探索衛星光通信，華為發(fā)布《空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò )未來(lái)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(xué)工程學(xué)會(huì )主辦的第八屆空間光通信與組網(wǎng)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì )發(fā)布《空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò )未來(lái)發(fā)展的思考及展望》報告。本研討會(huì )旨在匯聚從事空間光通信的專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)展學(xué)術(shù)交流，為科研工作者提供一個(gè)展示前瞻性觀(guān)點(diǎn)，探討關(guān)鍵技術(shù)的平臺。

  大會(huì )報告人唐曉軍博士為華為光產(chǎn)品線(xiàn)技術(shù)規劃部部長(cháng)&首席技術(shù)規劃師，他在報告中講到，人類(lèi)活動(dòng)的足跡遍布地球的荒野沙漠海洋，并開(kāi)始重啟對月球、火星的探索及太空旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，基于微波的窄帶衛星通信已經(jīng)發(fā)展了很多年，但有限的通信帶寬將難以匹配未來(lái)大規模、大容量的衛星通信需求，空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò )的重要性日益凸顯。

  唐曉軍博士回顧了空間及地面兩個(gè)光通信領(lǐng)域發(fā)展歷史、發(fā)展進(jìn)展及業(yè)務(wù)進(jìn)展，并從鏈路帶寬、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、網(wǎng)絡(luò )可靠、網(wǎng)絡(luò )管控等維度分析數十年積累的地面光網(wǎng)絡(luò )經(jīng)驗及技術(shù)如何借鑒并用在衛星光通信上，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(lèi)足跡遍布荒野海洋沙漠帶來(lái)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(shí)時(shí)感知測繪需求，未來(lái)的太空旅游實(shí)時(shí)通信需求，以及月球、火星基地的太空互聯(lián)需求等;可以預見(jiàn)僅為10Gbps的星間鏈路和星地鏈路帶寬在不遠的未來(lái)將成為瓶頸?；跇I(yè)務(wù)需求分析，預計2030鏈路帶寬將達到100Gbps,甚至400Gbps。

  展望2：網(wǎng)絡(luò )協(xié)議

  金融/大企業(yè)等高品質(zhì)專(zhuān)線(xiàn)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(shù)相關(guān)協(xié)議、提供高安全性的QKD(量子密鑰分配)技術(shù)相關(guān)協(xié)議是星間鏈路承載高品質(zhì)to B專(zhuān)線(xiàn)的基礎。

  展望3：網(wǎng)絡(luò )可靠

  到目前為止，地面WDM/OTN ASON(Automatically Switched Optical Network, 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò ))已成熟商用超過(guò)13年，部署在300多全球運營(yíng)商的500多張網(wǎng)絡(luò )上，全面解決了光纖頻繁中斷帶來(lái)的業(yè)務(wù)受影響等問(wèn)題。與地面網(wǎng)絡(luò )相比，由于以下三個(gè)原因導致星間網(wǎng)絡(luò )切換頻次更高， ASON技術(shù)上天成為提高空間光網(wǎng)絡(luò )可靠性的必要手段。

  1)星地鏈路連接時(shí)長(cháng)不確定、業(yè)務(wù)需頻繁換星落地

  2)星間鏈路受日凌影響中斷帶來(lái)業(yè)務(wù)中斷

  3)星地鏈路帶寬變化導致業(yè)務(wù)流量易擁塞

  展望4：網(wǎng)絡(luò )管控

  地面已經(jīng)有成熟的網(wǎng)絡(luò )管控技術(shù)，實(shí)現對千級大網(wǎng)的分析、管理、控制。衛星網(wǎng)絡(luò )雖然規模不及地面網(wǎng)絡(luò )大，但與地面網(wǎng)絡(luò )站點(diǎn)和鏈路相對固定不同，站點(diǎn)動(dòng)態(tài)、鏈路動(dòng)態(tài)、通斷動(dòng)態(tài)導致對其的管理變得復雜?；诘孛婢W(wǎng)絡(luò )管控技術(shù)積累的基礎上，需做到光載荷數字化及AI預測，實(shí)現星際光主動(dòng)運維，包括：常規通道支持業(yè)務(wù)功能的配置、故障自動(dòng)上報、性能實(shí)時(shí)監控、光載荷重構、采集在軌數據，逃生通道支持通用遙測指令、常規遙測、工程遙測等。

  展望5：批量制造與精密裝調

  規?；目臻g光寬帶網(wǎng)絡(luò )需要設備量產(chǎn)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(kāi)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(chǎn)控制階段，引入自動(dòng)化裝備，提升測試和裝調效率，規避手工操作帶來(lái)的設備一致性低的問(wèn)題，提升設備良率;從而達到降低測試驗證項目和時(shí)間及自動(dòng)化裝調的目的，支撐設備量產(chǎn)。

  展望6：模擬仿真系統

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

  · 光機力熱仿真實(shí)現信道的全鏈路集成仿真;

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

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

  · 測試效果評估，通過(guò)仿真實(shí)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(shí)支持萬(wàn)組用例仿真，提高場(chǎng)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(wǎng)絡(luò )的5大關(guān)鍵技術(shù)挑戰：

  1. 相干100G+上天。主要挑戰在于：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。主要挑戰包括：通過(guò)架構創(chuàng )新減少部件、新結構設計簡(jiǎn)化系統、引入新材料實(shí)現輕量化等。

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

  5. 動(dòng)態(tài)大規模組網(wǎng)。主要挑戰包括：預先光連接、業(yè)務(wù)無(wú)縫切換，1+1備份提供高可靠性網(wǎng)絡(luò )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(shí)現專(zhuān)網(wǎng)安全等。

  唐曉軍博士在報告最后總結：衛星通信從窄帶走向寬帶，從微波通信技術(shù)走向光通信技術(shù)是必然之路，具備全覆蓋的空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò )將逐步發(fā)展成為未來(lái)關(guān)鍵的信息基礎設施。