Datenrate in optischen Freiraumkommunikationssystemen

Mynaric ist einer der Hauptlieferanten von Laserterminals für die Freiraumkommunikation. In einer ihrer neuesten Veröffentlichungen, die ich gelesen habe, werden sie die Datenrate des letzten lasercom-Terminals auf bis zu 100 Gbps erhöhen. Wie das gehen soll, wurde nicht erklärt.

Im Lasercom-Terminal ist LD der Hauptteil, wenn wir über Datenrate sprechen. Es erzeugt einen schmalen Strahl, um Daten an eine Bodenstation zu übertragen.

Wenn die Datenrate auf 100 Gbps erhöht wird, bedeutet dies, dass sie die Eigenschaften von LD verbessern? Was verwenden wir, um die Datenrate in der optischen Freiraumkommunikation zu verbessern?

LD-Laserdiode

Wofür steht LD?
@NgPh Laserdiode
Danke! In Ihrer anderen Frage haben Sie eine MIT-Doktorarbeit verlinkt. Haben Sie die Diskussionen über Design-Kompromisse für Hochleistungs-Laserdioden in dieser Arbeit gelesen, um zu sehen, ob sie hier Antworten auf Ihre Frage enthält?
@NgPh Vielen Dank für diesen Hinweis. Ich werde die These noch einmal lesen. Eine Frage, ATP (Acquisition, Tracking, and Pointing) und PAT (Pointing, Acquisition and Tracking) Systeme sind unterschiedliche Konzepte? es scheint verschiedene Systeme zu geben [link] ( aidic.it/cet/15/46/170.pdf )
IMO, das Papier der Chinesen, auf das Sie verlinkt haben, verwendet zwei Akronyme für dasselbe Funktionskonzept. Ich weiß nicht warum. Die Verwendung vieler Akronyme verwirrt die Leser nur. Zumindest mich beeindruckt es nicht, im Gegenteil.

Antworten (1)

Man muss genau hinschauen, wie es gemessen wird. Einer der Hauptfaktoren für die Datenrate ist die Verfügbarkeit: Bei Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn haben sie möglicherweise nur wenige Minuten Downlink-Möglichkeit alle 90 Minuten. Mit Relais, Konstellationen und/oder Netzwerken von Bodenstationen können Sie diese Downlink-Verfügbarkeit auf bis zu 100 % erhöhen.

Technisch gesehen gibt es eine Grenze durch die Modulationstechnologie: Während die Infrarot-Trägerfrequenz bei etwa 200-300 THz liegt, beträgt die Umschaltung des Strahls normalerweise weniger als 40 GHz, obwohl eine Umschaltung von 100+ GHz vorhanden ist. Sie können die Amplitude „umschalten“, die Polarisation umschalten, die Frequenz umschalten oder einfach das Licht ein- oder ausschalten oder etwas Ausgefalleneres mit mehreren überlagerten Modi machen.

Es spielt eine Rolle, wie Daten codiert werden. Theoretisch kann man aus nur einem Photon mehr als 1 Bit Information gewinnen, zB durch Verwendung von Pulspositionsmodulation (und Codierung von Information im Timing).

Ein weiterer Faktor ist, wie viel Fehlerkorrekturcode Sie benötigen (z. B. Reed-Solomon-Code). Sie senden redundante Daten zur Fehlerprüfung und -korrektur. Je lauter der Kanal (dh mehr Atmosphäre oder je weniger Leistung verwendet wird), desto mehr Fehlerkorrektur benötigen Sie. Das reduziert die Datenrate. Oder im Gegenteil, eine Erhöhung der Leistung und des Verbindungsspielraums bedeutet, dass Sie weniger Fehlerkorrekturen verwenden und eine höhere Datenrate erhalten.

Ein weiterer Faktor ist, wie viele Kanäle gesendet werden. Sie könnten theoretisch mehrere Kanäle auf demselben Weg senden oder über eine Satelliten- oder Bodenstation mit mehreren Lasercom-Terminals.

"alle 90 Minuten ein paar Minuten Downlink-Möglichkeit" ist ziemlich optimistisch, da sich die Erde darunter dreht? Dafür braucht man eine ganz besondere Umlaufbahn und viele Bodenstationen, oder?
@uhoh, die implizite Annahme ist, dass der Satellit seinen Strahl so hält, dass er auf einen bestimmten Erdpunkt zeigt (= Tracking). Das machen Stalink-Satelliten sowieso. Die "wenigen Minuten" sind die Zeit, in der der Satellit über einem bestimmten Elevationswinkel der Erdstation bleibt.
@NgPh Starllinks haben keine Fußabdrücke von 20 Metern. Sie können beugungsbegrenztes Radio nicht mit beugungsbegrenzter Optik vergleichen.
@uhoh, der Maßstab ist nicht derselbe, aber das Prinzip ist dasselbe: Der Satellit behält einen festen Strahl bei, wenn er über den Punkt fliegt, mit dem er kommunizieren möchte. Wenn dies akzeptiert wird, haben sowohl die optische als auch die HF-Kommunikation das gleiche "Gelegenheits"-Fenster von wenigen Minuten (für LEO).
Betreff. "durch die Modulationstechnologie gegebene Grenze" In Faserkommunikationssystemen ist ein Weg, dieses Problem zu umgehen, Wellenmultiplexierung . (Das heißt, senden Sie mehrere, unterschiedliche Bitströme auf demselben physikalischen Weg mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen. IDK, falls dies jemals in einem optischen Freiraumsystem durchgeführt wurde.
@SolomonSlow In der Tat! Und da (im Wesentlichen) leerer Raum (im Wesentlichen) linear ist, während Glasfaser nicht ganz ist, haben Sie keine Intermodulationsverzerrungsprobleme. Bei einem beugungsbegrenzten System ermöglicht WDM Ihnen, mehr Leistung in denselben Strahl zu packen, indem Sie mehrere oder mehrere Dutzend Laserausgänge in denselben Fleck von wenigen Mikrometern auf der Brennebene des Teleskops (Kollimators) überlappen. Jeder könnte unterschiedliche Datenströme enthalten (wie er normalerweise verwendet wird) oder an der sehr unregelmäßigen Grenze von niedrigem S/N könnte er redundante Informationen enthalten, um S/N zu erhöhen.
@uhoh Für eine erdnahe Umlaufbahn betragen die Umlaufzeiten normalerweise etwa 90 - 100 Minuten. Ng Ph gab auch eine gute Antwort. Das Beste, worauf Sie ohne Relais hoffen könnten, wären ein paar Minuten pro Umlauf, was beispielsweise der Fall wäre, wenn Ihre Bodenstation in Sichtweite einer äquatorialen Umlaufbahn oder im Falle einer polaren Umlaufbahn in Richtung der Pole wäre. Diese Fälle sind in der Tat häufige Entscheidungen, und diese Downlinks sind mit nur einer Bodenstation erreichbar. Dann verbessert die Verwendung optischer Verbindungen zwischen Satelliten als Relais die Downlink-Verfügbarkeit erheblich.
@Polar_Bear ja, meine Neigung war auf Umlaufbahnen mit mittlerer Neigung, solange Sie sich innerhalb einiger Grad von 0 ° oder 90 ° befinden, könnte eine einzelne Station dies tun.
Datenrate in optischen Freiraumkommunikationssystemen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v