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FDMA 255
10.3.2 每载波单路信道的FDMA 256
10.3.3 卫星交换FDMA 257
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TDMA 261
10.4.3 多载波TDMA 263
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CDMA 266
10.5.3 调频扩频CDMA 267
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