卫星互联网微波通信关键技术

第 1章 概论 001
1.1　卫星互联网概述　002
1.1.1　发展背景　002
1.1.2　发展现状　003
1.1.3　典型应用　005
1.2　卫星互联网微波通信系统的一般组成及特点　007
1.2.1　一般组成　007
1.2.2　组网方式　009
1.2.3　网络特点　010
1.3　通信链路　011
1.3.1　地面链路　012
1.3.2　星地链路　012
1.3.3　星间链路　012
1.4　通信卫星　013
1.4.1　通信卫星组成　013
1.4.2　通信卫星平台　013
1.4.3　通信卫星有效载荷　014
1.5　地球站　014
1.6　网络管理　017
1.6.1　网络管理系统的组成及各部分的功能　018
1.6.2　现代网络管理系统模型　019
1.6.3　网络管理系统的基本功能　019
1.6.4　简单网络管理协议　022
1.7　工作频率的选择与分配　024
1.7.1　工作频率选择的原则　024
1.7.2　无线电频率窗口　025
1.7.3　ITU对有关卫星业务的工作频率分配　026
参考文献　029
第　2章 卫星轨道与星座设计　031
2.1　卫星运行轨道的基本概念　032
2.2　常用的空间参考坐标系　033
2.2.1　天球及其基本概念　034
2.2.2　卫星轨道描述中常用的参考坐标系　034
2.3　常用的时间系统　035
2.3.1　太阳日和恒星日　035
2.3.2　世界时　036
2.3.3　原子时　036
2.3.4　协调世界时　037
2.3.5　标准时　037
2.4　描述卫星位置的轨道要素　037
2.5　卫星轨道的摄动　039
2.6　卫星轨道分类和特点　040
2.7　范艾伦辐射带和卫星轨道高度窗口　042
2.8　卫星星座的类型及表示方法　044
2.9　卫星星座的覆盖性能分析　046
2.10　卫星星座参数的优化设计考虑　047
2.11　全球覆盖卫星星座设计　049
2.11.1　极轨星座方案设计　049
2.11.2　玫瑰星座方案设计　052
参考文献　053
第3章　电波传播与微波通信链路　055
3.1　电波传播的基本概念　056
3.1.1　电磁频谱划分　056
3.1.2　电磁波的自由空间传播特性　057
3.1.3　影响电波传播的大气层因素　058
3.2　对流层对电波传播的影响　059
3.2.1　气体吸收损耗　059
3.2.2　云雾损耗　061
3.2.3　大气闪烁　061
3.2.4　去极化效应　062
3.3　电离层对电波传播的影响　064
3.3.1　法拉第旋转　065
3.3.2　电离层闪烁效应　065
3.4　多径传播效应　068
3.4.1　多径效应　068
3.4.2　时延扩展与相干带宽　070
3.4.3　平坦衰落与频率选择性衰落　071
3.5　多普勒效应　073
3.5.1　基本原理与多普勒频移　073
3.5.2　多普勒扩展与相干时间　074
3.5.3　快衰落与慢衰落　075
3.5.4　统计信道模型　076
3.6　噪声与干扰　078
3.6.1　系统热噪声　078
3.6.2　宇宙噪声　080
3.6.3　外部环境干扰　081
3.6.4　同频干扰　082
3.6.5　邻道干扰　084
3.6.6　码间干扰　085
3.6.7　其他干扰　086
3.7　雨衰与抗雨衰　088
3.7.1　增加系统噪声温度　088
3.7.2　降低信号交叉极化鉴别度　088
3.7.3　信号电平衰减　088
3.7.4　抗雨衰技术　090
3.8　链路计算　092
3.8.1　链路预算分析　093
3.8.2　全链路传输质量　094
3.8.3　链路预算实例　095
参考文献　097
第4章　微波通信天线技术　099
4.1　天线基础知识　100
4.1.1　天线的工作原理　101
4.1.2　天线的分类　104
4.1.3　天线主要性能指标　104
4.2　线天线　106
4.2.1　半波偶极子天线　107
4.2.2　交叉偶极子天线　109
4.2.3　螺旋天线　110
4.3　口径面天线　114
4.3.1　喇叭天线　114
4.3.2　反射面天线　119
4.4　微带天线　128
4.4.1　微带天线的基本类型　129
4.4.2　微带天线辐射原理　131
4.4.3　微带天线馈电方式　132
4.4.4　微带天线技术及其阵列　134
4.5　相控阵天线　137
4.5.1　相控阵天线原理　137
4.5.2　相控阵天线的互耦问题　144
4.6　典型卫星地球站天线　145
4.6.1　地球站天线跟踪技术　145
4.6.2　地球站固定天线　151
4.6.3　地球站便携式天线　151
4.6.4　地球站移动载体天线　152
4.7　典型星载天线　155
4.7.1　成形天线　155
4.7.2　多波束反射面天线　157
参考文献　162
第5章　射频微波电路　167
5.1　微波传输线　168
5.1.1　传输线的分类　168
5.1.2　微带线　169
5.1.3　带状线　170
5.1.4　共面波导　172
5.1.5　基板集成波导　174
5.1.6　耦合微带线　175
5.2　多模谐振器与滤波电路　178
5.2.1　多模谐振器　178
5.2.2　SIW双模滤波器　183
5.2.3　三模滤波器　184
5.3　功分器与功率放大器　191
5.3.1　Wilkinson功分器　191
5.3.2　耦合线功分器　194
5.3.3　微波功率放大器　199
参考文献　204
第6章　高通量卫星通信技术　207
6.1　高通量卫星通信系统概述　208
6.1.1　高通量卫星的定义与发展历程　208
6.1.2　高通量卫星的标准协议　211
6.1.3　高通量卫星的关键技术与挑战　217
6.2　面向新一代高通量卫星的跳波束技术　218
6.2.1　跳波束技术基本原理　218
6.2.2　跳波束卫星系统发展历程　219
6.2.3　跳波束卫星系统的组成　220
6.2.4　跳波束卫星系统的通信体制　222
6.2.5　跳波束卫星系统的工作流程　226
6.3　跳波束系统的资源分配方法　227
6.3.1　时空二维卫星宽带业务模型　227
6.3.2　波束跳变周期和波束驻留时间　229
6.3.3　基于业务需求的时隙分配算法　230
6.3.4　面向资源高效利用的跳波束图案设计　234
参考文献　236
第7章　面向海量连接的低轨卫星物联网技术　239
7.1　物联网技术概述　240
7.1.1　物联网定义及其基本特征　240
7.1.2　物联网的体系架构　242
7.1.3　物联网的典型应用　243
7.2　卫星物联网的基本概念　246
7.2.1　卫星物联网的定义及其特征　246
7.2.2　卫星物联网的体系架构　249
7.2.3　卫星物联网的业务分类及其特征　252
7.3　物联网典型通信体制及其在卫星物联网中的适应性分析　255
7.3.1　卫星物联网的工作频段　255
7.3.2　NB-IoT技术体制及其在卫星物联网中的适应性分析　257
7.3.3　LoRa技术体制及其在卫星物联网中的适应性分析　263
7.4　卫星物联网的多址接入技术　269
7.4.1　ALOHA和时隙ALOHA　269
7.4.2　扩频时隙ALOHA　272
7.4.3　容碰撞分集时隙ALOHA技术　275
7.5　卫星物联网典型系统与应用　279
7.5.1　轨道通信系统　280
7.5.2　天基广播式自动相关监视系统　282
7.5.3　天基船舶自动识别系统　285
参考文献　286
第8章　频谱认知与干扰分析技术　289
8.1　频谱感知概述　290
8.1.1　主用户发射机检测　291
8.1.2　主用户接收机检测　301
8.1.3　协作感知　303
8.2　信号特征识别　309
8.2.1　信号检测　309
8.2.2　参数估计　318
8.3　频谱占用状态建模　330
8.3.1　时域模型　330
8.3.2　频域模型　332
8.3.3　空间域模型　332
8.4　干扰分析　333
8.4.1　场景分析　333
8.4.2　分析模型　337
8.4.3　干扰仿真分析　339
参考文献　345