本文件描述了空间数据与信息传输领域深空任务背景下空间对地光通信物理层的功能、下行信号特性、上行信标及可选的数据传送信号特性以及管理参数。 本文件适用于深空激光通信领域通过大气信道传输的空对地和地对空场景的高光子效率链路，其他应用参考使用。

ICS49.140
CCSV75
中华人民共和国国家标准
GB/T43372—2023
空间数据与信息传输系统
深空光通信物理层
Space data and information transfer systems-Deep space optical communications physical layer2023-11-27发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-03-01实施
GB/T43372—2023
规范性引用文件
术语和定义
缩略语
体系结构
下行信号特性
信息传输说明
中心频率
中心频率容差
激光线宽
带内和带外辐射
时隙宽度
时间抖动
脉冲重复率
上行信标及可选的数据传送信号特性7.1
信号传输说明
中心频率
中心频率容差
激光线宽
带内和带外辐射
时间抖动
管理参数
参考文献
GB/T43372—2023
文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（SAC/TC425)提出并归口。本文件起草单位：西安空间无线电技术研究所、北京空间飞行器总体设计部、中国航天标准化研究所、深圳市恒天伟焱科技股份有限公司、厦门至诚标准化服务有限公司。本文件主要起草人：郭精忠、陈祥、白帆、兰枫、任斌、李帅、徐常志、陈安和、张建华、李立、徐宝碧、周玉霞、李炯卉、苟保卫、熊金华、蔡鸿星GB/T43372—2023
随着激光通信技术在深空探测领域的发展，其应用场景包括深空探测器直接对地通信、深空探测器与近地卫星中继通信和深空探测器与着陆器通信等。本文件在考虑深空探测国际合作的大背景下，仅限于深空对地应用场景，可以充分利用各国光学地面站提升深空激光通信的可靠性，未来可进行扩展1范围
空间数据与信息传输系统
深空光通信物理层
GB/T43372—2023
本文件描述了空间数据与信息传输领域深空任务背景下空间对地光通信物理层的功能、下行信号特性、上行信标及可选的数据传送信号特性以及管理参数。本文件适用于深空激光通信领域通过大气信道传输的空对地和地对空场景的高光子效率链路，其他应用参考使用。
规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T42041航天术语
术语和定义
空间数据与信息传输
GB/T42041界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
中心频率
center frequency
激光光束所包含的频率范围中的中心对应频率。3.2
激光线宽
laser line-width
激光光束的光谱谱线宽度
偏振消光比
polarizationextinctionratio
沿偏振主态方向分解的两个正交偏振分量之间光功率的比值。3.4
pulserepetitionrate
脉冲重复率
每秒发射的光脉冲数量，或者定义为脉冲重复周期的倒数。3.5
右旋圆偏振right-handcircularpolarization相对于传输方向，其电场失量旋向随时间变化右旋的圆偏振光。3.6
带外辐射
spilloveremissions
光束光谱中在已定义的光谱宽度以外的光能量。1
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4缩略语
下列缩略语适用于本文件。
AOS：高级在轨系统（AdvancedOrbitingSystems）OOK：开关键控（On-OffKeying）OSI：开放式系统互联（OpenSystemsInterconnection）PPM：脉冲相位调制（PulsePositionModulation）PRR：脉冲重复率（PulseRepetitionRate）RHCP：右旋圆偏振（Right-HandCircularPolarization）RMS：均方根（RootMeanSquare）TC：遥控（Telecommand）
USLP：统一空间数据链路协议（UnifiedSpaceDataLinkProtocol)5总则
体系结构
图1描述了本文件与OSI分层的关系。本文件处于OSI分层的物理层，也是空间链路分层的物理层。
OST分层
网络及以上层
数据链路层
物理层
空间链路分层
网络及以上层
数据链路协议子层
同步及信道编码子层
物理层
空间链路协议
遇测（TM）/AOS/USLP
深空光通信编码与同步
深空光通信物理层
图1本文件与OSI分层的关系
深空光通信物理层在发送端将深空光通信编码与同步子层产生的二进制数据流进行电光调制，将电信号转换为光信号，实现深空对地光信号传输。在接收端，向编码与同步子层提供接收到的光电转换后的电信号，实现地对深空光信号传输。深空光通信编码与同步子层为传送顿在深空高光子效率链路上的传输，提供同步与信道编码功能，包括信道编码、同步和传送顿有效性确认，详见GB/T43423一2023。5.2功能
深空对地光通信系统的示意图如图2所示。在整个星地光通信建链过程中，约定激光终端A为地面站终端，激光终端B为星上（航天器）终端。星上终端向地面站终端发送下行遥测信号；地面站终端2
向星上终端发送上行信标及可选的传送顿。深空对地光通信双向建链流程如下：GB/T43372—2023
激光终端A向激光终端B所在的预置位置，发射包含可选的AOS/USLP/TC等数据的信标a)
光束；
注：AOS数据格式见GB/T39350—2020，USLP数据格式见GB/T42040—2022，TC数据格式见GB/T39350—2020。激光终端B在捕获到信标光束后，返回信号光束，同时对接收到的信标中的AOS/USLP/TCb)
数据进行接收探测和处理：
激光终端A在收到星上终端光束后，双方开展光束跟踪，以建立稳定的激光链路；建立稳定的激光链路后，下行遥测数据从激光终端B向激光终端A传输。d)
（航天器）星上激光终端B
发射机
接收机
接收机
信标和（可选择）
数据链路协议传
发射机
（地面站）激光终端A
深空对地光通信系统示意图
星上激光终端B向地面站激光终端A发射的下行光信号的物理特性见第6章，以及地面站激光终端向星上激光终端发射的上行信标和可选遥控信号的物理特性见第7章。5下行信号特性
6.1信号传输说明
在星上激光终端B的发射端，光物理层接收来自于编码和同步子层的二进制数据流，对光信号进行调制，通过二进制数据流的“1”或\0”控制光信号输出或不输出。其中\1”代表光信号输出，“0”代表无光信号输出。在星上激光终端B的接收端，光物理层接收地面站终端发送的信标，实现光信号的捕获和跟踪。当信标中附加调制信息时，编码和同步子层接收光物理层光电转换后的信号，实现上行信息的同步处理。
6.2中心频率
中心频率应为（193.1十n×0.1）THz，其中n取值范围为一18～28的整数。注：这些中心频率是由ITU-TG694.1中带宽为100GHz的波长间隔定义。频率范围为193.1THz～195.9THz，对应的波长范围为1530.33nm1567.13nm。6.3中心频率容差
发射机中心频率应精确到要求的中心频率士10 GHz以内。6.4激光线宽
调制的激光线宽在100ms积分时间内，应小于6.25GHz（峰值1/e处全宽）。3
GB/T43372—2023
5带内和带外辐射
发射信号中心频率士10GHz带宽内能量应大于全部输出能量的95%。6.6偏振
偏振类型
可选偏振光。如系统有偏振要求，则激光光束以RHCP光出射。6.6.2
偏振消光比
如系统有偏振要求，则偏振消光比应大于10 dB。6.7调制
接收编码和同步子层的二进制数据，使用OOK调制每个时隙内发射光的强度注：由于OOK调制中，每个时隙为通或断的状态，因此编码和同步子层上的PPM会引起对物理层的变化6.8时隙宽度
时隙宽度T应是0.125ns、0.25ns0.5ns、1ns、2ns、4ns、8ns、16ns、32ns、64ns、128ns、256ns或512ns。
6.9时间抖动
脉冲时间抖动的RMS应小于时隙的10%。6.10脉冲重复率
激光器应支持与通信链路使用的时隙宽度和PPM阶数相对应的一定范围的PRRs。以16PPM为例，如图3所示。16PPM的时隙宽度为1nS，发送一次脉冲，一共包含20个时隙。其中信息时隙16个，不同的脉冲位置代表不同的编码信息，保护时隙4个，置于信息脉冲的尾部。0xF代表本次发送脉冲为16进制0xF，脉冲位置为第15个时隙，0x0代表本次发送脉冲为16进制0x0，脉冲位置为第0个时隙。注：16PPM的时隙宽度为1ns，脉冲和脉冲之间插人4个保护时隙，因此脉冲中心到脉冲中心的时间间隔为5ns~35ns，对应28.57MHz~200MHz的PRR范围。←脉冲重复率(PRRs)-
16PPM调制信息时隙
时隙宽度T(1ns）
十保护时隙
123456789101112131415
316PPM示意图
7上行信标及可选的数据传送信号特性7.1信号传输说明
GB/T43372—2023
在地面站激光终端A的发射端，光物理层接收来自于编码和同步子层的二进制数据流，对光信号进行调制，通过二进制数据流的“1”或“0”控制光信号输出或不输出。其中，“1”代表光信号输出，“0”代表无光信号输出。为了实现激光链路的捕获和跟踪，地面站应发射上行信标。在有需要通过激光链路发送上行信号时，可对信标加载调制数据。在地面站激光终端A的接收端，光物理层接收星上终端发送的光信号，实现光电转换。编码和同步子层接收光物理层光电转换后的信号，实现下行信息的同步处理。
7.2中心频率
中心频率应调谐到280.18THz、281.72THz或291.06THz三个频率的任意一个频点土26GHz范围内的频率上。
注：这些中心频率分别对应于1070nm，1064.15nm和1030nm的真空波长7.3中心频率容差
实际发射光信号中心频率应在标称中心频率士26.5GHz的充允差范围内。7.4激光线宽
在100ms时间内，激光线宽应小于53GHz（峰值1/e2处全宽）。7.5带内和带外辐射
发射信号中心频率土50GHz带宽内能量应大于全部输出能量的95%。7.6调制
7.6.1无数据传输
无数据传输时，信标应被调制为3.8145kHz方波。方波的周期为262144ns，即脉冲和非脉冲时隙持续时间均为131072ns。
7.6.2有数据传输
调制方式
使用数据传输时，接收编码和同步子层接收的二进制数据，控制每个时隙内发射光的强度。注1：OOK调制中每个时隙为通或断的状态，编码和同步子层上的PPM会引起对物理层的变化注2：数据传输无偏振要求。
2时隙宽度
时隙宽度应为65536ns
注：本文件与使用更窄脉冲时隙宽度的系统兼容，通过对时隙宽度进行整数倍缩减，扩展至更高速率7.7时间抖动
脉冲时间抖动RMS应小于时隙宽度的10%。5
GB/T43372—2023
管理参数
深空光通信物理层管理参数如表1所示，主要包括下行信号中心频率、信号时隙宽度、上行信标中心频率等。
信号管理参数
控制参数
下行信号中心频率参数n
信号偏振（0.1）
信号时际宽度/ns
上行信标中心频率/THz
数据传输（0,1）此内容来自标准下载网
允许的值
-18~28
使用\1\或未使用\0”
0.125、0.25、0.5、1、2、4、8、16、32、64、128、256、512280.18、281.72、291.06
使用\1\或未使用“0”
GB/T39345—2020
GB/T39350—2020
GB/T42040—2022
GB/T43423—2023
参考文献
空间数据与信息传输系统
空间数据与信息传输系统
空间数据与信息传输系统
空间数据与信息传输系统
ITU-TG.694.1(10/2020)
GB/T43372—2023
高级在轨系统空间数据链路协议遥控空间数据链路协议
统一空间数据链路协议
深空光通信编码与同步
WDM应用的谱栅格：DWDM频率栅格
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