相干空间激光通信系统方案研究与纤亿通支撑方案-纤亿通

相干空间激光通信系统方案研究与纤亿通支撑方案

[来源：XYTSharetop_QWD] [日期：2026-11-13] [点击数：12]

相干空间激光通信系统方案研究与纤亿通支撑方案

一、引言

空间激光通信以激光为载波、大气 / 真空为传输介质，兼具光纤通信大容量高速率、微波通信无需铺缆、部署灵活的优势，是星间、星地、空地以及地面远距离点对点高速通信的重要技术路线。传统直接探测式空间光通信依靠光电二极管或 APD 探测光强信号，仅能利用光场的幅度信息，接收灵敏度上限低，在长距离链路、大气湍流衰减场景下链路余量紧张，限制了传输速率与通信距离进一步提升。

相干光通信技术在光纤通信领域已经成熟，通过本振光与信号光混频，可同时利用光场的幅度、相位、偏振信息，具备接收灵敏度高、信道选择性好、抗干扰能力强、支持高阶调制格式等特点。将相干光通信架构引入空间激光通信，与成熟的 APT 光束捕获跟踪系统结合，形成相干体制空间激光通信系统，是下一代高速空间光通信重要发展方向。深圳纤亿通科技在相干光组件、光收发模块、WDM、光无源器件等领域积累了成熟的光器件与光路集成经验，可为空间光通信方案提供配套光收发组件、光学元器件、光路合分束等硬件支撑。

二、传统空间光通信基本原理与系统构成

2.1 基本原理

传统空间光通信属于强度调制直接探测体制，以激光光波作为载波，大气或者真空作为传输媒质，本质上属于光载无线通信，也属于特殊的无线电通信。激光器输出的激光具备单色性好、相干性强、方向性优良、光束发散角小、能量集中的特点。

发送端将语音、图像、数据等原始信息转化为电信号，输入光调制器，对激光载波的光强进行调制，形成携带信息的已调制激光信号；激光经过发射望远镜扩束准直之后发射至自由空间。发射望远镜的作用是扩束，增大光束口径，降低光束发散角，同时方便接收端 ATP 系统捕获对准。接收端接收望远镜收集激光能量，聚焦到光电探测器，完成光 - 电转换，还原电信号，最终恢复原始信息。收发两端都配置光发射机与光接收机，支持全双工点对点通信。

接收为发射逆过程：接收天线汇聚空间光束，聚焦光斑送入探测器。传统体制下探测器只响应光功率大小，不识别光载波相位、频率信息。

2.2 空间光系统组成

典型空间光通信终端由光收发端机、光学天线系统、ATP 捕获瞄准跟踪系统三大部分构成。

1. 光发射端机：核心器件为半导体激光器，分为信标光激光器与信号光激光器。信标光发散角大、功率较高，用于 ATP 系统搜索捕获；信号光光束质量优、发散角小，承载通信数据。

2. 光接收端机：包含光探测器件、低噪声前置放大电路与信号处理电路。信标光一般由 CCD 传感器接收，提取位置误差信号，完成粗跟踪；通信信号光多采用雪崩光电二极管 APD，具备高光电转换效率、低噪声、大带宽特性，完成直接探测解调。四象限探测器 QD 用于精跟踪位置误差提取。

3. 光学天线：收发一体化光学天线，实现发射光束扩束准直、接收光束汇聚耦合，天线口径一般为厘米级至 25 cm，要求光机结构稳定、隔离度高。

4. ATP 系统：空间远距离激光通信的核心保障单元。粗跟踪在大视场范围内完成目标捕获，视场可达 ±1°~±20°，依靠 CCD 阵列、光学滤波与伺服机构；精跟踪在粗对准基础上，以 QD/Q-APD 位置传感器实现微弧度级高精度跟踪，补偿振动、平台姿态扰动带来的指向偏差。

三、相干空间激光通信系统组成

整个系统分为相干光发射子系统、相干光接收子系统、光学天线子系统、APT 捕获瞄准跟踪子系统、通信控制与业务交换子系统五大模块。

3.1 相干光发射机

区别于传统直接调制光发射机，相干发射机核心光源选用外腔激光器 ECL，具备窄线宽、高频率稳定性，满足相干通信相位噪声指标要求。链路组成依次为：外腔激光器 ECL→IQ 调制器→光放大器 EDFA/EFA→光隔离器→光学天线。

· IQ 调制器：将通信控制机输出的基带信号调制到光载波上，支持 QPSK、16QAM 等高阶调制；

· 光放大器：补偿调制损耗，提升发射光功率，增大空间链路余量；

· 光隔离器：抑制空间反射光反向进入激光器，防止激光器工作不稳定、产生自激。多业务数据经由通信控制器汇聚后送入 IQ 调制器完成调制，调制后的相干光信号经放大、隔离后送至光学天线扩束准直，向对端发射。

3.2 相干光接收机

接收端光学天线接收空间光信号后，通过分光器件分为两路：APT 跟踪支路、相干通信支路。相干通信支路核心器件：本振激光器、光混频器、平衡探测器 BPD、ADC、DSP 芯片。

· 本振激光器 LO：和发射端 ECL 波长匹配，提供稳定本振光；

· 光混频器：实现信号光与本振光的正交混频；

· 平衡探测器 BPD：抑制共模噪声，将混频后的光信号转为差分电信号；

· ADC+DSP：完成高速采样、数字载波同步、相位噪声补偿、湍流损伤均衡、解调恢复原始电信号。相干探测利用光的干涉效应，等效对接收信号进行光域放大，接收灵敏度远高于 APD 直接探测。

对比项目	IM/DD 直接探测空间光通信	相干空间光通信
调制维度	仅光强（幅度）	幅度、相位、频率、偏振多维调制
接收方式	APD/CCD 直接光电转换	信号光 + 本振光混频，外差 / 零差探测
接收灵敏度	较低，依靠 APD 内部增益	高，本振光相干放大，弱光探测能力强
调制格式	OOK、PPM 等简单调制	QPSK、16QAM、64QAM 等高阶调制
信道信息利用	只获取光功率	保留完整光场复振幅信息
对相位、偏振要求	不敏感	高度敏感，需要偏振跟踪、相位锁定
湍流影响	光强闪烁造成功率起伏	除闪烁外，波前畸变、相位噪声、偏振旋转同时影响相干混频效率
信号处理	简单模拟 / 低速数字处理	高速 ADC、DSP 载波恢复、频偏补偿，算法复杂
和光纤网络兼容性	差	强，可和地面相干光纤骨干网无缝对接

四、系统性能优势总结

相较于传统直接检测空间光通信系统，相干光空间激光通信系统具备三方面核心优势：一是接收灵敏度提升10-20dB，在相同发射功率与天线口径条件下，无中继传输距离可提升数倍，大幅降低星间链路的部署难度；二是支持高阶偏振复用调制格式，频谱效率得到指数级提升，单波长传输速率可轻松达到400Gbit/s乃至1Tbit/s量级，满足未来空间高速业务的承载需求；三是所有色散、偏振与非线性损伤的补偿均可在电域通过数字信号处理完成，无需额外的光域补偿器件，更适配空间平台轻量化、低功耗的应用要求。

深圳纤亿通作为深耕光传输领域多年的高新技术企业，在波分复用、相干光器件、光放大、保偏无源器件、光路集成等方向具备扎实的研发与定制化能力，可为本相干体制空间激光通信方案提供全套配套光学元器件支撑，包括光隔离器、分光器件、保偏耦合器、光放大器、混频组件等。依托在光纤相干通信、高速 WDM 传输项目积累的工程经验，纤亿通能够针对空间光通信特殊的光路损耗、偏振控制、分光配比需求进行器件优化与光路方案定制，打通相干光通信从光纤链路向自由空间光链路移植的器件落地环节。后续纤亿通将持续面向空间激光通信、星地高速光传输场景，迭代适配大气信道、宽温、抗扰动要求的相干光学组件，助力相干空间光通信系统工程化、小型化落地，为空地、星间高速空间光通信提供国产化光学器件与光路集成方案。，推动技术从实验室验证走向工程化落地。

资讯学院

相干空间激光通信系统方案研究与纤亿通支撑方案