CN103178897B - 光下行链路系统 - Google Patents

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Abstract

一种光下行链路系统（10）和一种在远程终端（20）与地面终端（30）之间的光数据传输方法，所述远程终端具有数量为n的光通信终端（OT1‑OTN），而所述地面终端包括n个光学地面站（OGS1‑OGSn）的群集，它们分别由n条光下行链路信道（DL1‑DLn）和n条光上行链路信道（UC1‑UCn）连接，特征在于所述光下行链路信道（DL1‑DLn）的空间分隔以及所述光上行链路信道（UC1‑UCn）的时间分开。

Description

光下行链路系统
技术领域
本发明涉及一种光下行链路系统和一种在地面终端与远程终端，尤其是通信卫星或在空域中飞行的通信平台之间的光数据传输方法。
背景技术
已知采用了各种用于将光数据从远程终端传输到光地面终端的系统。这些系统的主要功能是可靠地将数据从数据源传输到光地面终端。
然而，每次在上空飞过（flyover）期间，与所述地面终端的视线（line-of-sight）通信接触是有限的。因此，由于需要在上空飞过所持续的短时间量内将大量的数据传输到光地面终端，下行链路信道的实际速度是最为重要的。
当使用光频率缩放从远程终端到地球的下行链路数据速率时，不可以平稳地提升板载（on-board）激光通信终端所需的技术复杂性、质量、功率和体积，但是一旦发射器望远镜直径变成大得使光下行链路光束所需的视线转向无法由单个高精度致动器实现，所述板载激光通信终端需要经历一个技术步骤。在所述技术步骤中，嵌套控制回路是必需的，其通常包括多轴轨道（multi-axis course）和优良的转向致动器以及复杂的光束路由（opticalbeam routing）和不同类型的光学传感器，这些设备一起建立了复杂的板载激光通信终端，所述板载激光通信终端的重量达数十公斤，并且需要用于容纳大口径望远镜的专门卫星结构支撑。
众所周知，质量增大，望远镜的直径比会增加大约三次方，从而导致想要安装激光通信终端的太空船经营者所涉及的发射成本固有地非线性地增加。
从SILEX、TerraSAR-X等太空示范任务可以得到较大的激光通信终端的例子。即使是准-静止的Alphasat的通信卫星（虽然它不太受视线时间减小的限制）也要面对提高下行链路容量的要求。在直达地球（direct-to-Earth）的链路方案中，因为它们包括了精密的技术，将这样大的光终端与光学地面站进行链接的花费是昂贵的，以最大程度地利用昂贵的更大的太空激光通信终端的所有功能，这明显也是为了经济的原因而进行的措施。
此外，光通信装置（像任何其它复杂的系统一样）易于出现故障，从而使它们不可靠。另外，光链路的另一个缺点是即使在相对地良好的天气下，光视线也可能受到干扰，从而使通信中断并且因而降低系统的可用性。然而，由于视线通信接触在上空飞过的短时间量后被断开并且只能够在进一步运行后在下一次在上空飞过时才可以再次建立视线通信接触（或者甚至怎样都不能再次建立），因此，传输的可靠性是重要的。
上述技术特征所出现的问题是如何达到激光通信系统使用的较低技术入门水平，使用户能够根据他们的需要提高激光通信性能。目前这问题导致针对“仅任务”定制的设计限制，每次均涉及大量的重复开发工作。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可靠的具有高下行链路数据速率的光下行链路系统，所述光下行链路系统可用性得到增强。
本发明的另一个目的是提供一种在地面终端与远程终端之间的光数据传输方法，所述方法确保高下行链路数据速率，同时提供很高的可靠性并且可用性得到增强。
上述的目的通过一种光下行链路系统来实现，所述的光下行链路系统包括远程终端，所述远程终端具有数量为n的光通信终端（n大于或等于2）；以及地面终端，所述地面终端具有n个光学地面站的群集。采用n条光下行链路信道中的一条将每个光通信终端与相应的光学地面站连接。此外，采用n条光上行链路信道中的一条将每个光学地面站与相应的光通信终端连接。通过将所述光学地面站定位成彼此分开一段距离使所述光下行链路信道在空间上彼此分隔。所述地面终端配置成使所述n个光学地面站同步，以致于通过时分多址访问方案确保在所述n条光上行链路信道之间的精确时间分开，从而避免在所述光上行链路信道之间的重叠。
本发明的进一步目的由一种在远程终端与地面终端之间的光数据传输方法实现，所述远程终端具有n个光通信终端（其中n大于或等于2），而所述地面终端包括n个在空间上分隔的光学地面站的群集。所述方法包括以下步骤：
-建立将每个光通信终端与相应的光学地面站连接的n条光下行链路信道；
-建立将每个光学地面站与相应的光通信终端连接的n条光上行链路信道；
-通过所述n个光通信终端将来自所述远程终端的数据传输到所述地面终端的相应的光学地面站；
-将来自所述n个个别的光学地面站的控制数据经由所述相应的光上行链路信道通过时分多址访问方案的精确时间分开顺序地传输到所述相应的光通信终端，从而避免在所述光上行链路信道之间的重叠。
本发明提供了一种开创性的方法以缩放光下行链路的容量和缩放光频的每个远程终端的数据速率容量。本发明以特定组合的方式使用相同的硬件，而不是通过增加信道的数量或通过改变调制格式进行重新设计或德尔塔设计（delta design），从而通过直接缩放光下行链路容量达到成本最小化方法。所述概念不限于卫星下行链路，它还可以被扩展以用于来自在空域中飞行的平台的下行链路。关键是将双向的、非对称的激光通信链路方案，即所述地面站的群集的空间分隔特性的特征，与在远程终端控制数据传输上使用的在所述光上行链路方向上的时间分开进行组合，以及为了光束转向的目的，进一步应用同步的上行链路激光调制和检测的特定方式。
考虑到上述的目的以及由本发明提供的其解决方案，本发明最重要的优点是本发明的系统提供了大大提高的数据速率：其比在远程终端上的一个单个光通信终端提高了n倍。同时，与在采用传统的数据速率提升方法的情况下远程终端的重量会增加大约三次方相比，所述数据速率的提高仅仅线性地增加远程终端的重量。
此外，使用n个数量的光通信终端与光地面站的群集接合，能够确保包括远程终端和地面终端的所述系统更能够抵抗个别的故障，从而使得所述系统更可靠。
另外，使用在空间上分隔的地面站能够降低由于远程终端与地面终端之间的视线中断而引起的远程终端与地面终端之间的通信完全中断的风险，从而提高所述系统的可用性。
通过使用多个光通信终端与光学地面站的群集接合，也能够对所述通信系统/方法提供大的可缩放性，通过加入更多光通信终端和相应的光学地面站使所述容量易于被调节。因此，与现有的系统需要更换整个通信系统不同，可以对本发明的系统进行升级。
应当注意的是，不仅重量增大，望远镜的直径比会增加大约三次方，成本也非线性地增加。因此，采用一组相对低成本的光通信终端除了带来原有的成本效益之外，还由于大大降低重量而节约发射成本。
因为所有光通信终端和所有光学地面站最好是相同类型的，还使得其维修更容易且成本更低。
附图说明
本发明的进一步的特征和好处将通过本说明书并结合附图在以下进行详细说明。
图1是根据本发明的光通信系统的示意概图；
图2是地面终端的光学地面站的空间分隔的示意图；
图3A是一个光上行链路信道的单个光下行链路信道的脉冲位置调制信号的示意图；以及
图3B是使用时分多址访问方案的光上行链路信道的时间分开的示意图，图中示出了一个优选的实施例，所述实施例使用了光上行链路信道的脉冲位置调制，向每条上行链路信道分配一个专用时隙，所述专用时隙对应于其它上行链路信道的脉冲沉默（silent）阶段。
注意：所述附图并非按比例绘制，这些附图的提供只用作说明并且只是为了更好的理解，但不用于限定本发明的范围。这些附图不意味着对本发明的任何特征作限制。
具体实施方式
在本专利申请中将会使用某些术语，该术语的表达不应当被解释为由所选择的特定术语限制，但与所述特定术语背后的一般概念相关。
术语“远程终端”应当用于意指任何类型的远程通信终端，诸如但不限于在行星上面不同海拔高度的通信卫星或者在空域中飞行的通信平台。
本发明提供了一种全新的方法，以提高来自远程终端的下行链路容量，所述远程终端的重量较具有相同下行链路容量的公知大型激光通信终端的重量小大约一个数量级。除了使太空段中各种应用有更小的体积和更可靠，结合相对低成本的光学地面站OGS的网络/群集能实现更高的通用性，即使小型卫星平台都能够使下行链路在光频范围内以每日数百个千兆比特装载大量遥测数据。
根据本发明的光下行链路系统10和光数据传输方法分别以以下的方式解决上述的“技术步骤问题”和相应的对成本和风险的非线性影响：对于来自远程终端20的光下行链路，将多个光通信终端OT1-OTn组合起来，以线性的方式将可达到的下行链路数据速率扩展至少大约一个数量级。
图1示出了根据本发明的光通信系统10的示意概图，所述光通信系统包括远程终端20和地面终端30，所述远程终端具有数量为n的光通信终端OT1-OTn（其中n大于或等于2），而所述地面终端具有n个光学地面站OGS1-OGSn的群集。根据本发明，所述远程终端的每个光通信终端OT1-OTn均与一个光学地面站OGS1-OGSn“配对”。然而，为了冗余的原因，在不影响本发明的概念的情况下，可在本发明的系统中安装额外的光通信终端和/或一个光学地面站。从现在起，数量n应是相同的，换句话说，在光学地面站OGS1-OGSn的数量与光通信终端OT1-OTn的数量之间以及在光下行链路信道DL1-DLn的数量与光上行链路信道UC1-UCn的数量之间的关系分别是一对一的关系。
下行链路
采用n条光下行链路信道DL1-DLn中的一条将每个光通信终端OT1-OTn与相应的光学地面站OGS1-OGSn连接。这些光下行链路信道DL1-DLn分别是公知的类型，其中每个光通信终端OT1-OTn通过公知的光调制算法中的一种，诸如（但不限于）开关键控算法，将数据包传输到相应的光学地面站OGS1-OGSn。
如图1所示，同时将光下行链路信道DL1-DLn从安装在相同的远程终端20上的多个光通信终端OT1-OTn指向地面终端30，如图1和图2所示，所述地面终端30包括一起放置在一个站点位置上的紧密地定位的光学地面站OGS1-OGSn的群集。因此，远程终端20的n个光通信终端OT1-OTn被配置成同时向地面终端30的相应的光学地面站OGS1-OGSn传输有效载荷数据。本文所用的术语“有效载荷数据”意指待从远程终端20向下传输到地面终端30的数据。术语“控制数据”意指额外交换的数据，该数据用于确保可靠性和有效载荷数据的无错误传输。
下行链路–空间分隔
下行链路几何结构采用窄光束宽度的特征，并且由于与个别的光下行链路信道DL1-DLn相应的锥面光束（beam cones）的重叠，使得地面上窄空间分隔距离的固有时机（inherent opportunity）不会在地面站OGS1-OGSn处相互干扰。因此，通过将光学地面站OGS1-OGSn定位成彼此分开一段距离，使光下行链路信道DL1-DLn在空间上彼此分隔。
图2示出了地面终端30的光学地面站OGS1-OGSn的空间分隔的概图。如该图2所示，光学地面站OGS1-OGSn被定位成彼此分开距离D。考虑到光下行链路信道DL1-DLn的光束宽度及所得的光斑直径，该最小距离D被配置成足够大以确保在光学地面站OGS1-OGSn中任一个处的来自所述光学地面站的相应的光下行链路信道DL1-DLn的光接收功率比来自由任何其它光下行链路信道DL1-DLn的干扰的光接收功率大至少一个数量级。光接收功率意指由光学地面站接收的光功率。所述光接收功率直接取决于接收器与光束的中心相隔的距离，其中距离越大，所述光接收功率越低。
如图2所示的例子中，光学地面站OGS1（它位于与下行链路信道DL1相应的光束的中心）处的光接收功率比来自与任何其它地面站OGS2-OGSn的光下行链路信道DL1相应的光束的光接收功率高不只一个数量级而是两个数量级。应当假设，自光束接收的全部功率均聚焦在所述光学地面站（OGS1）的接收器上，其中所述光束对应于光束中心的光下行链路信道（DL1）。在这种情况下，其它任一个光学地面站（这里是OGS2-OGSn）处可观察到所述光束的全部光接收功率中的大约1％。换句话说，在光下行链路信道之间的串扰/干扰/重叠被限制在各光下行链路信道的光功率的1％左右。这确保了所述每个光地面终端OGS均能够可靠地区分与它们相应的光下行链路信道DL以及来自其它光下行链路信道DL的串扰/干扰/重叠。
然而，为了确保所述每个光地面终端OGS均能够可靠地区分与它们相应的光下行链路信道DL以及来自其它光下行链路信道DL的串扰/干扰/重叠，来自所述相应的光下行链路信道的光接收功率与来自干扰的光接收功率之比率大约为1比10便足够。
上行链路–指向-采集-追踪PAT
如图1所示，在相反的方向中，采用n条光上行链路信道UC1-UCn中的一条将每个光地面站OGS1-OGSn与相应的光通信终端OT1-OTn连接。在地面终端30中，为了进行准确的视线引用，较佳地针对每个光学地面站OGS1-OGSn向远程终端20的光通信终端OT1-OTn提供一个上行链路激光信标（作为光学参考或导向光束）。因此，为了个别地将所述光通信终端OT1-OTn指向相应的光学地面站OGS1-OGSn，所述n个条上行链路信道UC1-UCn包括指向远程终端20的用于通过光通信终端OT1-OTn进行指向-采集和追踪PAT的n个激光信标。为了这个原因，本发明的方法最好进一步包括通过所述相应的光学地面站OGS1-OGSn的所述激光信标由所述光通信终端OT1-OTn进行指向-采集和追踪的步骤，从而个别地将所述光通信终端OT1-OTn指向所述相应的光学地面站OGS1-OGSn。结果，每对光通信终端OT和光学地面站OGS在一定程度上独立操作PAT程序。这样做能够进一步通过冗余提高可靠性以及提高可缩放性。因而，如果适当地进行配置和同步，则可以使用公知类型的通信终端和光学地面站。
因此，所述n条光上行链路信道UC1-UCn包括指向远程终端20的n个激光信标，本发明的方法进一步包括通过所述相应的光学地面站OGS1-OGSn的所述激光信标由所述光通信终端OT1-OTn进行指向-采集和追踪的步骤，从而个别地将所述光通信终端OT1-OTn指向所述相应的光学地面站OGS1-OGSn。
上行链路–时间分开
将几个光学地面站OGS1-OGSn同时连接到相同的远程终端20的问题是光上行链路信道UC1-UCn的所有上行链路激光光束将在远程终端20的所有光通信终端OT1-OTn以及它们相应的检测器视野重叠，从而导致不清楚在哪里进行追踪和哪个上行链路信号来自哪个光学地面站OGS。然而，在下行链路信道DL的情况下，因为远程终端20的尺寸减小，不能将地面站的空间分隔的相同方法应用于远程终端20。因而，本发明将用于光下行链路信道DL1-DLn的空间分隔与用于光上行链路信道UC1-UCn的精确时间分开结合。
因此，地面终端30被配置成将n个光学地面站OGS1-OGSn同步，使得通过时分多址访问方案确保在n条光上行链路信道UC1-UCn之间的精确时间分开，从而避免在所述光上行链路信道UC1-UCn之间的相互重叠。因此，本发明避免了用于防止重叠的复杂解决方案，诸如使用不同的光信道或光学参数的修改。相反，通过时分多址访问，可以以经济的方式使用相同的板载硬件。为了实现这一点，地面终端30包括同步单元，较佳地作为n个光学地面站OGS1-OGSn中的一个光学地面站的部分（然后这部分作为主地面站）。所述同步单元被配置成使所述n个地面站OGS1-OGSn同步，以致于在任一时刻只有一个地面站OGS1-OGSn正在进行传输，从而使n条光上行链路信道UC1-Ucn在时间上相互分开，并且确保每次只激活所述n条光上行链路信道UC1-UCn中的一条。
因而，在远程终端20与地面终端30之间的光数据传输方法包括以下步骤，其中所述远程终端20具有数量为n的光通信终端OT1-OTn，而所述地面终端30包括n个在空间上分隔的光学地面站OGS1–OGSn的群集，所述方法包括：
-建立将每个光通信终端OT1-OTn与相应的光学地面站OGS1-OGSn连接的n条光下行链路信道DL1-DLn；
-建立将每个光学地面站OGS1-OGSn与相应的光通信终端OT1-OTn连接的n条光上行链路信道UC1-UCn；
-通过所述n个光通信终端OT1-OTn将来自所述远程终端20的有效载荷数据传输到所述地面终端30的相应的光学地面站OGS1-OGSn；
-将来自所述n个个别的光学地面站OGS1-OGSn的控制数据经由所述相应的光上行链路信道UC1-UCn通过时分多址方案的精确时间分开而顺序地传输到所述相应的光通信终端OT1-OTn，从而避免在所述光上行链路信道UC1-UCn之间的重叠。
带脉冲位置调制PPM的时间分开
在本发明的一个特别优选的实施例中，光上行链路信道UC1-UCn是脉冲位置调制PPM信号。图3A示出了一条光上行链路信道UC1的单条光下行链路信道DL的脉冲位置调制信号PPM的示意图。如图3A所示，所述PPM信号的周期为T。根据PPM调制的性质，在PPM信号的连续脉冲之间具有相当大的脉冲沉默Ps阶段。
如图3B所示，通过将脉冲位置调制PPM信号的周期T划分给所述n条数量的光上行链路信道UC1-UCn并且为每个光学地面站OGS1-OGSn分配专用时隙Ts，所述n个光地面站OGS1-OGSn被同步，以使得所述n条上行链路信道UC1-UCn中的任一条上行链路信道的每个脉冲位置调制PPM信号的脉冲在其它上行链路信道UC1-UCn的脉冲沉默Ps阶段期间被顺序地发射，所述专用时隙Ts小于或等于T/n。
因此，在本发明的优选方法中，所述n个光学地面站OGS1-OGSn根据脉冲位置调制PPM方案调制所述n条光上行链路信道UC1-UCn。另外，所述同步单元通过将脉冲位置调制PPM信号的周期T划分给所述n条上行链路信道UC1-UCn并且为每个光学地面站OGS1-OGSn分配专用时隙Ts来控制所述n个光学地面站OGS1-OGSn，以使得所述n条上行链路信道UC1-UCn中的任一条光上行链路信道的每个脉冲位置调制PPM信号的脉冲在其它上行链路信道UC1-UCn的脉冲沉默Ps阶段期间被顺序地发射，所述专用时隙Ts小于或等于T/n。选择略小于T/n的时隙Ts以确保属于一条或其它的上行链路信道UC的脉冲的分开更大，减轻对同步的要求。
同步–在地面终端30处
在本发明的一个特别优选的实施例中，远程终端20的所述n个光通信终端OT1-OTn中的一个是主光通信终端，所述主光通信终端被配置成从所述主地面站接收所述光上行链路信道UC1-UCn的所述激光信标并且向所述远程终端20的其它光通信终端OT1-OTn分配时钟同步信号，从而启动所述n个光通信终端OT1-OTn的选通成像（gated viewing），其中每个光通信终端OT1-OTn顺序地接收来自相应的光学地面站OGS1-OGSn的信号。
为了保证同步，同步单元（较佳地是作为主地面站的光学地面站OGS的部分）使所述n个地面站OGS1-OGSn同步，以使得在任一时刻只有一个地面站OGS1-OGSn正在进行传输，从而使n条光上行链路信道UC1-UCn在时间上相互分开，并且确保每次只激活所述n条光上行链路信道UC1-UCn中的一条。
同步–在远程终端20处
为了同步所述远程终端20，远程终端20的所述n个光通信终端OT1-OTn中的一个是主光通信终端，而本发明的方法进一步包括以下步骤：
-从所述主地面站接收所述光上行链路信道UC 1-UCn的所述激光信标；
-向所述远程终端20的其它光通信终端OT1-OTn分配时钟同步信号，从而启动所述n个光通信终端OT1-OTn的选通成像，其中每个光通信终端OT1-OTn顺序地接收来自相应的光学地面站OGS1–OGSn的信号。
空间分隔和时间分开
结合下行链路信道DL1-DLn的空间分隔与上行链路信道UC1-UCn的时间分开，远程终端20的n个光通信终端OT1-OTn同时向地面终端30的相应的光学地面站OGS1–OGSn传输有效载荷数据，而光学地面站OGS1–OGSn向相应的光通信终端OT1-OTn顺序地传输控制信号，诸如用于向相应的光通信终端OT1-OTn请求重新传输丢失的/错误地接收的数据包的自动重复请求ARQ信号。
可选地，为了提高下行链路通信的可用性，如果所述相应的光下行链路信道DL1-DLn不可用和/或不可靠时，所述远程终端20重新路由待所述n个光通信终端OT1-OTn中的任一个光通信终端传输的数据，从而使得冗余和光数据传输的可用性更高。
定量例子
使用在图1和图3B所示的四重链路方案（four-fold link scenario）来给出定量例子。使用具有100ns脉冲期限的脉冲重复率为20kHz的64-PPM，所述光学地面站OGS的地面信标激光的每有效脉冲周期/时隙Ts于是会持续小于7μs，包括剩余缓冲时间在内。这将允许对四个光学地面站OGS进行同步，包括在相邻的有效脉冲时间窗之间的额外5μs剩余缓冲时间，以放宽同步准确度。在具有较高可用的同步准确度时，缓冲裕度连同适合的PPM方案可用于更多数量的同时存在的光下行链路信道DL。
假定在相同的远程终端20上的每单个光通信终端OT的下行链路速率为每秒2.5个千兆比特的感应基线，在地面上面的同一经过期间，通过使用4个相同的光通信终端OT1-OT4以及4个相同的光学地面站OGS1-OGS4可以将所述下行链路速率提高至总共每秒10个千兆比特。当然，该数量4仅用于说明的目的，应用时可以使用比附图所示的数量更大或者小的数量。
为了进行比较，目前来自大太空终端的实验演示数量中所达到的最大光下行链路容量为每秒6.2个千兆比特。在这个比较中，4个光通信终端OT1-OT4的板载设备的集合的占用空间只是单个大型终端的大约一半。
在该定量例子中，假定远程终端位于海拔高度为700公里的倾斜低地球轨道LEO中，与光束的中心相隔的距离D为150m时，光接收功率大约是光束中心的全部接收功率的1％。
应当注意的是，使用多个小型终端的特征还可以固有地降低单个项目故障的风险，因此每个光通信终端OT的冗余限制得以放宽。
还应当注意的是，通过转用另一调制方案并且在远程终端20保持相同的细小物理占用空间，可以进一步提高每次经过的下行链路数据速率的数量。
应当理解的是，在不脱离以下权利要求所限定的本发明的范围的前提下，可以采用许多基于上述特定结构的变型。
附图标记列表：
光下行链路系统 10
远程终端 20
光通信终端 OT1-OTn
地面终端 30
光学地面站 OGS1-OGSn
光下行链路信道 DL1-DLn
光上行链路信道 UC1–UCn
周期（PPM信号的周期） T
脉冲沉默（PPM信号的脉冲沉默） Ps
时隙 Ts

Claims (16)

1.一种光下行链路系统(10)，其包括：
-远程终端(20)，所述远程终端包括数量为n的光通信终端(OT1-OTn)，其中n大于或等于2；
-地面终端(30)，所述地面终端包括n个光学地面站(OGS1-OGSn)的群集；
每个光通信终端(OT1-OTn)通过n条光下行链路信道(DL1-DLn)中的一条光下行链路信道与相应的光学地面站(OGS1-OGSn)连接；
每个光学地面站(OGS1-OGSn)通过n条光上行链路信道(UC1-UCn)中的一条光上行链路信道与相应的光通信终端(OT1-OTn)连接；
其中，通过将所述光学地面站(OGS1-OGSn)定位成彼此分开一段距离使所述光下行链路信道(DL1-DLn)在空间上彼此分隔；并且
其中，所述地面终端(30)配置成使所述n个光学地面站(OGS1-OGSn)同步，以使得通过时分多址访问方案确保在所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)之间的精确时间分开，从而避免在所述光上行链路信道(UC1-UCn)之间的重叠；
并且其中所述地面终端(30)包括同步单元，所述同步单元被配置成使所述n个地
面站(OGS1-OGSn)同步，以使得在任一时刻只有一个地面站(OGS1-OGSn)正
在进行传输，从而使所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)在时间上相互分开，并
且确保每次只激活所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)中的一条。
2.根据权利要求1所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述同步单元是主地面站的一部分，所述主地面站是所述n个光学地面站(OGS1-OGSn)之一。
3.根据权利要求1所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)为脉冲位置调制PPM信号，其中，所述同步单元通过将脉冲位置调制PPM信号的周期(T)划分给所述n条数量的光上行链路信道(UC1-UCn)并且为每个光学地面站(OGS1-OGSn)分配专用时隙(Ts)来控制所述n个光学地面站(OGS1-OGSn)，以使得所述n条上行链路信道(UC1-UCn)中的任一条光上行链路信道的每个脉冲位置调制PPM信号的脉冲在其它上行链路信道(UC1-UCn)的脉冲沉默(Ps)阶段期间被顺序地发射，所述专用时隙(Ts)小于或等于T/n。
4.根据权利要求3所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)包括指向所述远程终端(20)的n个激光信标，所述激光信标用于通过所述光通信终端(OT1-OTn)进行指向-采集和追踪，以个别地使所述光通信终端(OT1-OTn)指向相应的光学地面站(OGS1-OGSn)。
5.根据权利要求4所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述远程终端(20)的 所述n个光通信终端(OT1-OTn)中的一个光通信终端为主光通信终端，所述主光通信终端配置成从主地面站接收所述光上行链路信道(UC1-UCn)的所述激光信标、并且向所述远程终端(20)的其它光通信终端(OT1-OTn)分配时钟同步信号，从而启动所述n个光通信终端(OT1-OTn)的选通成像，其中每个光通信终端(OT1-OTn)顺序地接收来自相应的光学地面站(OGS1-OGSn)的信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述远程终端(20)的所述n个光通信终端(OT1-OTn)配置成同时向所述地面终端(30)的相应的光学地面站(OGS1-OGSn)传输有效载荷数据，并且所述光学地面站(OGS1-OGSn)配置成向所述相应的光通信终端(OT1-OTn)顺序地传输控制信号。
7.根据权利要求6所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述控制信号是用于向所述相应的光通信终端(OT1-OTn)请求重新传输丢失的/错误地接收的数据包的自动重复请求ARQ信号。
8.根据权利要求1所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述光学地面站(OGS1-OGSn)定位成彼此分开一段距离(D)，所述距离(D)足够大以确保在所述光学地面站(OGS1-OGSn)中的任一个光学地面站处的来自所述光学地面站的相应的光下行链路信道(DL1-DLn)的光接收功率比来自任何其它光下行链路信道(DL1-DLn)的干扰的光接收功率大至少一个数量级。
9.根据权利要求1所述的光下行链路系统(10)，其特征在于，所述远程终端(20)是通信卫星或在空域中飞行的通信平台。
10.一种在远程终端(20)与地面终端(30)之间的光数据传输方法，所述远程终端具有数量为n的光通信终端(OT1-OTn)，其中n大于或等于2，而所述地面终端(30)包括n个在空间上分隔的光学地面站(OGS1-OGSn)的群集，所述方法包括以下步骤：
-建立将每个光通信终端(OT1-OTn)与相应的光学地面站(OGS1-OGSn)连接的n条光下行链路信道(DL1-DLn)；
-建立将每个光学地面站(OGS1-OGSn)与相应的光通信终端(OT1-OTn)连接的n条光上行链路信道(UC1-UCn)；
-通过所述n个光通信终端(OT1–OTn)将来自所述远程终端(20)的有效载荷数据传输到所述地面终端(30)的相应的光学地面站(OGS1-OGSn)；
-将来自所述n个个别的光学地面站(OGS1-OGSn)的控制数据经由所述相应的光上行链路信道(UC1-UCn)通过时分多址访问方案的精确时间分开而顺序地传输到所述相应的光通信终端(OT1-OTn)，从而避免在所述光上行链路信道(UC1-UCn)之间的重叠；
其中所述方法进一步包括以下步骤：
-使用同步单元使所述n个地面站(OGS1-OGSn)同步，以致于在任一时刻只有一个地面站(OGS1-OGSn)正在进行传输，从而造成所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)在时间上相互分开，并且确保每次只激活所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)中的一条。
11.根据权利要求10所述的光数据传输方法，其特征在于，所述n个光地面站(OGS1-OGSn)根据脉冲位置调制PPM方案调制所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)，其中，所述同步单元通过划分脉冲位置调制PPM信号的周期(T)给所述n条数量的光上行链路信道(UC1-UCn)并且为每个光学地面站(OGS1-OGSn)分配专用时隙(Ts)来控制所述n个光学地面站(OGS1-OGSn)，以使得所述n条上行链路信道(UC1-UCn)中的任一条上行链路信道的每个脉冲位置调制PPM信号的脉冲在其它上行链路信道(UC1-UCn)的脉冲沉默(Ps)阶段期间被顺序地发射，所述专用时隙(Ts)小于或等于T/n。
12.根据权利要求11所述的光数据传输方法，其特征在于，所述n条光上行链路信道(UC1-UCn)包括指向所述远程终端(20)的n个激光信标，所述方法进一步包括通过所述相应的光学地面站(OGS1-OGSn)的所述激光信标由所述光通信终端(OT1-OTn)进行指向-采集和追踪的步骤，从而个别地使所述光通信终端(OT1-OTn)指向所述相应的光学地面站(OGS1-OGSn)。
13.根据权利要求12所述的光数据传输方法，其特征在于，所述远程终端(20)的所述n个光通信终端(OT1-OTn)中的一个光通信终端是主光通信终端，所述方法进一步包括以下步骤：
-从主地面站接收所述光上行链路信道(UC1-UCn)的所述激光信标；
-向所述远程终端(20)的其它光通信终端(OT1-OTn)分配时钟同步信号，从而启动所述n个光通信终端(OT1-OTn)的选通成像，其中每个光通信终端(OT1-OTn)顺序地接收来自相应的光学地面站(OGS1-OGSn)的信号。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的光数据传输方法，其特征在于，
-所述远程终端(20)的所述n个光通信终端(OT1-OTn)同时向所述地面终端(30)的相应的光学地面站(OGS1-OGSn)传输有效载荷数据；并且
-所述光学地面站(OGS1-OGSn)向所述相应的光通信终端(OT1-OTn)顺序地传输控制信号。
15.根据权利要求14所述的光数据传输方法，其特征在于，所述控制信号是用于向相应的光通信终端(OT1-OTn)请求重新传输丢失的/错误地接收的数据包的自动重复请求ARQ信号。
16.根据权利要求10所述的光数据传输方法，其特征在于，如果所述相应的光下行链路信道(DL1-DLn)不可用和/或是不可靠，则所述远程终端(20)重新路由待由所述n个光通信终端(OT1-OTn)中的任一个光通信终端传输的数据，从而使得冗余和光数据传输的可用性更高。
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