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第1章 概述1

1.1 卫星通信的发展1

1.1.1 卫星通信发展历程2

1.1.2 卫星通信业务4

1.2 卫星通信的频率划分5

1.2.1 无线电频段5

1.2.2 卫星业务无线电频谱分配6

1.3 通信卫星的轨道划分6

1.4 卫星通信系统组成7

1.4.1 卫星通信链路的组成8

1.4.2 卫星测控系统的组成10

1.4.3 卫星通信系统的网络结构12

1.5 卫星通信的应用13

1.5.1 卫星广播应用13

1.5.2 VSAT卫星通信14

1.5.3 卫星通信在远程教育医疗系统中的应用16

1.5.4 卫星移动通信系统应用18

1.5.5 卫星Internet接入应用19

1.6 通信卫星组织20

1.6.1 国际卫星通信组织20

1.6.2 国际海事卫星组织21

第2章 卫星轨道23

2.1 引言23

2.2 二体问题23

2.2.1 二体运动方程23

2.2.2 开普勒第一定律24

2.2.3 开普勒第二定律和第三定律25

2.2.4 绕地卫星系统常用术语定义26

2.3 时间和空间坐标系统27

2.3.1 有关时间和空间坐标系统的一些天文概念27

2.3.2 时间系统29

2.3.3 空间坐标系31

2.4 卫星轨道参数35

2.4.1 二体问题六个积分与轨道六根数35

2.4.2 两行式轨道元素39

2.5 轨道摄动40

2.5.1 地球非球形摄动40

2.5.2 大气阻力摄动41

2.5.3 太阳光压摄动42

2.5.4 日月摄动43

2.6 星下点和覆盖44

2.6.1 星下点轨迹44

2.6.2 地面覆盖47

2.7 典型卫星轨道50

2.7.1 卫星轨道的分类和高度窗口50

2.7.2 太阳同步轨道51

2.7.3 冻结轨道52

2.7.4 极轨道53

2.7.5 对地静止轨道53

2.7.6 地球同步轨道与回归轨道56

参考文献57

第3章 电波传播58

3.1 引言58

3.2 自由空间损耗59

3.3 大气损耗59

3.3.1 气体吸收60

3.3.2 降雨衰减61

3.3.3 云雾衰减68

3.3.4 降雪产生的损耗69

3.4 折射、闪烁及法拉第旋转69

3.4.1 大气折射69

3.4.2 大气闪烁71

3.4.3 电离层闪烁72

3.4.4 法拉第旋转73

3.5 去极化效应74

3.5.1 雨滴引起的去极化74

3.5.2 雪晶体引起的去极化75

3.5.3 雨雪交叉极化统计特性76

3.6 传播噪声76

参考文献77

第4章 天线78

4.1 引言78

4.2 天线互易原理78

4.3 坐标系79

4.4 天线的特性参数79

4.4.1 辐射功率和辐射电阻79

4.4.2 天线的效率81

4.4.3 天线的方向性和增益82

4.4.4 天线的有效长度86

4.4.5 天线的有效孔径87

4.4.6 天线系数89

4.5 地球站天线89

4.5.1 地球站天线主要种类90

4.5.2 地球站天线的增益和效率91

4.5.3 地球站天线的指向损耗91

4.5.4 有效全向辐射功率92

4.5.5 地球站天线增益对噪声温度比92

4.6 卫星天线94

4.6.1 卫星天线的特殊要求94

4.6.2 卫星天线的分类97

4.6.3 多波束反射面天线100

4.6.4 多波束透镜天线101

4.6.5 多波束阵列天线102

4.6.6 智能相控阵天线105

参考文献107

第5章 空间段108

5.1 引言108

5.2 结构、温控分系统109

5.3 电源分系统109

5.4 控制分系统110

5.4.1 位置保持111

5.4.2 姿态控制112

5.5 跟踪遥测指令分系统115

5.6 天线分系统116

5.7 转发器119

5.7.1 透明转发器120

5.7.2 处理转发器123

参考文献127

第6章 地面段128

6.1 引言128

6.2 地球站的分类及组成128

6.2.1 地球站的分类128

6.2.2 地球站的组成129

6.2.3 地球站的性能指标要求131

6.3 地球站的选址及布局133

6.3.1 地球站选址的技术要求133

6.3.2 地球站的布局135

6.4 地球站天线分系统136

6.4.1 地球站天线137

6.4.2 地球站馈线设备140

6.4.3 地球站伺服跟踪设备143

6.5 地球站发射分系统146

6.6 地球站接收分系统154

6.7 接口及终端设备分系统157

6.8 通信控制分系统158

6.9 地球站电源分系统159

参考文献162

第7章 卫星通信传输体制163

7.1 数字信号调制技术163

7.1.1 相移键控调制方式164

7.1.2 频移键控调制方式168

7.1.3 QAM调制技术174

7.1.4 正交频分复用（OFDM）176

7.2 差错控制编码技术180

7.2.1 差错控制系统及纠错码分类180

7.2.2 卷积编码算法及原理182

7.2.3 删除卷积码185

7.3 BCH码186

7.3.1 BCH码186

7.3.2 RS码187

7.3.3 级联码187

7.3.4 Turbo码188

7.3.5 LDPC码193

7.3.6 分组级前向纠删码194

7.4 卫星通信扩频传输技术199

7.4.1 直接序列系统199

7.4.2 频率跳变系统200

7.4.3 时间跳变系统201

7.4.4 混合扩频通信系统201

参考文献203

第8章 卫星链路204

8.1 引言204

8.2 链路预算基本概念204

8.2.1 有效全向辐射功率204

8.2.2 各种传输损耗205

8.2.3 系统噪声206

8.3 链路预算方程209

8.3.1 上行链路209

8.3.2 下行链路211

8.3.3 降雨的影响212

8.3.4 合成的上行链路和下行链路载噪比213

8.3.5 互调噪声214

8.4 卫星链路设计214

8.4.1 卫星通信系统线路设计步骤215

8.4.2 模拟卫星通信线路的设计与计算215

8.4.3 TDMA数字卫星通信线路的设计与计算218

参考文献219

第9章 卫星通信干扰分析220

9.1 卫星通信面临的干扰威胁220

9.1.1 卫星通信系统干扰特性220

9.1.2 干扰卫星通信的几种形式220

9.1.3 干扰信号样式222

9.1.4 干扰强度224

9.2 干扰对卫星传输信号质量的影响225

9.2.1 载波噪声干扰功率比226

9.2.2 邻近卫星干扰227

9.2.3 地面微波干扰230

9.2.4 正交极化干扰231

9.2.5 邻道干扰233

9.2.6 码间干扰233

9.3 透明转发器的非线性特性234

9.3.1 透明转发器的AM-AM、AM-PM效应和互调分量234

9.3.2 透明转发器的功率掠夺效应237

9.3.3 干扰条件下非线性的影响238

9.4 卫星通信系统抗干扰性能240

9.4.1 传输性能分析240

9.4.2 抗干扰性能分析241

9.5 提高卫星通信抗干扰能力的措施244

9.5.1 透明转发器抗干扰技术措施244

9.5.2 透明转发器系统可调整参数249

9.5.3 基于OBP的卫星系统宽带跳频技术250

9.5.4 基于OBP的卫星系统DS技术251

9.5.5 采用高通信频段252

参考文献252

第10章 卫星通信多址接入技术253

10.1 引言253

10.2 多址连接的基本概念253

10.3 频分多址方式254

10.3.1 每载波多路信道的FDMA255

10.3.2 每载波单路信道的FDMA256

10.3.3 卫星交换FDMA257

10.3.4 FDMA方式的主要优缺点258

10.3.5 FDMA在卫星移动通信中的应用259

10.4 时分多址259

10.4.1 时分多址接入方式的基本介绍259

10.4.2 卫星交换TDMA261

10.4.3 多载波TDMA263

10.4.4 TDMA在卫星移动通信系统的应用264

10.5 码分多址265

10.5.1 码分多址接入方式的基本原理265

10.5.2 直接序列扩频CDMA266

10.5.3 调频扩频CDMA267

10.5.4 CDMA在卫星移动通信系统中的应用268

10.6 随机多址和可控多址接入方式268

10.6.1 随机多址接入方式269

10.6.2 可控多址接入方式271

10.7 信道分配技术272

10.7.1 固定分配方式273

10.7.2 按需分配方式273

10.7.3 混合分配方式275

10.7.4 信道分配的控制方式278

参考文献278

第11章 卫星星座设计280

11.1 引言280

11.2 单层星座设计281

11.2.1 卫星对地面的覆盖282

11.2.2 卫星星座的基本概念和参数285

11.2.3 圆极轨道卫星星座287

11.2.4 全球覆盖圆轨道卫星星座290

11.2.5 地带性覆盖倾斜圆轨道卫星星座295

11.2.6 椭圆轨道星座302

11.2.7 单层星座存在的问题304

11.3 多层星座设计306

11.3.1 多层卫星星座的覆盖306

11.3.2 多层卫星网络的五向量数学模型307

11.3.3 多层卫星网络的离散化状态处理309

11.3.4 多层卫星网络的连通特性311

11.3.5 多层卫星网络的业务传输特性315

11.3.6 多层星座的稳定性度量函数317

11.3.7 多层卫星网络的稳定分群方法319

11.4 编队飞行卫星群321

11.4.1 编队飞行卫星群的定义321

11.4.2 编队飞行卫星群的发展和应用322

11.4.3 编队飞行卫星群的关键技术323

11.4.4 编队飞行卫星群的轨道设计和队形保持324

参考文献325

第12章 卫星网络技术326

12.1 卫星网络体系结构326

12.2 卫星网络路由技术329

12.2.1 卫星网络路由概述329

12.2.2 LEO卫星网络路由算法329

12.2.3 LEO卫星网络的切换路由334

12.2.4 多层星座卫星网络路由336

12.3 卫星网络传输控制338

12.3.1 卫星网络和TCP/IP协议的特点338

12.3.2 卫星链路对TCP性能的影响339

12.3.3 改善卫星链路影响TCP性能的途径340

12.4 卫星网络的移动性管理346

12.4.1 位置管理的基本概念346

12.4.2 移动通信网络中常见的定位过程348

12.4.3 常见的位置数据库结构及其布置349

12.4.4 卫星移动通信系统中的位置管理策略351

12.5 卫星网络中的切换管理354

12.5.1 切换产生的原因和种类354

12.5.2 低轨卫星系统的切换管理356

12.6 网络的控制与信令359

12.6.1 对网络的基本要求359

12.6.2 信令管理361

12.7 星上处理技术362

12.7.1 星上处理转发器363

12.7.2 主要功能与关键技术364

12.8 星上交换技术365

12.8.1 卫星移动通信系统中的交换方式365

12.8.2 三种交换方式366

12.8.3 星载ATM交换技术369

参考文献371

第13章 卫星通信业务372

13.1 卫星移动通信系统的业务量特点372

13.2 语音业务373

13.3 非语音业务377

13.4 多媒体服务和业务特性377

13.4.1 图像业务和MPEG编码378

13.4.2 自相似业务379

13.5 业务模型379

13.5.1 泊松到达380

13.5.2 排队模型382

13.5.3 M/M/S/S和M/D/S/S一般排队模型383

13.5.4 爱尔兰与业务负载384

13.5.5 服务等级384

13.6 UMTS的业务问题385

13.7 卫星通信的业务问题386

13.7.1 多媒体业务卫星通信的时延抖动分析386

13.7.2 ATM卫星通信链路中所有ATM VC共有的时延抖动386

13.7.3 ATM卫星通信链路中各ATM VC间不同的时延抖动386

参考文献387

第14章 卫星数字广播系统389

14.1 概述389

14.1.1 卫星数字广播的特点389

14.1.2 卫星数字广播的制式390

14.1.3 国外卫星数字广播现状392

14.1.4 我国卫星数字广播现状393

14.1.5 卫星数字广播的发展方向393

14.2 卫星数字广播原理395

14.2.1 数字传输系统基本概念395

14.2.2 卫星数字广播系统模型395

14.2.3 数字调制技术396

14.2.4 差错控制编码397

14.3 DVB-S标准398

14.3.1 DVB-S系统组成398

14.3.2 MPEG-2编码和复用399

14.3.3 DVB-S的复用适配和能量扩散随机化处理400

14.3.4 DVB-S的信道编码401

14.3.5 DVB-S的基带成形403

14.3.6 DVB-S的QPSK调制404

14.4 DVB-S2标准405

14.4.1 DVB-S2的系统组成及特点406

14.4.2 DVB-S2的输入适配408

14.4.3 DVB-S2的前向纠错编码410

14.4.4 DVB-S2的映射417

14.4.5 DVB-S2的物理层成帧417

14.4.6 DVB-S2的调制418

14.4.7 DVB-S2的后向兼容性421

14.5 DVB-RCS网络422

14.5.1 DVB-RCS网络结构422

14.5.2 DVB-RCS的资源划分424

14.5.3 DVB-RCS的多址接入方式425

14.5.4 DVB-RCS的工作流程426

14.6 Digicipher-Ⅱ系统428

14.6.1 Digicipher-Ⅱ系统概述428

14.6.2 Digicipher-Ⅱ的信源编码和复用429

14.6.3 Digicipher-Ⅱ的信道编码和调制429

14.7 ABS-S标准430

14.7.1 ABS-S系统概述430

14.7.2 ABS-S的信道编码技术431

14.7.3 ABS-S的帧结构设计432

14.7.4 ABS-S的主要技术参数432

14.7.5 ABS-S的产业化433

参考文献433

第15章 卫星通信系统应用435

15.1 卫星移动通信系统的分类和特点435

15.1.1 卫星移动通信系统的分类435

15.1.2 卫星移动通信系统的特点435

15.2 静止轨道卫星移动通信系统436

15.2.1 Inmarsat系统436

15.2.2 Thuraya系统440

15.2.3 AceS系统442

15.2.4 MSAT系统444

15.2.5 MobileSat系统445

15.3 中轨道卫星移动通信系统445

15.3.1 Odyssey卫星移动通信系统446

15.3.2 ICO卫星移动通信系统448

15.4 低轨道卫星移动通信系统450

15.4.1 铱星（Iridum）系统450

15.4.2 全球星（Globalstar）系统452

15.4.3 轨道通信（Orbcomm）系统455

15.4.4 Gonets卫星通信系统457

15.5 宽带多媒体卫星移动通信系统459

15.5.1 IPSTAR宽带多媒体卫星移动系统459

15.5.2 AmerHis宽带多媒体卫星通信系统461

15.5.3 WINDS宽带多媒体卫星通信系统463

15.5.4 其他宽带多媒体卫星移动464

参考文献465