衛星移動(dòng)通信系統體系設計及應用模型

伴隨通信系統“天地一體化”技術(shù)體系的推廣，移動(dòng)通信正朝著(zhù)無(wú)縫覆蓋的趨勢發(fā)展，衛星移動(dòng)通信覆蓋面廣的特點(diǎn)使其成為地面移動(dòng)通信的必要補充。目前國外的衛星移動(dòng)通信系統有北美移動(dòng)衛星(MSAT)系統，亞洲蜂窩衛星(ACeS)系統，瑟拉亞衛星(Thuraya)系統以及提供全球覆蓋的國際海事衛星(Inmasrsat)系統等。Inmasrsat由國際海事組織經(jīng)營(yíng)，使用該系統的國家已超過(guò)160個(gè)，用戶(hù)達29萬(wàn)多個(gè)，其第4代系統BGAN是第1個(gè)通過(guò)手持終端向全球同時(shí)提供話(huà)音和寬帶數據的移動(dòng)通信系統，也是第1個(gè)提供數據速率證的移動(dòng)衛星通信系統。因此這里提出衛星移動(dòng)通信系統設計及其應用模型。

1 衛星移動(dòng)通信系統傳輸模型
在衛星通信中，電波在空間傳輸時(shí)要受到很多因素的影響，如大氣吸收、對流層閃爍、雨、雪等都會(huì )導致不同程度的衰減，其中降雨對信號的衰減最為嚴重，因此衛星鏈路的雨衰特性是影響衛星通信系統傳輸質(zhì)量與可靠性的主要因素。在進(jìn)行衛星通信系統設計時(shí)要采取必要措施來(lái)應對各種信號衰減，針對信道特點(diǎn)來(lái)設計傳輸模型。
衛星信號在衛星與地面網(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)站使用衛星信道通過(guò)衛星中繼進(jìn)行信號的傳輸：Abis接口為地面信關(guān)站與信關(guān)站收發(fā)信機的接口；A接口為地面移動(dòng)網(wǎng)交換中心與信關(guān)站的接口。

2 衛星移動(dòng)通信系統通信體制
2．1 幀結構
移動(dòng)衛星通信系統采用TDMA多址方式，在物理層信號以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)，復幀(multiframe)，幀(frame)，時(shí)隙(timeslot)。
2．2 調制方式
無(wú)論是業(yè)務(wù)信道還是控制信道，本系統均采用相同的調制方式，與GSM系統不同，本系統采用π／4-CQPSK(coherent quadrature phase shift keying)調制機制，其成型濾波采用滾降系數為0．35的平方根升余弦函數。相對于常用的OPSK調制方式可以較好地改善調制信號的峰均比，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計。

3 衛星通信信令結構
信令指在通信系統中除用戶(hù)的業(yè)務(wù)數據之外的一切控制信息與狀態(tài)信息。在衛星移動(dòng)通信系統中，移動(dòng)終端與衛星中繼通過(guò)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)議結構即物理層(L1)、數據鏈路層(L2)和網(wǎng)絡(luò )層(L3)，其中數據鏈路層(L2)由于使用衛星信道，其信道模型與地面GSM系統有本質(zhì)區別，LAPSat可以同時(shí)支持確認和非確認模式的數據傳輸。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充業(yè)務(wù)的必要支持。L3層又細分為以下子層：無(wú)線(xiàn)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(lái)實(shí)現傳輸功能，RR層和MM層還定義了L3層信令傳輸的其他功能，如信息復用和分割。RR層和MM層通過(guò)信息頭PD來(lái)識別信號。其具體流程如圖3所示。