Free-space optical (FSO) communication has emerged as a promising technology for inter-satellite links (ISLs) due to its high data rate, low power consumption, and reduced interference. However, the performance of inter-satellite FSO systems is highly sensitive to beam misalignment. While pointing-ahead angle (PAA) compensation is commonly employed, the effectiveness of PAA compensation depends on precise orbital knowledge and advanced alignment hardware, which are not always feasible in practice. To address this challenge, this paper investigates the impact of beam misalignment on inter-satellite FSO communication. We derive a closed-form expression for the cumulative distribution function (CDF) of the FSO channel under the joint jitter and misalignment-induced pointing error, and introduce a truncated CDF formulation with a bisection algorithm to efficiently compute outage probabilities with guaranteed convergence and minimal computational overhead. To make the analysis more practical, we quantify displacement based on orbital dynamics. Numerical results demonstrate that the proposed model closely matches Monte Carlo simulations, making the proposed model highly useful to design inter-satellite FSO systems in practice.


翻译:自由空间光(FSO)通信凭借其高数据速率、低功耗和低干扰等优势,已成为星间链路(ISL)中一项极具前景的技术。然而,星间FSO系统的性能对光束失准高度敏感。尽管通常采用指向超前角(PAA)补偿技术,但其有效性依赖于精确的轨道信息和先进的校准硬件,这些条件在实践中并非总能满足。为应对这一挑战,本文研究了光束失准对星间FSO通信的影响。我们推导了在联合抖动和失准引起的指向误差下FSO信道累积分布函数(CDF)的闭式表达式,并引入了一种截断CDF公式及二分算法,以高效计算中断概率,同时保证收敛性并最小化计算开销。为使分析更具实用性,我们基于轨道动力学对位移进行了量化。数值结果表明,所提模型与蒙特卡洛模拟高度吻合,这使得该模型对于实际设计星间FSO系统具有重要价值。

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