探索衛(wèi)星光通信，華為發(fā)布《空間超寬帶光網絡未來發(fā)展的思考及展望》報告

  ICC訊 2023年12月27日，華為在中國光學工程學會主辦的第八屆空間光通信與組網技術學術交流會發(fā)布《空間超寬帶光網絡未來發(fā)展的思考及展望》報告。本研討會旨在匯聚從事空間光通信的專業(yè)人員開展學術交流，為科研工作者提供一個展示前瞻性觀點，探討關鍵技術的平臺。

  大會報告人唐曉軍博士為華為光產品線技術規(guī)劃部部長&首席技術規(guī)劃師，他在報告中講到，人類活動的足跡遍布地球的荒野沙漠海洋，并開始重啟對月球、火星的探索及太空旅游等產業(yè)發(fā)展，基于微波的窄帶衛(wèi)星通信已經發(fā)展了很多年，但有限的通信帶寬將難以匹配未來大規(guī)模、大容量的衛(wèi)星通信需求，空間超寬帶光網絡的重要性日益凸顯。

  唐曉軍博士回顧了空間及地面兩個光通信領域發(fā)展歷史、發(fā)展進展及業(yè)務進展，并從鏈路帶寬、網絡協議、網絡可靠、網絡管控等維度分析數十年積累的地面光網絡經驗及技術如何借鑒并用在衛(wèi)星光通信上，并從批量制造、精密裝調和模擬仿真系統等維度探討如何保障批量交付。

  展望1：鏈路帶寬

  人類足跡遍布荒野海洋沙漠帶來手機、輪船和飛機通信需求，火災、地震、海嘯對全球應急響應的需求，氣候污染的全球實時感知測繪需求，未來的太空旅游實時通信需求，以及月球、火星基地的太空互聯需求等;可以預見僅為10Gbps的星間鏈路和星地鏈路帶寬在不遠的未來將成為瓶頸?；跇I(yè)務需求分析，預計2030鏈路帶寬將達到100Gbps,甚至400Gbps。

  展望2：網絡協議

  金融/大企業(yè)等高品質專線數據回傳需要具備大帶寬、高可靠特征的星間鏈路，支持任意速率接入的fgOTN技術相關協議、提供高安全性的QKD(量子密鑰分配)技術相關協議是星間鏈路承載高品質to B專線的基礎。

  展望3：網絡可靠

  到目前為止，地面WDM/OTN ASON(Automatically Switched Optical Network, 自動交換光網絡)已成熟商用超過13年，部署在300多全球運營商的500多張網絡上，全面解決了光纖頻繁中斷帶來的業(yè)務受影響等問題。與地面網絡相比，由于以下三個原因導致星間網絡切換頻次更高， ASON技術上天成為提高空間光網絡可靠性的必要手段。

  1)星地鏈路連接時長不確定、業(yè)務需頻繁換星落地

  2)星間鏈路受日凌影響中斷帶來業(yè)務中斷

  3)星地鏈路帶寬變化導致業(yè)務流量易擁塞

  展望4：網絡管控

  地面已經有成熟的網絡管控技術，實現對千級大網的分析、管理、控制。衛(wèi)星網絡雖然規(guī)模不及地面網絡大，但與地面網絡站點和鏈路相對固定不同，站點動態(tài)、鏈路動態(tài)、通斷動態(tài)導致對其的管理變得復雜?；诘孛婢W絡管控技術積累的基礎上，需做到光載荷數字化及AI預測，實現星際光主動運維，包括：常規(guī)通道支持業(yè)務功能的配置、故障自動上報、性能實時監(jiān)控、光載荷重構、采集在軌數據，逃生通道支持通用遙測指令、常規(guī)遙測、工程遙測等。

  展望5：批量制造與精密裝調

  規(guī)?；目臻g光寬帶網絡需要設備量產的支撐，勢必打破傳統的制造和精密裝調模式：加大在設計和開發(fā)階段的投入，將可靠性設計、增強和驗證提前到此階段;在生產控制階段，引入自動化裝備，提升測試和裝調效率，規(guī)避手工操作帶來的設備一致性低的問題，提升設備良率;從而達到降低測試驗證項目和時間及自動化裝調的目的，支撐設備量產。

  展望6：模擬仿真系統

  由于光機系統復雜、迭代周期長，地檢系統難以實現全場景覆蓋、運行環(huán)境模擬困難，成為精準設計、快速開發(fā)的掣肘。需構建光機電算熱全覆蓋數字仿真平臺，實現地檢、載荷、數字仿真互聯互通，主要包括：

  · 光機力熱仿真實現信道的全鏈路集成仿真;

  · 跟瞄系統高精度設計，通過數字仿真進行多維度耦合系統分析、模擬多場景運行，輸出能夠在復雜條件下快速捕獲、穩(wěn)定跟蹤的方案;

  · 可靠性分析，通過模型建立與系統仿真，實現組部件及系統的性能及裕量分析，實現系統最優(yōu)設計;

  · 測試效果評估，通過仿真實現復雜用例、批量用例測試，支持任意參數取值組合覆蓋，同時支持萬組用例仿真，提高場景覆蓋度及分析效率。

  隨后，唐曉軍博士提出了面對空間超寬帶光網絡的5大關鍵技術挑戰(zhàn)：

  1. 相干100G+上天。主要挑戰(zhàn)在于：工業(yè)相干器件的航天適應性加固、抗輻噪的新器件和新材料突破、oDSP算法優(yōu)化等。

  2. 超高靈敏度接收。主要挑戰(zhàn)包括：高靈敏度APD直接檢測、相干檢測替代IMDD、單光子探測、相敏放大接收等。

  3. 光載荷輕量化。主要挑戰(zhàn)包括：通過架構創(chuàng)新減少部件、新結構設計簡化系統、引入新材料實現輕量化等。

  4. 高精度跟瞄技術。主要挑戰(zhàn)包括：高精度光天線驅動電機、高精度ATP跟蹤算法、2D振鏡補償光線偏角等。

  5. 動態(tài)大規(guī)模組網。主要挑戰(zhàn)包括：預先光連接、業(yè)務無縫切換，1+1備份提供高可靠性網絡保護，多因素最優(yōu)路徑、彈性帶寬防擁塞，物理隔離+管道加密，實現專網安全等。

  唐曉軍博士在報告最后總結：衛(wèi)星通信從窄帶走向寬帶，從微波通信技術走向光通信技術是必然之路，具備全覆蓋的空間超寬帶光網絡將逐步發(fā)展成為未來關鍵的信息基礎設施。