專利名稱：一種基于星上部分基帶交換的衛星移動通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及衛星移動通信，尤其涉及一種基于部分星上基帶交換的衛星移動通信系統，屬于衛星通信技術領域。
背景技術：
衛星移動通信是利用衛星和地面設備，實現陸、海、空域移動用戶之間、以及移動用戶與地面網用戶之間或專用網用戶之間的通信。衛星移動通信業務可提供不受地理環境、氣候條件限制的通信服務。它與地面蜂窩系統和地面固定通信網絡互為補充和延伸，是實現全國無縫覆蓋的重要通信手段。
我國幅員遼闊，地形環境復雜，在西部地區、偏遠山區、海洋等區域，通信覆蓋存在局部盲區。因此對滿足全國覆蓋，并能實現無縫連接的衛星移動通信與數據處理業務系統的需求愈來愈迫切。特別是在搶險救災、應急指揮、海上與航空交通、海洋漁業、森林防火、草原防火、石油勘探、礦山開采、旅游探險、新聞報道、科考登山等工作領域，衛星移動通信業務具有重要的應用價值。在海洋業務重點應用領域，衛星移動通信系統成為最
主要與可靠的與陸地聯絡手段。我國沿海漁業船舶規模為70萬只，目前主要使用國外的全球星(Globalstar)、亞洲蜂窩系統(ACeS)衛星電話，漁政管理部門主要使用海事衛星(Inmarsat)電話。衛星移動通信也是提高國家抵抗自然災害等應急處置能力的重要保障。我國是自然災害多發地區，主要自然災害有地震、洪澇、臺風、冰雹、霜凍、雪災等。2008年5月12日，發生在四川的汶川大地震給我國帶來了巨大的人員和財產損失。事實證明，搶險救災應急處置急需發展我國的衛星移動通信系統。
地面蜂窩移動通信系統在近20多年來發展迅速，已經經歷了2G、 2.5G和3G，當前正在向4G快速邁進。其中，屬于2G的典型標準包括GSM和IS-95 CDMA等，2.5G的典型標準是GPRS和EDGE等，而3G的典型技術標準分別是WCDMA、 CDMA2000和TD-SCDMA。衛星移動通信系統的建設同樣也走過了從兼容2G到兼容3G的發展過程。早期的衛星移動通信系統，如Iridium系統、Globalstar系統、Thuraya系統、ACeS系統，基本上是按照2G (GSM或IS-95 CDMA)標準或兼容模式進行建設的。而近些年來，衛星移動通信系統的建設則普遍考慮兼容3G標準進行設計和規劃，這方面的例子如Inmarsat-4的BGAN系統、MSV/Terrestar系統等。發展3G以上衛星移動通信系統在我國乃至整個國際上都有強烈的現實需求。
眾所周知，3G/4G的地面蜂窩系統都是以高速數據業務為主，不過因為大量的手持終端用戶存在的緣故，同時還必須要兼顧低速話音業務。這個要求對于地面系統而言不存在技術約束，但對于衛星移動通信系統，尤其是基于靜止地球軌道(GEO: Geostationary EarthOrbit，俗稱高軌)的衛星系統來說，由于較長的路徑時延將造成通常的基于衛星地面中心站雙跳通信的方式難以滿足話音的實時性指標要求。解決GEO衛星移動通信系統話音商用實時性要求的一個方法，就是基于衛星轉發器實現單跳連接通信，即終端直接到終端的通信方式。當然，單跳通信方式必然意味著需要在衛星轉發器上實現星上交換處理。
在衛星轉發器上實現星上交換處理顯然不是一項簡單的工作，在此之前也已經有相應的研究工作開展并取得了一定的成果。公開了一種用于衛星通信上行鏈路
信號的、可靈活增減配置的星上交換矩陣和相應解調模塊的實現架構。這種實現架構仍僅限于射頻子帶(Sub-band)類型的簡單信號的處理和交換。公開了——禾中用于子帶信號交換的星上交換矩陣的設備和方法。該發明重點描述了交換設備的輸入輸出關系，以及傳輸信號的信道頻帶組合為子帶的方法。公開了一種用于寬帶衛星通信的星載路由交換系統，包括多個用戶接口單元(分別與多個用戶物理層處理單元和一個主控路由交換單元相連)， 一個星間鏈路接口單元(分別與多個星間鏈路物理層處理單元和一個主控路由交換單元相連)， 一個饋線鏈路接口單元(分別與饋線鏈路物理層處理單元和主控路由交換單元相連)， 一個主控路由交換單元(分別與多個用戶接口單元、星間鏈路接口單元及饋線鏈路接口單元連接，完成網絡協議交互)。該交換系統能夠有效地保證網絡業務的QoS及很好地控制網絡流量，但具體系統實現具有一定的復雜度。
可以看出目前的星上處理交換主要還是以子帶交換為主，涉及到寬帶傳輸的星上交換處理明顯比較復雜。針對WCDMA等3G傳輸體制的星上交換處理方案由于需要進行基帶
5解調解碼，在還原為比特流之后才能進一步實現交換，需要耗費大量的功耗、體積等衛星有效載荷資源，具有更高的實現復雜度。目前沒有尚未發現相應研究成果的報道，至少沒有真正意義上實現和應用方面的報道。以當前的國內技術水平和衛星有效載荷能力，基于WCDMA等3G技術體制實現完全的星上交換處理是不太可能的，尤其是同時考慮在衛星上實現交換信令處理則更不現實。
一般而言，衛星移動通信系統的網絡結構不僅與通信體制的選擇有關，也與衛星星上處理的選擇方式有關。公開了一種衛星個人通信系統。該系統采用UHF多波束天線，利用星上交換矩陣和相應的控制電路及各波束內的上下行信道設置，可以通過衛星轉發器實現不同波束之間的個人用戶通信。公開了一種利用多個GEO軌道衛星實現終端信號空間分集的衛星通信系統。公開了一種多波束天線、星上透明轉發、地面信關站完成交換的衛星移動通信系統組成架構方案。公開了一禾中通過靜止軌道多波束衛星實現終端之間直接連接通信的系統和方法。這是美國休斯公司最早開始考慮通過衛星單跳進行直接通信以減少話音業務時延的設計方案，也是后來應用于Thuraya系統的成功技術。不過由于該方案是基于TDMA/FDMA通信體制，星上處理釆用頻率子帶交換的方式，因此相應的星上交換處理的實現及控制方案也就相對簡單。
歐洲電信標準化協會(ETSI: European Telecommunications Standards Institute)的S-UMTS(Satellite - Universal Mobile Telecommunications System)規范["Satellite componentof UMTS/IMT-2000: General aspects and principles", ETSI TR 101 865 vl,2丄2002-09〗給出了基于WCDMA技術和3GPP系統網絡模型，并且針對衛星透明轉發和星上再生處理、單
6跳和雙跳通信方式的一般性系統網絡參考結構。
其中，考慮星上交換處理及單跳通信方式的系統網絡結構如圖1所示。從該圖中可以看出，該文獻中的網絡系統結構不僅未給出具體的星上交換處理實現結構方案，而且星上交換的控制是通過修改核心網與無線接入網間接口 Iu (即Iu*)和用戶終端與無線接入網間的空中無線接口Uu(即Uf)直接實現的，換句話說，星上交換控制信令和正常通信信令是混合在一起進行傳輸的。這樣不僅增加了系統設計修改(包括接口、協議，甚至處理流程等)的復雜度，而且會對通信系統的穩定性帶來一定的影響，同時也會造成對系統進一步升級的不便。
總而言之，對基于WCDMA通信體制并且要考慮單跳話音通信方式的衛星移動通信系統來說， 一方面如果要完全實現星上基帶交換處理，在當前的衛星有效載荷能力方面存在一定的困難，只能考慮部分星上基帶交換能力實現；另一方面如果參照S-UMTS網絡結構模型，對相應的已有通信協議接口進行修改，不僅使系統的通信接口、協議、處理流程復雜化，基本不能直接采用現有的地面移動通信系統成熟設備，而且衛星用戶終端同樣可能因需要適應新接口而考慮雙模/多模化設計實現，這些都會帶來新的系統設計難度。
發明內容
本發明的一個目的，是提供一種便于實施的針對星上交換處理機構采取分立并行信令控制方法的衛星移動通信系統網絡架構方案。
本發明的另一個目的，是提供一種實用的透明轉發附加部分星上基帶交換處理的衛星星上處理器結構方案。
本發明的衛星移動通信系統結構方案由兩個分支構成，包括通信網主體分支和其附屬的星上交換管理控制分支，如附圖2所示。
本發明的衛星移動通信系統結構方案的主要特征，是星上交換處理的管理控制信令由通信網主體分支以外的一個分立并行分支(星上交換管理控制分支)來產生和傳輸，而不是通過通信網主體本身來直接生成和傳送。
通信網主體分支
通信網主體分支由常規的地面段核心網和地面段無線接入網，以及增加的衛星星上處理器所組成。所述衛星星上處理器由用戶鏈路透明轉發處理單元、饋電鏈路透明轉發處理單元和星上交換處理單元三個部件組成。
所述衛星星上處理器的主要特征在于具備在用戶鏈路和饋電鏈路之間進行星上透明轉發的完整功能，同時具備星上基帶交換處理(包括基帶比特流、數據幀或IP交換處理)單元，該星上交換處理單元采用在用戶鏈路透明轉發處理單元和饋電鏈路透明轉發處理單元之間橋接旁路的方式，可以支持部分數量的通信業務的星上單跳連接通信。
星上交換管理控制分支
星上交換管理控制分支由星上交換管控中心單元和星上交換協調中心單元組成，完成對衛星星上交換處理單元的具體交換操作的管理和控制。星上交換管控中心單元與地面無線接入網相連，也通過星上交換協調中心單元間接與地面核心網相連。
星上交換管理控制分支的工作方式是，星上交換管控中心單元通過上述與地面通信網主體相連的單獨一個或者同時兩個接口，獲取衛星移動通信網絡中當前進行通信連接申請
的主叫和被叫用戶終端信息，同時根據當前星上處理交換網絡的剩余可用連接資源，通過計算分析對星上交換實現單跳通信的可執行性并進行判決。如果可執行星上單跳通信則星上交換管控中心單元發送相應的星上交換網絡控制信令以控制其實施連接操作，進而完成兩個通信終端經過星上單跳連接的通信實現；否則，星上交換管控中心單元放棄執行對星上交換網絡的控制操作，從而使得兩個通信終端繼續通過地面段的核心網完成雙跳通信實現。
本發明提供了一種實用的透明轉發附加部分星上基帶交換處理的衛星星上處理轉發器架構方案，以及在此基礎上針對星上交換處理機構采取分立并行信令控制方法的衛星移動通信系統網絡架構方案。上述方案具有如下的一些有益效果
(1) 可以部分實現經過衛星轉發器的單跳環回通信方式，縮短業務傳輸時延；
(2) 無須修改現有的地面移動通信系統相應的通信接口、協議規范及處理流程；
(3) 基本可以采用現有的地面移動通信網絡設備作為衛星移動通信網絡的主體設備；
(4) 衛星用戶終端也無需因為衛星系統空中接口的修改而采用雙模或多模的設計實現方案，僅需要在地面用戶終端的基礎上簡單地變換射頻頻段即可；
(5) 此外，采用橋接旁路方式的星上交換處理單跳通信方案，以及星上控制信令采用分立平行通道的網絡結構方案，也便于衛星系統的通信網絡主體隨著地面移動通信系統網絡技術的演進而進一步升級；
圖1是S-UMTS規范[ETSITR 101 865vl.2.1]中的衛星移動系統網絡結構示意圖，其中各個術語的中文含義如下
User segment:衛星通信系統用戶段；
Space segment:衛星通信系統空間段；
Ground segment:衛星通信系統地面段；
Userlinks:用戶終端與衛星之間的用戶鏈路；
Feeder links:地面信關站與衛星之間的饋電鏈路；
Core Network:地面核心網；
Gateway:地面信關站；
NodeB:地面無線接入網的節點B;
RNC:地面無線接入網的無線網絡控制器；
Iur:地面無線網絡控制器之間的信令接口；
NCC:網絡控制中心；圖2是本發明的衛星移動通信系統結構方案圖；圖3是本發明具體實施例中衛星星上處理器的結構框圖；圖4是本發明具體實施例中星上交換管理控制分支的結構圖；圖5是本發明具體實施例中整個衛星移動通信系統的網絡結構圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例結合附圖對本發明作進一步描述。
本發明的具體實施例是基于3G兼容體制(具體而言是基于3GPP/UMTS Release 4參考模型 [3rd GPP Technical Specification Group Services and Systems Aspects: Networkarchitecture, Release 4, 3GPPTS 23.002 V4.8.0, 2003-06])，同時具備有限單跳通信能力的衛星移動通信系統網絡結構方案。
1.衛星移動通信系統總體結構方案
衛星移動通信系統結構總體方案仍如圖2所示，其主要特征是衛星星上處理器的管理控制信令由通信網主體分支以外的一個分立并行分支來產生和傳輸，而不是通過通信網主體本身來直接生成和傳送。通信網主體分支由常規的地面段無線接入網20和地面段核心網30，具有部分基帶交換處理能力的衛星星上處理器10，以及上述分系統所服務的用戶終端組成。
無線接入網20主要完成工作包括射頻信號上下變頻；傳輸數據的物理層處理，即基帶數字信號信號編碼解碼、調制解調；數據鏈路層處理，尤其是拆組幀、差錯控制；網絡應用管理層，如通信管理、移動性管理、無線資源管理等流程。
核心網30主要完成通信業務(如話音業務和數據業務)的交換，相應的通信管理、移動性管理和用戶管理等流程，以及與其他網系(如公眾固定電話網PSTN、公眾陸地移動通信網PLMN、國際互聯網INTERNET等)之間的接口和互通。
衛星星上處理器10主要完成用戶終端與地面信關站(包括無線接入網20和核心網30等)之間的無線信號中繼，以及用戶終端之間業務信息的直接轉接。
星上交換管理控制分支由星上交換管控中心單元40和星上交換協調中心單元50組成。
星上交換管控中心單元40 —方面與地面無線接入網20相連，獲取衛星移動通信網絡中當前進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終端信息，同時根據當前星上處理交換網絡的剩余可用連接資源，通過計算分析對星上交換實現單跳通信的可執行性并進行判決。如果可執行星上單跳通信則星上交換管控中心單元40發送相應的星上交換網絡控制信令以控制其實施連接操作，進而完成兩個通信終端經過星上單跳連接的通信實現；否則，星上交換管控中心單元40放棄執行對星上交換網絡的控制操作，從而使得兩個通信終端繼續通過地面段的核心網30完成雙跳通信實現；另一方面，星上交換管控中心單元40也通過無線信令鏈路與衛星星上處理器IO相連，發送相應的星上交換網絡的操作執行的控制信令。
星上交換協調中心單元50與地面核心網30相連，也可以通過核心網30獲取衛星移動通信網絡中當前進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終端信息，作為一條備用管道來輔助星上交換管控中心40進行星上交換可執行性的分析和判決工作。
2.衛星星上處理交換結構方案
由于本發明實施例中，空中無線接口基于WCDMA寬帶通信體制進行設計，所以無法在衛星上采用信道頻帶或子帶的方式進行星上單跳交換。
衛星星上處理器10的具體實施方案的功能框圖如圖3所示，它包括用戶鏈路透明轉發處理單元110、星上交換處理單元120、饋電鏈路透明轉發處理單元130三個組成部件。本發明中衛星移動通信系統的衛星星上處理器方案的主要特征是具有完整的透明轉發功能，同時具備采用橋接旁路方式以完成有限數量單跳通信業務連接的部分星上基帶交換處理能力。需要說明的是，用戶終端之間能否完成星上交換，由地面段的星上交換管理控制
10分支進行判決和控制。
衛星星上處理器10的具體組成模塊的功能如下
(1) 用戶鏈路透明轉發處理單元110:衛星星上處理器10中與用戶鏈路接口的單元， 完成相應的上、下行用戶鏈路射頻信號到衛星星上處理器10內部的中頻信號之間的轉換;
(2) 饋電鏈路透明轉發處理單元130:衛星星上處理器10中與饋電鏈路接口的單元， 完成相應的上、下行饋電鏈路射頻信號到衛星星上處理器10內部的中頻信號之間的轉換;
(3) 返向信道提取模塊121:從來自用戶鏈路透明轉發處理單元110的返向鏈路中頻 信號中，提取需要進行單跳交換的特定信道信號；
(4) 返向基帶解調模塊122:對經返向信道提取模塊121得到的信號，進行相應的基 帶解調解碼，獲得對應信道信號的通信業務比特流數據；
(5) 星上處理交換網絡123:將輸入端口的各信道通信業務數據流，經過交換矩陣轉 接到所需要輸出的對應端口；
(6) 數據幀合成模塊124:將來自星上處理交換網絡123輸出端口的交換后通信業務 數據流，與來自前向基帶解調模塊127的比特流數據進行數據幀合成，即將后者中的通信 業務原始數據區填入經過交換后的通信業務數據；
(7) 前向基帶調制模塊125:將數據幀合成模塊124合成后的數據比特流，進行相應 的基帶編碼調制，得到經過交換后的特定前向信道中頻信號；
(8) 前向信道合并模塊126:將前向信道提取模塊128未提取的中頻信號，與前向基 帶調制模塊125送來的交換后特定前向信道中頻信號，進行合并形成最終的前向鏈路信號；
(9) 前向基帶解調模塊127:對經前向信道提取模塊128得到的信號，進行相應的基 帶解調解碼，獲得對應信道信號的比特流數據；
(10) 前向信道提取模塊128:從來自饋電鏈路透明轉發處理單元130的前向鏈路中 頻信號中，提取需要單跳交換前往的目標信道信號；
其中，返向信道提取模塊121、返向基帶解調模塊122、星上處理交換網絡123、數據 幀合成模塊124、前向基帶調制模塊125、前向信道合并模塊126、前向基帶解調模塊127 以及前向信道提取模塊128，組成了衛星星上交換處理單元120。衛星星上交換處理單元 120的各個模塊，尤其是星上處理交換網絡123，通過星控信令通道接受地面相應管控分 支的管理和控制。
星上交換處理單元120完成單跳通信的工作流程如下 (1)返向信道提取模塊121從來自上行用戶鏈路并經用戶鏈路透明轉發處理單元110處理輸出的返向鏈路中頻信號中，提取部分需要進行單跳交換的特定信道信號，傳送給返 向基帶解調模塊122;返向基帶解調模塊122對返向信道提取模塊121送來的信號，進行 相應的基帶解調解碼，獲得對應信道信號的通信業務比特流數據，傳送至星上處理交換網 絡123的輸入端；星上處理交換網絡123將輸入端口的各信道通信業務數據流，經過交換 矩陣轉接到所需要輸出的對應端口，然后輸送至數據幀合成模塊124的一個輸入端口；
(2) 前向信道提取模塊128從來自饋電鏈路透明轉發處理單元130輸出的前向鏈路中 頻信號中，提取需要單跳交換前往的目標信道信號，傳送至前向基帶解調模塊127;前向 基帶解調模塊127對前向信道提取模塊128送來的信號，進行相應的基帶解調解碼，獲得 對應信道信號的比特流數據，并輸送至數據幀合成模塊124的另一個輸入端口；
(3) 數據幀合成模塊124將來自星上處理交換網絡123輸出端口的交換后通信業務數 據流，與來自前向基帶解調模塊127的比特流數據，按照確定的定時同步要求進行數據幀 合成，從而將經過交換后的通信業務數據填入來自前向信道的通信業務原始數據區，然后 傳送到前向基帶調制模塊125;
(4) 前向基帶調制模塊125將數據幀合成模塊124合成后的數據比特流，進行相應的 基帶編碼調制，得到經過交換后的特定前向信道中頻信號，之后傳送到前向信道合并模塊 126;前向信道合并模塊126將前向信道提取模塊128未提取的中頻信號，與前向基帶調 制模塊125送來的交換后特定前向信道中頻信號，進行合并形成最終的前向鏈路信號，發 往用戶鏈路透明轉發處理單元110并進一步發往下行用戶鏈路；
這樣，星上交換處理單元120通過上述橋接旁路的星上交換處理流程，完成了用戶終 端經過衛星單跳連接方式的話音通信。 3.衛星處理交換的管理控制結構方案
衛星星上交換管理控制分支的具體實施方案功能框圖如圖4所示，它包括星上交換管 控中心單元40和星上交換協調中心單元50兩個組成部件。
星上交換管控中心單元40的具體組成模塊為衛星處理器接口模塊401、星上交換管控 處理模塊402、協調中心接口模塊403和無線接入網接口模塊404，各組成模塊的功能如 下
(1) 衛星處理器接口模塊401:完成星上交換管控處理模塊402發出的星上交換控制 信令的基帶處理和中/射頻調制解調，形成與衛星星上處理器10的星控信令通道；
(2) 星上交換管控處理模塊402:根據當前衛星移動通信網絡中正在進行通信連接申 請的主叫和被叫用戶終端信息，同時根據當前星上處理交換網絡的剩余可用連接資源，通過計算分析對星上交換實現單跳通信的可執行性并進行判決，如果可行則向星上交換網絡 發出連接執行操作的控制信令；
(3) 協調中心接口模塊403:是星上交換管控處理模塊402與星上交換協調處理模塊 502之間的連接通道接口，用于傳輸星上交換協調處理模塊502從地面核心網30獲取的正 在進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終端信息；
(4) 無線接入網接口模塊404:是星上交換管控處理模塊402與地面無線接入網20 之間的連接通道接口，用于從地面無線接入網20獲取正在進行通信連接申請的主叫和被 叫用戶終端信息；
星上交換協調中心單元50的具體組成模塊為管控中心接口模塊501、星上交換協調處 理模塊502、核心網接口模塊503，各組成模塊的功能如下
(1) 管控中心接口模塊501:是星上交換協調處理模塊502與星上交換管控處理模塊 402之間的連接通道接口 ，用于將星上交換協調處理模塊502從地面核心網30獲取的正在 進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終端信息傳輸給星上交換管控處理模塊402;
(2) 星上交換協調處理模塊502:從地面核心網30獲取正在進行通信連接申請的主 叫和被叫用戶終端信息，作為補充信息渠道來輔助星上交換管控處理模塊402對星上交換 實現單跳通信的可執行性進行分析和判決；
(3) 核心網接口模塊504:是星上交換協調處理模塊502與地面核心網30之間的連 接通道接口，用于從地面核心網30間接獲取正在進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終 端信息
星上交換管理控制分支完成分析、判決及控制的工作流程如下
(1) 星上交換管控處理模塊402通過無線接入網接口模塊404，從地面無線接入網20 獲取正在進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終端信息；星上交換協調處理模塊502通過 核心網接口模塊504，也從地面核心網30獲取正在進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終 端信息，并通過管控中心接口模塊501和協調中心接口模塊401傳送至星上交換管控處理 模塊402;
(2) 星上交換管控處理模塊402根據當前衛星移動通信網絡中正在進行通信連接申請 的主叫和被叫用戶終端信息，同時根據當前星上處理交換網絡123的剩余可用連接資源， 通過計算分析對星上交換實現單跳通信的可執行性并進行判決。如果可執行星上單跳通信 則星上交換管控模塊402對星上處理交換網絡123發出相應的控制信令以控制其實施連接 操作，進而完成兩個通信終端經過星上單跳連接的通信實現；否則，星上交換管控模塊402放棄執行對星上處理交換網絡123的控制操作，從而使得兩個通信終端繼續通過地面段的 核心網完成雙跳通信實現；
(3)如果當前可以執行星上交換操作，則星上交換管控模塊402發出交換控制指令， 并通過衛星處理器接口模塊401完成該控制指令的基帶處理和中/射頻調制，經星控信令通 道對星上交換處理單元120完成控制； 4.衛星星上處理管控架構方案
衛星星上處理管理控制架構方案的具體實施例，與具體采用的3GPP/UMTS Release 4 通信網絡結構有關，如圖5所示。
通信網絡仍由常規的無線接入網RAN和核心網CN兩個部分組成，各子網內相應的功 能單元都是現有而非新設計的。
無線接入網包括以下組成單元
(1) 衛星處理單元10:工作于透明轉發附加有限星上交換處理能力的工作方式，直 接面向用戶終端設備作為用戶鏈路空中接口的一端，同時也作為饋電鏈路的一端與無線接 入網的地面設備相連；
(2) 節點8* (Node B*) 201:地面無線收發信設備，主要完成傳輸數據的物理層處 理，即基帶數字信號信號編碼解碼、調制解調，以及射頻信號上下變頻等工作，也完成部 分數據鏈路層工作。與衛星處理單元共同完成地面移動通信網絡中節點B的功能；
(3) 無線網絡控制器(RNC) 202:對節點8*201以及移動用戶終端進行控制管理， 包括通信管理(包括話音業務呼叫處理、分組業務處理等)、移動性管理(包括位置管理 和切換管理等)、無線資源管理(包括頻率分配、信道分配、功率控制、終端定位等)等 功能。無線網絡控制器202與節點B^201之間通過標準Iub接口進行連接，無線網絡控制 器202之間通過標準Iur接口進行連接；
核心網包括以下組成單元
(1) 電路交換域媒體網關(CS-MGW) 301:完成電路交換域各種媒體業務之間的地 面交換中心。電路交換域媒體網關301與無線接入網的無線網絡控制器202之間通過標準 Iu-CS接口連接；
(2) 移動交換中心服務器一訪問位置寄存器(MSC Server/VLR) 302:移動交換中心 服務器完成電路交換域的呼叫控制、接入控制、移動性管理、資源分配、協議處理、尋路 路由、鑒權認證、通話計費等功能。訪問位置寄存器存儲著進入其控制區域內已登記的移 動用戶相關信息，為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續的必要條件。移動交換中心服務
14器一訪問位置寄存器302與電路交換域媒體網關301之間通過標準Mc接口連接；
(3) 互連功能模塊(IWF) 303:衛星移動通信網絡與其他移動通信網絡PLMN和/ 或固定網絡ISDN/PSTN等進行電路交換域的互連互通接口單元，完成本網絡與外部網絡 的協議轉換。互連功能模塊303與電路交換域媒體網關301之間通過標準L接口連接；
(4) 歸屬位置寄存器一鑒權中心一設備識別寄存器(HLR/AUC/EIR) 304:歸屬位置 寄存器負責移動用戶管理的數據庫，存放著全部歸屬用戶的信息；鑒權中心是一個管理與 移動臺相關的鑒權信息的功能實體，完成對移動用戶的鑒權；設備識別寄存器是存儲有關 移動臺設備參數的數據庫，負責對移動臺設備的識別、監視、閉鎖等功能，以防止未經授 權的移動設備訪問網絡。歸屬位置寄存器一鑒權中心一設備識別寄存器304與移動交換中 心服務器一訪問位置寄存器302之間通過標準D、 F接口連接；
(5) GPRS業務支持節點(SGSN) 305:是分組交換域的一個基本功能實體，其主要 作用是為本SGSN服務區域的移動終端提供分組數據包的路由與轉發功能。GPRS業務支 持節點305與無線接入網的無線網絡控制器202之間通過標準Iu-PS接口連接，與移動交 換中心服務器一訪問位置寄存器302之間通過標準Gs接口連接，與歸屬位置寄存器一鑒 權中心一設備識別寄存器304之間通過標準Gr、 Gf接口連接；
(6) GPRS網關支持節點(GGSN) 306:用于提供分組數據包在衛星移動通信網和外 部數據網(如Internet)之間的路由和封裝。GPRS網關支持節點(GGSN) 306與GPRS 業務支持節點305之間通過標準Gn接口連接，與歸屬位置寄存器一鑒權中心一設備識別 寄存器304之間通過標準Gc接口連接；
相對于通信網絡分支中的各既有功能單元，星上處理單元的管理控制分支中各組成單 元，包括衛星控制節點411、衛星路由控制器412和衛星交換協調服務器511，都是新增加 的網絡單元。其中衛星控制節點411和衛星路由控制器412具體構成了星上交換管控中心 40，而星上交換協調服務器511即直接構成了星上交換協調中心50。
(1) 衛星控制節點(SCN) 411:是系統地面段控制衛星載荷尤其是交換處理網絡的 地面設備節點，其主體是控制信令收發信設備，主要完成信令傳輸的物理層處理，即基帶 信號編碼解碼、調制解調，以及射頻信號上下變頻等工作；衛星控制節點(SCN) 411完 成星上交換管控中心40中衛星處理器接口模塊401的具體功能；
(2) 衛星路由控制器(SRC) 412:是衛星移動通信系統中完成星上交換網絡資源管 理和交換路由決策的重要功能實體，根據業務通信雙方的用戶終端和鏈路信道信息，以及
15當前星上交換網絡資源情況進行交換路由的決策。衛星路由控制器412與衛星控制節點411 之間通過自定義Iuc接口連接，與無線網絡控制器202之間通過自定義Ius接口連接；衛 星路由控制器(SRC) 412完成星上交換管控處理模塊402、協調中心接口模塊403和無線 接入網接口模塊404等的具體功能；
(3)衛星交換協調服務器(SSC Server) 511:主要功能是通過與各移動交換中心服務 器(MSC Server) 302進行必要協調，作為衛星路由控制器(SRC) 412所需的通信雙方用 戶終端信息的輔助提供途徑。衛星交換協調服務器511與衛星路由控制器412之間通過自 定義Iu-S接口連接，與移動交換中心服務器一訪問位置寄存器302之間通過自定義Sm接 口連接；衛星交換協調服務器(SSC Server) 511完成管控中心接口模塊501、星上交換協 調處理模塊502和核心網接口模塊503等的具體功能。 針對星上交換處理單元管理和控制的工作流程如下
(1) 衛星路由控制器412從無線網絡控制器202中獲取獲取正在進行通信連接申請的 主叫和被叫用戶終端信息；衛星交換協調服務器511從移動交換中心服務器(MSC Server) 302同時也獲取正在進行通信連接申請的主叫和被叫用戶終端信息，作為備份信息傳送至 衛星路由控制器412;
(2) 衛星路由控制器412根據當前衛星移動通信網絡中正在進行通信連接申請的主叫 和被叫用戶終端信息，同時根據當前星上處理交換網絡123的剩余可用連結資源，通過計 算分析對星上交換實現單跳通信的可執行性并進行判決。如果可執行星上單跳通信則星上 交換管控模塊402對星上處理交換網絡123發出相應的控制信令以控制其實施連接操作， 進而完成兩個通信終端經過星上單跳連接的通信實現；否則，衛星路由控制器412不發出 星上交換的控制指令，從而使得兩個通信終端繼續通過地面段的核心網完成雙跳通信實 現；
(3) 如果當前可以執行星上交換操作，則衛星路由控制器412發出交換控制指令，并 通過衛星控制節點411將該指令以無線信號方式傳送至對星上交換處理單元120,進而完 成星上交換網絡的交換操作控制。
本發明中針對衛星星上處理單元的并行分立的管理控制架構方案，無需修改原有的地 面移動通信系統的通信接口、協議規范和處理流程，基本保持了原有的地面系統網絡參考 結構；因為可以保持原有無線空中接口 Uu而使得衛星用戶終端直接采用現有的地面用戶 終端方案成為可能，從而避免了重新設計雙模/多模衛星用戶終端的要求；同時也便于衛星系統的通信網絡主體隨著地面移動通信系統技術的演進而進一步升級。這些對衛星移動通 信系統的具體實施都是非常有利的。
以上雖然僅僅是參考特定的具體實施例對本發明進行了圖示和說明，但是任何熟悉本 領域的技術人員在本發明所揭示的技術范圍內，可以對本發明進行的形式和細節上的任何 修改，都應該包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種衛星移動通信系統，包括通信網主體分支，所述通信網主體分支通過地面移動通信系統中常規的無線空中接口和網絡協議，支持用戶終端之間通過衛星的通信連接，所述系統的特征在于，星上交換處理的管理控制信令由所述通信網主體分支以外的星上交換管理控制分支產生和傳輸，所述星上交換管理控制分支構成衛星星上處理的分立并行控制信令通道，同時對星上交換的可執行性進行分析和判決，并控制具體交換的執行操作。
2. 如權利要求1所述的衛星移動通信系統，其特征在于，所述通信網主體分支包括一衛 星星上處理器(IO)、 一地面段無線接入網(20)和一地面段核心網(30)。
3. 如權利要求2所述的衛星移動通信系統，其特征在于，所述星上交換管理控制分支包 括一星上交換管控中心單元(40)和一星上交換協調中心單元(50):所述星上交換管控中心單元(40)通過獲取通信網絡中當前通信連接終端的信息，對星 上交換處理操作的可執行性進行分析和判決，并發出具體交換的控制指令；所述星上交換協調中心單元(50)提供另一條關于通信網絡中當前通信連接終端信息的 獲取通道，并輔助所述星上交換管控中心單元(40)完成相應的分析、判決和控制操作。
4. 如權利要求3所述的衛星移動通信系統，其特征在于，所述星上交換管控中心單元(40) 通過特定接口與所述地面段無線接入網(20)相連進行信令交互，所述星上交換協調中心單 元(50)通過另一特定接口與所述地面段核心網(30)相連進行信令交互。
5. 如權利要求2-4任意一項所述的衛星移動通信系統，其特征在于，所述衛星星上處理 器(10)包括一用戶鏈路透明轉發處理單元(110)、 一饋電鏈路透明轉發處理單元(130)和一星 上交換處理單元(120):所述用戶鏈路透明轉發處理單元(110)完成用戶鏈路射頻信號和星上中頻信號之間的 相互透明轉換；所述饋電鏈路透明轉發處理單元(130)完成饋電鏈路射頻信號和星上中頻信號之間的 相互透明轉換；所述星上交換處理單元(120)完成指定的用戶鏈路信道之間的通信業務在星上的交換 處理。
6. 如權利要求5所述的衛星移動通信系統，其特征在于，所述星上交換處理單元(120)在 所述用戶鏈路透明轉發處理單元(110)和所述饋電鏈路透明轉發處理單元(130)之間采用橋 接旁路的方式完成星上單跳環回通信交換處理。
7. 如權利要求6所述的衛星移動通信系統，其特征在于，所述星上交換處理單元(120)基 于基帶比特流、或數據幀、或IP的方式進行所述交換處理。
全文摘要
本發明公開一種基于部分星上基帶交換的衛星移動通信系統，屬于衛星通信技術領域。所述系統包括分立并行的通信網主體分支和星上交換管理控制分支，星上交換處理的管理控制信令由星上交換管理控制分支產生和傳輸。所述系統中的衛星星上處理器具備在用戶鏈路和饋電鏈路之間進行星上透明轉發的完整功能，還通過橋接旁路方式支持部分通信業務實現星上單跳連接。本發明基本無需修改原有的地面移動通信系統的通信接口、協議規范和處理流程，衛星用戶終端可以直接采用現有的地面用戶終端方案而無需考慮雙模/多模化終端設計要求，同時也便于衛星系統的通信網絡主體隨著地面移動通信系統網絡技術的演進而進一步升級。
文檔編號H04B7/185GK101635594SQ200910092118
公開日2010年1月27日 申請日期2009年9月1日 優先權日2009年9月1日
發明者吳建軍, 程宇新, 許玉濱, 健 郭, 高振興 申請人:北京大學