內容簡介
衛星移動信道傳播特性分析是衛星移動通信系統研究與設計中必不可少的一項關鍵技術。本書系統介紹了衛星移動通信系統信道傳播特性分析與建模技術,主要內容包括:緒論、衛星移動通信無線電波傳播特性、衛星移動信道衰落特性建模理論、衛星移動信道特性測試、衛星移動信道模型、衛星移動信道特性模擬和衛星移動MIMO信道模型等。本書收集並整理了國內外大量關於衛星移動信道特性分析與建模方面的研究成謎臭恥果,尤其是分析了大量國內外關於衛星移動信道特性的測試試驗和結果。
本書內容豐富、實用,適用於從事衛星通信系統研究的廣大工程技術人員閱讀,也可作為相關院校通信、電子等專業的教材或教學輔助用書。
圖書目錄
目 錄
第 1章 緒論001
1.1 衛星移動通信系統002
1.1.1 衛星移動通信的特點003
1.1.2 衛星移動通信系統的分類004
1.2 靜止軌道衛星移動通信剃訂才系統及特點006
1.2.1 靜止軌道衛星移動通信系統006
1.2.2 靜止軌道衛星移動通信系統的特點012
1.3 中軌道衛星移動通信系統及特點013
1.4 低軌道衛星移動通信系統及特點014
1.4.1 基於移動通信星座的低軌道衛星移動通信系統015
1.4.2 基於寬頻通信星座的低軌道衛星移動通信系統017
1.4.3 低軌道衛星移動通信系統發展特點019
1.5 中、低軌道衛星移動通信系統的優勢與風險020
1.6 衛星移動通信系統相關技術的發展趨勢021
1.7 衛星移動信道傳播特性研究的意義024
1.8 本章小結026
參考文獻026
第 2章 衛星移動通信無線電波傳播特性029
2.1 衛星移動通信中的電波傳播問題030
2.2 衛星移動通信無線電波頻率031
2.2.1 無線電波頻率的定義方法031
2.2.2 衛星移動通信系統的工作頻段032
2.3 衛星移動通信無線電波傳播模型和方式033
2.3.1 衛星移動通信無線電波傳播模型033
2.3.2 衛星移動通信無線電波傳播方式035
2.4 電離層電波傳播特性036
2.4.1 背景電離作用引起的損傷037
2.4.2 電離層閃爍040
2.5 對流層電波傳播特性041
2.5.1 氣體吸收042
2.5.2 降雨衰減042
2.5.3 雲霧損耗044
2.5.4 降雪損耗045
2.5.5 折射045
2.5.6 大氣閃爍047
2.5.7 去極化效應048
2.6 傳播噪聲051
2.6.1 射頻噪聲擔囑淚說明051
2.6.2 大氣氣體產生的噪聲053
2.6.3 雨引起的天空噪聲053
2.6.4 雲引起的天空噪聲055
2.6.5 地球外噪聲056
2.7 本章小結058
參考文獻059
第3章 衛星移動信道衰落特性建模理論063
3.1 衛星移動信道特點及建模理論基礎064
3.1.1 衛星移動信道特點064
3.1.2 衛星移動信道建模理論基礎065
3.2 衛星移動通信中的無線電波的基本傳播機理066
3.3 衛星移動信道特性分析067
3.3.1 視距傳播和空間路徑損耗068
3.3.2 多徑傳播和多徑衰落068
3.3.3 陰影效應和陰影衰落072
3.3.4 3種衰落引起的信號變化075
3.3.5 都卜勒效應和都卜勒戒榜背拔頻移075
3.4 衛星移動信道的都卜勒功率譜密度079
3.4.1 Jakes功率譜密度079
3.4.2 Gaussian功率譜密度081
3.5 衛星移動信道統計特性項戒戶朵081
3.6 衛星移動信道特性建模時常用的機率分布083
3.7 衛星移動信道衰落特性模擬的研究思路和流程084
3.8 本章小結086
參考文獻086
第4章 衛星移動信道特性測試089
4.1 衛星移動信道特性測試原理090
4.2 國外衛星移動信道特性測試試驗綜述091
4.3 國外衛星移動信道特性測試試驗結果095
4.3.1 ESA的測試棄牛試驗095
4.3.2 NASA的測試試驗097
4.3.3 日本通信研究實驗室的測試試驗097
4.3.4 澳大利亞電信研究所的測試試驗098
4.3.5 CRC的測試試驗099
4.3.6 國外衛星移動信道特性測試小結100
4.4 國內衛星移動信道特性測試及結果103
4.4.1 中國電波傳播研究所的測試試驗104
4.4.2 哈爾濱工業大學的測試試驗107
4.5 本章小結112
參考文獻112
第5章 衛星移動信道模型119
5.1 衛星移翻戰您動信道模型概述120
5.2 衛星移動信道經驗模型121
5.2.1 經驗路邊陰影模型121
5.2.2 修正的經驗路邊陰影模型124
5.2.3 綜合的經驗衰落模型125
5.2.4 高仰角城市環境模型126
5.2.5 模型間的比較127
5.3 衛星移動信道幾何模型128
5.3.1 ITU-R路旁建築遮蔽模型129
5.3.2 ITU-R路旁建築遮蔽模型計算示例130
5.4 衛星移動信道機率統計模型131
5.5 衛星移動信道窄帶機率統計模型133
5.5.1 單狀態機率統計模型133
5.5.2 多狀態機率統計模型140
5.6 衛星移動信道寬頻機率統計模型151
5.6.1 寬頻衛星信道的系統函式152
5.6.2 基於抽頭延遲線的衛星移動寬頻機率統計模型154
5.7 本章小結157
參考文獻157
第6章 衛星移動信道特性模擬163
6.1 衛星移動信道特性模擬的意義164
6.2 衛星移動信道的仿真方法165
6.2.1 濾波器法166
6.2.2 正弦波疊加法166
6.3 正弦波疊加法仿真模型參數的計算方法167
6.3.1 等距離法167
6.3.2 等面積法170
6.3.3 蒙特卡洛法173
6.3.4 最小均方誤差法175
6.3.5 精確都卜勒擴展法178
6.3.6 都卜勒相位的計算方法180
6.4 衛星移動信道模型模擬實現181
6.4.1 濾波器法實現衛星移動信道仿真模型181
6.4.2 正弦波疊加法實現衛星移動信道仿真模型187
6.5 衛星移動信道模擬器191
6.6 本章小結192
參考文獻193
第7章 衛星移動MIMO信道模型197
7.1 衛星移動MIMO通信系統198
7.2 衛星移動MIMO信道特性研究現狀200
7.2.1 衛星移動MIMO信道特性測量200
7.2.2 衛星移動信道特性與模型研究201
7.3 衛星移動MIMO通信系統基本理論203
7.3.1 MIMO通信系統模型203
7.3.2 衛星移動極化MIMO信道容量204
7.3.3 衛星移動極化MIMO信道環境下的都卜勒頻譜204
7.4 多狀態雙極化衛星移動MIMO機率統計信道模型205
7.4.1 基於馬爾可夫鏈的多狀態切換208
7.4.2 雙極化衛星MIMO信道大尺度衰落210
7.4.3 雙極化衛星MIMO信道小尺度衰落210
7.4.4 極化分集對雙極化衛星MIMO信道的影響211
7.5 多狀態雙極化衛星移動MIMO機率統計信道模型仿真213
7.5.1 雙極化衛星MIMO信道大尺度衰落仿真214
7.5.2 雙極化衛星MIMO信道小尺度衰落仿真215
7.5.3 雙極化衛星MIMO信道模型仿真結果216
7.6 本章小結221
參考文獻222
名詞索引227
作者簡介
楊明川
博士,哈爾濱工業大學電子與信息工程學院副研究員、碩士生導師。主要從事衛星移動通信系統、臨近空間通信系統及天空地一體化信息網路高效傳輸技術的研究。作為項目負責人主持科研項目10餘項,其中國家自然科學基金項目1項,國家863計畫項目3項,博士後項目2項。榮獲軍隊科學技術進步獎三等獎1項。在國內外學術會議及刊物上發表論文40餘篇,SCI EI檢索30餘篇,4篇論文獲國際會議最佳論文獎。申請國家發明專利20餘項。
丁睿
博士,現就職於中國空間技術研究院通信與導航衛星總體部,任研發中心主任。目前,擔任國家重大專項工程總師助理、國家重點研發計畫項目首席專家、北京市科委專家。多次參與衛星通信領域國家重大工程專項的系統論證,並完成了多個系統的空間段總體方案設計;作為項目負責人或團隊核心成員,多次承擔科技部863計畫、國防科工局民用航天重大預研項目的研究工作。研究領域包括衛星通信系統總體設計、通信衛星總體設計、天地一體化網路技術等,在核心期刊發表論文10餘篇,授權國家發明專利4項。
郭慶
博士,哈爾濱工業大學電子與信息工程學院院長、教授、博士生導師,專用通信系統教育部工程研究中心副主任,黑龍江省寬頻無線通信與網路重點實驗室主任。主要從事衛星通信寬頻傳輸技術、小衛星測控技術及無線通信網路傳輸技術等方面的研究。作為負責人先後完成了國家級科研項目10餘項。獲國家科學技術進步獎二等獎1項,省部級科學技術進步獎一等獎2項,二等獎2項。發表學術論文150餘篇,申請專利30餘項,出版學術專著2部。
孟維曉
博士,哈爾濱工業大學電子與信息工程學院副院長、教授。研究方向為無線通信與空天網路。獲黑龍江省留學人員報國獎,入選教育部新世紀優秀人才計畫。兼任中國電子學會會士、黑龍江省電子學會常務理事、IEEE 通信學會哈爾濱分會主席,多個國內外權威雜誌編委。出版學術專著4部,發表學術論文300餘篇,完成科研工作30餘項,獲各級科學技術獎10項,授權國家發明專利60餘項。
2.5.2 降雨衰減042
2.5.3 雲霧損耗044
2.5.4 降雪損耗045
2.5.5 折射045
2.5.6 大氣閃爍047
2.5.7 去極化效應048
2.6 傳播噪聲051
2.6.1 射頻噪聲說明051
2.6.2 大氣氣體產生的噪聲053
2.6.3 雨引起的天空噪聲053
2.6.4 雲引起的天空噪聲055
2.6.5 地球外噪聲056
2.7 本章小結058
參考文獻059
第3章 衛星移動信道衰落特性建模理論063
3.1 衛星移動信道特點及建模理論基礎064
3.1.1 衛星移動信道特點064
3.1.2 衛星移動信道建模理論基礎065
3.2 衛星移動通信中的無線電波的基本傳播機理066
3.3 衛星移動信道特性分析067
3.3.1 視距傳播和空間路徑損耗068
3.3.2 多徑傳播和多徑衰落068
3.3.3 陰影效應和陰影衰落072
3.3.4 3種衰落引起的信號變化075
3.3.5 都卜勒效應和都卜勒頻移075
3.4 衛星移動信道的都卜勒功率譜密度079
3.4.1 Jakes功率譜密度079
3.4.2 Gaussian功率譜密度081
3.5 衛星移動信道統計特性081
3.6 衛星移動信道特性建模時常用的機率分布083
3.7 衛星移動信道衰落特性模擬的研究思路和流程084
3.8 本章小結086
參考文獻086
第4章 衛星移動信道特性測試089
4.1 衛星移動信道特性測試原理090
4.2 國外衛星移動信道特性測試試驗綜述091
4.3 國外衛星移動信道特性測試試驗結果095
4.3.1 ESA的測試試驗095
4.3.2 NASA的測試試驗097
4.3.3 日本通信研究實驗室的測試試驗097
4.3.4 澳大利亞電信研究所的測試試驗098
4.3.5 CRC的測試試驗099
4.3.6 國外衛星移動信道特性測試小結100
4.4 國內衛星移動信道特性測試及結果103
4.4.1 中國電波傳播研究所的測試試驗104
4.4.2 哈爾濱工業大學的測試試驗107
4.5 本章小結112
參考文獻112
第5章 衛星移動信道模型119
5.1 衛星移動信道模型概述120
5.2 衛星移動信道經驗模型121
5.2.1 經驗路邊陰影模型121
5.2.2 修正的經驗路邊陰影模型124
5.2.3 綜合的經驗衰落模型125
5.2.4 高仰角城市環境模型126
5.2.5 模型間的比較127
5.3 衛星移動信道幾何模型128
5.3.1 ITU-R路旁建築遮蔽模型129
5.3.2 ITU-R路旁建築遮蔽模型計算示例130
5.4 衛星移動信道機率統計模型131
5.5 衛星移動信道窄帶機率統計模型133
5.5.1 單狀態機率統計模型133
5.5.2 多狀態機率統計模型140
5.6 衛星移動信道寬頻機率統計模型151
5.6.1 寬頻衛星信道的系統函式152
5.6.2 基於抽頭延遲線的衛星移動寬頻機率統計模型154
5.7 本章小結157
參考文獻157
第6章 衛星移動信道特性模擬163
6.1 衛星移動信道特性模擬的意義164
6.2 衛星移動信道的仿真方法165
6.2.1 濾波器法166
6.2.2 正弦波疊加法166
6.3 正弦波疊加法仿真模型參數的計算方法167
6.3.1 等距離法167
6.3.2 等面積法170
6.3.3 蒙特卡洛法173
6.3.4 最小均方誤差法175
6.3.5 精確都卜勒擴展法178
6.3.6 都卜勒相位的計算方法180
6.4 衛星移動信道模型模擬實現181
6.4.1 濾波器法實現衛星移動信道仿真模型181
6.4.2 正弦波疊加法實現衛星移動信道仿真模型187
6.5 衛星移動信道模擬器191
6.6 本章小結192
參考文獻193
第7章 衛星移動MIMO信道模型197
7.1 衛星移動MIMO通信系統198
7.2 衛星移動MIMO信道特性研究現狀200
7.2.1 衛星移動MIMO信道特性測量200
7.2.2 衛星移動信道特性與模型研究201
7.3 衛星移動MIMO通信系統基本理論203
7.3.1 MIMO通信系統模型203
7.3.2 衛星移動極化MIMO信道容量204
7.3.3 衛星移動極化MIMO信道環境下的都卜勒頻譜204
7.4 多狀態雙極化衛星移動MIMO機率統計信道模型205
7.4.1 基於馬爾可夫鏈的多狀態切換208
7.4.2 雙極化衛星MIMO信道大尺度衰落210
7.4.3 雙極化衛星MIMO信道小尺度衰落210
7.4.4 極化分集對雙極化衛星MIMO信道的影響211
7.5 多狀態雙極化衛星移動MIMO機率統計信道模型仿真213
7.5.1 雙極化衛星MIMO信道大尺度衰落仿真214
7.5.2 雙極化衛星MIMO信道小尺度衰落仿真215
7.5.3 雙極化衛星MIMO信道模型仿真結果216
7.6 本章小結221
參考文獻222
名詞索引227
作者簡介
楊明川
博士,哈爾濱工業大學電子與信息工程學院副研究員、碩士生導師。主要從事衛星移動通信系統、臨近空間通信系統及天空地一體化信息網路高效傳輸技術的研究。作為項目負責人主持科研項目10餘項,其中國家自然科學基金項目1項,國家863計畫項目3項,博士後項目2項。榮獲軍隊科學技術進步獎三等獎1項。在國內外學術會議及刊物上發表論文40餘篇,SCI EI檢索30餘篇,4篇論文獲國際會議最佳論文獎。申請國家發明專利20餘項。
丁睿
博士,現就職於中國空間技術研究院通信與導航衛星總體部,任研發中心主任。目前,擔任國家重大專項工程總師助理、國家重點研發計畫項目首席專家、北京市科委專家。多次參與衛星通信領域國家重大工程專項的系統論證,並完成了多個系統的空間段總體方案設計;作為項目負責人或團隊核心成員,多次承擔科技部863計畫、國防科工局民用航天重大預研項目的研究工作。研究領域包括衛星通信系統總體設計、通信衛星總體設計、天地一體化網路技術等,在核心期刊發表論文10餘篇,授權國家發明專利4項。
郭慶
博士,哈爾濱工業大學電子與信息工程學院院長、教授、博士生導師,專用通信系統教育部工程研究中心副主任,黑龍江省寬頻無線通信與網路重點實驗室主任。主要從事衛星通信寬頻傳輸技術、小衛星測控技術及無線通信網路傳輸技術等方面的研究。作為負責人先後完成了國家級科研項目10餘項。獲國家科學技術進步獎二等獎1項,省部級科學技術進步獎一等獎2項,二等獎2項。發表學術論文150餘篇,申請專利30餘項,出版學術專著2部。
孟維曉
博士,哈爾濱工業大學電子與信息工程學院副院長、教授。研究方向為無線通信與空天網路。獲黑龍江省留學人員報國獎,入選教育部新世紀優秀人才計畫。兼任中國電子學會會士、黑龍江省電子學會常務理事、IEEE 通信學會哈爾濱分會主席,多個國內外權威雜誌編委。出版學術專著4部,發表學術論文300餘篇,完成科研工作30餘項,獲各級科學技術獎10項,授權國家發明專利60餘項。