世界快看：激光通过卫星启用互联网骨干网

互联网的骨干网由密集的光纤网络构成，每根光纤在网络节点之间每秒传输超过 100 太比特的数据(1 太比特 = 10 12 数字 1/0 信号)。大陆之间的连接是通过深海网络进行的——这是一笔巨大的开支：一条横跨大西洋的电缆就需要数亿美元的投资。TeleGeography 是一家专业咨询公司，宣布目前有 530 条活跃的海底电缆，而且这个数字还在增加。

然而，很快，这笔费用可能会大幅下降。苏黎世联邦理工学院的科学家与航天工业的合作伙伴合作，在欧洲地平线 2020 项目中展示了太比特光学数据的空中传输。未来，这将通过近地卫星星座实现更具成本效益和更快的骨干连接。

(资料图片仅供参考)

少女峰和伯尔尼之间具有挑战性的条件

为了实现这一里程碑，项目合作伙伴通过在阿尔卑斯山峰少女峰和瑞士伯尔尼市之间进行的成功测试，在建立卫星光通信链路方面取得了重大飞跃。尽管激光系统没有直接用轨道卫星进行测试，但它们在 53 公里(33 英里)的自由空间距离上完成了高数据传输。“对于光学数据传输，我们在少女峰高海拔研究站和伯尔尼大学齐美尔瓦尔德天文台之间的测试路线比卫星和地面站之间的测试路线更具挑战性，”该研究的主要作者和苏黎世联邦理工学院电磁场研究所的研究员，由 Jürg Leuthold 教授领导。

激光束穿过地面附近的稠密大气层。在此过程中，许多因素——高雪覆盖的山上空气中的各种湍流、图恩湖的水面、建筑密集的图恩大都市区和阿勒平面——影响着光波的运动，因此也传输数据。由热现象引发的空气闪烁扰乱了光的均匀运动，在炎热的夏季肉眼就可以看到。

卫星互联网使用慢速微波传输

通过卫星连接互联网并不是什么新鲜事。当今最著名的例子是埃隆·马斯克 (Elon Musk) 的 Starlink，这是一个由 2,000 多颗绕地球运行的卫星组成的网络，几乎可以为世界每个角落提供互联网接入。然而，卫星和地面站之间传输数据使用的是无线电技术，其功能要弱得多。与无线局域网 (WLAN) 或移动通信一样，此类技术在频谱的微波范围内运行，因此波长可达几厘米。

相比之下，激光光学系统在近红外范围内工作，波长只有几微米，大约短 10,000 倍。因此，它们可以在单位时间内传输更多信息。

为了确保信号到达远处接收器时信号足够强，激光的平行光波通过直径可达数十厘米的望远镜发送。这束宽光束必须精确瞄准接收望远镜，其直径与到达时发射光束的宽度处于同一数量级。

湍流抵消了调制信号

为了实现尽可能高的数据速率，对激光器的光波进行调制，使接收器可以检测编码到单个符号上的不同状态。这意味着每个符号传输多于一位的信息。实际上，这涉及光波的不同振幅和相位角。然后，相位角和幅度的每个组合形成可以被编码到发射符号中的不同信息符号。因此，对于包括16个状态(16QAM)的方案，每个振荡可以传输4比特，并且对于包括64个状态(64QAM)的方案，每个振荡可以传输6个比特。

空气粒子的波动湍流导致光锥内部和边缘的光波速度发生变化。结果，当光波到达接收站的检测器时，振幅和相位角要么加在一起，要么相互抵消，从而产生错误的值。

关键词：