伴隨通信系統(tǒng)“天地一體化”技術體系的推廣,，移動通信正朝著無縫覆蓋的趨勢發(fā)展,，衛(wèi)星移動通信" title="衛(wèi)星移動通信">衛(wèi)星移動通信覆蓋面廣的特點使其成為地面移動通信的必要補充。目前國外的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)有北美移動衛(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際海事衛(wèi)星(Inmasrsat)系統(tǒng)等。Inmasrsat由國際海事組織經(jīng)營,，使用該系統(tǒng)的國家已超過160個,，用戶達29萬多個，其第4代系統(tǒng)BGAN是第1個通過手持終端向全球同時提供話音和寬帶數(shù)據(jù)的移動通信系統(tǒng),，也是第 1個提供數(shù)據(jù)速率證的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),。因此這里提出衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)設計及其應用模型" title="應用模型">應用模型,。
1 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)傳輸模型
在衛(wèi)星通信中,，電波在空間傳輸時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(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。在進行衛(wèi)星通信系統(tǒng)設計時要采取必要措施來應對各種信號衰減,，針對信道特點來設計傳輸模型,。
衛(wèi)星信號在衛(wèi)星與地面網(wǎng)間的傳輸模型如圖1所示。
圖中,，S-Um接口為移動終端與地面信關站使用衛(wèi)星信道通過衛(wèi)星中繼進行信號的傳輸：Abis接口為地面信關站與信關站收發(fā)信機的接口,；A接口為地面移動網(wǎng)交換中心與信關站的接口。
2 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通信體制
2．1 幀結構
移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用TDMA多址方式,，在物理層信號以TDMA幀的形式進行傳輸,，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),，時隙(timeslot),。
2．2 調(diào)制方式
無論是業(yè)務信道還是控制信道，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)。相對于常用的OPSK調(diào)制方式可以較好地改善調(diào)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(wèi)星通信信令結構" title="信令結構">信令結構
信令指在通信系統(tǒng)中除用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)之外的一切控制信息與狀態(tài)信息,。在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，移動終端與衛(wèi)星中繼通過S-Um口進行信息傳輸,，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(shù)據(jù)鏈路層(L2)和網(wǎng)絡層(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可以同時支持確認和非確認模式的數(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充業(yè)務的必要支持。L3層又細分為以下子層：無線資源管理層(RR),，移動管理層(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(SS),，短信息業(yè)務(SMS),。
3．1 網(wǎng)絡層協(xié)議棧
L3層的信令傳輸由協(xié)議控制實體來實現(xiàn)傳輸功能，RR層和MM層還定義了L3層信令傳輸?shù)钠渌δ?，如信息復用和分割,。RR層和MM層通過信息頭PD來識別信號。其具體流程如圖3所示,。
上行信號：首先CM子層定義一個傳輸標識(TI),，作為信息頭的一部分，將控制信息,，補充信息以及短信息分別加上一個TI頭傳送給MM層,，MM層的傳輸函數(shù)將帶有不同傳輸標識的CC、SS,、SMS信息復用,，并添加協(xié)議標識(PD)，上行傳輸給RR層,，RR層的傳輸函數(shù)根據(jù)不同的PD頭以及相應的信道配置將不同的信息通過各自的接入點(SAPI)傳送給對應的物理信道,，雙音接收系統(tǒng)(DTRS)實體使用同樣的傳輸函數(shù)將雙音多頻信號(DTMF)傳輸給RR層實體。RR實體在接入點(SAPI)=2處檢測快速隨路控制信道(FACCH)上的數(shù)據(jù)鏈路連接是否存在，如果存在,，則使用數(shù)據(jù)鏈路(DL)連接,，否則通過接入點(SAPI)=0進行數(shù)據(jù)傳輸，信息以比特流的形式在定義的各種邏輯信道上進行物理層傳輸,。當RR連接不存在時,，RR實體則終止數(shù)據(jù)傳輸。
下行信號：RR層根據(jù)協(xié)議標識(PD)頭將從L2層不同接入點獲得的信息進行分割并分配給不同的子層,，(但分割時保留PD頭,，以便后續(xù)MM層繼續(xù)使用)。其他的RR信息和DTRS信息則通過各自的接入點MNRR-SAP,，DTRS-SAP傳送給MM層,，MM層再通過識別不同的TI，將不同的信息通過各自的 MM層接入點傳送給CM的各個功能子層(即控制業(yè)務子層,、補充業(yè)務子層,、短信息業(yè)務子層)。
3．2 邏輯信道配置
在L3層的協(xié)議棧里,，信令最終以幀的形式在物理信道上傳輸,，根據(jù)不同信令使用的頻段和時隙不同，將物理信道劃分為多個邏輯信道,。與GSM 系統(tǒng)的邏輯信道不同,，衛(wèi)星移動通信信道主要分為2類：用于傳輸用戶編碼語音和數(shù)據(jù)的衛(wèi)星業(yè)務信道(S-TCH)以及衛(wèi)星控制信道(S-CCH)。衛(wèi)星業(yè)務信道(S-TCH)包括全碼率業(yè)務信道(S-TCH／F),，信息速率為24 Kb／s；半碼率業(yè)務信道(S-TCH／H),，信息速牢勾12 Kb／s,；1／4碼率控制信道(S-TCH／Q)，信息速率6 Kb／s,；1／8碼率控制信道,，信息速率為3 Kb／s?？筛鶕?jù)具體的語音和數(shù)據(jù)量的大小來分配所用信道,。
衛(wèi)星控制信道(S-CCH)包括衛(wèi)星廣播控制信道(S-BCCH)，衛(wèi)星公共控制信道(S-CCCH),，衛(wèi)星專用控制信道(S-DCCH),。其中衛(wèi)星專用控制信道又包括獨立控制信道和隨路控制信道。隨路控制信道分為慢速隨路控制信道(S-SACCH)和快速隨路控制信道(S-FACCH),，通常不能獨立使用,，而是聯(lián)合其他控制信道一起使用。上述3種控制信道通過使用不同的幀格式來將信息組幀傳輸。
1)S-BCCH包括同步信道(S-SCH),，衛(wèi)星廣播控制信道(S-BCCH),，衛(wèi)星波束廣播信道(S-BBCH)，主要傳輸系統(tǒng)信息等信令,。
2)S-CCCH包括衛(wèi)星呼叫信道(S-PCH),，衛(wèi)星隨機接入信道(S-RACH)，衛(wèi)星接入授權信道(S-AGCH)等,。在此信道上主要傳輸呼叫請求,、信道請求、簽權,、同步信道信息,、立即指配命令等信令。
3)S-DCCH與S-ACCH主要用于信道上點對點的信息交換,，以通用的幀格式在信道上傳輸,，主要傳輸分配命令，分配響應,、信道模式修改及響應,、加密模式及響應等信令。
4 衛(wèi)星移動通信呼叫模型
信令在保證通信正常的進行起著關鍵作用,，在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中涉及的信令很多,，L3層各子層涉及的信令總結如下：
1)RR層信道請求，呼叫請求,，信道建立,，加密模式及相應，信道分配與切換,，信道釋放,，RR層狀態(tài)信息，已經(jīng)狀態(tài)診斷信息(包括衛(wèi)星波束信息,、電源控制信息,、版本信息以及各種錯誤信息等)。
2)MM層 注冊信息(包括身份注冊與位置更新),，安全信息(包括鑒權,、身份認證與臨時身份分配)，連接管理信息,，MM層與CM層狀態(tài)信息,。
3)CM層 CM業(yè)務請求信息，呼叫建立,，呼叫過程,，拆鏈,，狀態(tài)信息(包括擁塞狀態(tài)，DTMF等),。
上述信令在進行信令傳輸時遵循通用的信令格式,，如圖4所示。
圖4中信令的第一個字節(jié)屬于標識頭部分,，高4位為傳輸標識,，低4位為協(xié)議標識，用來區(qū)分使用不同協(xié)議的信令,。第二字節(jié)標識信令類型,，剩余字節(jié)為具體的信息單元。這些信令在移動通信過程中主要完成呼叫,、位置更新,、信關站間及內(nèi)部的切換、定向重試,、短信息等業(yè)務,。在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中使用的上述基本流程與陸地蜂窩GSM系統(tǒng)的流程類似，但由于使用衛(wèi)星作為中繼,，信號傳播延時大,，又其特殊性，比如呼叫重建功能不再適用本系統(tǒng),，利用衛(wèi)星中繼的優(yōu)勢在信令巾增加了 GPS信息等,。針對移動通信系統(tǒng)，設計呼叫模型如圖5所示,，其流程主要是,，移動終端首先發(fā)出信道請求命令，中繼衛(wèi)星接收到信號之后進行透明轉發(fā),，將信令轉發(fā)給信關站,，信關站控制中心對信令進行分析對移動用戶做出響應，并向地面網(wǎng)中的被呼叫用戶發(fā)出命令,，被呼叫用戶接收到命令后做出響應，并發(fā)出相關請求命令給信關站的控制中心,，通過衛(wèi)星中繼轉發(fā)給地面發(fā)出呼叫的移動用戶,，經(jīng)過一系列的請求、命令與響應之后,，最終在呼叫用戶與地面網(wǎng)的被呼叫用戶之間建立連接,，連接完成之后，進行呼叫進程,。
5 結論
衛(wèi)星移動通信業(yè)務與地面通信業(yè)務的有機結合能夠更大程度地開辟通信業(yè)務的市場空間,，同時為社會應急,、緊急救災、偏遠山區(qū)的農(nóng)村通信做出重大貢獻,。但是我國目前采用的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)均來源于國外,，衛(wèi)星通信的許多核心技術也為國外所有，因此建設我國自主的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)意義重大,，且勢在必行,。
本文所提出的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)體系架構、調(diào)制方式,、信號速率,、使用頻率及編碼率等的選擇，可以較好地應對衛(wèi)星信道高延時,、多徑衰落,、雨衰等嚴重問題，以適用于衛(wèi)星移動通信,，此系統(tǒng)對于國內(nèi)建設衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具有一定的借鑒意義,。文中的信令結構為此系統(tǒng)的呼叫模型的建立提供了理論基礎。本文提出的呼叫模型作為系統(tǒng)的應用模型,，為后續(xù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的實際應用提供了參考價值,。