衛星通信系統與網絡

目錄
第 1章　衛星通信概述 1
1.1　衛星通信網絡的發展歷程與分類 1
1.1.1　衛星通信的發展 1
1.1.2　計算機網絡與協議的發展 6
1.1.3　衛星通信系統的分類 7
1.2　衛星通信的特點 7
1.3　衛星通信系統的基礎 9
1.3.1　系統組成 9
1.3.2　衛星通信網絡的結構 10
1.3.3　系統的工作過程 10
1.4　衛星通信系統頻段的劃分 11
1.5　衛星通信的發展趨勢 13
習題 16
第 2章　衛星的軌道與星座設計 17
2.1　衛星在空間運動的軌道 17
2.1.1　開普勒第一定律 17
2.1.2　開普勒第二定律 18
2.1.3　開普勒第三定律 18
2.2　軌道參數與軌道位置 19
2.2.1　地心坐標系 19
2.2.2　日心坐標系 20
2.2.3　近焦點坐標系 21
2.3　衛星在軌道上的位置 21
2.3.1　衛星在軌道平面內的定位 21
2.3.2　衛星對地球的定位 ———星下點軌跡 22
2.4　衛星與地球站的關系 23
2.4.1　全球波束覆蓋區的幾何關系 23
2.4.2　對準靜止衛星時地球站天線主波束的方位角和仰角 24
2.4.3　衛星信道的傳輸時延及其影響 28
2.5　衛星軌道的分類 29
2.5.1　按軌道形狀分類 29
2.5.2　按軌道傾角分類 29
2.5.3　按軌道高度分類 30
2.6　影響衛星通信的因素 31
2.6.1　衛星軌道攝動 31
2.6.2　星蝕 31
2.6.3　日淩中斷 32
2.6.4　同步衛星受力情況 32
2.7　衛星星座設計 33
2.7.1　衛星星座的定義 33
2.7.2　衛星星座的分類 34
2.7.3　簡明全球衛星星座設計方法 35
2.7.4　典型衛星星座 43
2.8　衛星仿真分析工具 50
2.8.1　系統功能 50
2.8.2　系統組成 51
2.8.3　軟件架構 52
2.8.4　典型星座仿真應用 53
習題 54
第 3章　衛星通信傳播信道 55
3.1　電波傳輸信道的基本特性 55
3.1.1　自由空間電波傳播 55
3.1.2　大氣對電波傳播的影響 56
3.1.3　地面阻擋損耗與地面反射對電波傳播的影響 57
3.1.4　大氣與地面效應造成的衰落特性 58
3.2　衛星移動通信信道的傳播特性 59
3.2.1　與衰落有關的概念 59
3.2.2　移動無線電傳播主要內容 60
3.2.3　衛星移動通信信道模型 63
3.2.4　 GSO衛星移動通信中的多徑衰落現象及主要對抗措施 68
3.2.5　多普勒效應 69
3.2.6　電離層對電波傳播的影響 70
3.2.7　對流層對電波傳播的影響 76
習題 81
第 4章　衛星通信中的信號傳輸 82
4.1　基帶傳輸 82
4.1.1　數字信號的基帶傳輸 82
4.1.2　基帶信號在信道中傳輸的特點 82
4.1.3　無碼間幹擾的基帶傳輸特性 83
4.1.4　幅度滾降特性 84
4.1.5　基帶傳輸的誤碼性能 86
4.2　信道編碼 ———差錯控制編碼 86
4.2.1　前向糾錯 87
4.2.2　自動請求重發 87
4.2.3　線性分組碼 88
4.2.4　卷積碼 91
4.2.5　前向糾錯編碼的性能比較 94
4.2.6　網格編碼調制 94
4.2.7　擾碼與解擾 95
4.3　信道編碼 ———高效編譯碼 97
4. 3. 1　 MF-TDMA系統常用高效編譯碼 97
4.3.2　編譯碼碼長和碼率的選取 107
4.3.3　在突發傳輸中的譯碼定位 108
4.3.4　不同組網拓撲結構下的編譯碼 108
4.3.5　星上處理 MF-TDMA系統編譯碼 109
4.4　調制技術 109
4.4.1　數字信號調制技術 109
4.4.2　多進制相移鍵控 111
4.4.3　最小頻移鍵控 112
4.4.4　幾種調制系統性能的比較 113
習題 114
第 5章　衛星通信系統與鏈路預算 115
5.1　通信衛星 115
5.1.1　通信分系統 115
5.1.2　天線分系統 122
5.1.3　跟蹤遙測和指令分系統 126
5.1.4　控制分系統 126
5.1.5　電源分系統 126
5.2　衛星地球站 127
5.2.1　地球站的組成 127
5.2.2　地球站的分類 129
5.2.3　地球站的架設 129
5.3　衛星通信鏈路預算 131
5.3.1　鏈路預算的基本概念 131
5.3.2　鏈路傳輸方程 131
5.3.3　噪聲與幹擾 133
5.3.4　鏈路預算方程 138
5.3.5　設計步驟 145
5.3.6　鏈路預算實例 145
習題 146
第 6章　衛星通信多址技術 149
6.1　衛星通信體制概述 149
6.1.1　衛星通信體制基礎 149
6.1.2　衛星多址連接概述 150
6.2　頻分多址 151
6.2.1　多路單載波 FDMA 152
6.2.2　單路單載波 FDMA 154
6.2.3　衛星交換 FDMA 154
6.2.4　 FDMA的主要優缺點 156
6.3　時分多址 157
6.3.1　 TDMA基本概念 157
6.3.2　 TDMA初始捕獲與分幀同步 160
6.3.3　 TDMA獨特碼檢測、載波恢復與比特定時提取 163
6.3.4　 TDMA多址方式新模式 168
6.3.5　 TDMA的主要優缺點 173
6.4　碼分多址 174
6.4.1　直接序列擴頻 CDMA 175
6.4.2　跳頻擴頻 CDMA 175
6.4.3　 CDMA的主要優缺點 176
6.5　空分多址 177
6.6　隨機連接時分多址 178
6.6.1　隨機多址訪問方式 178
6.6.2　可控多址訪問方式 183
習題 184
第 7章　衛星通信網絡 186
7.1　通信網絡基礎 186
7.1.1　通信網絡的概念 186
7.1.2　通信網絡的分類 186
7.1.3　通信網絡的構成 190
7.2　通信網絡數學基礎 197
7.2.1　隨機過程 197
7.2.2　泊松過程 198
7.2.3　圖論 200
7.2.4　排隊論 202
7.2.5　優化理論 204
7.3　衛星通信中的網絡協議 205
7.3.1　計算機參考模型 205
7.3.2　五層協議的原理體系結構 206
7.3.3　現代衛星通信網絡中 TCP / IP技術帶來的問題和解決途徑 209
7.4　衛星通信網絡中的數據鏈路層協議 211
7.4.1　常用的數據鏈路層協議的幀結構 211
7.4.2　高級數據鏈路層協議 212
7.5　空間信息網絡協議 218
7.5.1　基於 CCSDS的協議體系結構 219
7.5.2　基於容延遲 /中斷網絡的協議體系結構 225
7.6　衛星通信網絡研究中的綜合應用 227
7.6.1　衛星認知無線網絡自適應功率控制算法研究 227
7.6.2　軟件定義衛星網絡多控制器可靠部署算法 234
習題 239
第 8章　衛星通信網絡協議與典型應用技術 240
8.1　衛星通信中典型的路由技術與應用 240
8.1.1　計算機網絡中常用的路由協議 240
8.1.2　 FDMA /DAMA衛星網絡路由方案 241
8. 1. 3　 MF-TDMA衛星網絡路由方案 242
8. 1. 4　 DVB-RCS衛星網絡路由方案 244
8.1.5　基於星上處理的衛星網絡路由方案 246
8.2　衛星網絡 TCP增強技術與應用 248
8.2.1　 TCP協議流程和傳輸控制機制 248
8.2.2　 FDMA /DAMA衛星網絡 TCP增強技術應用 249
8.2.3　 TDMA衛星網絡 TCP增強技術應用 251
8. 2. 4　 DVB-RCS衛星網絡 TCP增強技術應用 252
8. 3　 HTTP增強技術在衛星網絡中的應用及優化設計 252
8.3.1　 HTTP增強技術在衛星網絡中的應用部署 252
8.3.2　結合衛星廣播特性的 HTTP增強技術優化設計 252
8.4　衛星網絡 IP壓縮技術的典型應用 253
8.4.1　基於點對點窄帶衛星信道的應用 253
8.4.2　基於點對多點衛星網絡道的應用 253
8.5　不同體制衛星網絡的 QoS實現 254
8.5.1　 IP網絡常用 QoS模型及在衛星網絡中的適應性分析 254
8.5.2　衛星 IP網絡 QoS技術 257
8.5.3　 FDMA /DAMA衛星網絡中 QoS實現 262
8.5.4　典型體制衛星網絡的 QoS實現 263
8.6　衛星數字視頻廣播 267
8.6.1　系統組成 268
8.6.2　衛星數字電視傳輸標準 269
習題 270
第 9章　 VSAT衛星通信網 271
9. 1　 VSAT的發展及特點 271
9.1.1　 VSAT的發展 271
9.1.2　 VSAT的特點 272
9. 2　 VSAT系統的基本組成與原理 272
9.2.1　 VSAT衛星通信網的組成 272
9.2.2　 VSAT衛星通信網的網絡結構 273
9.2.3　 VSAT通信組網 273
9.2.4　 VSAT的主要業務種類和典型應用 275
9. 3　 VSAT網絡協議 275
9.3.1　傳輸體制 275
9.3.2　 VSAT衛星通信網中的通信協議 277
9. 4　 VSAT衛星通信網的新應用 278
9.4.1　 VSAT站的分類 278
9.4.2　利用 VSAT實現衛星廣域網 279
9.4.3　 VSAT衛星通信網與移動通信系統結合 279
9.4.4　 VSAT衛星通信網與綜合業務數據網絡結合 280
9.4.5　 VSAT會議電視網絡 281
9. 5　 VSAT的網絡管理 282
9.5.1　 VSAT網絡管理的功能 283
9.5.2　網絡管理系統機構的連接 285
9.5.3　 VSAT中的簡單網絡管理協議 285
9.6　典型 VSAT衛星通信網 287
9.6.1　混合式地球站網絡概述 287
9.6.2　小型電話地球站系統 288
9.6.3　 ISBN的基本技術體制 307
習題 316
第 10章　衛星數據鏈 317
10. 1　衛星數據鏈的特點 317
10. 2　衛星數據鏈的應用 318
10.2.1　衛星數據鏈的距離延伸應用 318
10.2.2　衛星數據鏈的中繼傳輸應用 318
10.2.3　衛星數據鏈的廣播分發應用 318
10. 3　美英軍典型衛星數據鏈 319
10.3.1　衛星戰術數據鏈 J 319
10.3.2　衛星戰術數據鏈 322
10.3.3　 JTIDS距離擴展 324
10. 4　天基寬帶數據鏈 326
10.4.1　通用數據鏈 326
10.4.2　 CDL在美軍的應用 328
10.4.3　天基 CDL 330
10.4.4　天基 CDL系統的發展趨勢 333
習題 334
第 11章　衛星移動通信系統 335
11. 1　地面移動通信系統 335
11. 2　衛星移動通信系統概述 336
11.2.1　系統組成 336
11.2.2　網絡結構 336
11. 3　衛星移動通信系統的特點 337
11. 4　衛星移動通信技術 337
11. 5　衛星移動通信系統中信道分配與切換策略 338
11.5.1　衛星移動通信系統中信道分配 338
11.5.2　衛星移動通信系統中呼叫切換 341
11.5.3　衛星移動通信系統中信道分配和切換策略的性能分析 347
11.5.4　衛星移動通信系統中交換方式的主要類型 350
11.5.5　衛星移動通信系統中的交換方式 352
11.5.6　空間交換網絡中的路由選擇 354
11. 6　典型高軌衛星移動通信系統 357
11.6.1　國際衛星移動通信系統 357
11.6.2　瑟拉亞系統 357
11.6.3　亞洲蜂窩系統 357
11. 7　典型低軌衛星星座發展現狀 358
11.7.1　低軌道衛星星座國外發展現狀 358
11.7.2　低軌道衛星星座國內發展現狀 376
習題 381
縮略語 383
參考文獻 393