衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)及應(yīng)用模型

伴隨通信系統(tǒng)“天地一體化”技術(shù)體系的推廣，移動(dòng)通信正朝著無縫覆蓋的趨勢(shì)發(fā)展，衛(wèi)星移動(dòng)通信覆蓋面廣的特點(diǎn)使其成為地面移動(dòng)通信的必要補(bǔ)充。目前國(guó)外的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)有北美移動(dòng)衛(wèi)星(MSAT)系統(tǒng)，亞洲蜂窩衛(wèi)星(ACeS)系統(tǒng)，瑟拉亞衛(wèi)星(Thuraya)系統(tǒng)以及提供全球覆蓋的國(guó)際海事衛(wèi)星(Inmasrsat)系統(tǒng)等。Inmasrsat由國(guó)際海事組織經(jīng)營(yíng)，使用該系統(tǒng)的國(guó)家已超過160個(gè)，用戶達(dá)29萬多個(gè)，其第4代系統(tǒng)BGAN是第1個(gè)通過手持終端向全球同時(shí)提供話音和寬帶數(shù)據(jù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，也是第1個(gè)提供數(shù)據(jù)速率證的移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。因此這里提出衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用模型。

1 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸模型
在衛(wèi)星通信中，電波在空間傳輸時(shí)要受到很多因素的影響，如大氣吸收、對(duì)流層閃爍、雨、雪等都會(huì)導(dǎo)致不同程度的衰減，其中降雨對(duì)信號(hào)的衰減最為嚴(yán)重，因此衛(wèi)星鏈路的雨衰特性是影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量與可靠性的主要因素。在進(jìn)行衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要采取必要措施來應(yīng)對(duì)各種信號(hào)衰減，針對(duì)信道特點(diǎn)來設(shè)計(jì)傳輸模型。
衛(wèi)星信號(hào)在衛(wèi)星與地面網(wǎng)間的傳輸模型如圖1所示。

圖中，S-Um接口為移動(dòng)終端與地面信關(guān)站使用衛(wèi)星信道通過衛(wèi)星中繼進(jìn)行信號(hào)的傳輸：Abis接口為地面信關(guān)站與信關(guān)站收發(fā)信機(jī)的接口；A接口為地面移動(dòng)網(wǎng)交換中心與信關(guān)站的接口。

2 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)通信體制
2．1 幀結(jié)構(gòu)
移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用TDMA多址方式，在物理層信號(hào)以TDMA幀的形式進(jìn)行傳輸，考慮到與地面GSM網(wǎng)手持終端的兼容性，幀格式分為巨幀(hyperframe)，超幀(superframe)，復(fù)幀(multiframe)，幀(frame)，時(shí)隙(timeslot)。
2．2 調(diào)制方式
無論是業(yè)務(wù)信道還是控制信道，本系統(tǒng)均采用相同的調(diào)制方式，與GSM系統(tǒng)不同，本系統(tǒng)采用π／4-CQPSK(coherent quadrature phase shift keying)調(diào)制機(jī)制，其成型濾波采用滾降系數(shù)為0．35的平方根升余弦函數(shù)。相對(duì)于常用的OPSK調(diào)制方式可以較好地改善調(diào)制信號(hào)的峰均比，提高功率放大器的功率效率，減少帶外功率輻射，極大方便功率放大器的設(shè)計(jì)。

3 衛(wèi)星通信信令結(jié)構(gòu)
信令指在通信系統(tǒng)中除用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之外的一切控制信息與狀態(tài)信息。在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)終端與衛(wèi)星中繼通過S-Um口進(jìn)行信息傳輸，其信令交換使用圖2所示的3層協(xié)議結(jié)構(gòu)即物理層(L1)、數(shù)據(jù)鏈路層(L2)和網(wǎng)絡(luò)層(L3)，其中數(shù)據(jù)鏈路層(L2)由于使用衛(wèi)星信道，其信道模型與地面GSM系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別，LAPSat可以同時(shí)支持確認(rèn)和非確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳輸。L3層協(xié)議層主要完成電路交換連接的建立，保持和終止，并提供短信控制以及補(bǔ)充業(yè)務(wù)的必要支持。L3層又細(xì)分為以下子層：無線資源管理層(RR)，移動(dòng)管理層(MM)和連接管理層(CM)，其中連接管理層又包括呼叫控制(CC)，補(bǔ)充業(yè)務(wù)(SS)，短信息業(yè)務(wù)(SMS)。

3．1 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧
L3層的信令傳輸由協(xié)議控制實(shí)體來實(shí)現(xiàn)傳輸功能，RR層和MM層還定義了L3層信令傳輸?shù)钠渌δ?，如信息?fù)用和分割。RR層和MM層通過信息頭PD來識(shí)別信號(hào)。其具體流程如圖3所示。