研究人員開發出新型“AO-MDR協同”方法。

據報道，中國科學家僅使用2瓦激光器，就實現了從地球同步軌道衛星到地面每秒1吉比特（Gbps） 的數據傳輸。

據相關媒體報道稱，這一速度“比星鏈（Starlink）快五倍”。

太空探索技術公司（SpaceX）的星鏈衛星互聯網服務運行在地球上方約341英里（550公里） 的軌道上。星鏈的最高速度通常僅能達到幾兆比特每秒（Mbps）。

衛星激光下行鏈路面臨的主要挑戰是大氣湍流，它會導致信號失真和衰減。

為了解決這個問題，研究人員開發了一種新型的“AO-MDR協同”方法。

該技術結合了自適應光學（AO） 來銳化失真的光束，以及模式分集接收（MDR） 來捕獲散射的信號。

這項成果由北京郵電大學的吳健教授和中國科學院的劉超團隊共同完成。

工作原理

早期的嘗試曾試圖單獨使用AO或MDR等技術來應對大氣湍流。

在這項新工作中，他們提出了AO-MDR協同技術。研究團隊表示，即使在信號功率非常低的情況下，他們的方法也能成功避免通信質量的下降。

他們在位于中國西南部的麗江天文臺對其理論進行了測試。

研究團隊使用一臺1.8米（5.9英尺） 口徑的望遠鏡，瞄準了一顆距離地球表面驚人的36705公里（22807英里或120423英尺） 的未命名衛星（進行通信）。

該望遠鏡配備了一個高科技陣列，由357個微小、可單獨控制的微型鏡片組成。這些微型鏡片是自適應光學系統的一部分，其作用是主動重塑和校正被大氣湍流扭曲的入射激光束。

經過微型鏡片校正后的光線，隨后被處理以提取最可靠的數據。

接著，光線進入一根多模光纖，并通過一個多平面轉換器（MPLC） 分成八個基模通道。

下一步是確定這些通道中哪個承載的信號最可靠、最強。這就是“路徑選擇（path-picking）算法”發揮作用的地方。

該算法實時分析這8個基模通道中每個通道的信號強度和質量，然后從中識別出三個最強、最相干的信號。

結果令人印象深刻：研究人員觀察到了信號強度的顯著提升。

研究人員細致地記錄到，信號強度的增強并非偶然。它經過“多次實驗驗證”反復確認。

激光通信的需求

據報道，該方法的一個關鍵優勢是減少了數據傳輸中的錯誤。這直接體現在“可用信號概率”從72% 大幅提升至91.1%。

這種提升對于傳輸高價值數據至關重要，因為即使微小的錯誤也可能導致嚴重后果。

例如，在傳輸高清電影等應用中，更高的可用信號概率意味著更少的丟幀、更低的像素化問題，從而帶來更流暢、更可靠的觀看體驗。

標準的射頻通信正接近帶寬極限。

相比之下，激光通信提供了更寬的帶寬，可實現更快、更高效的數據傳輸。它能帶來諸如更快的下載速度和流暢的高清流媒體等優勢。

2025年1月，有媒體報道稱，中國實現了衛星對地激光通信中每秒100吉比特（100 Gbps）的數據傳輸速率，這比其之前的記錄提高了十倍。

這項新研究成果發表在《光學學報》期刊上。

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