动通信系统大业务量，星间链路势必采用较高的工作频段或采用激光星际链路。目前多个主流低轨星座系统均提出发展星间链路能力，同时激光星间链路技术不断成熟，促进传输延迟降低，传输效率和数据安全性提升。
根据王韵涵等的《国外低轨卫星互联网发展最新态势研判》，10Gbit/s 星间传输能力成为标配，远景目标将达到 100Gbit/s。中国的“星网”、“鸿雁”、“虹云”、“行云”以及“天地一体化”星座和国外的“Kuiper”、“Telesat”、“Starlink”网络等已经将激光星间链路作为其核心传输链路的方式之一。
StarLink激光链路：
2021年9月，首批v1.5星链卫星由猎鹰9号火箭发射升空。Starlink 星座 v1.5 的卫星均具有构建星间链路的 4 个激光通信模块，结合卫星平台的星上计算能力，采用激光星间链路LISL构建覆盖全球的卫星网络。按规划每颗卫星的 4 个 LISL 将分别连接到同一轨道面上的前后两颗卫星以及不同轨道面上的左右两颗相邻卫星，这种拓扑配置与铱星（Iridium）星座的星间链路配置（构型）相同，不同的是铱星星座星间链路基于 Ka 频段通信，带宽仅为约 10 Mbit/s。
星间链路的协议
传统地面网络中普遍应用 TCP/IP 协议簇，而针对星间链路还没有统一适用的网络协议标准。虽然TCP/IP 协议是地面网络中最为成熟且广泛使用的网络协议，并且其稳定性和可靠性已经得到无数实际应用的验证，在互联网中占有绝对统治地位，但由于空间与地面传输条件的巨大差异，TCP/IP 协议对于星间链路并不能适用，因此需要探索更适合星间链路的网络传输协议。
目前，对于星间链路网络传输协议的研究主要可分为三类。
①对国际空间数据系统咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS）的空间通信协议规范（Space Communication Protocol Specification，SCPS）体系的完善和改进。
②对 TCP/IP 协议在星间网络中的精简和调整。
③面向延迟、中断容忍网络（Delay/Disruption-Tolerant Network，DTN）的研究。
星间链路的协议设计核心就是要比地面网络更简单、更高效、更安全。
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