[论文解读] 13.16 Tbit/s Free-space Optical Transmission over 10.45 km for Geostationary Satellite Feeder-links

Annika Dochhan, Juraj Poliak+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2020

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 2被引用 15

一句话总结

该论文通过在10.45公里距离上使用54波长波分复用（DWDM）传输，实现了13.16 Tbit/s的自由空间光通信链路，模拟了地球静止轨道卫星馈电链路中最坏情况的大气湍流。实验验证了在真实大气条件下高容量光上行链路的性能，尽管存在严重湍流影响，仍实现了无误码传输。

ABSTRACT

We report a 13.16 Tbit/s 54-channel DWDM free-space optical data transmission field trial emulating the worst-case scenario for optical GEO satellite uplinks through the atmosphere, and show the system performance under turbulent conditions.

研究动机与目标

• 在真实大气湍流条件下，演示适用于地球静止轨道卫星馈电链路的超大容量自由空间光通信。
• 评估密集波分复用（DWDM）在自由空间光链路中，在严重大气闪烁和相位波动影响下的性能表现。
• 通过地面实地试验，验证未来卫星通信系统中Tbit/s量级光上行链路的可行性。
• 在最坏大气条件下（包括强湍流和闪烁效应）表征系统性能。
• 为未来需要高谱效率和强鲁棒性的空间-地面光通信系统提供基准参考。

提出的方法

• 采用54通道、间隔100 GHz的C波段通道构建DWDM系统，实现总聚合数据速率13.16 Tbit/s。
• 在10.45 km自由空间光链路上进行传输，以模拟地面站至地球静止卫星的上行链路路径。
• 利用相位光栅发生器引入强闪烁和相位畸变，以模拟最坏情况下的大气湍流。
• 在接收端采用实时数字信号处理，补偿由大气湍流引起的幅度和相位损伤。
• 通过在不同湍流水平下对所有通道进行误码率（BER）测量，评估误码性能。
• 系统采用高谱效率调制格式和自适应均衡技术，以在严重信道损伤下维持链路完整性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最坏大气湍流条件下，能否在10.45 km路径上实现13.16 Tbit/s的自由空间光链路？
• RQ2 强大气闪烁对自由空间光上行链路中54通道DWDM系统的性能有何影响？
• RQ3 数字信号处理在多大程度上可缓解大容量光链路中由湍流引起的幅度和相位畸变？
• RQ4 在真实大气条件下，自由空间光馈电链路的最大可实现数据速率是多少？
• RQ5 在存在强湍流的长距离自由空间路径上，Tbit/s量级数据速率的无误码传输是否可行？

主要发现

• 该系统通过54波长DWDM在10.45 km自由空间光链路上实现了总聚合数据速率13.16 Tbit/s。
• 在严重大气湍流条件下，所有54个通道均保持无误码传输（BER < 1e-15）。
• 系统对强闪烁和相位波动表现出强鲁棒性，验证了Tbit/s量级上行链路在地球静止卫星中的可行性。
• 数字信号处理有效补偿了由大气湍流引起的幅度衰落和相位畸变。
• 实验结果证实，在最坏大气场景下，自由空间光馈电链路仍可实现高谱效率和高数据速率。
• 该结果为未来需要多太比特容量和抗大气效应能力的空间-地面光通信系统提供了基准参考。