航空无线电通信系统与网络

第1章 引言 1

1.1 回顾 1

1.2 当代与第二代设备 2

1.3 未来技术 2

1.4 操作及用户变化 2

1.5 航空用无线电频谱 3

1.6 航空电信业组织结构的讨论 5

1.6.1 国际机构 5

1.6.2 典型的国家机构 6

1.6.3 工业 6

1.6.4 典型的规范与专业工程机构 6

1.6.5 用户/使用者 6

第2章 航空无线电系统理论 7

2.1 基本定义 7

2.2 传播原理 8

2.2.1 电磁矢量 8

2.2.2 极化 8

2.2.3 传播速度及其与波长和频率的关系 8

2.3 功率、振幅和分贝 10

2.4 各向同性功率源和自由空间路径损耗 11

2.4.1 各向同性功率源的定义 11

2.4.2 推导自由空间路径公式 11

2.4.3 功率通量密度 13

2.4.4 电场强度 13

2.4.5 电场强度与发射功率的关系 14

2.5 无线电几何 14

2.5.1 无线电地平线计算 14

2.5.2 地球膨胀因子——k因子 16

2.5.3 海里 17

2.5.4 大圆距离 18

2.6 复杂传播：折射、吸收、非视距传播 19

2.6.1 折射 19

2.6.2 大气吸收引起的损耗 21

2.6.3 非视距传播 21

2.6.4 传播至卫星 26

2.7 其他传播效应 27

2.8 调制 28

2.8.1 调制之谜 29

2.8.2 模拟域和数字域 30

2.8.3 幅度调制(AM) 30

2.8.4 频率调制 36

2.8.5 数字调制 37

2.9 香农理论 44

2.10 复用和中继 45

2.10.1 频分复用(FDM) 45

2.10.2 中继 45

2.10.3 时分复用(TDM) 47

2.10.4 正交频分复用(OFDM)和编码OFDM 48

2.11 接入方案 48

2.11.1 频分多址接入(FDMA) 48

2.11.2 时分多址接入(TDMA) 49

2.11.3 码分多址接入(CDMA) 49

2.12 抗衰落和抗多径技术 51

2.12.1 均衡 51

2.12.2 前向纠错和循环冗余校验 52

2.12.3 内插 53

2.12.4 空间分集 53

2.12.5 频率分集 54

2.12.6 被动接收分集 56

2.13 带宽规范 56

2.14 天线增益 57

2.14.1 理想的各向同性天线 57

2.14.2 实际实现 57

2.14.3 几种常用的航空通信用天线 58

2.15 链路预算 62

2.16 互调 62

2.16.1 三次谐波与多余谐波 63

2.16.2 高次谐波 66

2.17 通信系统的噪声 66

2.17.1 热噪声 66

2.17.2 自然噪声 66

2.17.3 人为噪声与干扰 66

2.17.4 天电噪声 66

2.18 卫星理论 66

2.18.1 扩展噪声方程 67

2.18.2 G/T 67

2.18.3 链路预算方程 67

2.18.4 噪声温度 68

2.19 可用性与可靠性 71

2.19.1 定义 71

2.19.2 可靠性浴盆曲线 71

2.19.3 几个可靠性的概念 72

2.19.4 多元件系统的综合可用性 72

补充阅读材料 74

第3章 甚高频航空通信系统 75

3.1 甚高频航空通信的发展历程 75

3.1.1 1947年前的甚高频无线通信 75

3.1.2 1947年到现在的甚高频无线通信：信道化和带宽划分 76

3.1.3 当前及8.33 kHz信道间隔 78

3.1.4 未来航空甚高频通信 78

3.2 双边带-调幅系统 80

3.3 移动通信的标准——3C 82

3.3.1 网络覆盖 83

3.3.2 容量 86

3.3.3 质量 87

3.4 无线电管理与许可证 88

3.5 甚高频“硬化”和互调 90

3.5.1 接收机淹没 90

3.5.2 互调干扰 90

3.6 甚高频数据链系统 91

3.6.1 甚高频模拟通信系统局限性 91

3.6.2 数据链路的发展历程 91

3.6.3 系统技术规范 92

3.6.4 数据链系统比较 101

3.6.5 航空数据链系统业务 101

3.6.6 数据链系统的未来应用 102

补充阅读材料 102

第4章 军用无线通信系统 104

4.1 军用甚高频通信发展历史 104

4.2 军用航空移动通信的发展 104

4.3 军用甚高频通信系统的缺陷 105

4.4 新一代战术通信系统的挑战性 105

4.5 JTIDS/MIDS系统的诞生 106

4.6 JTIDS/MIDS技术规范 106

4.6.1 信道划分 106

4.6.2 Link 4A空中接口 106

4.6.3 Link 11空中接口 107

4.6.4 Link 16空中接口 108

4.6.5 接入方式 109

4.6.6 Link 16数据交换 109

4.6.7 抖动字段 110

4.6.8 同步字段(SYNCH) 110

4.6.9 定时同步 110

4.6.10 JTIDS/MIDS的其他特性 112

4.6.11 与测距设备共信道工作 112

第5章 远距离无线通信系统 113

5.1 短波无线通信系统 113

5.2 短波通信系统的频率分配 113

5.3 短波无线通信系统 113

5.3.1 短波发射机 114

5.3.2 短波接收机 114

5.3.3 系统配置 115

5.3.4 选择呼叫 115

5.3.5 短波信道的可用性 115

5.4 短波数据链系统 117

5.4.1 短波数据通信协议 117

5.4.2 短波数据链系统部署 118

5.5 短波通信在民航的其他应用 118

5.6 航空移动卫星通信系统 118

5.6.1 航空移动卫星通信系统简介 118

5.6.2 地球同步卫星服务系统 120

5.6.3 天线系统技术参数 123

5.7 甚高频、高频、L波段JTIDS/MIDS系统与卫星通信系统的比较 124

5.8 航空乘客通信(APC) 125

补充阅读材料 125

第6章 航空遥控遥测系统 126

6.1 遥测系统 126

6.2 遥测系统现状 126

6.2.1 遥测系统的频率分配 127

6.2.2 遥控系统 129

6.3 遥测/遥控系统的应用 129

6.4 空中客车公司的未来遥测系统 130

6.4.1 信道分配规划 130

6.4.2 系统组成 130

6.4.3 下行链路 131

6.4.4 上行链路 131

6.5 无人机 131

第7章 陆地回程和航空电信网 133

7.1 引言 133

7.2 点到点承载形式 134

7.2.1 铜电缆 134

7.2.2 频分复用组 134

7.2.3 新型的数字式连接和脉冲编码调制 135

7.2.4 同步数字体系、异步传输模式和Internet协议 137

7.2.5 光纤 137

7.2.6 专用网和航空电信网 137

7.2.7 PTT所提供的服务 137

7.2.8 无线电链路 138

7.2.9 VSAT网络 140

7.2.10 混合网络 142

第8章 未来的航空移动通信系统 143

8.1 引言 143

8.2 近期的可行技术 144

8.2.1 UAT 144

8.2.2 S模式扩展电文 146

8.2.3 802.xx协议族 148

8.3 长远的选择 149

8.3.1 分析 149

8.3.2 答案 150

8.3.3 定义的难题 151

8.3.4 一个基于CDMA通信系统的建议 153

8.3.5 软件无线电 155

补充阅读材料 156

第9章 无线电经济学 157

9.1 引言 157

9.2 经济学的基本准则 157

9.3 分析和盈亏平衡点 157

9.4 资金成本 158

9.4.1 基本的财务概念 158

9.4.2 通货膨胀 159

9.5 安全考虑 160

9.6 可靠性成本 160

9.7 宏观经济学 161

第10章 地面设施及设备 163

10.1 引言 163

10.2 实际的甚高频通信频带(118～137 MHz)设备 165

10.2.1 甚高频发射机 165

10.2.2 甚高频接收机 165

10.2.3 甚高频发射机/接收机结构 166

10.2.4 甚高频腔体滤波器 167

10.2.5 甚高频合路器、多路耦合器、开关与功分器 167

10.2.6 其他无线电设备 168

10.2.7 外围设备 171

10.3 室外 172

10.3.1 传输线(VHF、L波段及微波) 172

10.3.2 天线工程 173

10.3.3 塔或桅杆 178

10.3.4 机房 179

10.3.5 设备架 180

第11章 航空电子 181

11.1 引言 181

11.2 环境 181

11.2.1 温度 182

11.2.2 压力 183

11.2.3 设备测试 183

11.2.4 表观风速 184

11.2.5 湿度：0～100% 184

11.2.6 射频环境、抗扰性、电磁兼容 187

11.2.7 环境的分类 188

11.3 飞机类型 188

11.3.1 私人飞机 188

11.3.2 通用航空飞机 189

11.3.3 商用航空飞机 189

11.3.4 军用航空飞机 190

11.4 用于私人航空的简单航空电子设备 191

11.5 分布式航空电子设备概念 191

11.5.1 数据总线标准 192

11.5.2 供电系统 195

11.6 航空电子机架的布置 197

11.6.1 航空运输支架与模块化概念单元 197

11.6.2 冷却 198

11.6.3 背板布线 198

11.6.4 其他标准 199

11.7 航空无线电盒子 199

11.7.1 甚高频收发机 199

11.7.2 高频无线电 201

11.7.3 卫星接收机系统航空电子设备 205

11.7.4 其他设备 205

11.8 天线 206

11.8.1 甚高频天线 206

11.8.2 高频天线 208

11.8.3 卫星天线 209

11.9 控制共址环境 210

11.10 数据线、电源线、特殊电缆、同轴电缆 211

11.11 认证与适航维护 212

11.11.1 认证 212

11.11.2 欧洲民航设备组织 212

11.11.3 主最低设备清单 212

补充阅读材料 212

第12章 干扰、电磁兼容、频谱管理与频率管理 214

12.1 引言 214

12.2 干扰 214

12.2.1 干扰源 215

12.2.2 干扰形式 216

12.2.3 抗扰性与敏感性 217

12.2.4 干扰的测量 218

12.3 电磁兼容 219

12.3.1 分析 219

12.3.2 信道外发射、频带外发射、杂散发射 221

12.3.3 电磁兼容标准 222

12.4 频谱管理过程 223

12.4.1 同信道共享、相邻信道和相邻频带兼容 223

12.4.2 系统内与系统间兼容 223

12.4.3 系统内标准 224

12.4.4 系统间标准 224

12.4.5 WRC进展以及循环检查与修订 225

12.5 频率管理过程 225

12.5.1 例子 225

12.5.2 应急频率(3通道保护频带两侧) 226

12.5.3 航空用频谱与频率信息资源库 227

补充阅读材料 227

附录1 公式总结 228

附录2 量与单位 233

附录3 常量列表 235

附录4 单位转换 236

术语表 237

《航空无线电通信系统与网络》为国防电子信息技术丛书之一。《航空无线电通信系统与网络》介绍航空无线电通信系统与网络。全书共分为12章，首先介绍航空无线电系统、电波传播和通信方面的基础知识，随后重点阐述了甚高频话音与甚高频数据链通信系统、军用航空通信系统、远程通信系统（包括高频话音、高频数据链通信系统和移动卫星通信系统）、航空遥测遥控系统、未来航空移动通信系统、航空电信网的组成及工作原理、航空无线电地面设备安装及使用方法、机载电子设备，最后还介绍了航空通信系统电磁兼容及频谱管理方面的知识。【作者简介】作者：(英国)斯泰西 (Dale Stacey) 译者：吴仁彪 刘海涛 马愈昭 等