卫星间的光链路通信技术：最新的前沿通信技术介绍

题记：着眼于广泛的互联网接入和防御，许多航天机构和公司已经将目光投向了用于卫星到卫星通信的激光通信系统。

光学和激光技术的创新开创了低地球轨道（LEO）卫星通信的爆炸式增长时代，其应用范围从宽带互联网到弹道导弹探测应用等。

自1990年代末以来，全球对数据的需求以惊人的速度增长。从在线游戏到高分辨率信息娱乐系统，消费者对低延迟、高吞吐量连接的需求一直永无止境。

但是，推动这种数据需求的不仅仅有消费者;也包括政府和国防机构的需求。在当今快速发展的地缘政治局势中，军方寻求快速准确的威胁探测能力。为了满足这一需求，低地球轨道（LEO）卫星星座通信在连接当今世界的方方面面发挥着越来越重要的作用。

LEO星座需要减少延迟

虽然卫星通信技术几十年来在通信基础设施中发挥了关键作用，但近年来对低地轨道"星座"通信系统进行了大量投资。一个低等轨道星座——比如SpaceX的Starlink——由数十颗甚至数百颗相互通信并将信息传输到地面的卫星组成。

近低地球轨道通常被定义为距离地球表面不到1000公里的轨道。与地球相对静止的地球轨道（GEO）和中地球轨道（MEO）卫星系统相比，低地轨道系统的主要优点是它们靠近地球，而这种接近度降低了信号到地面的传播延迟。

LEO，MEO和GEO卫星相对于地球位置的比较

此外，低地轨道系统中的卫星通常比地球静止轨道或MEO系统中的卫星更近。这意味着在LEO卫星之间传输光学数据所需的硬件可以更小，功耗更低。除了SpaceX之外，总部位于英国的OneWeb Technologies公司也发射了几百颗LEO卫星。Starlink和OneWeb的星座都旨在在全球范围内提供宽带互联网接入。

光学通信提高传输吞吐量

虽然射频（RF）技术历来用于卫星间通信，但现代卫星越来越多地使用基于激光的（光学）技术来使相互之间进行通信。

基于激光的技术有两个主要优点。首先，由于红外激光波的频率高于无线电波（意味着更短的波长），因此它们可以将更多信息打包到单个传输中。其次，与无线电波相比，激光在长距离上的色散较小。这意味着它们更难拦截，而这种传播特性增加了数据传输的安全性。

无线电波和红外激光之间的波长比较

卫星之间的光通信剖析

用于卫星间通信的光学系统由三个关键组件组成：接收器（RX），发射器（TX）和用于输出和传入激光束的放大倍率和方向的望远模块（telescopic module）。

在发射器中，电数据信号通过光参考和调制器转换为光域信号。在接收器中，望远模块（telescopic module）用于聚焦入射光束，并通过将其与馈送到本地振荡器的伪随机噪声序列相结合，将其转换为电信号。反馈环路用于确保本地振荡器保持与传输的传入数据具有相同的相位和频率。这在概念上类似于锁相环（PLL），而后者是许多电子电路中的基本组件。

用于空间通信的光收发系统框图

由于基于激光的通信是点对点的，因此在卫星星座系统中集成跟踪机制也是必不可少的。这样，发射卫星就可以定位接收卫星。这在技术上被称为采集和跟踪系统。

粗定位系统（CPS）将发射/接收光学系统定位到正确传输和接收光信号所需的大致位置。精细定位系统（FPS）定位系统，因此可以建立和维护激光通信链路。

上图显示了采集、粗指向和精细指向的流程图

同时，光传输系统和跟踪系统协同工作，在卫星之间建立通信链路。

用于卫星的光子IC获得牵引力

随着LEO卫星系统获得市场牵引力，基于微型光子集成电路（PIC）的光通信解决方案也随之获得牵引力。2018年，Tesat发布了世界上最小的CubeSats激光通信终端之一，名为CubeL。几年后的2021年，Tesat宣布成功测试ConLCT80，这是一款微型光通信终端，适用于美国政府项目。

Tesat ConLCT80，用于光卫星通信的微型激光通信终端

此外，目前正在对基于PIC的解决方案进行研究，以解决卫星间光通信挑战。PIC是在光域中工作的电路。根据UCSB的研究人员的说法，与传统系统相比，基于PIC的激光器具有更低的成本，尺寸，重量和功率。使用紧凑型掺铒光纤放大器（EDFA），基于PIC的光学激光器系统可以小至6 mm。

基于PIC的光通信系统采用紧凑型EDFA

由于太空中的极端环境条件，这些PIC必须像电气对应物一样具有耐辐射性。例如，NeoPhotonics Corporation最近宣布了一种耐辐射、可调谐激光器，用于LEO卫星系统。

卫星间通信的未来

由于基于激光的卫星间通信系统已经部署在LEO星座中，很明显该技术将继续存在。除了通过Starlink和OneWeb Technologies的星座提供互联网宽带接入外，政府和国防承包商还热衷于部署自己的光学LEO卫星网络。

美国航天发展署计划部署自己的低地轨道星座，配备各种军事用途的传感器。此外，该机构计划与L3Harris Technologies和SpaceX合作，使用LEO星座实现先进的导弹跟踪能力。

上代高端依然战力十足！RX 6800是当前2K游戏卡的真香之选

2020年RX 6800/6800XT的发布标志着AMD显卡重返高端序列，到如今将近3年时间过去了，其高端市场已经让位于全新的RX 7900系列、RX 7800 XT，那么现在这些老卡还值不值得买呢？建议大家重点关注一下RX 6800，当前其价格只有3000元出头，性能在同价位产品上优势明显，是当前2K游戏的真香之选。

规格比较：RX 6800堪称降维打击

RX 6800采用的是7nm RDNA2架构，该架构被评价为“突破性的高速设计”，可以实现更高的工作频率与更高的能效比。在GPU具体规格方面，RX 6800拥有268亿晶体管，核心CU数量为60个，总共有3840个流处理器，还有60个光追加速单元、96个光栅单元，这样的规格并不算低。

RX 6800还采用了AMD Infinity Cache解决方案，包括相当于传统缓存四倍密度的L2 Cache，容量为128MB，专为高游戏负载命中率设计。从官方规格来看，AMD Infinity Cache与RDNA2引擎之间通过1024 B/C的AMD Infinity Fabric总线进行通信，16×64位的通道最高可达1.94 GHz工作频率，提供4倍于256位GDDR6显存的峰值带宽，而极高的带宽则带来了突破性的游戏性能提升。从对比数据来看，AMD Infinity Cache + 256位GDDR6显存的组合，带宽可达传统384位GDDR6显存的2.17倍，而能耗只有后者的90%。AMD Infinity Cache同时也带来了更好的高频适应性，让RDNA2引擎能实现领先业界的工作频率。

显存方面，RX 6800拥有的是16GB GDDR6显存，位宽为256-bit，显存带宽达到了512GB/s。该显卡的显存配置同样算得上是非常的厚道。要知道当前同价位的RTX 4060 Ti，虽说其采用的是GDDR6X显存，不过其显存带宽为灯效554GB/s，只是略微高于RX6800，可是8GB的容量对于这样一款产品来说，就不如RX 6800的12GB在高分辨率游戏中那么游刃有余。

另外，AMD还推出了SAM模式可以允许AMD锐龙5000系列及其以上处理器通过PCIe 4.0通道访问Radeon RX 6000系列显卡的全部显存，从而在游戏中带来平均6%的额外性能提升，因此，现在的3A平台不再只有信仰加成，现在会带来实实在在的性能提升。

总的来说，作为RX 6000系列的高端型号，RX 6800这样的GPU规格放到现在的3000元价位主流显卡中，堪称是降维打击，依然是有着非常明显的优势。

性能对比：RX 6800优势明显

测试平台

处理器：Intel酷睿i9 13900K

散热器：ROG RYUO 龙王3代 360 AGRB

主板：ROG MAXIMUS Z790 HERO

内存：金士顿DDR5 6000

显卡：XFX Speedster SWFT 319 RX 6800 XT 16GB GDDR6

RTX 4060 Ti

硬盘：WD_BLACK SN850X 2TB

电源：华硕TUF GAMING装弹手850W

操作系统：Windows 11专业版22H2

为了能让大家更为清晰直观地了解到RX 6800的性能表现水平，我们引入了其同价位的竞争对手RTX 4060 Ti来进行成绩的对比。

基准性能测试

在基于DX11的FireStrike系列测试中，RX 6800在1080P分辨率的FireStrike项目中领先RTX 3040 Ti大约40%，2K分辨率的FireStrike Extreme项目中领先36%，4K分辨率的FireStrike Ultra项目中领先49%。

基于DX12的TimeSpy系列测试中，RX 6800在2K分辨率的TimeSpy项目中也差不多领先RTX 3060 Ti大约51%，4K分辨率的TimeSpy Extreme项目中领先24%。

在光线追踪性能的Port Royal测试中，RX 6800获得了8384分的成绩，仅仅比RTX 4060 Ti低了3%，差距可以说是微乎其微，

光栅化游戏性能

在光栅化游戏性能测试中，我们选择了分别在1080P以及2K分辨率下考查两款显卡的实际游戏性能。

不管是在1080P分辨率还是2K分辨率下，RX 6800的游戏表现全都超过了RTX 4060Ti。其中1080P分辨率下，RX 6800平均领先幅度达到了11%。其中在《看门狗：军团》《刺客信条：英灵殿》《古墓丽影：暗影》《孤岛惊魂6》《赛博朋克2077》等5款游戏中，RX 6800都实现了10%以上的领先，在《看门狗：军团》中领先的幅度最大，更是达到了19%。

当分辨率提升到2K之后，RX 6800进一步拉大了性能优势，平均领先幅度达到了18.7%。而且《古墓丽影：暗影》《看门狗：军团》《杀手3》三款游戏的优势都在20%以上。

由此可见，作为定位2K游戏的产品，RX 6800的表现大幅优于RTX 4060 Ti，前者几乎就是更高一档的水准。很明显，RX 6800就是当前3000元出头价位上性能最强的显卡。

光追性能测试

在当下流行的光追性能方面，虽说RX 6800只搭载了AMD第一代光追加速单元，性能相对来说比较有限，但是其支持FSR，在测试中我们开启了FSR超级质量挡之后，可以看到三款测试游戏的画面平均帧率都实现了翻倍。

开启FSR之后，在《赛博朋克2077》中，1080P和2K画面平均帧率分别提升了132%和148%，《杀手3》的画面平均帧率分别提升了109%和182%，流畅的画面与之前的卡顿形成了非常鲜明的对比，让玩家在这些游戏中也能获得不错的游戏体验。

有了FSR神技的加持，RX 6800也能确保在2K分辨率和较高的光追画质设置下流畅运行大作。接下来AMD的FSR3马上就将和玩家见面了，RX 6800能使用完整的带有升频和帧生成功能的FSR3，相信在光追游戏中性能表现还会有进一步的提升。

总结：晚买享折扣的典范，2K性价比新标杆

在硬件玩家中流传着“早买早享受，晚买享折扣”的说法，指的是当新产品上市之后，老产品必然会降价给新产品让出市场，而此时的老产品性能不落伍，价格还实惠，自然成为玩家的高性价比之选。RX 6800就是这一说法的完美诠释。

在上一代RX 6000系列中，RX 6800是仅次于RX 6950XT、RX 6900XT以及RX 6800XT的高端型号，如今随着RX 7000系列的上市，其一路降到了3000元出头的价位上。凭借着放到现在依旧不算低的核心规格，无论是1080P还是2K光栅游戏中，RX 6800展现出了高于同价位竞品RTX 4060Ti一档的强悍实力。再凭借着帧率提升神技FSR，让RX 6800在光追游戏中的表现也游刃有余。

综上所述，RX 6800算得上是当前3000元出头价位性能最强的显卡。对于想要打造2K高性能游戏平台的玩家来说，RX 6800无疑是个性价比非常出色的选择。

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