[发明专利]卫星通信的系统和方法

说明书

在特定实施例中，系统可以包括航天器和光学地面终端。该航天器至少包括光学空间终端和空间交换单元。空间交换单元被配置为从一个光学空间终端接收物理层数据帧，基于物理层数据帧重新生成数据链路层数据包，并将重新生成的数据链路层数据包路由到另一个光学空间终端。光学地面终端被配置成由光学地面终端中的一个接收数据链路层数据包，将接收到的数据链路层数据包编码成物理层数据帧，通过多个前向通道以1Tbps或更高的数据速率将编码的物理层数据帧从光学地面终端中的一个发送到相应的光学空间终端，编码的物理层数据帧由相应的光学空间终端解码。

发明领域

本公开涉及卫星通信领域，尤其涉及光学卫星通信。

背景

为了向全球未连接的住宅提供高质量的互联网服务，实现高容量所需的基础设施实际需要在地面的、空中的(airborne)和宇宙空间的(spaceborne)电信技术方面取得重大进展。据估计，如果每个航天器的电信容量达到几太比特/秒(terabits-per-second，Tbps)，通过卫星的互联网传输的成本就可以与最低成本的有线或无线连接技术相媲美。为了实现电信的这一技术进步，可能需要大幅提高当今卫星通信网络的容量，无论是在地球静止轨道(GEO)还是中地球轨道(MEO)、低地球轨道(LEO)。

卫星数据通信系统从一个站的发射器(TX)向另一个站的接收器(RX)传输数据。TX或RX可以是基于地面的、空中的、或宇宙空间的。此外，多个基于地面的站(TX或RX)可以与一个或更多个空中或宇宙空间平台(RX或TX)进行通信。这些地面的/空中的/宇宙空间的电信系统支持大量和不断增加的数据量(例如互联网数据)的上行链路和下行链路。

为了解决高容量和高性能的需求，光纤行业开发了使用数字信号处理器(DSP)的相干光纤收发器技术，用于下一代高速率通信。基于DSP的相干收发器利用光学预放大提高了卫星系统的性能，并提供更高的光谱效率和更低的功耗。此外，相干收发器中采用的集成光子技术提供了具有竞争力的成本效益值。

特定实施例的概述

目前，无线或卫星互联网经常被用于农村、未开发或其他难以服务的地区，在这些地区不容易获得有线互联网。随着互联网接入的迅速发展，大量的数据通信可能需要高聚合的用户数据率。卫星数据通信系统可以在更长的距离上以非常高的数据速率向全球的偏远住宅提供高质量的互联网服务，而且比有线或无线通信更具成本效益。实现这种高容量所需的基础设施实际可能需要在地面的、空中的和宇宙空间的电信技术方面取得重大进展。据估计，每个航天器的几太比特/秒(Tbps)的电信容量可以支持大量和不断增加的数据量(例如互联网数据)的上行链路和返回通道通信。当前用于自由空间光学/激光学通信(lasercom)的技术可以允许从地面站(ground station)到MEO或GEO卫星的多Tbps上行链路容量，以及经由几个光束的Tbps规模的下行链路容量。然而，实现每颗卫星的多Tbps网关链路容量所需的总的单一空间模式和纵向模式的上行链路激光功率是一个限制性因素。此外，由于大气影响，每个站的激光学通信上行链路和下行链路可用性可能受到限制(例如，对于高于平均水平的地面站点，大约为50％到60％)。

根据本发明的第一方面，提供了一种装置，包括：一个或更多个光学地面终端，其包括至少一个前向通道发射器(TX)和至少一个返回通道接收器(RX)，其中前向通道TX被配置为：在数据链路层接收多个数据帧；由数据链路层编码器对多个接收到的数据帧进行编码，其中数据链路层编码器是使用前向纠错(FEC)码的包抹除编码器(packet erasureencoder)；由分配器将多个编码数据帧分配到多个数据通道，前向通道数据是由多个数据通道相对于编码数据帧生成的；以及由多个数据通道中的多个光学调制解调器将前向通道数据分别嵌入到一个或更多个上行链路光束中，其中一个或更多个上行链路光束被多个光功率放大器(PA)放大，并且一个或更多个上行链路光束通过空气/真空经由多个前向通道发射。

优选地，一个或更多个上行链路光束被相应的光学空间终端中的对应的前向通道接收器(RX)接收，并且相应的光学空间终端与光学地面终端中的一个光学地面终端配对以进行光学通信。