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第一部分 基础知识，技术和经济学1

第1章 概述1

1.1 引言1

1.2 历史4

1.3 HAP环境中的无线通信6

1.3.1 HAP与地面和卫星系统的性能比较7

1.3.2 环境监管和限制9

1.4 HAP提供的服务及应用程序的候选标准12

1.4.1 移动蜂窝标准13

1.4.2 IEEE 802无线标准14

1.4.3 多媒体应用的多点分配服务——MMDS和LMDS17

1.4.4 DVB标准17

1.5 过去及现在的HAP相关项目、试验和发展计划概述19

1.5.1 StratXX AG——X站19

1.5.2 ERS srl19

1.5.3 CAPANINA20

1.5.4 USEHA AS21

1.5.5 COST 29722

1.5.6 日本国家项目22

1.5.7 韩国国家项目25

1.5.8 美国航空航天局活动26

1.5.9 AV Inc27

1.5.10 洛克希德·马丁公司、波音公司和全球Aeros28

1.5.11 先进技术组（ATG）28

1.5.12 欧洲空间局（ESA）活动29

1.5.13 佛兰芒研究所（VITO）技术研究29

1.5.14 QinetiQ有限公司30

1.5.15 空间数据公司30

1.5.16 HeliNet30

1.5.17 Lindstrand科技有限公司（英国）／斯图加特大学31

1.5.18 SkyStation31

1.5.19 天使科技——HALO31

参考文献31

第2章 航空学和热力学37

2.1 应用环境和相关挑战37

2.1.1 大气层37

2.2 用于HAP的机载装置类型40

2.2.1 静压空中平台41

2.2.2 气动空中平台42

2.3 可替代动力子系统44

2.3.1 HAP上的常规能源44

2.3.2 HAP上的可再生能源45

2.3.3 远距离输入HAP的能量46

2.4 飞行／高度控制46

2.4.1 HAP轨道控制47

2.4.2 HAP移动模型47

2.5 HAP飞机和飞艇的典型特征51

参考文献53

第3章 应用场景和参考架构55

3.1 应用场景55

3.1.1 HAP的用户方案56

3.1.2 HAP网络方案57

3.2 对天线的要求以及相关技术难题59

3.2.1 介绍59

3.2.2 毫米波宽带服务传输所用天线的类型59

3.2.3 天线模型实例61

3.3 基于HAP通信系统的系统和网络架构63

3.3.1 概述63

3.3.2 HAP架构66

3.3.3 宽带通信链路70

参考文献85

第4章 应用及商业模型86

4.1 概述86

4.2 应用和服务87

4.2.1 短期89

4.2.2 中期90

4.2.3 长期90

4.3 业务模式介绍91

4.3.1 运行场景91

4.3.2 商业模型假设93

4.4 服务提供商中心模型95

4.4.1 带宽利用和竞争比95

4.4.2 列车WLAN96

4.4.3 地面基站／无线接入点的回程通信99

4.4.4 宽带互联网102

4.4.5 广播／多播104

4.4.6 事件服务和救灾106

4.4.7 第三代（3G）移动电话112

4.5 HAP运营商中心模型115

4.5.1 财务模型假设115

4.5.2 太阳能动力的无人驾驶飞艇116

4.5.3 燃料动力载人飞机119

4.5.4 燃料动力无人驾驶飞机121

4.5.5 太阳能动力无人驾驶飞机123

4.6 风险评估125

4.6.1 技术评估125

4.6.2 市场评估127

参考文献128

第5章 HAP和基于HAP应用的未来发展129

5.1 航空发展趋势129

5.2 不同应用类型的HAP路线图131

5.2.1 应用实例1：列车WLAN服务131

5.2.2 应用实例2：地面基站／接入点的回程通信132

5.2.3 应用实例3：宽带互联网132

5.2.4 应用实例4：广播／多播132

5.2.5 应用实例5：3G移动通信132

5.3 电信任务133

5.3.1 电信应用载荷135

参考文献137

第二部分 基于高空平台（HAP）的宽带无线通信138

第6章 HAP系统的应用环境138

6.1 应用环境以及与之相关的限制因素138

6.2 传输信道建模143

6.3 HAP无线频段传播信道建模147

6.3.1 水蒸气和大气气体的吸收148

6.3.2 闪烁149

6.3.3 雨衰151

6.3.4 雨衰和闪烁155

6.3.5 水汽效应对交叉极化的影响156

6.3.6 周围环境的影响157

6.4 结论160

参考文献161

第7章 HAP通信系统中的FSO（自由空间光通信）技术164

7.1 FSO技术在HAP网络中的应用164

7.1.1 大气影响166

7.1.2 HAP自由空间光通信链路配置169

7.2 HAP网络FSO链路的物理层方面172

7.3 光传送网络的自由空间光系统175

参考文献178

第8章 高空平台通信系统可利用的先进通信技术179

8.1 现代无线系统设计的相关概念179

8.1.1 智能天线179

8.1.2 认知无线电和动态频谱管理180

8.1.3 跨层设计和优化181

8.2 分集技术182

8.2.1 宽带高空平台通信中的分集技术184

8.3 多输入多输出系统187

8.3.1 空间复用187

8.3.2 空时编码189

8.3.3 高空平台宽带通信中MIMO系统191

8.4 自适应编码调制方案193

8.4.1 高空平台宽带通信中的ACM196

8.5 先进的无线资源管理技术201

8.5.1 引言201

8.5.2 场景202

8.5.3 信道分配策略202

8.5.4 性能203

8.5.5 无连接中断（NCD）算法204

8.5.6 无下行链路阈值检测的无连接中断算法（NCD-ND）206

8.5.7 无阈值检测（NT）207

8.5.8 讨论208

参考文献209

第三部分 多HAP技术213

第9章 多个HAP组成的网络213

9.1 为什么要组建HAP星座？213

9.1.1 多HAP系统的模型214

9.2 多HAP星座计划215

9.2.1 配备定向HAP天线的多HAP方案215

9.3 多HAP系统中用户的天线指向误差228

9.3.1 描述用户天线指向误差的方法229

9.3.2 指向误差造成的影响232

9.4 多HAP系统的二环星座设计236

9.4.1 二环星座的概述236

9.5 二环星座设计的约束条件238

9.5.1 星座设计策略243

参考文献251

第10章 多个HAP星座的网络联系253

10.1 网络协议253

10.1.1 IP基础253

10.1.2 移动IP协议254

10.1.3 MIP的分层体系255

10.2 基于HAP通信系统的移动性管理256

10.2.1 接入级的可移动性256

10.2.2 微观移动性257

10.2.3 宏观移动性258

10.2.4 移动用户的类型258

10.2.5 网络移动性258

10.3 移动性以及回程减荷技术263

10.3.1 本地代理的设置263

10.3.2 多连接支持265

10.3.3 MN移动的可预测性268

参考文献269