Ringkasan : Komunikasi laser memiliki karakteristik lebar pita lebar, kecepatan data tinggi, dan konsumsi daya rendah, merupakan salah satu sarana penting untuk mewujudkan pertukaran informasi volume data yang besar antara satelit dan darat di masa depan. Namun, transmisi laser sangat dipengaruhi oleh penyerapan dan hamburan atmosfer, turbulensi atmosfer, dan cahaya latar, dan keandalannya tunduk pada tantangan tertentu. Makalah ini menyisir status penelitian teknologi jaminan keandalan komunikasi laser satelit-ke-darat dari aspek penelitian prinsip, verifikasi darat dan uji orbit, dan merangkum rute pengembangan teknologi negara-negara penelitian utama. Analisis menunjukkan bahwa teknologi jaminan keandalan komunikasi laser satelit-ke-darat di masa depan akan lebih meningkatkan metode jaminan keandalan berdasarkan tautan tunggal, dan melaksanakan penelitian dan pengujian di orbit dari metode jaminan berbasis jaringan. Pengembangan berbagai teknologi jaminan keandalan akan sangat meningkatkan efisiensi komunikasi laser satelit-ke-darat, dan selanjutnya mendorong pengembangan jaringan informasi darat dunia yang terintegrasi.
Kata kunci: komunikasi laser satelit-ke-darat; turbulensi atmosfer; optik adaptif; transmisi hibrida laser-gelombang mikro
pengantar
Dengan perkembangan masyarakat dan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, permintaan masyarakat akan penggunaan sumber daya antariksa semakin meningkat. Banyak negara dan lembaga yang mengedepankan rencana ruang angkasa sendiri. Yang lebih terkenal termasuk yang sudah dibangun. Sistem komunikasi satelit untuk jaringan luar angkasa seperti Iridium dan Advanced Extreme High Frequency (AEHF), serta OneWeb dan Starlink Tunggu konstelasi satelit Internet orbit rendah. Dalam rangka menjaga keamanan nasional dan memajukan perekonomian nasional, China juga telah mengusulkan rencana pembangunan jaringan informasi yang terintegrasi antara dunia dan bumi, serta telah mencapai serangkaian hasil penelitian.
Untuk memenuhi meningkatnya permintaan data dan transmisi multimedia, dan untuk menghadapi sumber daya spektrum gelombang mikro yang semakin langka, orang-orang telah memperkenalkan teknologi komunikasi laser ke dalam aplikasi ruang angkasa, dan melakukan serangkaian eksperimen komunikasi laser satelit-darat dan antar-satelit. Namun, dalam skenario komunikasi satelit-ke-darat, transmisi laser sangat dipengaruhi oleh penyerapan dan hamburan atmosfer, turbulensi atmosfer, dan cahaya latar, yang membatasi keandalan tautan. Artikel ini akan dimulai dengan penelitian prinsip, verifikasi darat dan uji orbit, memilah status penelitian teknologi jaminan keandalan komunikasi laser satelit-ke-darat, dan merangkum rute pengembangan teknologi negara-negara penelitian utama.
1. Riset teoritis dan status uji lapangan
Faktor utama yang mempengaruhi komunikasi laser satelit-ke-darat termasuk penyerapan dan hamburan atmosfer, turbulensi atmosfer, cahaya latar, awan, kabut dan hujan, dll., Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Penyerapan sinar laser oleh atmosfer terutama disebabkan oleh interaksi antara molekul atmosfer dan sinar laser dengan panjang gelombang tertentu.Hamburan sinar laser oleh atmosfer juga terkait dengan panjang gelombang, yang dapat dijelaskan dengan hukum Beer-Lambert; turbulensi atmosfer disebabkan oleh suhu atmosfer Dan perubahan tekanan akan mendistribusikan kembali intensitas dan fase sinyal, yaitu distorsi muka gelombang, biasanya menggunakan distribusi gamma-gamma (Gamma-Gamma) atau distribusi Weibull (Weibull) dua parameter yang lebih akurat. Deskripsi: Pengaruh cahaya latar berasal dari matahari, bintang lain, dan cahaya yang tersebar, dll.; Awan, kabut, dan hujan terutama memengaruhi komunikasi laser dari perspektif penyerapan dan hamburan. Menanggapi berbagai faktor tersebut di atas, negara-negara di seluruh dunia telah melakukan penelitian teoritis dan melakukan berbagai uji demonstrasi lapangan.
Gambar 1 Faktor utama yang mempengaruhi sambungan laser satelit ke darat
1.1 Bukaan halus
Ide utama penghalusan apertur adalah menggunakan apertur penerima yang besar untuk meratakan efek turbulensi yang relatif kecil, sehingga mengurangi kilau atmosfer dan mengurangi tingkat kesalahan sistem. Metode penghalusan apertur telah diusulkan sebelumnya, dan terdapat relatif banyak penelitian dan aplikasi. Pada tahun 2005, Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA) melakukan penelitian uji lapangan yang relevan, menggunakan pita 1550 nm, bukaan pemancar 2.5 cm, bukaan penerima bervariasi dan maksimum 8 inci (sekitar 20 cm), jarak antara pemancar dan penerima adalah 1 km. Setelah pengujian oleh NASA, ketika bukaan penerima diatur ke 2 inci (sekitar 5 cm) dan tingkat kesalahan bit diatur ke 10-3, ketika bukaan penerima ditingkatkan menjadi 8 inci, tingkat kesalahan bit dikurangi menjadi 10-12 . Perlu ditekankan bahwa dengan meningkatnya aperture penerima, cahaya latar belakang juga akan diterima, oleh karena itu desain ukuran aperture penerima harus mempertimbangkan berbagai efek.
1.2. Bukaan penerima ganda
Ide utama dari beberapa lubang penerima adalah menggunakan unit penerima yang tersusun untuk menerima beberapa sinyal yang tidak berkorelasi, mengurangi pengaruh atmosfer dengan kondisi jalur rata-rata dalam kondisi ruang yang berbeda, dan meningkatkan ketersediaan tautan. Untuk memanfaatkan keuntungan keragaman ruang dengan lebih baik, jarak antena antara ujung pemancar dan ujung penerima harus cukup besar untuk membuat pengaruh atmosfer antara jalur menjadi tidak relevan. Eksperimen telah membuktikan bahwa sistem optik multiple input multiple output (MIMO, Multiple Input Multiple Output) lebih toleran terhadap pemudaran saluran daripada sistem optik input tunggal (SISO, Single Input Single Output).
1.3 Optik Adaptif
Ide utama dari optik adaptif adalah mengadopsi kontrol loop tertutup, dengan menambahkan konjugasi pengaruh turbulensi atmosfer ke muka gelombang, sehingga pengaruh turbulensi atmosfer dibatalkan. Sistem optik adaptif tipikal ditunjukkan pada Gambar 2. Cahaya sinyal dengan distorsi muka gelombang yang dipengaruhi oleh atmosfer terjadi pada sistem teleskop penerima, dan setelah dipantulkan oleh cermin yang dapat dideformasi, sebagian cahaya ditransmisikan dari pemecah berkas ke sensor muka gelombang. Sisa cahaya diteruskan ke penerima. Sinyal keluaran dari sensor muka gelombang berhubungan dengan muka gelombang dari lampu sinyal, dan cermin yang dapat dideformasi dikendalikan oleh sistem kendali waktu nyata untuk mengubah muka gelombang dari lampu sinyal dan membentuk sistem umpan balik sampai distorsi muka gelombang dihilangkan.
Pada tahun 1994, Amerika Serikat menggunakan Apollo 15 untuk melakukan eksperimen optik adaptif. Eksperimen tersebut menggunakan laser 1060 nm, ditransmisikan melalui sistem teleskop dengan bukaan optik 1,5 meter ke reflektor yang dipasang pada Apollo 15 di permukaan bulan, dan dipantulkan oleh sistem teleskop lain dengan bukaan 3,5 meter di stasiun bumi. Eksperimen telah menemukan bahwa ketika sinar laser yang dipancarkan dikompensasi oleh optik adaptif, perangkat penerima dapat menerima sinyal optik, tetapi ketika sinar laser tidak dikompensasi oleh optik adaptif, ia tidak dapat menerima sinyal. Dengan perkembangan pesat teknologi Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), mirror yang dapat diubah bentuknya berbasis MEMS dapat mencapai bandwidth kontrol yang lebih besar, yang selanjutnya akan meningkatkan efisiensi penggunaan teknologi optik adaptif.
Gambar 2 Diagram skematik sistem optik adaptif tipikal
1.4 Modulasi dan pengkodean
Dalam komunikasi laser ruang angkasa, rasio signal-to-noise dan tingkat kesalahan bit dapat ditingkatkan secara efektif dengan memilih modulasi dan metode pengkodean yang sesuai. Karena kemudahan penerapannya dan efisiensi daya yang tinggi, metode modulasi komunikasi optik spasial awal yang paling umum digunakan adalah sistem modulasi intensitas / deteksi langsung (IM / DD, Modulasi Intensitas / Deteksi Langsung), terutama sistem On-Off Keying (OOK). ), dan modulasi posisi pulsa (PPM, Pulse-Position Modulation). Namun seiring dengan kemajuan teknologi, masyarakat semakin memperhatikan Binary Phase-Shift Keying (BPSK) dan Differential Phase Shift Keying (DPSK) berdasarkan sistem deteksi yang koheren dengan sensitivitas yang lebih tinggi. ) Dan metode modulasi lainnya. Diantaranya, kinerja DPSK terhadap aditif white noise (AWGN, Additive White Gaussian Noise) adalah 3 dB lebih rendah dari BPSK, tetapi mengatasi masalah ketidakpastian fase pembawa BPSK, dan efisiensi dayanya 3 dB lebih tinggi dari OOK. Lebih banyak perhatian.
Penggunaan metode forward error control (FEC, Forward Error Control) juga akan meningkatkan performa link, seperti kode RS (Reed-Solomon), kode Turbo, kode konvolusional, dan pemeriksaan paritas kepadatan rendah (LDPC, Low Density). Parity Check), dll. Ketika kode koreksi kesalahan diperkenalkan, kesalahan yang disebabkan oleh pemudaran saluran dapat dideteksi dan diperbaiki. Untuk turbulensi atmosfer yang lemah, kombinasi kode RS dan PPM dapat menghasilkan penguatan pengkodean sebesar 6 dB; untuk turbulensi atmosfer yang kuat, kode Turbo dan kode LDPC lebih cocok.
1.5 Transmisi Hibrid Laser / Gelombang Mikro
Gagasan utama transmisi hibrid laser / gelombang mikro adalah untuk membuat sambungan gelombang mikro tambahan antara dua node yang dihubungkan oleh sambungan laser, dan menggunakan sambungan gelombang mikro untuk transmisi tambahan dalam kondisi cuaca buruk untuk memastikan komunikasi yang tidak terputus antar node. Pada tahun 2006, para ilmuwan di Pennsylvania State University melakukan studi evaluasi transmisi hibrida laser / gelombang mikro udara. Studi telah menemukan bahwa tautan laser sangat dipengaruhi oleh awan, terutama karena atenuasi dan hamburan yang disebabkan oleh partikel awan, tetapi pengenalan tautan gelombang mikro dapat sangat meningkatkan ketersediaan tautan secara keseluruhan.
Metode transmisi hibrid laser / gelombang mikro biasa menggunakan transmisi laser ketika tautan laser dapat berkomunikasi, dan menggunakan tautan gelombang mikro untuk transmisi data ketika tidak dapat berkomunikasi. Metode ini tidak hanya gagal untuk secara efektif menggunakan bandwidth saluran secara keseluruhan, tetapi juga dengan mudah menyebabkan gangguan transmisi yang tidak perlu selama perpindahan link laser dan gelombang mikro. Pada tahun 2009, para ilmuwan di Universitas Virginia mengusulkan skema pengkodean bersama adaptif tingkat simbol yang memungkinkan tautan gelombang mikro dan tautan laser untuk bekerja secara efisien pada waktu yang sama. Pada tahun 2010, para ilmuwan di University of Massachusetts mengusulkan kode saluran hibrid.Dengan menggunakan kode yang tidak seragam dan kode LDPC yang kompatibel dengan tarif, kode tersebut mencapai keandalan kelas operator (99,999%) sekaligus meningkatkan kapasitas komunikasi.
2. Status penelitian orbital saat ini
Komunikasi laser ruang angkasa memiliki nilai strategis yang luas, sehingga disukai oleh pemerintah berbagai negara. Di antara mereka, Amerika Serikat, Eropa, dan Jepang telah secara berturut-turut melakukan pengujian dan verifikasi di orbit dengan landasan teknologi komunikasi optik yang dalam serta pengalaman pabrikan dan penggunaan satelit yang kaya, dan mencapai hasil yang positif. Banyak lembaga penelitian ilmiah dan universitas di China juga telah melakukan beberapa penelitian dengan dukungan negara. Namun, komunikasi laser ruang angkasa masih dalam tahap verifikasi on-orbit setelah pengembangan selama 30 tahun karena kesulitan teknis yang tinggi, biaya investasi yang tinggi, dan periode pengujian yang lama, serta kurangnya aplikasi yang matang.
2.1. Amerika Serikat
Amerika Serikat adalah salah satu negara pertama di dunia yang melakukan penelitian komunikasi laser atmosfer. Ia telah mempelajari sistem laser ruang angkasa sejak 1980-an .
Pada tahun 2001, dengan bantuan muatan komunikasi laser dari Laboratorium MIT Lincoln, "Uji Teknologi Ringan Track Sinkron" (GeoLITE, Proyek Eksperimen Teknologi Ringan Geosynchronous telah merealisasikan uji komunikasi laser dari satelit orbit geostasioner (GEO) ke tanah, menggunakan band 1550 nm dan sistem IM / DD, dan kecepatan transmisi data lebih besar dari 1 Gbps.
Pada 2013, Amerika Serikat berhasil melakukannya "Verifikasi Demonstrasi Komunikasi Laser Bulan" (LLCD, Demonstrasi Komunikasi Laser Bulan), menggunakan pita 1550 nm dan PPM untuk mewujudkan komunikasi laser dua arah antara probe bulan dan stasiun bumi, jarak komunikasinya adalah 400.000 kilometer, kecepatan downlink 16PPM adalah 39 Mbps-622 Mbps, dan tingkat uplink 4PPM adalah 10 Mbps-20 Mbps. Dalam proyek LLCD, stasiun bumi menggunakan 4 pemancar dan 4 sistem optik penerima. 4 teleskop dengan diameter 15 cm membentuk larik pemancar, dan 4 teleskop dengan diameter 40 cm membentuk larik penerima. Beberapa lubang penerima digunakan untuk mengurangi pengaruh atmosfer.
Pada tahun 2014, berbasis di Amerika Serikat "Muatan Optik untuk Ilmu Komunikasi Laser" (OPALS, Optical Payload for Lasercomm Science) mewujudkan komunikasi laser antara Stasiun Luar Angkasa Internasional dan stasiun bumi. Hanya perlu 3,5 detik untuk mengirimkan video definisi tinggi 37 detik dari stasiun luar angkasa ke stasiun bumi. Tingkat downlink rata-rata adalah 50 Mbps dan jarak transmisi sekitar 400 kilometer. . Terminal laser di Stasiun Luar Angkasa Internasional menggunakan pita 1550 nm dan memancarkan 2,5 W. Tugas penting lainnya dari pengujian ini adalah mengumpulkan data pada hubungan ruang-ke-bumi di bawah kondisi atmosfer yang berbeda untuk memberikan referensi koreksi tautan untuk pengujian komunikasi laser di masa mendatang.
Pada 2017, Amerika Serikat diluncurkan "Peragaan Relai Komunikasi Laser" (LCRD, Laser Communications Relay Demonstration) berencana meluncurkan satelit pada tahun 2019 sebagai relai untuk mewujudkan komunikasi laser antara stasiun bumi dan antara Stasiun Luar Angkasa Internasional dan stasiun bumi, dan untuk membantu NASA mempelajari kinerja sambungan laser pada waktu yang berbeda dan dalam kondisi cuaca yang berbeda. LCRD berencana untuk memilih pita 1550 nm, berdasarkan DPSK dan sistem deteksi koheren, untuk mencapai tingkat komunikasi satelit-ke-darat sebesar 1,25 Gbps / 2,88 Gbps, dan untuk meningkatkan kemampuan komunikasi laser satelit ke darat untuk mengatasi turbulensi atmosfer dengan menambahkan sistem optik adaptif ke stasiun bumi. Selain itu, NASA juga berencana membangun dua ground station lagi, menggunakan antena optik dengan aperture 1 meter untuk memperlancar penurunan performa transmisi akibat turbulensi kecil.
Departemen Pertahanan AS telah merencanakan "Mengubah Sistem Komunikasi Satelit" (TSAT, Proyek Transformational Satellite Communications System) bertujuan untuk membangun sistem komunikasi satelit militer dengan tingkat transmisi yang tinggi dan layanan jenis Internet. TSAT berencana untuk meluncurkan total 6 satelit GEO, salah satunya digunakan sebagai satelit cadangan. Satelit tersebut menggunakan teknologi komunikasi laser berkecepatan tinggi untuk mendukung 20 hingga 50 tautan laser. Tingkat transmisi data dari satu tautan adalah 10 Gbps-100 Gbps, dan dukungannya mencakup berbasis ruang angkasa , Transmisi data intelijen udara, pengawasan dan pengintaian. Karena biaya konstruksi yang tinggi, risiko teknis yang tinggi, dan keterlambatan pengembangan, proyek tersebut dibatalkan pada tahun 2009.
2.2. Eropa
Eropa telah berkembang sejak tahun 1985 "Tes Komunikasi Laser Intersatelit Semikonduktor" (SILEX, Semi-Conductor Inter Satellite Link Experiment), dan pada tahun 2001 merealisasikan komunikasi laser antara satelit orbit tinggi ARTEMIS dan satelit orbit rendah SPOT4, menggunakan pita 800 nm dan kecepatan komunikasi 50 Mbps. Pada tahun 2005, satelit ARTEMIS menggunakan terminal komunikasi laser SILEX untuk menjalin hubungan komunikasi dengan terminal laser LUCE dari satelit OICETS Jepang, dengan kecepatan uplink 2 Mbps dan kecepatan downlink 50 Mbps.
Pada tahun 2008, Jerman berhasil menggunakan satelit TerraSAR-X "Terminal Komunikasi Laser" (LCT, Laser Communication Terminal) melakukan percobaan komunikasi laser antar satelit dengan satelit US NFIRE, menggunakan band 1064 nm dan deteksi koheren BPSK, jarak komunikasi sekitar 5000 kilometer, dan kecepatan transmisi data mencapai 5,65 Gbps di kedua arah. Pada tahun 2010, dengan bantuan satelit NFIRE dan muatan LCT, Amerika Serikat dan Jerman bersama-sama melakukan uji komunikasi laser satelit-ke-darat orbit rendah (LEO). Stasiun bumi berada di ketinggian 2.350 meter di atas permukaan laut, bukaan LCT di tanah 6,5 cm, dan bukaan LCT yang melintasi ruang angkasa adalah 12,4 cm. Kecepatan komunikasi mencapai 5,65 Gbps di kedua arah. Melalui eksperimen ini, tim gabungan telah mengumpulkan sejumlah besar data tautan atmosfer komunikasi laser dan membuktikan bahwa optik adaptif tidak diperlukan di area ketinggian yang lebih tinggi.
Mengingat keberhasilan SILEX dan LCT, Eropa dimulai pada tahun 2008 "Sistem Satelit Relai Data Eropa" (EDRS, European Data Relays System) berencana, dan meluncurkan satelit EDRS-A pertama pada tahun 2016, menggunakan muatan LCT generasi baru yang dibawa oleh satelit untuk mewujudkan komunikasi laser dari satelit LEO ke satelit GEO, jarak komunikasi sekitar 45.000-75.000 kilometer, transmisi data Kecepatannya 1,8 Gbps. Generasi baru LCT masih menggunakan pita 1064 nm, dan bukaan antena optik ditingkatkan menjadi 13,5 cm. Namun, mengingat keandalan komunikasi laser yang terbatas, komunikasi gelombang mikro Ka-band yang lebih matang diadopsi untuk komunikasi dari satelit GEO ke stasiun bumi, dengan kecepatan transmisi data 1,8 Gbps dan waktu kerja normal 99,6%. Selain itu, tautan Ka telah dibuat antara satelit LEO dan satelit GEO, dengan kecepatan komunikasi 300 Mbps.
2.3. Jepang
Jepang meluncurkan proyek uji komunikasi laser dengan dukungan NASA sejak 1986, dan pada 1995 "Peralatan Komunikasi Laser" (LCE, Peralatan Komunikasi Laser) dipasang pada satelit ETS-VI, menggunakan pita 830 nm dan sistem IM / DD untuk mencapai komunikasi laser pertama di dunia antara satelit GEO dan stasiun bumi, dengan kecepatan transmisi data 1 Mbps di kedua arah.
Pada tahun 2006, Jepang berhasil berkembang "Peralatan Komunikasi Penggunaan Laser" (LUCE, Laser Memanfaatkan Peralatan Komunikasi), dan dibawa pada satelit OICETS dan stasiun bumi di Jepang, Jerman, Amerika Serikat, Spanyol, dan negara-negara lain untuk melakukan demonstrasi komunikasi laser satelit-ke-darat LEO. Pengujian menggunakan band 800 nm dan sistem IM / DD, kecepatan transmisi data downlink adalah 50 Mbps, dan kecepatan transmisi data uplink adalah 2 Mbps.
Berdasarkan hasil LCE dan LUCE, Jepang diumumkan pada 2015 Proyek "Satelit Relai Data Laser", Diharapkan untuk meluncurkan "Satelit Relai Data Laser" pada tahun 2019, berdasarkan pada band 1064 nm dan sistem modulasi dan demodulasi koheren DPSK, untuk mencapai kecepatan komunikasi 2,5 Gbps. Desain saat ini adalah terminal optik satelit LEO memiliki berat 35 kg dan apertur optik 10 cm, dan terminal optik satelit GEO memiliki berat 50 kg dan apertur optik 20 cm.
2.4. Cina
Penelitian teknologi komunikasi laser ruang domestik dimulai terlambat dibandingkan dengan Amerika Serikat, Eropa dan Jepang, tetapi setelah lebih dari 20 tahun kerja keras, hasil yang baik telah dicapai.
Pada 16 Agustus 2011, muatan komunikasi laser yang dikembangkan oleh Institut Teknologi Harbin dibawa Ocean Two Satellite (HY-2) Itu berhasil diluncurkan ke orbit.Pada akhir tahun 2011, LEO mencapai akuisisi dua arah dan pelacakan LEO-to-ground laser link, dan melakukan uji komunikasi laser-link satelit-ke-darat pertama di Cina, dengan kecepatan transmisi data 504 Mbps.
Pada 16 Agustus 2016, Institut Optik dan Mekanika Halus Shanghai, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, memimpin pengembangan Muatan komunikasi laser koheren berkecepatan tinggi Dipasang di satelit kuantum untuk peluncuran, dan dilakukan pengujian di orbit dari 28 Desember 2016 hingga 15 Januari 2017, mencapai laser satelit ke darat dengan jarak tautan lebih dari 1.000 kilometer dan sudut elevasi rendah (sekitar 20 derajat) Komunikasi. Pada link dua arah, downlink mengadopsi sistem yang koheren, dan kecepatan transmisi data mencapai 5,12 Gbps, dan uplink mengadopsi sistem PPM, dan kecepatan transmisi data adalah 20 Mbps.
Pada 12 April 2017, dikembangkan oleh Institut Teknologi Harbin Muatan komunikasi laser satelit GEO dilakukan pada satelit ke-13 (Zhongxing 16) Luncurkan ke luar angkasa. Tim penguji melakukan uji komunikasi laser dua arah GEO ke darat yang pertama di China. Bukaan antena penerima di stasiun bumi adalah 1 meter, kecepatan transmisi datanya adalah 0,6 Gbps, 1,25 Gbps, dan 2,5 Gbps. Multiplexing mencapai kecepatan transmisi maksimum 5 Gbps. Eksperimen tersebut juga melakukan penelitian terkait tentang pengaruh atmosfer pada hubungan transmisi laser satelit-ke-tanah, mengumpulkan data pengaruh atmosfer, dan menerobos teknologi kompensasi pengaruh atmosfer untuk komunikasi laser kecepatan tinggi jarak jauh.
2.5 Ringkasan Penelitian tentang Orbit
Teknologi komunikasi laser antariksa masih belum matang.Penelitian dan eksperimen on-orbit secara aktif dilakukan oleh berbagai negara, khususnya komunikasi laser satelit-ke-darat, masih fokus pada verifikasi sistem komunikasi, peningkatan kecepatan komunikasi, dan pengkajian pengaruh atmosfer.Jaringan komunikasi laser antariksa belum terbentuk. Tabel 1 merangkum uji orbit yang representatif di dalam dan luar negeri.
Tabel 1 Penelitian tentang verifikasi on-orbit komunikasi laser ruang angkasa dan pertimbangan jaminan keandalan untuk komunikasi laser darat
Dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa karena kematangan teknis dan biaya pengujian, sebagian besar eksperimen komunikasi laser satelit-ke-darat awal tidak mempertimbangkan metode untuk menangani efek atmosfer. Setelah 2010, berbagai tes dalam orbit secara bertahap mulai menekankan penggunaan metode untuk meningkatkan keandalan tautan laser, termasuk penggunaan lubang optik yang lebih besar, lubang penerima ganda, dan sistem optik adaptif. Beberapa tes tipikal adalah:
- Pada tahun 2010, Jerman dan Amerika Serikat memilih stasiun bumi ketinggian tinggi (2350m) Tanpa dukungan sistem optik adaptif, sistem koheren BPSK digunakan untuk mencapai tingkat komunikasi dua arah satelit-ke-darat tertinggi yang diketahui sebesar 5,65 Gbps;
- Pada tahun 2013, proyek U.S. LLCD menggunakan metode beberapa lubang penerima untuk meratakan efek turbulensi atmosfer dan mencapai demonstrasi komunikasi laser dengan jarak 400.000 kilometer antara satelit bulan dan stasiun bumi;
- Pada tahun 2016, untuk memastikan keandalan sistem, proyek EDRS Eropa hanya menggunakan komunikasi laser antar satelit, satelit ke darat masih menggunakan komunikasi gelombang mikro Ka-band untuk memastikan waktu kerja normal mencapai 99,6%;
- Selain proyek LCRD yang rencananya akan diterapkan di Amerika Serikat pada tahun 2019, sistem optik adaptif akan digunakan untuk meningkatkan keandalan tautan laser dan mewujudkan komunikasi laser GEO ke darat.
Selain itu, negara-negara penelitian komunikasi laser utama dunia telah dengan jelas menekankan pada akumulasi data atmosfer. Misalnya, proyek OPALS di Amerika Serikat pada tahun 2014 menggunakan sinar laser yang diluncurkan dari stasiun luar angkasa ke tanah untuk mempelajari pengaruh faktor-faktor seperti musim yang berbeda, waktu yang berbeda, cuaca yang berbeda, ketinggian yang berbeda, dan lokasi geografis yang berbeda pada tautan laser. Data ini akan memberikan dukungan yang besar tentang cara membuat sambungan laser satelit-ke-darat yang andal di masa depan.
Kesimpulan
Setelah hampir 30 tahun pengembangan, teknologi komunikasi laser satelit ke darat telah mengembangkan kecepatan komunikasinya dari Mbps ke Gbps. Dalam beberapa tahun terakhir, pengenalan sistem komunikasi yang koheren, teknologi multiplexing divisi panjang gelombang, dan berbagai teknologi jaminan keandalan untuk mengatasi pengaruh atmosfer telah membuat kecepatan komunikasi laser satelit-ke-darat berpotensi mencapai 100Gbps. Saat ini, teknologi jaminan keandalan utama untuk penelitian teoritis dan pengujian di orbit, seperti perataan apertur, apertur penerima ganda, optik adaptif, modulasi dan pengkodean, dan transmisi hibrida laser / gelombang mikro, semuanya mempertimbangkan peningkatan kinerja tautan tunggal, yaitu point-to-point Tautan komunikasi. Meskipun metode di atas mengurangi pengaruh atmosfer pada sambungan laser satelit ke darat sampai batas tertentu, metode tersebut mengabaikan peran jaringan dan gagal mencapai efisiensi maksimum sistem.
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan bertahap teknologi komunikasi laser ruang angkasa, solusi jaringan laser satelit yang mencakup dunia telah diusulkan, seperti proyek TSAT yang diusulkan pada awal abad ke-21 di Amerika Serikat (kemudian dibatalkan karena anggaran yang berlebihan), dan Komunikasi Cahaya Laser. Proyek "Optik Laser Artikulasi Tinggi" (HALO, Optik Laser Artikulasi Tinggi) diusulkan sekitar tahun 2014, yang terakhir berencana untuk menggunakan 8 hingga 12 satelit orbit menengah untuk mencapai jaringan komunikasi optik yang mencakup seluruh dunia. Ide menggunakan jaringan laser telah membuka ide untuk meningkatkan keandalan jaringan secara keseluruhan.Dengan menggunakan jaringan itu sendiri, dalam kondisi cuaca ekstrem, pemilihan ulang jalur perutean untuk komunikasi laser secara adaptif akan memastikan keandalan komunikasi antara satelit dan darat. Lebih meningkatkan kualitas layanan.
Dapat dilihat bahwa teknologi jaminan keandalan komunikasi laser satelit-ke-darat di masa depan akan lebih meningkatkan metode jaminan keandalan berdasarkan tautan tunggal, dan melaksanakan penelitian dan pengujian di orbit dari metode jaminan berbasis jaringan. Pengembangan dan pemanfaatan yang terkoordinasi dari berbagai teknologi jaminan keandalan akan sangat meningkatkan efisiensi komunikasi laser satelit ke darat, memaksimalkan efisiensi sistem, dan mempromosikan pengembangan jaringan informasi darat dunia yang terintegrasi.
Sumber: Academic plus
(Artikel ini adalah kutipan jaringan atau cetak ulang, hak cipta milik penulis asli atau media publikasi. Jika Anda terlibat dalam hak cipta karya, silakan hubungi kami.)
- Jiangsu, Zhejiang dan Shanghai sebenarnya memiliki tempat mengemudi yang begitu panas dan indah, 97% orang belum pernah ke sana
- Ini akan turun salju! Peringatan biru gelombang dingin pertama! Besok salju pertama mungkin turun di Jingdezhen!
- Bagaimana rasanya membeli mobil tapi tidak sering mengemudi? Netizen: Saya hampir lupa kalau saya masih punya mobil
- Ini 10 kota kecil yang indah di Eropa, tiket pulang-pergi minimal ¥ 3700, dan saya sudah pernah ke 5 orang hebat, bagaimana denganmu
- 4 poin pengalaman pengemudi lama, mereka yang biasanya mengemudi akan diingat bahwa mereka akan bertahan seumur hidup