衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)體系設計及應用模型

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。

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(wèi)星通信信令結構
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。