航空光通信與網絡技術（簡體書）

本書由航空光通信技術和網絡技術兩大部分組成，詳細介紹了航空光通信系統原理、航空光、射頻混合傳輸、無人機光通信以及軟件定義航空信息網絡架構相關問題和航空紫外光通信網絡技術等內容，基礎理論和前沿熱點問題研究相結合，是國內首部航空光通信網絡領域的著作。本書可作為空間光通信專業研究生的試用教材，亦可供從事光通信及相關專業的科研人員和高等院校師生參考。

趙尚弘，空軍工程大學信息與導航學院教授，博士生導師，技術三級，全軍優秀教師，享受政府特殊津貼。教育部高等學校電子信息專業指導委員。主要從事空間光通信網絡技術研究，指導全國全軍優秀博士論文3篇，出版專著7部，發表論文400餘篇。

國內首部航空光通信網絡領域的著作,基礎理論和前沿研究兼具。



目前國內對航空信息網絡技術的研究還處於起步階段，飛機平臺間的航空信息網絡技術具有重要的應用前景，希望本書對推動我國航空信息網絡技術研究和應用起到抛磚引玉的作用。

第一部分航空激光點對點通信技術

第1章概述3

1.1航空激光點對點通信技術進展3

1.1.1美國4

1.1.2歐洲5

1.1.3中國6

1.2航空信息網絡研究現狀8

1.2.1應用需求8

1.2.2典型項目進展11

1.2.3新型航空信息網絡架構19

1.2.4航空光通信網絡研究熱點21

參考文獻23



第2章航空光通信系統基礎26

2.1航空光通信系統基本組成26

2.2航空平臺間激光鏈路傳輸模型27

2.2.1高空湍流信道氣動光學效應影響模型27

2.2.2GammaGamma衰落下航空平臺間光通信系統性能32

2.2.3Exponentiated Weibull衰落下航空平臺光通信系統性能39

2.2.4小結46

2.3基於正交頻分複用的航空光通信技術47

2.3.1鏈路模型47

2.3.2MQAM調製方式下OFDM鏈路性能50

2.3.3MPSK調製下OFDM激光鏈路性能53

2.3.4小結56

參考文獻57



第3章航空RF/FSO混合鏈路傳輸技術60

3.1航空混合RF/FSO中繼鏈路模型60

3.2基於放大轉發中繼的航空平臺混合RF/FSO鏈路性能62

3.2.1鏈路模型62

3.2.2信噪比模型63

3.2.3鏈路性能分析67

3.2.4仿真及結果分析71

3.3基於解碼轉發中繼的航空平臺混合RF/FSO鏈路性能75

3.3.1鏈路模型75

3.3.2信噪比模型77

3.3.3鏈路性能分析78

3.3.4仿真及結果分析80

3.3.5小結84

3.4基於2×2中繼的航空平臺混合RF/FSO鏈路性能84

3.4.1航空平臺2×2中繼混合RF/FSO鏈路模型85

3.4.2基於2×2解碼轉發中繼的航空平臺混合RF/FSO鏈路性能86

3.5基於2×2放大轉發中繼的航空平臺混合RF/FSO鏈路性能92

3.5.1信噪比模型92

3.5.2系統性能分析95

3.5.3仿真結果分析97

3.5.4小結100

3.6基於選擇合併分集的航空平臺RF/FSO協作通信系統性能101

3.6.1基於選擇合併分集航空平臺RF/FSO協作通信模型101

3.6.2基於解碼轉發中繼方式RF/FSO協作航空通信鏈路性能分析103

3.6.3基於放大轉發中繼方式RF/FSO協作通信系統性能111

3.6.4小結120

參考文獻120第4章無人機光通信技術122

4.1引言122

4.2逆向調製航空光通信系統124

4.2.1系統組成124

4.2.2調製回復反射器工作原理125

4.2.3大氣湍流和指向誤差對無人機逆向調製光通信系統的影響127

4.3基於Lognormal分佈的無人機逆向調製光通信系統的傳輸性能131

4.3.1系統模型132

4.3.2信道模型133

4.3.3系統平均誤碼率135

4.3.4系統中斷概率136

4.3.5仿真結果分析136

4.3.6小結142

4.4基於GammaGamma分佈的無人機逆向調製光通信系統傳輸性能143

4.4.1信道模型143

4.4.2系統平均誤碼概率145

4.4.3系統中斷概率146

4.4.4仿真結果分析147

4.4.5小結151

4.5基於全雙工逆向調製的無人機光通信系統傳輸性能151

4.5.1系統模型152

4.5.2工作原理153

4.5.3信道模型153

4.5.4系統平均誤碼率154

4.5.5仿真結果分析156

4.5.6小結159

參考文獻159



第二部分航空信息網絡技術

第5章航空信息網絡基礎165

5.1航空信息網絡體系結構及特徵分析165

5.1.1航空信息網絡體系結構165

5.1.2航空信息網絡特徵分析167

5.2航空信息網絡的一般性問題168

5.2.1技術體制168

5.2.2寬帶高速傳輸技術170

5.2.3基於定向天線的信道接入協議170

5.2.4基於位置的低開銷定向路由協議171

5.2.5服務質量QoS保障技術172

5.3高空環境中的光通信網絡路由性能172

5.3.1網絡特性172

5.3.2路由協議概述175

5.3.3仿真和結果176

5.3.4討論179

參考文獻181



第6章航空信息網絡體系結構183

6.1引言183

6.2SDN與航空信息網絡184

6.2.1SDN介紹184

6.2.2ATNAS概述185

6.2.3基於SDN網絡範式構建ATNAS的優勢188

6.3軟件定義航空信息網絡基本特性190

6.3.1數據平面191

6.3.2控制平面193

6.3.3應用平面196

6.3.4管理平面197

6.4應用案例198

6.5未來研究方向及挑戰200

參考文獻201



第7章軟件定義航空信息網絡流量優化調度方法204

7.1引言204

7.2混合SDN/IP航空信息網絡中流量負載均衡優化模型205

7.3基於業務優先級的動態流量調度算法207

7.3.1算法描述207

7.3.2算法步驟208

7.4仿真實驗與結果分析211

7.4.1算法靜態性能分析211

7.4.2Exata網絡仿真實驗215

7.5本章小結218

參考文獻218



第8章軟件定義航空信息網絡控制器部署問題220

8.1引言220

8.2基於單目標優化的控制器部署方法221

8.2.1可靠性感知的航空信息網絡部署問題建模221

8.2.2控制器部署算法設計224

8.2.3仿真及結果分析229

8.3基於多目標蟻群算法的控制器部署方法231

8.3.1控制器部署多目標優化模型232

8.3.2基於多目標蟻群算法的優化算法設計233

8.3.3仿真及結果分析236

8.4本章小結239

參考文獻239



第9章航空紫外光通信網絡技術242

9.1“日盲”波段紫外光通信信道特性242

9.1.1紫外光通信鏈路模型242

9.1.2高空“日盲”波段大氣信道背景噪聲分佈模型244

9.1.3大氣吸收對紫外光通信的影響246

9.1.4大氣散射對紫外光通信的影響247

9.1.5大氣湍流對紫外光通信的影響247

9.1.6小結248

9.2飛機編隊內紫外光通信組網MAC協議設計248

9.2.1飛機編隊內網絡結構模型249

9.2.2編隊內部改進型MAC協議設計250

9.2.3仿真研究252

9.2.4小結255

9.3飛機編隊間紫外光通信組網MAC協議設計255

9.3.1飛機編隊間網絡結構模型255

9.3.2多信道定向MAC協議256

9.3.3仿真分析259

9.3.4小結261

9.4機間紫外光通信組網絡由協議設計261

9.4.1網絡模型262

9.4.2加權式動態源路由協議262

9.4.3仿真驗證265

9.4.4結論267

9.5本章小結267

參考文獻269



索引272