基于北斗的衛(wèi)星通信論文范文

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1系統(tǒng)空中接口

1.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)可劃分為終端和綜合信關(guān)站兩大部分。終端包含用戶識(shí)別模塊，綜合信關(guān)站由收發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)、衛(wèi)星信號(hào)監(jiān)測(cè)管理、移動(dòng)交換中心等網(wǎng)絡(luò)部件組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)見圖2。用戶話音和數(shù)據(jù)通過業(yè)務(wù)信道在終端和信關(guān)站之間傳輸，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部終端之間相互通信時(shí)，由信關(guān)站轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，傳輸路徑經(jīng)歷了2跳衛(wèi)星鏈路。當(dāng)衛(wèi)星終端與網(wǎng)外用戶通信時(shí)，信號(hào)經(jīng)歷1跳衛(wèi)星鏈路由信關(guān)站的移動(dòng)交換中心GMSC（GatewayMobileSwitchingCenter網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心）與PSTN、PLMN（PublicLandMobileNetworks公共陸上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）和SMC（SortMessageCenter）建立連接。同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)單跳延遲大約270毫秒。

1.2衛(wèi)星移動(dòng)終端SMT（SatelliteMobileTerminal）SMT是基于“北斗”的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)的用戶終端，用戶使用SMT接入試驗(yàn)網(wǎng)得到所需的通信服務(wù)。為區(qū)別試驗(yàn)網(wǎng)內(nèi)不同的用戶，使用用戶識(shí)別模塊UIM（UserIdentityModule）予以識(shí)別。每個(gè)移動(dòng)終端都有各自的衛(wèi)星設(shè)備識(shí)別號(hào)SMEI（SatelliteMobileEquipmentIdentity）。每個(gè)移動(dòng)用戶都有自己的衛(wèi)星移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)SMSI（SatelliteMobileSubscriberIdentity），分別存儲(chǔ)在UIM上和SHLR（SatelliteHomeLocationRegister）上。

1.3綜合信關(guān)站SGS（SynthesizeGatewayStation）

綜合信關(guān)站由收發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)、衛(wèi)星資源監(jiān)測(cè)與管理、移動(dòng)交換中心等網(wǎng)絡(luò)部件組成。

1.3.1收發(fā)系統(tǒng)GTS（GatewayTransceiverSystem）它受控于GSC，包含射頻子系統(tǒng)和信道處理子系統(tǒng)。射頻子系統(tǒng)完成衛(wèi)星射頻信號(hào)和中頻或基帶信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換功能，信道處理子系統(tǒng)完成信道調(diào)制/解調(diào)、幀處理、交織/解交織、編碼/譯碼和信道映射等功能。它完成GSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)SMT和GTS之間通過衛(wèi)星傳輸及相關(guān)控制功能。

1.3.2業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)GSC（GatewayServiceControl）GSC是地面信關(guān)站的控制部分，它處于GTS和移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心GMSC之間。一個(gè)GSC可以連接和控制幾個(gè)GTS，在試驗(yàn)系統(tǒng)中只有一個(gè)GTS。它的主要功能是無線信道的管理、實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，移動(dòng)臺(tái)切換管理，話務(wù)量統(tǒng)計(jì)等。

1.3.3衛(wèi)星資源監(jiān)測(cè)與管理SRMM（SatelliteResourceMonitor&Management）衛(wèi)星資源監(jiān)控與管理完成對(duì)衛(wèi)星資源的監(jiān)控與協(xié)調(diào)管理工作，包括了：衛(wèi)星頻譜與信號(hào)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星工作狀況監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)管理、運(yùn)行狀況與工作模式管理、信關(guān)站與地面運(yùn)控網(wǎng)進(jìn)行信息交互與處理、天線與射頻狀態(tài)監(jiān)視。

1.3.4移動(dòng)交換中心GMSC(GatewayMobileServiceSwitchingCenter)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心由軟交換SS（SoftSwitch）、AAA（AuthenticationAuthorizationAccounting）服務(wù)器、操作維護(hù)中心OMC（Operation&MaintenanceCenter）、衛(wèi)星接入網(wǎng)關(guān)SAG（SatelliteAccessGateway）、地面接入網(wǎng)關(guān)TAG（TerrestrialAccessGateway）等實(shí)體組成。①軟交換SS（SoftSwitcher）完成移動(dòng)呼叫接續(xù)、控制、無線資源和移動(dòng)性管理等功能，是衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)網(wǎng)的核心，同時(shí)也是與地面固網(wǎng)和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的接口設(shè)備。②AAA服務(wù)器認(rèn)證：用戶在使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的資源時(shí)對(duì)用戶身份的確認(rèn)。授權(quán)：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)授權(quán)用戶以特定的方式使用其資源。計(jì)費(fèi)：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集、記錄用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的使用，以便向用戶收取資源使用費(fèi)用，或者用于審計(jì)等目的。AAA服務(wù)器含衛(wèi)星歸屬位置寄存器SHLR（SatelliteHomeLocationRegister）與地面移動(dòng)網(wǎng)的HLR類似，SHLR是用來存儲(chǔ)本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)用戶必須在某一個(gè)SHLR登記，不同之處是試驗(yàn)網(wǎng)將衛(wèi)星移動(dòng)設(shè)備標(biāo)識(shí)寄存器集成到SHLR之中。登記的主要內(nèi)容有：用戶號(hào)碼、移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼、位置信息、業(yè)務(wù)信息等。試驗(yàn)系統(tǒng)暫不考慮衛(wèi)星訪問位置寄存器SVLR（SatelliteVisitorLocationRegister），但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該留有擴(kuò)充的空間。③地面接入網(wǎng)關(guān)TAG地面接入網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與地面PSTN，PLMN和短消息中心的接口，信令轉(zhuǎn)換，業(yè)務(wù)合成、分解、存儲(chǔ)和傳輸?shù)膶?shí)體。地面接入網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)與地面其它網(wǎng)絡(luò)的多種業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換和互通。④衛(wèi)星接入網(wǎng)關(guān)SAG衛(wèi)星接入網(wǎng)關(guān)是業(yè)務(wù)控制分系統(tǒng)GSC和移動(dòng)交換中心GMSC的接口實(shí)體。⑤操作管理中心OMCOMC是網(wǎng)絡(luò)擁有者對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和操作的功能實(shí)體。

1.4系統(tǒng)接口定義

1.4.1UIM－SMT接口衛(wèi)星移動(dòng)終端SMT到用戶識(shí)別模塊UIM接口，SMT在注冊(cè)、實(shí)現(xiàn)雙向鑒權(quán)、加密、信息存儲(chǔ)時(shí)要與UIM交互信息和數(shù)據(jù)。

1.4.2S－Um接口S－Um接口又稱SMT－GS衛(wèi)星空中接口，是衛(wèi)星移動(dòng)試驗(yàn)網(wǎng)的主要接口之一。對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信而言，大部分信令都是和SMT相關(guān)，S－Um接口傳遞的信息包括了無線資源管理、移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等。S－Um接口與衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)采用的體制密切關(guān)聯(lián)，相互決定。

1.4.3Am接口Am接口是信關(guān)站內(nèi)部GTS和GSC之間的內(nèi)部接口。

1.4.4A接口A接口是衛(wèi)星地面信關(guān)站和GMSC之間的接口，該接口攜帶關(guān)于信關(guān)站的管理、呼叫處理和移動(dòng)性管理等信息。采用SIP和RTP協(xié)議分別傳輸信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過TCP/IP承載傳輸。

1.4.5R接口R接口為GMSC與AAA之間的接口，GMSC通過該接口向AAA服務(wù)器和SHLR查詢被叫衛(wèi)星移動(dòng)用戶的選路信息，以便確定呼叫路由，呼叫時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)，并在呼叫結(jié)束時(shí)向AAA發(fā)送計(jì)費(fèi)信息。試驗(yàn)系統(tǒng)的SHLR與信關(guān)站放在一起。

1.4.6P接口為綜合信關(guān)站的地面接入網(wǎng)關(guān)與地面網(wǎng)絡(luò)的接口，傳遞業(yè)務(wù)及控制信息。

1.5系統(tǒng)通信體制為了適應(yīng)衛(wèi)星資源，試驗(yàn)系統(tǒng)采用CDMA通信體制。前向信道（衛(wèi)星到終端）和反向信道（終端到衛(wèi)星）各占用不大于8MHz頻譜帶寬。見圖3。前向和反向信道采用擴(kuò)頻方式，將2.4kbps的數(shù)據(jù)經(jīng)成幀、編碼、交織、加密處理后，由擴(kuò)頻序列將頻譜展寬。前向信道由以下信道組成：PICH（PilotChannel）：前向?qū)ьl信道，為參考信道，終端由它獲取相干解調(diào)及同步信息；SCH（SynchronizationChannel）：同步信道，發(fā)送定時(shí)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)；PCH（PagingChannel）：尋呼信道，用于尋呼用戶，發(fā)送短消息和系統(tǒng)消息；BCH（BroadcastChannel）：廣播信道，為終端提供廣播業(yè)務(wù)；DSCH（ForwardDedicatedSignalChannel）：前向?qū)Ｓ眯帕钚诺溃瑐魉蛯Ｓ眯帕睿谕ㄐ胚^程中傳輸交換信令；TCH（TrafficChannel）：業(yè)務(wù)信道，承載語音和短消息業(yè)務(wù)，試驗(yàn)系統(tǒng)使用1～30條。反向信道由以下信道組成：RACH（RandomAccessChannel）：反向隨機(jī)接入信道，用于終端發(fā)起呼叫、被叫和注冊(cè)時(shí)傳輸信令；RTCH（ReversedTrafficChannel）：反向業(yè)務(wù)信道，承載語音和短消息業(yè)務(wù)；RDSCH：（ReversedDedicatedSignalChannel）：反向?qū)Ｓ眯帕钚诺溃糜谕ㄐ胚^程中交換信令。前向信道采用正交的Walsh碼區(qū)分用戶和控制信道，碼片速率4.9152Mcps，調(diào)制方式為QPSK，信道編碼為1/3卷積編碼。反向信道采用隨機(jī)碼區(qū)分用戶，碼片速率4.9152Mcps，調(diào)制方式為HPSK，信道編碼為1/3卷積編碼。

2系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作原理見圖4。用戶終端對(duì)語音、數(shù)據(jù)、短消息進(jìn)行信息處理、基帶處理、射頻處理形成頻率為L(zhǎng)的射頻信號(hào)后，由天饋單元發(fā)向衛(wèi)星。衛(wèi)星接收到用戶所發(fā)的信號(hào)后，進(jìn)行放大、變頻、濾波等處理，經(jīng)C波段天線發(fā)向信關(guān)站。在綜合信關(guān)站中，由專用C波段天線接收衛(wèi)星發(fā)來的入站信號(hào)，經(jīng)低噪放、下變頻處理成中頻信號(hào)（70MHz），經(jīng)中頻分路后送往兩個(gè)16路解調(diào)器，解調(diào)后數(shù)據(jù)接入本地局域網(wǎng)，通過信令處理與軟交換完成與對(duì)方用戶的連接，建立通信信道。信息經(jīng)信關(guān)按協(xié)議處理后送往交換機(jī)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)送往兩個(gè)16路調(diào)制器，調(diào)制器完成對(duì)數(shù)據(jù)的信息處理、基帶處理、擴(kuò)頻調(diào)制后，形成中頻為70MHz的已調(diào)合路信號(hào)（2個(gè)中頻，各含16路），送往中頻合路器，合路后經(jīng)上變頻處理成S波段信號(hào)，經(jīng)高功率放大（HPA）后，由S波段天線發(fā)向衛(wèi)星。衛(wèi)星收到信關(guān)站所發(fā)的信號(hào)后，進(jìn)行放大、變頻，處理成頻率為L(zhǎng)1/L2的射頻信號(hào)發(fā)向用戶。用戶端接收到衛(wèi)星所發(fā)來的微弱信號(hào)后，經(jīng)低噪放（LNA）、變頻處理成頻率為70MHz的中頻信號(hào)，經(jīng)解調(diào)、信道處理、信息還原后得到對(duì)方所發(fā)的語音、數(shù)據(jù)、短消息等信息格式。終端接入流程舉例，見圖5。

3結(jié)束語

基于“北斗”的衛(wèi)星移動(dòng)通信試驗(yàn)系統(tǒng)研究開發(fā)是利用現(xiàn)有衛(wèi)星的冗余資源開發(fā)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。“北斗”是我國(guó)唯一在軌運(yùn)行的擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的L波段衛(wèi)星系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)利用其有限的寶貴資源需要進(jìn)行研究和試驗(yàn)，為將來發(fā)展衛(wèi)星通信領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)奠定了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

作者：胡曼青單位：電子科技大學(xué)成都學(xué)院