基于激光的天基宽带骨干传输网理论与关键技术研究

The issue is intended for great military and civilian demand of space based tridimensional broadband backbone optical transmission network in future. A research on theory and key technology is conducted based on specific space based transmission space channel condition. It consists of system frame research, channel characteristic and modeling research, theory and technology of coded modulation research, optical emission, receiving and acquisition pointing tracking research, and optical wavelength division multiplexing research. Then a large capacity, long transmission distance, high energy efficiency and reliability transmission scheme is proposed. It contains corresponding channel modeling, high energy efficiency modulation scheme and high reliability coding scheme, optical emission, receiving and acquisition pointing tracking scheme, and optical wavelength division multiplexing scheme. The problem of key technology will be broken out, the corresponding core technology will be mastered and the link level simulation and experimental platform will be built. In the platform, effects of different factors can be studied and according scheme can be proposed to optimize transmission performance of space based tridimensional broadband backbone optical transmission network. Those will provide research achievements as theoretical and technology support for Chinese space optical communication research and construction.

本课题面向未来基于激光的立体化天基宽带骨干传输网的重大军用和民用需求，立足于立体化天基传输网的特殊空间信道环境，研究基于激光的天基百吉比特宽带骨干传输网理论与关键技术，包括体系架构研究、信道特性与建模研究、编码调制理论与技术研究、光发射接收、捕获对准跟踪模型研究和光波分复用研究；提出大容量、长距离、高能效、高可靠的传输方案，包括建立对应的信道模型、设计高能效调制方案和高可靠编码方案并提出编码调制整体方案、光发射接收及收发端之间的捕获、对准、跟踪方案、和光波分复用方案；突破其关键技术难题，掌握相关核心技术，并建立该方案的链路级模拟实验平台，研究各种因素对系统的影响，并提出相应的解决措施，优化立体化天基宽带骨干传输网的传输性能。为我国空间激光通信的研究和建设提供研究成果作为理论技术支持。

在本项目对基于激光的天基骨干传输网关键传输理论和关键技术方案进行了深入研究和验证。主要研究了天基骨干传输网传输理论及其信道特性，提出了基于激光的天基骨干传输网体系架构方案；研究了空天地信道特性，提出了新型空天地空间激光信道模型；研究了高效的编码调制理论和实施方案，提出了基于空天地光信道的新型LDPC编码非等差映射APPM调制方案、RS-LDPC-CC乘积码编码方案、基于码重判决的低复杂度Turbo匹配编码方案；研究了光传输链路中的光束捕获、对准、跟踪问题，提出了天基骨干传输网光通信链路扫描捕获方案、星间及星地链路快速捕获方案；研究了自适应光学技术，提出了基于深度学习的无波前检测自适应光学方案；研究了天基骨干传输网整体光路模型及波分复用技术，提出了天基骨干传输网空间光通信波分复用收发方案；研究了卫星光网络组网技术和路由策略，提出了基于跨层设计的光卫星网络路由和波长分配蚁群算法。此外，本项目还增加了利用“冰冻光束”特性建立纵向轨道角动量复用理论模型，提出了基于涡旋“冰冻光束”的纵向OAM复用系统方案，提高了系统的信道容量与安全容量；针对大气湍流造成系统传输性能下降的问题，提出了基于卷积神经网络进行OAM解调并结合Turbo纠错编码的空间光通信系统方案，该系统即使在强湍流等恶劣条件卷积神经网络解调精度受限时依然能够保证良好的传输性能。在此研究基础上，发表16篇学术论文，其中被SCI检索6篇，EI检索10篇，申请8项国内发明专利，其中2项获得授权，培养4名博士生和6名硕士生。