導讀：傳統衛星通信技術帶來了哪些挑戰？
最近，三菱宣布了世界上第一個設計用于地球衛星通信的激光接收器。傳統衛星通信帶來了哪些挑戰，三菱開發了什么，激光通信可以在地球上找到應用嗎？
傳統衛星通信技術帶來了哪些挑戰？
在過去的50年里，衛星通信在提供電信服務、活動監測、環境跟蹤和天氣觀測方面發揮了關鍵作用。但是，盡管由于現代發展，衛星技術取得了長遠的進步，但無線電波仍然是唯一的通信手段。
現在，該領域使用各種頻率和建立專用頻段以減少干擾進行了重大改進，而電子學的改進允許更高的數據速率，但無線電波能的使用沒有改變。這是主要的，因為無線電波易于傳輸和接收，可以輕松穿透地球大氣層，并且它們的發散允許更一般的瞄準要求（即收發器需要在幾英里內而不是幾厘米內指向目標的一般方向）。
但無線電波并非沒有缺陷，現代衛星系統繼續受到無線電波下降的困擾。首先，它們相對較低的頻率（與可見光激光相比）減少了它們的帶寬，使形成高速數據鏈路具有挑戰性。對于需要實時報告高分辨率數據的成像衛星來說，這尤其成問題。
無線電波的第二個挑戰是它們的發散。雖然更寬的無線電波束可以更容易擊中目標，但它們也有干擾其他衛星的風險，因此需要自己獨特的頻段。這還增加了減少帶寬和限制任何給定區域的衛星總數的效果。
第三個挑戰是無線電通信系統通常需要大型天線和天線。僅接收的設備（如GPS模塊）不需要我們分開，但任何需要將數據發送回衛星的東西都需要一個盤子。因此，無線電通信系統可能會變得笨重，難以集成到較小的設備中。
三菱宣布推出世界上第一個衛星激光通信終端
三菱認識到衛星中使用的傳統無線電通信系統面臨的挑戰，最近宣布開發世界上第一個激光通信終端。他們的新系統不是使用無線電波的衛星，而是使用1.5μm波段的紅外光，該波段形成激光束。新光束的寬度比目前的無線電系統小1/1000，這意味著它干擾附近沒有直接觀測激光束的系統的可能性要小得多。
然而，使用激光束進行遠程通信帶來了一些重大挑戰，最明顯的是強度下降。通過地球大氣層顯示的激光束迅速失去強度，使接收器難以檢測到傳入的光束。激光束的另一個嚴重缺點是，它們的窄發散要求它們直接指向接收衛星。將這一事實與衛星相對于地面的快速移動性質相結合，其結果是一個系統需要跟蹤衛星，同時保持小薄激光束指向數百英里外的接收器，同時實現不到一米的目標精度。
然而，三菱的研究人員已經演示了一種可以做到這一點的終端接收器。接收器能夠從傳入光束中確定兩個主要因素：其相移和方向。光束的進入方向是通過使用鏡頭和象限傳感器確定的，象限傳感器由四個主要傳感元件組成。這允許系統精確識別傳入光束的位置，從而調整其角度和位置，以最好地接收傳入信號。
額外使用多個分束器和參考光束還允許設備檢測0 ?、90 ?、180 ?和270 ?的四相變化。檢測相移的重要性將使數據能夠使用相移而不是僅僅是強度控制來傳輸。雖然強度控制是最簡單的數據通信形式，但它很容易干擾環境光和大氣的變化，但相變幾乎是不可能干擾的。
總體而言，新設備裝在一個10厘米的盒子里，這不僅被認為是世界上第一個衛星光學激光解決方案，也是最小和最輕的解決方案之一。
激光通信能成為土基通信的實用性嗎？
雖然研究人員在衛星上使用激光時仍有許多障礙需要克服，但將激光通信用于地面應用也令人大吃一驚。
其中一個可以從激光通信中獲益匪淺的應用是軍事行動。現代無線電系統采用加密方法來確保數據完整性，但任何安全缺陷都可能導致敵軍收集關鍵情報。此外，敵軍還可能部署拒絕使用無線電波的無線電干擾設備，而這些系統非常難以對抗。
但使用激光束將為軍事指揮所提供免受黑客攻擊和干擾的直接通信。直接使用光束意味著任何想要黑客攻擊的人都必須擋住光束，考慮到兩側都會檢測到阻擋光束，這不是一個容易的壯舉。
此外，光束不能像無線電波那樣受到干擾，任何希望禁用鏈路的攻擊者都需要將強烈的激光束指向接收器，這將泄露敵人的位置，或站在光束之間，這仍然會泄露敵人的位置。
激光束還可能用于連接位于光纖鏈路難以安裝的偏遠地區的蜂窩塔。整個光束陣列可以在附近建立，不會相互干擾，并且添加每個光束將進一步增加數據鏈路的帶寬。最后，使用激光束消除了蜂窩網絡之間的干擾效應，允許在不安裝大量基礎設施的情況下進行長途通信。
激光通信為衛星和地面通信提供了令人興奮的機會。還有許多挑戰有待解決，但創建互不干擾、可以跨越和高帶寬的通信渠道的能力可能會打開全新的應用程序。
