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內(nèi)容簡介

　　衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在彌補(bǔ)數(shù)字鴻溝和增強(qiáng)全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)服務(wù)健壯性等方面發(fā)揮著不可替代的作用，是未來信息通信基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。本書重點(diǎn)從衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)效能評估、星座設(shè)計(jì)、頻率使用方式、波束資源調(diào)度方式、按需接入管理、軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)方面，闡述按需服務(wù)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法以及效能分析等。全書共 7 章，第 1 章介紹 6G 時(shí)代衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新需求與發(fā)展趨勢，從科學(xué)、技術(shù)、工程 3 個(gè)方面分析按需服務(wù)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)面臨的問題及挑戰(zhàn)；第 2 章結(jié)合衛(wèi)星廣域業(yè)務(wù)分布的時(shí)空非均勻特征，探討結(jié)合服務(wù)效益和服務(wù)成本的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)評估準(zhǔn)則，初步研究系統(tǒng)容量與星座規(guī)模及服務(wù)用戶規(guī)模的關(guān)系；第 3 章討論當(dāng)前寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)多重覆蓋的新特征，重點(diǎn)闡述科學(xué)利用頻軌資源的泛同步軌道新理念，介紹按需覆蓋星座設(shè)計(jì)方法，并分析多重覆蓋效能；第 4 章討論非靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)頻譜共存時(shí)面臨的干擾規(guī)避和減緩問題；第 5 章和第 6 章圍繞衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)用戶鏈路資源按需管理需求，討論包括跳波束系統(tǒng)架構(gòu)與調(diào)度策略、業(yè)務(wù)預(yù)測與接入資源管理等面向按需服務(wù)的通信技術(shù)設(shè)計(jì)方法；第 7 章介紹軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的概念，以及面向中低軌混合星座的軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并給出控制面在線帶寬分配優(yōu)化方法與數(shù)據(jù)面星載可編程多協(xié)議處理交換架構(gòu)等實(shí)例。本書可作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)研究生的參考用書，也可供從事衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營等工作的相關(guān)人員參考。

作者簡介

　　匡麟玲長江學(xué) 者特聘教授，現(xiàn)任清華大學(xué)宇航技術(shù)研究中心副主任，北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心首席研究員、空天信息基礎(chǔ)研究部主任，清華大學(xué)第十一屆學(xué)術(shù)委員會委員，國家6G技術(shù)研發(fā)總體專家組專家。長期從事衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、通信小衛(wèi)星系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究工作，在衛(wèi)星通信等領(lǐng)域獲得多項(xiàng)創(chuàng)新科技成果，獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。曾擔(dān)任“靈巧通信試驗(yàn)衛(wèi)星”工程任務(wù)副總師和衛(wèi)星總師，現(xiàn)任“智慧天網(wǎng)創(chuàng)新工程”總師。晏堅(jiān) 博士，北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心研究員。分別于1998、2001和2010年在清華大學(xué)電子工程系獲學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。主要從事空間網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議、星上處理與交換領(lǐng)域的研究工作，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人先后承擔(dān)多項(xiàng)863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金課題研究，獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。曾擔(dān)任“靈巧通信試驗(yàn)衛(wèi)星”工程任務(wù)副總師和星載計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)人，現(xiàn)任“智慧天網(wǎng)創(chuàng)新工程”副總師。陸建華清華大學(xué)教授，中國科學(xué)院院士，國家自然科學(xué)基金委員會黨組成員、副主任。IEEE Fellow，中國電子學(xué)會會士，中國人工智能學(xué)會會士，中國通信學(xué)會會士?，F(xiàn)任《中國通信》（英文版）主編，中國電子學(xué)會副理事長，國務(wù)院學(xué)位委員會信息與通信工程學(xué)科評議組召集人。主要從事空間網(wǎng)絡(luò)、寬帶無線通信、信息與信號處理等研究，取得多項(xiàng)創(chuàng)新科技成果，并在國家繞月探測、大容量微波接力系統(tǒng)等工程中獲得重要應(yīng)用。獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，以及“中國衛(wèi)星應(yīng)用杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”等獎(jiǎng)項(xiàng)，被授予“探月工程嫦娥二號任務(wù)突出貢獻(xiàn)者”稱號。發(fā)表主要學(xué)術(shù)論文200余篇，獲國家發(fā)明專利80余項(xiàng)。靳瑾博士，副研究員，2011年畢業(yè)于北京理工大學(xué)導(dǎo)航制導(dǎo)與控制專業(yè)，之后進(jìn)入清華大學(xué)力學(xué)流動站從事博士后研究工作，2013年起，先后進(jìn)入清華大學(xué)宇航技術(shù)研究中心、北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心工作。主要從事空間信息系統(tǒng)研究，涵蓋航天器動力學(xué)與控制、航天任務(wù)分析、衛(wèi)星通信等內(nèi)容，以技術(shù)負(fù)責(zé)人身份，承擔(dān)/參與了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃課題研究和衛(wèi)星研制工程項(xiàng)目。曾擔(dān)任“靈巧通信試驗(yàn)衛(wèi)星”工程任務(wù)總師助理和姿控分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，現(xiàn)任“智慧天網(wǎng)創(chuàng)新工程”總師助理。在靈敏航天器軌道姿態(tài)動力學(xué)與控制、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)干擾分析與頻譜共存等領(lǐng)域取得豐富科研成果，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，已申請/獲得國家專利授權(quán)20余項(xiàng)。獲中國通信學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排名第3）和衛(wèi)星導(dǎo)航定位科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排名第2）。葛寧清華大學(xué)研究員、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任清華大學(xué)宇航技術(shù)研究中心副主任，曾任清華大學(xué)電子工程系通信所所長。分別于1993和1997在清華大學(xué)獲得學(xué)士和博士學(xué)位。主要從事通信片上系統(tǒng)、短距離無線通信、寬帶無線網(wǎng)絡(luò)等方面的研究工作。先后負(fù)責(zé)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技重大專項(xiàng)、863計(jì)劃目標(biāo)導(dǎo)向、973計(jì)劃課題和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等。發(fā)表SCI論文40余篇，獲得專利授權(quán)20余項(xiàng)、集成電路布圖設(shè)計(jì)專有權(quán)2項(xiàng)。獲得2017年通信學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2014年和2017年吳文俊人工智能科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2020年電子學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2016年電子學(xué)會創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)。

圖書目錄

第 1 章緒論 001
1.1 6G 時(shí)代的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新 . 002
1.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢與按需服務(wù) 004
1.2.1 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 . 004
1.2.2 按需服務(wù)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 006
1.3 按需服務(wù)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)面臨的問題 . 007
1.3.1 科學(xué)問題 008
1.3.2 技術(shù)問題 009
1.3.3 工程問題 011
1.4 本書內(nèi)容 013
參考文獻(xiàn) 014

第 2 章衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的容量分析和效能評估 . 017
2.1 引言 . 018
2.2 基于隨機(jī)幾何的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)性能分析方法 019
2.2.1 隨機(jī)幾何基本概念 . 019
2.2.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型與評價(jià)指標(biāo) 020
2.2.3 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路特征 026
2.3 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)效率評估 028
2.3.1 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)效率定義 029
2.3.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分布與網(wǎng)絡(luò)效率分析 031
2.4 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)容量分析評估 . 039
2.4.1 衛(wèi)星下行鏈路容量分析 040
2.4.2 衛(wèi)星上行鏈路容量分析 041
2.5 本章小結(jié) 054
參考文獻(xiàn) 055

第 3 章按需覆蓋星座設(shè)計(jì)方法與效能分析 059
3.1 引言 060
3.2 現(xiàn)有衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)與需求 062
3.2.1 典型的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) . 062
3.2.2 特點(diǎn)與按需覆蓋需求 . 065
3.3 星座構(gòu)型與覆蓋特性 . 066
3.3.1 星座構(gòu)型設(shè)計(jì)考慮因素 066
3.3.2 常見星座構(gòu)型及參數(shù) . 068
3.3.3 星座覆蓋特性 069
3.4 覆蓋重點(diǎn)區(qū)域的星座設(shè)計(jì) 071
3.4.1 泛同步軌道星座設(shè)計(jì) . 071
3.4.2 按需覆蓋的星座設(shè)計(jì)方法 074
3.5 星座多重覆蓋特性與效能分析 078
3.5.1 典型星座的覆蓋特性與效能 . 079
3.5.2 用戶視角下星座覆蓋特性與效能 082
3.6 本章小結(jié) 086
參考文獻(xiàn) 087

第 4 章衛(wèi)星通信系統(tǒng)間頻譜共存與干擾減緩處理 089
4.1 引言 090
4.2 NGSO 衛(wèi)星通信系統(tǒng)間干擾分析方法 093
4.2.1 干擾分析基礎(chǔ)知識與一般方法 093
4.2.2 O3b 系統(tǒng)對 OneWeb 系統(tǒng)信關(guān)站的干擾分析 101
4.2.3 Starlink 系統(tǒng)對 OneWeb 系統(tǒng)用戶站的干擾分析 104
4.3 NGSO 衛(wèi)星通信系統(tǒng)間干擾減緩方法 108
4.3.1 非合作干擾減緩方法 108
4.3.2 多星座間合作干擾減緩方法 118
4.4 本章小結(jié) 130
參考文獻(xiàn) 131

第 5 章面向按需服務(wù)的衛(wèi)星通信跳波束技術(shù) . 133
5.1 引言 . 134
5.2 衛(wèi)星跳波束系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)方法 135
5.2.1 衛(wèi)星跳波束系統(tǒng)模型 135
5.2.2 衛(wèi)星跳波束實(shí)現(xiàn)架構(gòu)與超幀格式 . 140
5.3 衛(wèi)星跳波束資源調(diào)度方法 150
5.3.1 單星跳波束系統(tǒng)與資源調(diào)度方法 . 150
5.3.2 多星跳波束系統(tǒng)與資源調(diào)度方法 . 165
5.4 本章小結(jié) 178
參考文獻(xiàn) 179

第 6 章面向按需服務(wù)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)上行資源管理 . 181
6.1 引言 . 182
6.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分析 183
6.2.1 時(shí)空非均勻業(yè)務(wù)的預(yù)測及資源管理流程 183
6.2.2 業(yè)務(wù)預(yù)測模型 184
6.3 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)上行資源管理架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù) 185
6.3.1 資源管理架構(gòu) 185
6.3.2 上行鏈路資源管理關(guān)鍵技術(shù) 186
6.4 基于業(yè)務(wù)預(yù)測的上行鏈路資源管理 . 188
6.4.1 冗余優(yōu)化的重復(fù)時(shí)隙 ALOHA 協(xié)議. 188
6.4.2 自適應(yīng)更新間隔的接入控制方法 . 197
6.4.3 面向混合業(yè)務(wù)的隨機(jī)接入與數(shù)據(jù)傳輸聯(lián)合資源管理方法 . 209
6.5 本章小結(jié) 221
參考文獻(xiàn) 222

第 7 章面向按需服務(wù)的軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) . 225
7.1 引言 226
7.2 軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu) 227
7.2.1 軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷程 228
7.2.2 軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu) 231
7.2.3 軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)面臨的挑戰(zhàn) 232
7.2.4 中低軌混合星座的軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) . 235
7.3 控制面與數(shù)據(jù)面按需服務(wù)關(guān)鍵技術(shù) . 238
7.3.1 軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)半中心式流量工程算法 239
7.3.2 軟件定義衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)星載可編程多協(xié)議數(shù)據(jù)面 . 262
7.4 本章小結(jié) 272
參考文獻(xiàn) 272
后記 . 277
名詞索引 279