大容量高速數(shù)傳技術(shù)綜述

1、3) Ku波段的地面干擾很小，Ku波段頻率高 射干擾，大大地降低了對(duì)接收環(huán)境的要求；接收 易被發(fā)現(xiàn)；Ku頻段寬，能傳送多種業(yè)務(wù)與信息Ku 波段下行轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射功率大(大約在 降雨對(duì)Ku波段衛(wèi)星廣播的影響比較嚴(yán)重， 況下Ku波段上行或下行鏈路瞬間雨衰量可超過(guò)Ku 波段的頻率受國(guó)際有關(guān)法律保護(hù)， 用賦形波束覆蓋，衛(wèi)星 EIRP 較大4) Ka波段是電磁頻譜的微波波段的著K的正上方 (K-above)， 段，通常用于衛(wèi)星通信。Ka波段大致上的頻率范圍是 少) ，設(shè)備體積小的特點(diǎn)。因此， 數(shù)字傳輸、高清晰度電視及個(gè)人衛(wèi)星通信等新業(yè)務(wù)提供一種嶄新的手段。 的要求較高。在Ka頻段頻音下， 制于抑制來(lái)自其它系

2、統(tǒng)干擾的能力。大容量高速數(shù)傳技術(shù)綜述一、大容量高速數(shù)傳技術(shù)簡(jiǎn)介 測(cè)控通信系統(tǒng)在航天任務(wù)中主要是對(duì)火箭的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視， 并根據(jù)控制要求進(jìn)行飛 行控制，是天地通信的唯一途徑。航天任務(wù)對(duì)測(cè)控通信系統(tǒng)的覆蓋率、 測(cè)量精度、 數(shù)據(jù)傳輸 速率、 可靠性等均提出了高要求。 更大的數(shù)據(jù)傳輸容量， 更高的傳輸速率是目前測(cè)控通訊系 統(tǒng)的發(fā)展方向。我國(guó)已建立比較完善的 S波段遙測(cè)航天測(cè)控通信體系，并在載人航天任務(wù)和衛(wèi)星任務(wù)中推廣使用。 為了應(yīng)對(duì)未來(lái)不斷提高的航天工程需求， 提高遙測(cè)的碼速率， 應(yīng)用更高的遙測(cè)頻 段，以及發(fā)展激光通信都是航天領(lǐng)域中破在眉睫的事情。二、遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用從早期的C波段遙測(cè)，到目前成熟的 S

3、波段遙測(cè)，以及在特定領(lǐng)域應(yīng)用的Ku、Ka波段遙測(cè)等，遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了航天領(lǐng)域的進(jìn)步。下面具體介紹下各波段特點(diǎn)：1) C波段遙測(cè)資源較豐富，易受地面干擾，天線口徑較大，不受天氣影響；。2) S波段是指頻率范圍在1.55-3.4GHZ的電磁波頻段。主要應(yīng)用：中繼衛(wèi)星通信，雷達(dá)等?，F(xiàn)在廣泛使用的藍(lán)牙，Zigbee，無(wú)線路由，無(wú)線鼠標(biāo)也在使用這個(gè)頻段范圍的頻率進(jìn)行傳輸。般在11.7-12.2GHz之間，不易受微波輻Ku波段的天線口徑尺寸小，便于安裝也不100W以上)，能量集中，方便接收。其上下行信號(hào)降雨衰耗遠(yuǎn)大于 C波段，暴雨情 20dB，而C波段最大雨衰量一般不超過(guò) 1dB。Ku 波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)

4、器功率一般比較大，多采部分，Ka波段的頻率范圍為26.5-40GHZ。Ka代表?yè)Q句話說(shuō)，該波段直接高于K波段。Ka波段也被稱作30/20 GHz波30/20GHz。 Ka頻段具有可用帶寬寬，干擾少(干擾不一定 Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)可為高速衛(wèi)星通信、千兆比特級(jí)寬帶(HDTV)、衛(wèi)星新聞采集(SNG)、VSAT業(yè)務(wù)、直接到戶(DTH)業(yè)務(wù)Ka頻段的缺點(diǎn)是雨衰較大，對(duì)器件和工藝Ka用戶終端的天線尺寸主要不是受制于天線增益，而是受換半波E短波高瓠HF3-3OMIJZ1" Iftm30 -100MHz10 - Im科烏頻UH日300-llXWMHzi 0.3m1-lGHz30-lSm耳24GH

5、zC7.57.35mX8-12GHJ：3.75-2.5»n波Ku12-1RGH1K1827GHzL671.11mKi27 -WGHzl.ir 0.75m圖1遙測(cè)波段、頻率和波長(zhǎng)各波段遙測(cè)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也有所差異，可根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量選擇適合的波段， 傳輸數(shù)據(jù)速率如圖2。數(shù)據(jù)率在50Mb /s，采用C頻段或X頻段；數(shù)據(jù)率大于lOOMb/s,采用Ku/島頻段： 數(shù)據(jù)率小Tl2Mb/s,采用S頻段：數(shù)據(jù)率50-100Mb/s,采用X頻段# 數(shù)據(jù)率大TlOOMb/s采用Ku/K"w頻段圖2數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)應(yīng)遙測(cè)波段三、激光通信技術(shù)應(yīng)用激光通信技術(shù)目前主要應(yīng)用于同步軌道衛(wèi)星（GEO和低軌道衛(wèi)

6、星（LEO設(shè)備之間的衛(wèi)星通信。激光通信包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：1）高功率激光器空間激光通信具有傳輸距離大，空間損耗大的特點(diǎn)，因此要求建立激光鏈路的光源輸出 功率大，調(diào)制速率高，一般主要有三類：二氧化碳激光器輸出功率最大（10kw）,輸出波長(zhǎng)有10.6 m和9.6卩m，但體積比較大，壽命不長(zhǎng)，比較 適合于衛(wèi)星和地-星的光通信。半導(dǎo)體激光器代表為二級(jí)管激光器，其優(yōu)點(diǎn)在于超小的外形體積，極高的轉(zhuǎn)換效率、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。但半導(dǎo)體激光器與別的激光器相比較，缺點(diǎn)是發(fā)射光功率較小、 波長(zhǎng)穩(wěn)定性差、線寬較寬、調(diào)制速度較低，尤以發(fā)射功率最為突出。 為了解決這一問(wèn)題，目前采用了一種主控振蕩功率放 大（MOPA）的半導(dǎo)

7、體器件，只要該器件的功率環(huán)境能滿足空間環(huán)境要求，半導(dǎo)體激光器會(huì)被 更廣泛的應(yīng)用于星間和星地激光鏈接。固體激光器固體激光器因其體積過(guò)大、轉(zhuǎn)換效率低，并未被星上應(yīng)用看好，但隨著探測(cè)靈敏度對(duì)調(diào) 制方式選擇，固體激光器波長(zhǎng)穩(wěn)定性好、發(fā)射功率可以做得很大的優(yōu)點(diǎn)受到重視，特別是Nd:YAG固體激光器，比較適合空間應(yīng)用。它的一個(gè)突出缺點(diǎn)是電光轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)在這一缺點(diǎn)已得到部分改善。2）快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)（ APT技術(shù)APT是技術(shù)保證實(shí)現(xiàn)星間、星地激光通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，在太空中，在u rad量級(jí)的發(fā)散角度的條件下， 進(jìn)行精確的捕獲、 瞄準(zhǔn)和跟蹤是實(shí)現(xiàn)在超遠(yuǎn)距離的高速運(yùn)動(dòng)的終端間建立 通信鏈路的核心技

8、術(shù)，系統(tǒng)通常分為兩部分：（ 1）捕獲（粗跟蹤）系統(tǒng)在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)捕獲目標(biāo)， 捕獲范圍可達(dá)土 1心土 20或更大。通常采用CCD車列來(lái)實(shí)現(xiàn)， 并與帶通光濾波器、 信號(hào)實(shí)時(shí)處理的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同完成粗跟蹤， 即目標(biāo)的捕獲。 粗跟蹤 的視場(chǎng)角為幾mrad，靈敏度約為10pW，跟蹤精度為幾十 mrad。（ 2）跟蹤、瞄準(zhǔn)（精跟蹤）系統(tǒng) 在完成目標(biāo)捕獲后，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)和實(shí)時(shí)跟蹤。通常采用四象限紅外探測(cè)器（QD）或Q-APD高靈敏度位置傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并配以相應(yīng)伺服控制系統(tǒng)。隨著1064nm和1550nm波段的廣泛研究應(yīng)用，與該波段相匹配的 APT技術(shù)和元器件研究逐漸 受到重視。捕獲階段由于對(duì)視場(chǎng)角的要

9、求，只能采用大視場(chǎng)的CCD或四象限作為傳感器，跟蹤由于和通信聯(lián)系更為緊密而出現(xiàn)了與通信波段、調(diào)制方式及放大策略密切相關(guān)的方法。3）精密的收、發(fā)天線空間激光通信均采用收發(fā)一體天線，隔離度近100%的精密光機(jī)組件。由于空間激光通信的發(fā)射源大部分采用半導(dǎo)體激光器， 其發(fā)射功率比較小， 因此收發(fā)天線的增益很高， 另外 還要求整體結(jié)構(gòu)輕巧、緊湊，以適合空間應(yīng)用。4）大氣信道在地 -星激光通信的傳輸過(guò)程中，大氣中的各種離子（氣體分子，水霧等）的體積尺寸 和半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)相似， 容易引起吸收和散射， 使光信號(hào)受到干擾， 目前所采用的自適應(yīng)光 學(xué)技術(shù)可以比較好的解決該問(wèn)題，可以保證其在隨即信道條件下的正常工作。5）振動(dòng)抑制技術(shù)振動(dòng)抑制是困擾衛(wèi)星光通信的一個(gè)重要問(wèn)題， 從開環(huán)捕獲、 閉環(huán)跟蹤到光通信各個(gè)環(huán)節(jié)， 都成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。 最早提出的抑制措施主要集中在結(jié)構(gòu)方面， 采用對(duì)結(jié)構(gòu)的 被動(dòng)控制和主動(dòng)控制來(lái)抑制振動(dòng)。被動(dòng)控制是通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依靠結(jié)構(gòu)本身的阻尼消耗振動(dòng)能量。 主動(dòng)控制是將外部的能量輸入受控系統(tǒng)，與系統(tǒng)本身能量相互抵消來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)抑制。包括： 調(diào)整帶寬、 調(diào)整探測(cè)車列、調(diào)整波束寬度、功率控制、采用多樣性的星間鏈路這集中具體