本书源于作者及相关研究机构长期从事流星余迹
通信理论研究的提炼和总结，对流星余迹通信领域所涉及的基本理论、基本方法、
最新研究进展和应用等方面进行了全面的总结和系统的比较
分析。
全书共分11章，涵盖了以下内容：流星余迹通信基本原理；从
数学和
物理学的角度给出了流星信道的传播特性和余迹分布参数，并讨论了相关的传输模式；从通信链路的角度出发给出了系统链路组成和基本工作方式，讨论了流星余迹通信的性能指标、影响因素、链路
计算等；流星信道的建模方法；流星余迹通信传输关键
技术，如调制解调、同步与捕获、信道编译码和差错控制；改善流星余迹信道传输性能的关键技术，如信道估计与均衡、自适应功率控制、自适应噪声抑制以及分集技术；针对流星信道的衰落特性，重点讨论了基于自适应码元速率、自适应调制方式、自适应编码效率和自适应扩频等各类自适应变速率传输的基本原理、实现算法和性能分析；流星余迹通信协议与组网方面的知识，包括流星余迹信道的通信方式、协议
设计、链路控制协议，以及多址接入技术和路由选择技术等；流星余迹通信专用天线的基本原理及其设计过程；流星余迹
通信系统的组成及其应用实例；流星余迹通信的发展和应用。
读者对象：本书层次清晰，内容丰富，可读性强，既可以作为各高等院校通信专业、电子工程专业的本科生、研究生的参考
教材，也可以作为从事相关领域研究的科研人员和工程技术人员的参考用书。
目 录
第1章 概述 1
1.1 流星余迹通信基本原理 1
1.1.1 什么是流星余迹通信 2
1.1.2 流星余迹通信机理 2
1.1.3 流星余迹通信基本工作过程 3
1.2 流星余迹通信的发展历程和趋势 4
1.2.1 流星余迹通信发展历程 4
1.2.2 流星余迹通信研究趋势 6
1.3 流星余迹通信的特点和应用 6
1.3.1 流星余迹通信的特点 6
1.3.2 流星余迹通信的应用 8
1.4 流星余迹通信的系统组成和网络结构 9
1.4.1 系统结构 9
1.4.2 流星余迹通信组网 10
参考文献 11
第2章 流星余迹信道 13
2.1 流星和流星余迹 13
2.1.1 流星现象及其物理特性 13
2.1.2 流星余迹及其物理特性 19
2.2 流星余迹的电波传播机理 24
2.2.1 流星余迹的分类 25
2.2.2 欠密类余迹电波传播机理 25
2.2.3 过密类余迹电波传播机理 26
2.2.4 数学模型相关参数 28
2.3 流星余迹前向散射信道的统计特性 32
2.3.1 余迹出现的统计规律 32
2.3.2 流星到达率的昼夜、季节变化 33
2.3.3
信号振幅分布 37
2.4 流星余迹信道的其他特性 38
2.4.1 偏路径效应与“热区” 38
2.4.2 余迹散射的方向性与“足迹” 41
2.4.3 信道特性与天线方向性的关系 43
2.5 其他传播模式 44
2.5.1 超短波视距传播 45
2.5.2 离散E层（Es层）反射 46
2.5.3 电离层散射 47
参考文献 48
第3章 流星余迹通信链路 50
3.1 链路系统组成 50
3.1.1 基带处理
设备 51
3.1.2 射频设备 53
3.1.3 网络管理与控制设备 55
3.1.4 用户终端与显示设备 55
3.2 工作方式 56
3.2.1 全双工方式 56
3.2.2 半双工方式 57
3.2.3 不同双工方式的比较 58
3.2.4 门限控制与差错控制 59
3.3 链路传输性能参数 59
3.3.1 通信距离 60
3.3.2 通信持续时间 62
3.3.3 等待时间 66
3.3.4 占空因子 68
3.3.5 信息吞吐量 69
3.4 设备指标与传输性能的关系 70
3.4.1 工作频率 70
3.4.2 信息传输速率 71
3.4.3 发射功率 72
3.4.4 接收机门限 75
3.4.5 天线增益 75
3.5 影响传输性能的因素 76
3.5.1 多径效应 77
3.5.2 噪声与干扰 79
3.5.3 多普勒频移 82
3.5.4 法拉第旋转 83
3.5.5 太阳黑子 84
3.6 链路传输性能估算 84
3.6.1 路径传输损耗 85
3.6.2 突发链路功率估算 87
3.6.3 链路性能分析 88
3.6.4 两种链路分析方法 89
参考文献 90
第4章 信道建模与系统仿真 92
4.1 CSC流星余迹体积积分模型 93
4.1.1 模型概述 93
4.1.2 天线模型 93
4.1.3 流星突发信道模型 94
4.1.4 链路协议仿真模型 96
4.2 流星余迹的信道建模 97
4.2.1 信道建模思想 97
4.2.2 基于SPW仿真软件的流星信道建模 98
4.2.3 基于SPW流星信道模型的仿真与分析 104
4.2.4 流星信道模型在通信系统仿真中的应用 107
4.2.5 小结 108
参考文献 109
第5章 信息传输关键技术 110
5.1 调制/解调 110
5.1.1 概述 110
5.1.2 线性调制技术 112
5.1.3 恒包络调制技术 117
5.1.4 调制相关技术的结合与应用 122
5.2 接收同步 129
5.2.1 定义和分类 129
5.2.2 同步方法 130
5.2.3 适用于流星余迹通信的同步方法 135
5.3 信道编/译码 142
5.3.1 信道编码概述 142
5.3.2 BCH码在流星余迹通信系统中的应用 145
5.3.3 RS码在流星余迹通信系统中的应用 150
5.3.4 TPC码在流星余迹中的应用 155
5.3.5 未来可应用于流星余迹的编码方式 159
5.4 差错控制 160
5.4.1 流星余迹通信差错控制要求 160
5.4.2 差错控制协议的分类与原理 161
5.4.3 流星余迹通信差错控制协议设计 165
5.4.4 流星余迹通信差错控制协议性能分析 166
参考文献 172
第6章 抗信道衰落与均衡技术 176
6.1 系统传输模型 177
6.1.1 影响传输性能的因素 177
6.1.2 信道捕获模型 180
6.1.3 信道跟踪与均衡模型 181
6.2 突发信道估计 182
6.2.1 自适应信道参数估计 182
6.2.2 基于相关的信道参数估计 183
6.3 流星余迹通信信道均衡 185
6.3.1 线性均衡（LE） 185
6.3.2 判决反馈均衡（DFE） 186
6.3.3 盲均衡（BE） 189
6.3.4 最大似然均衡（MLSE） 190
6.4 自适应功率控制 196
6.4.1 发射功率对通信性能的影响 196
6.4.2 自适应功率目标 197
6.4.3 现有的功率控制算法 199
6.4.4 流星余迹通信自适应功率系统实例 199
6.5 自适应噪声抑制 202
6.6 分集技术 203
6.7 多模式混合传输技术 206
6.7.1 与超短波通信兼容 207
6.7.2 与短波通信兼容 208
6.7.3 与电离层散射通信兼容 208
参考文献 209
第7章 自适应变速传输 213
7.1 自适应变速技术概述 213
7.1.1 自适应变速的概念 213
7.1.2 流星余迹通信自适应变速的实现方法 214
7.2 流星余迹信道容量 214
7.2.1 欠密类余迹信道容量 216
7.2.2 过密类余迹信道容量 221
7.2.3 平均日吞吐量 227
7.2.4 固定时间域吞吐量 229
7.3 基于自适应码元速率的变速传输 231
7.3.1 自适应码元变速原理 231
7.3.2 自适应码元变速系统实例 232
7.4 基于自适应调制方式的变速传输 238
7.4.1 基于自适应QAM调制的变速方法 239
7.4.2 基于自适应双正交编码调制的变速方法 243
7.5 基于自适应编码的变速传输 250
7.5.1 自适应编码变速原理 250
7.5.2 流星余迹通信最优变速编码 251
7.6 基于自适应扩频的变速传输 257
7.6.1 自适应直扩变速原理 257
7.6.2 自适应直扩变速系统 257
7.7 信噪比估计 260
7.7.1 信噪比的定义 260
7.7.2 信噪比估计方法 261
参考文献 262
第8章 流星余迹通信传输协议与组网 264
8.1 流星余迹通信方式 264
8.1.1 点对点方式 265
8.1.2 点对多点方式 267
8.1.3 组网方式 270
8.2 流星余迹通信协议设计 271
8.2.1 流星余迹通信协议设计特点 271
8.2.2 流星余迹通信协议结构体系 273
8.3 流星余迹通信链路控制协议 275
8.3.1 通信帧 275
8.3.2 全双工协议 285
8.3.3 半双工协议 289
8.4 流星余迹通信组网技术 293
8.4.1 网络及站点配置 294
8.4.2 多址接入技术 295
8.4.3 路由选择技术 298
8.4.4 网络性能 301
8.4.5 网络管理 306
参考文献 307
第9章 专用天线 309
9.1 基本电性能参数 309
9.2 流星余迹天线的参数选择 312
9.2.1 工作频率的选择 312
9.2.2 天线增益及波束宽度 313
9.2.3 极化方式 314
9.2.4 架设高度及俯仰角 314
9.3 基于长距和短距的天线性能比较 314
9.3.1 理想天线模式 315
9.3.2 水平极化八木天线 315
9.3.3 水平偶极天线 316
9.3.4 垂直鞭状天线 316
9.3.5 垂直极化八木天线 316
9.3.6 天线性能比较 317
9.4 流星余迹通信的八木天线设计 318
9.4.1 基本工作原理 319
9.4.2 八木天线的分析方法 320
9.4.3 八木天线的设计实现 322
9.4.4 流星余迹通信七单元八木天线的设计 325
9.5 天线新技术 327
9.5.1 天线零位技术 327
9.5.2 波束控制 331
9.5.3 有源天线技术 332
参考文献 333
第10章 站型设计与系统实例 334
10.1 站型设计与设备
安装 334
10.1.1 站型设计 334
10.1.2 站址选择与设备安装 336
10.2 实例 343
10.2.1 主站实例 343
10.2.2 从站实例 351
10.2.3 系统实例 363
参考文献 380
第11章 流星余迹通信的发展和应用 381
11.1 流星余迹通信的发展 381
11.1.1 国外发展概况 382
11.1.2 国内发展概况 388
11.2 未来发展趋势 393
11.3 流星余迹通信的应用 395
11.3.1 民用系统 395
11.3.2 军用系统 402
11.3.3 未来应用方向 408
参考文献 409
前 言
近年来，随着社会的不断发展和全球范围内突发事件的与日俱增，人们对于应急通信的需求越来越迫切，对应急通信提出的要求也越来越高。作为
现代通信的重要组成部分之一，应急通信在通信领域中已经扮演着越来越重要的角色，具有特殊的战略意义。从美国纽约的“911”事件到
2004年的对伊战争，再到英国伦敦的炸弹恐怖袭击，从印度洋海啸到我国的雪灾冻雨和“512”汶川特大地震……在突如其来的恶劣自然灾害、恐怖事件和军事打击等紧急状况下，最低限度的预警和应急通信体系对于保障人民生命财产和国家安全至关重要。流星余迹通信是一种在受到核爆、强电子干扰、地震、海啸和极地弧光等电子或物理攻击而导致常规通信中断的情况下，能够正常通信的最低限度通信保障手段，在应急通信中具有极其重要的特殊地位。
由于信道传播机理的特殊性，流星余迹通信具有显著的特点：首先，隐蔽好、可靠性高、抗核爆和抗干扰能力强；其次，通信距离远，可支持大规模组网；再次，使用地域广，可支持全时域、全天候工作；此外，其设备成本和维护费用低。鉴于以上特点，国外发达国家已经建立了用于最低限度应急通信保障的流星余迹通信网络体系。作为较早开始研究流星余迹通信的国家之一，20世纪70年代我国研制出第一代流星余迹通信系统，并一直跟踪国外最新研究进展。本书源于作者及相关研究机构长期从事流星余迹通信理论研究的提炼和总结，同时包含了近年来该领域的最新研究成果，既注重理论介绍，又强调实际应用，希望能够为国内同行提供从事这一领域理论研究和实际应用的
基础。
本书从理论应用的角度和当前的研究需求出发，在编写思路和目录结构上注重整体的合理布局和关键技术的重点论述，体现出整体的逻辑条理性和系统化结构。按照深入浅出、重点突出、理论与实际系统相结合的思路，对流星余迹通信领域所涉及的基本理论、基本方法、最新研究进展和适用性等进行了全面的总结和系统的比较分析。在全书的整体结构安排上，首先介绍了流星余迹通信的基本原理和信道特性，让读者了解流星余迹通信的基本概念和信道传播机理；然后介绍了流星余迹通信的系统组成和链路特性，为系统建模和理论分析打下基础；随后着重讨论了流星余迹通信的各项关键技术，包括传输体制、自适应变速率等，使读者能够清楚地了解支撑流星余迹通信的核心理论；最后给出了流星余迹通信系统的具体实例，并介绍了国内外发展和实际应用状况，使读者了解到流星余迹通信目前的发展状况及其应用前景。
全书的主要内容共分11章，第1～4章是流星余迹
通信原理和信道特性，第5～9章是流星余迹通信传输关键技术和理论，第10、11章是流星余迹通信系统实例以及流星余迹通信的发展和应用。以下是各章的编写思路和内容简介：
第1章介绍了流星余迹通信基本原理，首先从物理学的角度引出流星余迹的形成，然后给出了流星余迹通信的原理和特点，以及系统组成和网络结构，通过物理现象的描述和讨论，引发读者对于该领域的兴趣；第2章基于数学和物理学的角度，给出了流星信道的传播特性和余迹分布参数，并讨论了相关的其他传输模式，使得读者对于流星余迹信道有了具体和定量的认识；第3章从通信链路的角度出发，给出了系统链路组成和基本工作方式，使读者对完整的流星余迹通信系统有了具体的概念和形象的认识；讨论了流星余迹通信的性能指标、影响因素、链路计算等，为后续的流星余迹通信关键技术的分析打下了基础；第4章首先给出国内外现有的流星余迹信道模型，然后重点介绍了基于SPW平台的流星余迹信道建模过程并对模型进行了仿真与分析，为实际流星通信系统的设计提供了理论依据。
第5章是流星余迹通信传输关键技术，包括调制/解调、同步与捕获、信道编/译码和差错控制，既分析了现有系统已采用的技术，又整理了国际上最新的理论和方法，为系统设计提供了参考依据；第6章结合国内外相关研究成果，讨论了针对流星信道快衰落、多径、噪声等的信道估计与均衡、自适应功率控制、自适应噪声抑制、分集技术和混合传输模式，为进一步提高系统性能探索方向；第7章针对流星信道特性的自适应变速率技术，重点讨论了基于自适应码元速率、自适应调制方式、自适应编码效率和自适应扩频的几种典型的变速率传输，是流星余迹通信自适应传输体制的理论基础；第8章是流星余迹通信协议与组网方面的介绍，让读者充分了解这种通信手段与现有的其他通信手段在传输方式和协议设计上的差异，进一步了解流星余迹通信的特殊性；第9章介绍了流星余迹通信专用天线基本原理和设计过程。
第10章首先分别对主站和从站的设计、设备安装进行了讨论，然后以MCC公司的典型流星余迹通信设备为例，详细介绍了其系统结构、具体参数、技术指标等，为流星通信系统设计和实现提供了设备参考；第11章首先介绍了流星余迹通信的国内外发展状况，然后从国外已应用并形成规模和影响的典型系统入手，分别讨论了流星余迹通信在民用和军用方面的具体应用情况，通过比较和分析，客观地说明了开展流星通信研究的重要性、必要性和迫切性。
本书是国内流星余迹通信的第一部专业著作，内容丰富、分析严谨，注重理论和工程应用的紧密结合，希望使广大读者对流星余迹通信系统有一个比较深刻、全面的认识和了解，对国内该领域的研究工作起到一定的借鉴和
指导作用。
自六十年代起，我国一代又一代专家、学者和科研人员长期工作在流星余迹通信事业的第一线，本书是他们辛勤付出和长期积累的成果结晶。在此，非常感谢杨千里部长、金力军教授、李建东教授、龚书喜教授、傅光教授、蔡觉平副教授、司江勃博士等为本书的基础工作提供了有力的技术支撑，特别感谢陆建勋院士、童志鹏院士和胡光镇院士为本书撰写提出的宝贵意见。本书在编写的过程中，得到了综合业务网理论及关键技术（ISN）国家重点实验室各位领导和专家的大力支持，以及郝本建、陈小军、刘英挺、张望远、尹德、王一峰、刘和碧、李直、刘鑫、王斌、谢梦、雷赟、刘坤、王志伟、王达丰、赵晋宇等博士、硕士们的积极参与和投入，在此表示最衷心的感谢！本书的出版得到了国家自然科学基金（61072070）、国家863高技术研究发展计划（
2009AA01Z237）和新世纪优秀人才支持计划（NCET-07-0653）的资助。最后，特别感谢电子工业出版社王春宁博士在本书出版过程中给予的热情支持和帮助！
由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。
作 者
