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受到地面通信网络快速发展的影响,卫星通信也向着网络化的方向发展。星间激光链路技术以激光作为星间高速、迅捷的信息载体,是空间光通信技术在卫星通信领域的拓展,是大容量卫星通信领域的重要研究方向。终端体积小、重量轻、功耗低等特点适应卫星通信的网络化发展需求。基于波长路由(WR)的全天基星座光网络(简称WR卫星光网络)利用星间激光链路(ISLs)作为星座中卫星间的信息传送通道,实现不同卫星覆盖地区的用户之间信息传递。同时,还在其星间链路拓扑结构上建立基于波长路由协议的波分复用(WDM)体系,形成全球覆盖的光传输骨干网络。该网络可以极大地提高通信容量,并充分利用星上光放大带宽资源。波长路由协议还可以简化星上路由,减小节点处理时间,从而降低长距离业务的传输时延及延时抖动。因此,WR卫星光网络是未来卫星星座网络的发展趋势。从目前已发表的文献分析,关于WR卫星光网络特性的研究报导相对较少。仅有的几篇文献也只是分析了该网络波长需求量的问题,而且研究结果也具有局限性。本文从实际情况出发,对WR卫星光网络的相关特性进行了系统地理论分析和仿真,为未来宽带卫星星座网络的发展奠定了理论基础。论文首先对目前的研究现状进行了深入的分析,然后由实际情况出发,论述了该卫星光网络的基本模型,仿真分析了该网络星间链路拓扑的时间变化特性以及与星座参数之间的关系等。在此基础上进一步开展了本文的研究工作。研究主要内容包括以下几个方面:(1)系统地分析了卫星光网络中各种星间激光链路的多普勒特性及其对网络通信性能的影响。具有高速相对运动的两颗卫星进行星间链路时,传递的信息不可避免地会受到多普勒效应的影响。在卫星光网络中,星间激光链路具有多样性。本文推导出了卫星光网络中星间链路的多普勒波长漂移的理论公式,分析了不同链路的多普勒特性。为方便描述具有时间不连续性的间歇式链路的多普勒特性,还给出了该链路的多普勒波长漂移和链路可视时间的估算公式,并验证了该公式的有效性。为量化多普勒效应对WR卫星光网络的影响,本文还仿真分析了它对链路通信误码率的影响。(2)分析了卫星光网络中卫星路由节点光终端的线性带内串扰,研究了具有单跳和多跳链路波长路由卫星光网络的串扰特性及其影响因素,并且分析了不同通信误码率下多跳链路节点路由设备的串扰容限。在WR卫星光网络的路由节点内,来自不同ISLs的具有相同载波波长的信号之间会产生带内串扰。它会限制WDMISLs信号在卫星之间传输距离,严重影响了光网络的性能。本文建立了WR卫星光网络中不同WDM ISLs输入到卫星路由节点光终端时的线性带内串扰理论模型。分析了串扰对具有单跳和多跳链路的WR卫星光网络的影响,给出了不同多跳链路上节点路由设备的最低串扰要求。(3)针对全天基卫星光网络的时间和空间特性,详细地分析了WR卫星光网络的波长需求量及相关网络特性。WR卫星光网络的波长资源需求量直接决定了网络的设计成本与可行性。本文首先针对网络链路拓扑的时间和空间特性,描述了卫星节点对连接请求的最佳路由的选择方案。然后,给出了对随机生成的满足规定网络节点物理连通性的网络链路拓扑进行波长需求量统计分析的方法。为了更好地反映本文所提出的具有链路任意性的网络拓扑结构(ACNT)的优势,我们还把ACNT的波长需求量与具有规则性链路拓扑网络的结果进行了比较。(4)分析了星座中恒星背景噪声的统计特性。恒星背景是星间激光链路不可避免的噪声源。本文以辐照度函数为基础给出了进入终端视场内恒星背景噪声光功率的表达式。然后结合SAO恒星星表数据库,分别对采用不同波段的星间激光链路恒星背景噪声、不同WDM星间链路波长分配方案的信道接收恒星背景噪声以及卫星光网络中典型星间激光链路的恒星背景噪声进行了详细分析。本论文的研究工作为WR卫星光网络设计提供了初步理论模型和设计依据,推动了卫星光通信中波分复用技术的发展,为我国今后开展WR卫星光网络的研究工作打下了一定的基础。