Chinese Optics, Volume. 18, Issue 3, 429(2025)
Research progress of space laser communication networking technology
Fig. 1. Applications of laser communication technology in a spatial information network
Fig. 2. Laser communication technology corresponding to the OSI seven-layer model communication subnet
Fig. 3. Point-to-multipoint laser communication technology solutions
Fig. 4. Point-to-multipoint laser communication terminal structure solution
Fig. 5. Schematic diagram of point-to-multipoint laser communication system. (a) Multi-beam splitter superimposed antenna structure[24]; (b) concentric spherical lens antenna structure scheme[24]; (c) double light wedge prism[23]; (d) rotating parabolic antenna structure scheme[25]; (e) a point-to-multipoint simultaneous laser communication system based on a rotating paraboloid structure[25]; (f) four-beam tracking system[26]; (g) the integrated laser measurement and transmission system between point-to-multipoint satellites[27]
Fig. 6. Prototype photo of point-to-multipoint simultaneous laser communication system
Fig. 7. (a) System composition diagram, (b) node layout, and (c) test site map of one-to-two-point simultaneous laser communication field test
Fig. 8. The development process of optical switching technology at the Xi'an Institute of Optics and Mechanics (CAS)
Fig. 10. Statistical graph of laser communication networking application
Fig. 11. (a) Schematic diagram of the transformational satellite communication (TSAT) plan[40] and (b) schematic diagram of the space-based adaptive communication node (Space-BACN) plan
Fig. 15. Schematic diagram of ORCLE laser communication terminal links[74]
Table 1. Comparison of performance parameters of point-to-multipoint laser communication schemes
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参数 HAWK终端 球形转台 硅基光学 相控阵 液晶光学相控阵 特殊光机结构 （旋转抛物面） 目前水平 规划参数 工作模式 一对一×4 一对一×4 一对多 一对多 一对多 一对四 数据传输速率/Gbps 7 2.5 70 25 100+ 10 通信光束发散角/μrad 80 100 68 - - 50 偏转最大角度 方位角：0−360° ±5°（内框） 50°（单孔径） ±25°（单孔径） ±45°（单孔径） 方位角360°，俯仰角15° 平均切换时间 - <30 s 200 ms <10 ms <5 ms <30 s 传输距离 50 km 100 km 54 m 1000 km系统功耗 110 w 1000 w- <80 W <30 W <150 W 系统体积 279 mm×256 mm×546 mm Φ250 mm - 175 mm×125 mm×50 mm - Φ300 mm×750 mm 系统质量 13 kg 25 kg - 1 kg 45 kg 跟踪精度 - 20~30 μrad - 20 μrad 3 μrad 通光孔径 31 mm 150 mm 3 mm 25 mm 等效收发口径≥85 mm 功耗 2.9 W 5 W 72.53 μW <3 W 转向机构 无 二轴四框架 无 无 无 二维摆镜
Table 2. Parameter comparison table of point-to-multipoint simultaneous laser communication optical terminals
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参数 “一对二”原理 验证装置 “一对三”原理样机 “一对三”工程样机 “一对四”原理样机 “一对三”测通传 一体化原理样机 通信光波长 1550 nm/1064 nm1550 nm/1530 nm、1561 nm/1605 nm；1530 nm1605 nm/1571 nm/1550 nm1550 nm/1530 nm1550 nm通信速率 1−2.5 Gbps 2.5 Gbps 2.5 Gbps 1 Gbps−10 Gbps 10 Gbps 通信距离（等效） 50 km 100～ 1000 km100～ 1000 km1000 km1000 km通信光束散角 100 µrad 300 μrad（主） 40 μrad（从） 200 μrad（主） 40 μrad（从） 80 μrad（主） 80 μrad（从） 50 μrad（主、从） 信标光束散角 - 1 mrad（主、从） 2 mrad（主、从） 2 mrad（主、从） 300 μrad（主、从） 通信范围 360°（方位） 38°（俯仰） 360°（方位） 30°（俯仰） 360°（方位） 30°（俯仰） 360°（方位） 30°（俯仰） 360°（方位） 30°（俯仰） 通信光发射功率 1 W 5 W（主） 2 W（从） 5 W（主） 2 W（从） 5 W（主） 2 W（从） 4 W（主、从） 状态 完成实验室原理验证 完成实验室原理验证 完成野外演示验证 完成实验室原理验证 正在进行实验室原理验证
Table 3. Typical cases of laser communication networking in satellite constellations
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系统 HALO AlphaSAT Starlink Transport Layer Space-BACN 搭载平台 LEO-GEO LEO-GEO LEO LEO GEO-LEO 年份 2012 2012 2017 2019 2021 国家 美国 欧洲 美国 美国 美国 通信速率 4200 Gbps100 Mbps 1 Gbps 200 Gbps 100 Gbps 链路距离/km - 36000 km1204 km3000 ~7000 km10000 km
Table 4. Typical cases of satellite relay laser communication networking
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系统 EDRS HICALI LCRD LOCNESS JDRS 搭载平台 Sentinel1-Alpha GEO-LEO GEO-Ground GEO-Ground GEO-LEO 年份 2014 2021 2019 2019 2020 国家 欧洲 日本 美国 美国 日本 通信速率 1.8 Gbps 10 Gbps 2.88 Gbps/622 Mbps 10/100 Gbps 1.8 Gbps 工作波长 1064 nm1541.35 nm1550 nm- 1540 nm/1560 nm链路距离 45000 km45000 km38000 km73395 km45000 km通信光功率 2.2 W 2.5 W 0.5 W - - 光学口径 135 mm 150 mm 108 mm 220 mm 150 mm 调制/解调方式 BPSK/零差相干探测 DPSK DPSK/16PPM - RZ-DPSK-DD/IM-DD/直接探测 质量 50 kg 50 kg 69 kg - 50 kg左右 功耗 160 W 160 W 130 W - -
Table 5. Typical cases of laser communication networking on aviation platforms
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系统 ORCLE ORCA Falcon FOENEX Loon Aquila Ultra Air 搭载平台 Aircraft Aircraft Aircraft Aircraft H-A-P(stratospheric) Aircraft Aircraft 年份 2008 2008 2011 2012 2015 2016 2021 国家 美国 美国 美国 美国 美国 美国 美国 通信速率 155 Mpbs 2.5 Gbit/s 2.5 Gbit/s 6 Gbps 130 Mpbs 1 Gbps 10 Gbps 链路距离 25 km 18 km 132 km 230 km 100 km 17 km 4500 km通信光功率 0.5 W 0.2 W 10 W 0.5 W 0.1 W 1 W 15.85 W 光学口径 5.08 cm 2.54 cm 3.05 cm 10.75 cm - - - 调制/解调方式 OOK OOK OOK FM/IM OOK QPSK -
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Zhi LIU, Qing-fang JIANG, Shu-tong LIU, Shao-qian TIAN, Ling-yun ZHU, Xian-zhu LIU, Jia-xin YU, Jian-tong ZHAO, Hai-feng YAO, Ke-yan DONG. Research progress of space laser communication networking technology[J]. Chinese Optics, 2025, 18(3): 429
Category: Review
Received: Aug. 18, 2023
Accepted: --
Published Online: Jun. 16, 2025
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