摘要：卫星光通信是通过激光束在卫星与卫星（星间）、卫星与地面站（星地）之间传输数据的通信技术。其工作波段位于人眼不可见的近红外光区域（通常为1550纳米波段），发射端通过调制器将激光器输出激光编码成带有信息数据的光信号，经精密光学系统定向发射，由接收端的光学天线接收
今日和小编一起学习技术名词：卫星光通信。
Q
什么是卫星光通信？
A
卫星光通信是通过激光束在卫星与卫星（星间）、卫星与地面站（星地）之间传输数据的通信技术。其工作波段位于人眼不可见的近红外光区域（通常为1550纳米波段），发射端通过调制器将激光器输出激光编码成带有信息数据的光信号，经精密光学系统定向发射，由接收端的光学天线接收，并经光电探测器将光信号转换为电信号，最终由解调器还原信息数据。
举个例子，从古代烽火台传递军情到现代卫星光通信，人类对“用光说话”的探索从未停止，看似相隔千年的两种通信方式，藏着许多奇妙的相似之处，有着相似的底层逻辑。
载体都是光：
古代：烽火台靠燃烧产生的火光传递信号，可见光。
现代：卫星光通信靠激光束传输数据，不可见光。
共同特性：本质上都是利用光的直线传播特性传递信息。
通信要瞄准：
古代：烽火台的火光必须能被下一个台站看到，所以选址要在高处，还要避免被山脉遮挡。
现代：卫星光通信需要精密的瞄准捕获跟踪系统，确保激光束准确瞄准目标卫星或地面站。
共同特性：本质上都是要保证光路畅通。
信息
要接力：
古代：单个烽火台的火光只能照亮几十公里，于是古人在长城沿线建设烽火台形成“接力网络”。
现代：卫星通过激光链路相互连接，单链路数千公里，在太空中组建卫星星座形成“接力网络”。
共同特性：通过组网突破单点覆盖限制。
Q
为什么需要卫星光通信？
A
在偏远地区覆盖、远洋作业、企业海外分支机构专线等应用场景中，卫星光通信的需求日益凸显，这源于传统通信方式在这些场景中面临的技术瓶颈，以及对“广覆盖、高速率、低时延、高安全”等特性的刚性需求。
偏远地区覆盖：打破“信息孤岛”
在偏远山区、沙漠、极地等地理环境复杂的区域，地面光纤和基站部署受限，难以满足远程医疗、在线教育等民生需求，也无法支撑科考站与内地实验室之间高效的信息交互。而卫星光通信具备突破地理限制的能力，传输速率可达百 Gbps 甚至更高，相当于在“信息孤岛”与全球信息网络之间架起一条高速光链路，实现高清视频、海量数据的实时传输，提升远程协作效率和科研响应能力。
远洋作业：构建“数据高速通道”
远洋船舶、深海勘探平台等远离陆地的作业场景，依赖卫星通信保障导航、通信及数据传输（如海洋测绘、油气勘探、科研数据等）。传统通信方式带宽有限，难以支撑 TB 级数据的高效回传。而卫星光通信具备超大带宽，速率可达百 Gbps 级别，相当于为远洋作业铺设一条“数据高速公路”，实现与陆地指挥中心、技术支持及资源网络的无缝联动，显著提升作业效率与决策响应能力。
企业海外分支机构专线：搭建“跨域数据桥梁”
跨国企业在海外分支机构与总部之间，需实时传输金融交易、研发数据、云端协作等核心信息。传统地面光纤网络存在覆盖盲区、路径绕远、时延大等问题，且跨多网传输存在安全风险。卫星光通信可提供全球覆盖、高速率、低时延的专线连接，速率提升数十倍，时延降至毫秒级，如同为企业搭建一条“空中直达光纤”。同时，结合其天然抗截获特性与数据加密机制，保障企业数据传输的安全性与稳定性，实现全球业务的高效协同。
Q
卫星光通信是如何工作的？
A
卫星激光通信终端包含多个重要的功能模块，主要包含通信处理机、放大处理单元、光机PAT（含光学头和PAT主控。Pointing，对准；Acquisition，捕获；Tracking，跟踪），具体如下图所示。
通信处理机：主要实现10GE/100GE等业务接入、OTN成帧处理和相干光调制解调处理等功能，完成高速数据收发。
放大处理单元：主要实现通信处理机输出光信号的大功率放大和光学头接收光信号的低噪声放大功能。
光机PAT：主要实现卫星远距离点对点光通信，实现空间传输信道光信号高增益收发，以及卫星相对运动及空间环境条件下快速捕获建链和稳定跟踪通信。
卫星光通信的基本工作流程如下：
1、PAT建链过程
首先，收发终端根据卫星平台提供的轨道姿态数据进行初始瞄准；然后，通过特定扫描策略实现快速捕获建链；最后，进入稳定跟踪通信。
2、信号发射流程
业务数据经调制后加载到激光束上→ 高功率OA放大→光学头准直为窄波束→指向目标卫星。
3、信号接收流程
光学头收集微弱光信号→通过低噪声前置OA放大→光电探测转换为电信号→解调恢复数据。
Q
卫星光通信与微波通讯的对比
A
卫星光通信和微波通信在技术上各有特点，简要对比如下表。
卫星光通信与微波通信在技术特性上各有优势，适用场景也各有侧重。
在星间通信方面，光通信具有带宽大、抗干扰能力强等优势，适合星间海量数据的高速传输。但其对卫星指向精度和稳定性的要求极高，技术实现难度较大。相比之下，微波通信技术更为成熟，指向容错性好，系统设计和实现更为灵活，但受限于频谱资源，带宽相对有限。因此，在星间链路应用中，光通信更具优势，是未来高通量卫星网络的首选技术。
在星地通信方面，光通信具备超大带宽潜力，可支持TB级数据的实时回传，大幅提升系统容量和传输效率。然而，其性能易受大气湍流、云雾、雨雪等气象条件影响，地面接收端需要配备高精度的跟瞄设备，部署成本较高。而微波通信虽然带宽相对较小，但具备良好的云层穿透能力和环境适应性，地面终端技术成熟、成本低、部署便捷，具备更高的覆盖稳定性和可用性。因此，当前星地通信仍以微波为主，光通信作为补充，面向特定高性能场景逐步推广应用。
Q
卫星光通信有哪些应用场景？
A
构建太空通信：在卫星星座组网中，卫星间通过激光链路相互连接，构成了一张高速、稳定的太空光通信网。
即时遥感响应：通过星地激光链路，可在短时间内传回海量数据信息，为灾情等及时决策提供实时支撑。
助力深空探测：用于探测器与地球之间的通信，实现更高速的数据传输，提升获取深空采集数据的及时性和准确性。
Q
卫星光通信业界应用进展？
A
目前，卫星光通信已从理论研究逐步迈向工程实践与商业应用阶段，全球各国纷纷布局，竞争激烈。
国外，SpaceX 的星链计划走在前列，不断推进卫星光通信技术在星座组网中的应用，并持续优化升级，公开数据显示已支持200Gbps的星间链路。
国内，以GW星座和千帆星座为代表的卫星互联网，已在积极推进100G/200G卫星光通信的验证和部署。作为全球领先的光网络产品与解决方案提供商，中兴通讯凭借激光通信关键技术及核心器件的自主研发实力，在卫星光通信领域实现了“远、快、稳、久”的技术突破——传输距离可达5000公里，建链时间控制在10秒以内，具备±10GHz的高精度多普勒频移补偿能力，且能支持7年稳定通信，为我国卫星光通信的产业化落地提供了有力支撑。
来源：中科院物理所一点号
