超低地球轨道卫星对地通信中的太赫兹信道性能
应用物理
2025-11-19 v3
摘要
卫星数据流量的指数级增长要求通信系统超越当前微波容量的限制，而太赫兹（THz）频段（0.1-10 THz）提供了前所未有的带宽潜力，且相较于光学系统具有更优的气象适应能力，尤其当与300公里以下高度的超低地球轨道（ULEO）卫星部署相结合时。本文对ULEO-THz卫星对地通信进行了全面的性能评估，分析了三种不同的传输架构：卫星直连地面（S2G）、卫星中继地面（SRG）转发以及卫星至高空基站（S2H）结合光纤回传。我们的分析利用了基于中国西藏和青海四个高空台站全年气象数据验证的高度分辨大气传播模型。该分析结合了基于ITU-R标准的频率相关大气吸收、采用弯曲大气模型的自由空间路径损耗以及区域大气变化，推导出总信道路径损耗、可用带宽容量以及在多个THz频率下AWGN和Weibull衰落条件下的误码率（BER）性能。结果表明，在较低THz频率下采用QPSK调制的直接S2G传输实现了最优的实际性能，具有最大可用带宽；而SRG因多跳累积损耗过大而受限，S2H则因显著的电光转换和光纤传输损耗而难以用于长距离链路。
引用
@article{arxiv.2509.12769,
title = {Terahertz Channel performance in ULEO Satellite-to-Ground Communications},
author = {Mingxia Zhang and Wanzhu Chang and Jie Yang and Hong Liang and Yiming Zhao and Houjun Sun and Jianjun Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.12769},
year = {2025}
}
备注
Submitted to Applied Optics