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LMDS 17
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 srl 19
1.5.3 CAPANINA 20
1.5.4 USEHA AS 21
1.5.5 COST 297 22
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 Inc 27
1.5.10 洛克希德·马丁公司、波音公司和全球Aeros 28
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 HeliNet 30
1.5.17 Lindstrand科技有限公司（英国）／斯图加特大学 31
1.5.18 SkyStation 31
1.5.19 天使科技——HALO 31
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WLAN 96
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ACM 196
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