前言

卫星通信在现代社会中具有至关重要的作用，它为广泛的地理区域提供广播电信服务，并连接其他方式无法覆盖的偏远地区。商用卫星系统已运行超过60年，为各行各业、安全组织和全球用户提供广播服务和无缝连接。现代卫星系统的性能常常可与地面网络相媲美，且技术不断进步，卫星链路几乎达到了香农容量的上限。在过去10年中，卫星数量已超过一万颗，其中主要增长来自卫星通信领域。当前推动发展的趋势包括超大规模卫星星座、小型卫星，以及卫星与手持设备之间的直接连接。本书旨在提供对卫星系统的基本理解，并为卫星通信系统的设计与分析提供信息来源。本书内容不仅涵盖经典的链路层和网络层主题，还包括卫星架构、小型卫星（如立方星）及防范恶意用户攻击的方法。

本书结构如下： 第1章介绍各种卫星系统及卫星通信的发展历史，涵盖主要应用领域、使用的频段，以及卫星通信发展中利益相关方的角色； 第2章首先讲解卫星系统的基本物理原理和链路几何，包括卫星通信系统中使用的轨道类型，并介绍规划全球覆盖所需的星座设计方法； 第3章研究卫星系统架构，涵盖空间、地面和用户部分，以及新时代“小型卫星”类型； 第4章讲解物理层主题，包括天线类型、差错校正与自适应编码调制方法，以及链路预算计算中的注意事项； 第5章聚焦介质访问，定义多用户如何在不相互干扰的情况下共享无线媒介，涵盖宽带和物联网网络中使用的方法； 第6章介绍网络层和传输层技术，讨论网络路由及因卫星信道特性所需的网络修改，包括板载处理和软件定义网络等可实现可重构卫星与地面网络无缝集成的技术； 第7章专门介绍卫星地面一体化网络及所谓非地面网络，旨在通过卫星实现全球5G和6G网络连接，这是一个非常热门的话题，全球各大产业和关键研究机构正在为标准化和实施工作做出贡献； 第8章以可持续利用空间和网络安全主题结束全书，讨论了未来保持系统运行和为目标用户提供服务所需的措施。

希望本书能为学生和专业人士提供丰富的启发信息。本书可作为一个学期的课程教材使用，配套讲义PPT及习题解答手册，供教师使用。

2023—2024年，我在芬兰技术研究中心（Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus,VTT）担任卫星通信研究教授期间撰写初稿，最终定稿工作在芬兰国防大学完成，我在该校从事包括卫星在内的颠覆性技术研究与教学。本书基于我20多年的职业生涯，涵盖多个欧洲航天局（European Space Agency,ESA）资助的卫星通信项目。2011年以来，我一直担任ESA项目的项目经理、技术经理和卫星通信专家。部分内容基于我在芬兰国防大学开设的用于军事使用的卫星通信和卫星地面一体化系统课程。

在撰写本书期间，受益于多位才华横溢的专家提供的评审意见和建议，特此表示感谢，这些反馈帮助完善了本书内容。此外，感谢同事们多年来的友谊和富有启发性的讨论。特别感谢以下人士的贡献： Ijaz Ahmad、Carla Amatetti、Antti Anttonen、Sandrine Boumard、Alessandro Guidotti、Maria Guta、Juuso Liekkil、Mikko Majanen、Konstantin Mikhaylov、Jani Puttonen、Jani Suomalainen、Asad Ullah、Alessandro VanelliCoralli 和 Anastasia YastrebovaCastillo。没有他们的帮助，本书无法呈现今日面貌。

感谢VTT的所有同事、我指导过的学生及学习过我课程的学员，从合作中我学到了许多。此外，感谢诺基亚、爱立信、空中客车、Bittium、Fairspectrum、Inmarsat、Keysight 和 Magister Solutions 等公司在多个研发项目中的合作，你们的构想、想法和反馈对我的职业成长至关重要。

衷心感谢我的妻子Piia Hyhty对本书准备工作的支持与鼓励。她还为轨道参数绘制了精美的可视化图形，没有她的支持，本书无法完成。特别感谢我的孩子们给予的爱，你们是最棒的。

亲爱的读者，愿本书带给您愉快的阅读体验。

Marko Hyhty于芬兰奥卢