天地一体化信息网络架构与技术

天地一体化信息网络架构与技术 作为该领域体系化阐述天地一体化信息网络的论著，归纳了总结该领域的新态势和发展趋势。提出了一套完整的天地一体化信息网络构想，给出了传输、组网、管控等主要关键技术实施途径，论述空间段卫星平台和有效载荷、地面段关口站以及工程配套方案，对相关领域科技创新和工程实施均具有很强的指导性。
本书紧扣我国目前相关领域重大项目、重大工程研制和建设进程，反映了我国在该领域的发展思路、技术路线以及未来规划，为读者系统性了解我国该领域相关情况提供了途径。

天地一体化信息网络作为未来推动各行各业数字化、移动化、网络化、智能化发展的普适性基础设施，将以极强的渗透性和带动性，极大地加快优选社会的转型与创新发展。针对天地一体化信息网络，本书介绍了其概念、发展历程以及发展趋势，然后对网络架构、传输技术、链路预算、网络技术、管理控制技术、空间节点技术、信关站技术以及工程保障等方面的内容进行了深入的介绍。
本书适合卫星通信及地面移动通信行业从业人员、相关专业的高等院校师生以及需要了解天基信息网络领域的普通大众读者和金融、法律、咨询、战略研究等方向的从业人员阅读。

汪春霆
工学博士，研究员级不错工程师，博士生导师，中国卫星网络集团有限公司科技委副主任、不错副总设计师。曾获国家科学技术进步奖一等奖，国防科学技术进步奖一等奖，河北省科学技术进步奖一等奖，通信学会科学技术奖一等奖等。担任中国电子学会通信分会副主任委员，中国通信学会卫星通信专业委员会副主任委员。主要研究方向为卫星通信网络。

第 1 章 概述 001
1.1 概念内涵 002
1.2 发展历程 002
1.2.1 卫星通信网 002
1.2.2 地面互联网 010
1.2.3 地面移动通信网 011
1.2.4 天地融合网络 013
1.3 未来发展趋势 017
参考文献 . 019
第 2 章 系统架构 . 021
2.1 系统组成 022
2.2 网络架构 024
2.2.1 面向宽带通信的网络架构 024
2.2.2 面向数据中继的网络架构 031
2.2.3 面向移动通信的网络架构 037
2.2.4 天地一体化信息网络架构 045
2.3 传输组网 048
2.3.1 传输技术 048
2.3.2 组网技术 057
2.4 应用服务 064
2.4.1 概念 064
2.4.2 功能 065
2.4.3 组成 067
2.5 安全防护 075
2.5.1 概念 075
2.5.2 功能 077
2.5.3 组成 077
2.6 运维管控 079
2.6.1 概念 079
2.6.2 功能 079
2.6.3 组成 080
参考文献 . 083
第 3 章 传输技术 . 085
3.1 信道编译码 086
3.1.1 卷积码 087
3.1.2 RS 码 090
3.1.3 卷积+RS 串行级联码 092
3.1.4 Turbo 码 093
3.1.5 LDPC 码 . 095
3.2 数字载波调制 106
3.2.1 二进制移位相控. 106
3.2.2 四相移相键控（QPSK) . 108
3.2.3 M 进制移相键控（MPSK) 111
3.2.4 M 进制正交幅度调制（MQAM） 113
3.2.5 M 进制幅度相位调制（MAPSK） . 116
3.2.6 OFDM 调制 118
3.2.7 OTFS 调制 121
3.2.8 OTFS 变换（ISFFT） . 123
3.2.9 Heisenberg transform 124
3.2.10 信道传输和接收 . 124
3.2.11 Wigner transform 125
3.2.12 OTFS 变换（SFFT） . 126
3.3 自适应编码调制 126
3.3.1 自适应编码调制原理 126
3.3.2 等效信噪比映射 128
3.4 卫星多址技术 130
3.4.1 频分多址接入技术 131
3.4.2 时分多址接入技术 132
3.4.3 MF-TDMA 多址接入技术 133
3.4.4 码分多址接入技术 134
3.4.5 空分多址接入技术 136
3.4.6 新型多址接入技术 136
参考文献 . 144
第 4 章 链路预算 . 147
4.1 微波链路 148
4.1.1 传输链路基本概念 148
4.1.2 噪声温度 156
4.1.3 地球站主要特性 161
4.1.4 卫星转发器主要特性 170
4.1.5 空间传播主要特性 172
4.1.6 透明转发器链路预算 193
4.1.7 再生处理转发器链路预算 205
4.1.8 多波束链路预算 207
4.2 激光链路 214
4.2.1 基本概念 214
4.2.2 发射机主要特性 215
4.2.3 接收机主要特性 217
4.2.4 激光空间传输主要特性 219
4.2.5 激光链路预算 224
参考文献 . 229
第 5 章 网络技术 . 231
5.1 天地融合组网技术 233
5.1.1 IP 适应性问题 233
5.1.2 网络标识与编址 235
5.1.3 天基网络路由转发 246
5.1.4 天地一体化组网控制 . 252
5.2 泛在移动性管理技术 258
5.2.1 移动性管理问题. 258
5.2.2 地面网络移动性管理 . 259
5.2.3 天基网络移动性管理 . 265
5.2.4 天地融合网络移动性管理 . 269
5.3 网络资源管理与控制技术 270
5.3.1 资源管理需求与挑战 . 270
5.3.2 无线网资源管理与分配 . 272
5.3.3 天地一体化网络资源管理 . 272
5.3.4 端到端业务传输与 QoS 保证 278
5.4 网络计算与服务技术 282
5.4.1 服务化需求与挑战 . 282
5.4.2 天地协同分布式计算环境 . 282
5.4.3 网络应用服务智能推送 . 284
5.4.4 应用服务性能优化 . 286
5.5 天地网络安全防护技术 287
5.5.1 天地网络安全保密风险 . 287
5.5.2 天地网络与安全防护主要融合机制 . 288
5.5.3 网络身份管理与实体认证技术 . 289
5.5.4 信息安全传输技术 . 292
参考文献 . 299
第 6 章 管理控制技术 . 301
6.1 管理控制技术体系 303
6.1.1 地面网络管理技术体系 . 303
6.1.2 卫星网络控制体系 . 308
6.1.3 天地一体化信息网络管控体系构想 . 311
6.2 管理控制协议技术 313
6.2.1 卫星遥测遥控协议 . 313
6.2.2 不错在轨系统协议 . 315
6.2.3 简单网络管理协议（SNMP） 316
6.2.4 其他网管协议 318
6.2.5 天地一体化网管协议设计要求 . 319
6.3 代理实现技术 320
6.3.1 天基节点管理控制技术 320
6.3.2 地基节点管理控制技术 321
6.4 管控中心实现技术 322
6.4.1 管控中心软件架构 322
6.4.2 天地一体的资源管理技术 324
6.5 管理新技术 325
6.5.1 分布式大规模管控数据存储技术 325
6.5.2 跨域故障特征识别和关联性挖掘技术 . 325
6.5.3 基于深度学习神经网络的跨域故障定位技术 . 326
6.5.4 基于机器学习的多根源告警分析技术 . 327
参考文献 . 327
第 7 章 空间节点技术 . 329
7.1 空间节点平台 330
7.1.1 大型卫星平台 331
7.1.2 中小型卫星平台 337
7.1.3 电推进卫星平台 339
7.1.4 临近空间平台 344
7.1.5 平台的发展趋势分析 348
7.2 有效载荷技术概述 350
7.3 高通量载荷 352
7.4 多波束相控阵载荷 357
7.5 激光通信载荷 365
7.5.1 激光通信的发展现状 366
7.5.2 激光通信终端设计 369
7.5.3 激光通信捕获技术 376
7.5.4 激光通信的发展趋势 378
7.6 太赫兹载荷 381
7.7 有效载荷发展趋势分析 386
参考文献 . 388
第 8 章 信关站技术 . 391
8.1 概述 . 392
8.2 典型系统信关站 393
8.2.1 Inmarsat-4 BGAN 信关站 393
8.2.2 Iridium 信关站 399
8.2.3 iDirect 系统主站 403
8.3 GEO 高通量卫星信关站技术 407
8.3.1 高通量卫星信关站部署方法 . 407
8.3.2 信关站馈电链路抗雨衰技术 . 413
8.4 卫星地面网络虚拟化技术 418
8.4.1 网络虚拟化相关技术 . 418
8.4.2 地面信关站组网的网络虚拟化技术 . 421
8.4.3 信关站功能虚拟化技术 . 424
参考文献 . 426
第 9 章 工程保障 . 427
9.1 卫星轨道 428
9.1.1 轨道特性 428
9.1.2 描述轨道的术语和方法 . 432
9.1.3 轨道类型 436
9.1.4 通信卫星可用的轨道 . 438
9.1.5 轨道的摄动 446
9.1.6 静止卫星的位置保持 . 448
9.2 频率规划与协调 451
9.2.1 卫星通信业务 451
9.2.2 卫星通信的频率划分 . 453
9.2.3 规则与条款 453
9.3 火箭和发射场 459
9.3.1 运载火箭 459
9.3.2 发射场 467
9.4 航天器测控 469
9.4.1 概念 469
9.4.2 测控系统组成 470
9.4.3 测控体制 472
9.4.4 测量体制 477
参考文献 . 480