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伴隨通信系統(tǒng)“天地一體化”技術(shù)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(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(shè)計及其應(yīng)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(dǎo)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(shè)計時要采取必要措施來應(yīng)對各種信號衰減，針對信道特點來設(shè)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(guān)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(guān)站與信關(guān)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(guān)站的接口。
2 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通信體制
2．1 幀結(jié)構(gòu)
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(fù)幀(multiframe)，幀(frame)，時隙(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(shè)計。
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(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(wù)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(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�?fù)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(fù)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(yīng)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(yīng)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(wù)子層、補充業(yè)務(wù)子層、短信息業(yè)務(wù)子層)。
