CN101635594B - 一种基于星上部分基带交换的卫星移动通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于部分星上基带交换的卫星移动通信系统，属于卫星通信技术领域。所述系统包括分立并行的通信网主体分支和星上交换管理控制分支，星上交换处理的管理控制信令由星上交换管理控制分支产生和传输。所述系统中的卫星星上处理器具备在用户链路和馈电链路之间进行星上透明转发的完整功能，还通过桥接旁路方式支持部分通信业务实现星上单跳连接。本发明基本无需修改原有的地面移动通信系统的通信接口、协议规范和处理流程，卫星用户终端可以直接采用现有的地面用户终端方案而无需考虑双模/多模化终端设计要求，同时也便于卫星系统的通信网络主体随着地面移动通信系统网络技术的演进而进一步升级。

Description

一种基于星上部分基带交换的卫星移动通信系统

技术领域

本发明涉及卫星移动通信，尤其涉及一种基于部分星上基带交换的卫星移动通信系统，属于卫星通信技术领域。

背景技术

卫星移动通信是利用卫星和地面设备，实现陆、海、空域移动用户之间、以及移动用户与地面网用户之间或专用网用户之间的通信。卫星移动通信业务可提供不受地理环境、气候条件限制的通信服务。它与地面蜂窝系统和地面固定通信网络互为补充和延伸，是实现全国无缝覆盖的重要通信手段。

我国幅员辽阔，地形环境复杂，在西部地区、偏远山区、海洋等区域，通信覆盖存在局部盲区。因此对满足全国覆盖，并能实现无缝连接的卫星移动通信与数据处理业务系统的需求愈来愈迫切。特别是在抢险救灾、应急指挥、海上与航空交通、海洋渔业、森林防火、草原防火、石油勘探、矿山开采、旅游探险、新闻报道、科考登山等工作领域，卫星移动通信业务具有重要的应用价值。在海洋业务重点应用领域，卫星移动通信系统成为最主要与可靠的与陆地联络手段。我国沿海渔业船舶规模为70万只，目前主要使用国外的全球星(Globalstar)、亚洲蜂窝系统(ACeS)卫星电话，渔政管理部门主要使用海事卫星(Inmarsat)电话。卫星移动通信也是提高国家抵抗自然灾害等应急处置能力的重要保障。我国是自然灾害多发地区，主要自然灾害有地震、洪涝、台风、冰雹、霜冻、雪灾等。2008年5月12日，发生在四川的汶川大地震给我国带来了巨大的人员和财产损失。事实证明，抢险救灾应急处置急需发展我国的卫星移动通信系统。

地面蜂窝移动通信系统在近20多年来发展迅速，已经经历了2G、2.5G和3G，当前正在向4G快速迈进。其中，属于2G的典型标准包括GSM和IS-95CDMA等，2.5G的典型标准是GPRS和EDGE等，而3G的典型技术标准分别是WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。卫星移动通信系统的建设同样也走过了从兼容2G到兼容3G的发展过程。早期的卫星移动通信系统，如Iridium系统、Globalstar系统、Thuraya系统、ACeS系统，基本上是按照2G(GSM或IS-95CDMA)标准或兼容模式进行建设的。而近些年来，卫星移动通信系统的建设则普遍考虑兼容3G标准进行设计和规划，这方面的例子如Inmarsat-4的BGAN系统、MSV/Terrestar系统等。发展3G以上卫星移动通信系统在我国乃至整个国际上都有强烈的现实需求。

众所周知，3G/4G的地面蜂窝系统都是以高速数据业务为主，不过因为大量的手持终端用户存在的缘故，同时还必须要兼顾低速话音业务。这个要求对于地面系统而言不存在技术约束，但对于卫星移动通信系统，尤其是基于静止地球轨道(GEO：Geostationary EarthOrbit，俗称高轨)的卫星系统来说，由于较长的路径时延将造成通常的基于卫星地面中心站双跳通信的方式难以满足话音的实时性指标要求。解决GEO卫星移动通信系统话音商用实时性要求的一个方法，就是基于卫星转发器实现单跳连接通信，即终端直接到终端的通信方式。当然，单跳通信方式必然意味着需要在卫星转发器上实现星上交换处理。

在卫星转发器上实现星上交换处理显然不是一项简单的工作，在此之前也已经有相应的研究工作开展并取得了一定的成果。

[Peyrovian，US Patent 6,757,519，“Scalable switch matrix and demodulator bankarchitecture for a satellite uplink receiver，”Jun.29，2004]公开了一种用于卫星通信上行链路信号的、可灵活增减配置的星上交换矩阵和相应解调模块的实现架构。这种实现架构仍仅限于射频子带(Sub-band)类型的简单信号的处理和交换。

[Turley，et al.，US Patent 7,031,653，“Switch matrix for satellite payloads with multipleuplink beams and on-board signal processing，”Apr.18，2006]公开了一种用于子带信号交换的星上交换矩阵的设备和方法。该发明重点描述了交换设备的输入输出关系，以及传输信号的信道频带组合为子带的方法。

[张涛  等，中国专利公开号CN101127703，“用于宽带卫星通信的星载路由交换系统”，2008.2]公开了一种用于宽带卫星通信的星载路由交换系统，包括多个用户接口单元(分别与多个用户物理层处理单元和一个主控路由交换单元相连)，一个星间链路接口单元(分别与多个星间链路物理层处理单元和一个主控路由交换单元相连)，一个馈线链路接口单元(分别与馈线链路物理层处理单元和主控路由交换单元相连)，一个主控路由交换单元(分别与多个用户接口单元、星间链路接口单元及馈线链路接口单元连接，完成网络协议交互)。该交换系统能够有效地保证网络业务的QoS及很好地控制网络流量，但具体系统实现具有一定的复杂度。

可以看出目前的星上处理交换主要还是以子带交换为主，涉及到宽带传输的星上交换处理明显比较复杂。针对WCDMA等3G传输体制的星上交换处理方案由于需要进行基带解调解码，在还原为比特流之后才能进一步实现交换，需要耗费大量的功耗、体积等卫星有效载荷资源，具有更高的实现复杂度。目前没有尚未发现相应研究成果的报道，至少没有真正意义上实现和应用方面的报道。以当前的国内技术水平和卫星有效载荷能力，基于WCDMA等3G技术体制实现完全的星上交换处理是不太可能的，尤其是同时考虑在卫星上实现交换信令处理则更不现实。

一般而言，卫星移动通信系统的网络结构不仅与通信体制的选择有关，也与卫星星上处理的选择方式有关。

[Frosch，et al.，US Patent 4,189,675，“Satellite personal communications system，”Feb.19，1980]公开了一种卫星个人通信系统。该系统采用UHF多波束天线，利用星上交换矩阵和相应的控制电路及各波束内的上下行信道设置，可以通过卫星转发器实现不同波束之间的个人用户通信。

[Bosch，et al.，US Patent 5,839,053，“System for transmitting radio signals from mobileterminals to provide space diversity for uplink signals via geostationary communicationsatellites，”Nov.17，1998]公开了一种利用多个GEO轨道卫星实现终端信号空间分集的卫星通信系统。

[MONTE PAUL A，et al.，FR Paternt 2901933，“Satellite communication system forcommunicating e.g.data packet，has gateway connected to public switched telephone network，and satellite providing multiple beams，where satellite is in geosynchronous satelliteconstellation，”Dec.7，2007]公开了一种多波束天线、星上透明转发、地面信关站完成交换的卫星移动通信系统组成架构方案。

[Joshi，et al.，US Patent 6,278,876，“System and method for implementing terminal toterminal connections via a geosynchronous earth orbit satellite，”Aug.21，2001]公开了一种通过静止轨道多波束卫星实现终端之间直接连接通信的系统和方法。这是美国休斯公司最早开始考虑通过卫星单跳进行直接通信以减少话音业务时延的设计方案，也是后来应用于Thuraya系统的成功技术。不过由于该方案是基于TDMA/FDMA通信体制，星上处理采用频率子带交换的方式，因此相应的星上交换处理的实现及控制方案也就相对简单。

欧洲电信标准化协会(ETSI：European Telecommunications Standards Institute)的S-UMTS(Satellite-Universal Mobile Telecommunications System)规范[“Satellite componentof UMTS/IMT-2000：General aspects and principles”，ETSI TR 101865v1.2.1.2002-09]给出了基于WCDMA技术和3GPP系统网络模型，并且针对卫星透明转发和星上再生处理、单跳和双跳通信方式的一般性系统网络参考结构。

其中，考虑星上交换处理及单跳通信方式的系统网络结构如图1所示。从该图中可以看出，该文献中的网络系统结构不仅未给出具体的星上交换处理实现结构方案，而且星上交换的控制是通过修改核心网与无线接入网间接口Iu(即Iu*)和用户终端与无线接入网间的空中无线接口Uu(即Uu*)直接实现的，换句话说，星上交换控制信令和正常通信信令是混合在一起进行传输的。这样不仅增加了系统设计修改(包括接口、协议，甚至处理流程等)的复杂度，而且会对通信系统的稳定性带来一定的影响，同时也会造成对系统进一步升级的不便。

总而言之，对基于WCDMA通信体制并且要考虑单跳话音通信方式的卫星移动通信系统来说，一方面如果要完全实现星上基带交换处理，在当前的卫星有效载荷能力方面存在一定的困难，只能考虑部分星上基带交换能力实现；另一方面如果参照S-UMTS网络结构模型，对相应的已有通信协议接口进行修改，不仅使系统的通信接口、协议、处理流程复杂化，基本不能直接采用现有的地面移动通信系统成熟设备，而且卫星用户终端同样可能因需要适应新接口而考虑双模/多模化设计实现，这些都会带来新的系统设计难度。

发明内容

本发明的一个目的，是提供一种便于实施的针对星上交换处理机构采取分立并行信令控制方法的卫星移动通信系统网络架构方案。

本发明的另一个目的，是提供一种实用的透明转发附加部分星上基带交换处理的卫星星上处理器结构方案。

本发明的卫星移动通信系统结构方案由两个分支构成，包括通信网主体分支和其附属的星上交换管理控制分支，如附图2所示。

本发明的卫星移动通信系统结构方案的主要特征，是星上交换处理的管理控制信令由通信网主体分支以外的一个分立并行分支(星上交换管理控制分支)来产生和传输，而不是通过通信网主体本身来直接生成和传送。

·通信网主体分支

通信网主体分支由常规的地面段核心网和地面段无线接入网，以及增加的卫星星上处理器所组成。

所述卫星星上处理器由用户链路透明转发处理单元、馈电链路透明转发处理单元和星上交换处理单元三个部件组成。

所述卫星星上处理器的主要特征在于具备在用户链路和馈电链路之间进行星上透明转发的完整功能，同时具备星上基带交换处理(包括基带比特流、数据帧或IP交换处理)单元，该星上交换处理单元采用在用户链路透明转发处理单元和馈电链路透明转发处理单元之间桥接旁路的方式，可以支持部分数量的通信业务的星上单跳连接通信。

·星上交换管理控制分支

星上交换管理控制分支由星上交换管控中心单元和星上交换协调中心单元组成，完成对卫星星上交换处理单元的具体交换操作的管理和控制。星上交换管控中心单元与地面无线接入网相连，也通过星上交换协调中心单元间接与地面核心网相连。

星上交换管理控制分支的工作方式是，星上交换管控中心单元通过上述与地面通信网主体相连的单独一个或者同时两个接口，获取卫星移动通信网络中当前进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，同时根据当前星上处理交换网络的剩余可用连接资源，通过计算分析对星上交换实现单跳通信的可执行性并进行判决。如果可执行星上单跳通信则星上交换管控中心单元发送相应的星上交换网络控制信令以控制其实施连接操作，进而完成两个通信终端经过星上单跳连接的通信实现；否则，星上交换管控中心单元放弃执行对星上交换网络的控制操作，从而使得两个通信终端继续通过地面段的核心网完成双跳通信实现。

本发明提供了一种实用的透明转发附加部分星上基带交换处理的卫星星上处理转发器架构方案，以及在此基础上针对星上交换处理机构采取分立并行信令控制方法的卫星移动通信系统网络架构方案。上述方案具有如下的一些有益效果：

(1)可以部分实现经过卫星转发器的单跳环回通信方式，缩短业务传输时延；

(2)无须修改现有的地面移动通信系统相应的通信接口、协议规范及处理流程；

(3)基本可以采用现有的地面移动通信网络设备作为卫星移动通信网络的主体设备；

(4)卫星用户终端也无需因为卫星系统空中接口的修改而采用双模或多模的设计实现方案，仅需要在地面用户终端的基础上简单地变换射频频段即可；

(5)此外，采用桥接旁路方式的星上交换处理单跳通信方案，以及星上控制信令采用分立平行通道的网络结构方案，也便于卫星系统的通信网络主体随着地面移动通信系统网络技术的演进而进一步升级；

附图说明

图1是S-UMTS规范[ETSI TR 101 865v1.2.1]中的卫星移动系统网络结构示意图，其中各个术语的中文含义如下：

User segment：卫星通信系统用户段；

Space segment：卫星通信系统空间段；

Ground segment：卫星通信系统地面段；

User links：用户终端与卫星之间的用户链路；

Feeder links：地面信关站与卫星之间的馈电链路；

Core Network：地面核心网；

Gateway：地面信关站；

Node B：地面无线接入网的节点B；

RNC：地面无线接入网的无线网络控制器；

Iur：地面无线网络控制器之间的信令接口；

NCC：网络控制中心；

图2是本发明的卫星移动通信系统结构方案图；

图3是本发明具体实施例中卫星星上处理器的结构框图；

图4是本发明具体实施例中星上交换管理控制分支的结构图；

图5是本发明具体实施例中整个卫星移动通信系统的网络结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述。

本发明的具体实施例是基于3G兼容体制(具体而言是基于3GPP/UMTS Release 4参考模型[3^rd GPP Technical Specification Group Services and Systems Aspects：Networkarchitecture，Release 4，3GPP TS 23.002V4.8.0，2003-06])，同时具备有限单跳通信能力的卫星移动通信系统网络结构方案。

1.卫星移动通信系统总体结构方案

卫星移动通信系统结构总体方案仍如图2所示，其主要特征是卫星星上处理器的管理控制信令由通信网主体分支以外的一个分立并行分支来产生和传输，而不是通过通信网主体本身来直接生成和传送。

通信网主体分支由常规的地面段无线接入网20和地面段核心网30，具有部分基带交换处理能力的卫星星上处理器10，以及上述分系统所服务的用户终端组成。

无线接入网20主要完成工作包括：射频信号上下变频；传输数据的物理层处理，即基带数字信号信号编码解码、调制解调；数据链路层处理，尤其是拆组帧、差错控制；网络应用管理层，如通信管理、移动性管理、无线资源管理等流程。

核心网30主要完成通信业务(如话音业务和数据业务)的交换，相应的通信管理、移动性管理和用户管理等流程，以及与其他网系(如公众固定电话网PSTN、公众陆地移动通信网PLMN、国际互联网INTERNET等)之间的接口和互通。

卫星星上处理器10主要完成用户终端与地面信关站(包括无线接入网20和核心网30等)之间的无线信号中继，以及用户终端之间业务信息的直接转接。

星上交换管理控制分支由星上交换管控中心单元40和星上交换协调中心单元50组成。

星上交换管控中心单元40一方面与地面无线接入网20相连，获取卫星移动通信网络中当前进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，同时根据当前星上处理交换网络的剩余可用连接资源，通过计算分析对星上交换实现单跳通信的可执行性并进行判决。如果可执行星上单跳通信则星上交换管控中心单元40发送相应的星上交换网络控制信令以控制其实施连接操作，进而完成两个通信终端经过星上单跳连接的通信实现；否则，星上交换管控中心单元40放弃执行对星上交换网络的控制操作，从而使得两个通信终端继续通过地面段的核心网30完成双跳通信实现；另一方面，星上交换管控中心单元40也通过无线信令链路与卫星星上处理器10相连，发送相应的星上交换网络的操作执行的控制信令。

星上交换协调中心单元50与地面核心网30相连，也可以通过核心网30获取卫星移动通信网络中当前进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，作为一条备用管道来辅助星上交换管控中心40进行星上交换可执行性的分析和判决工作。

2.卫星星上处理交换结构方案

由于本发明实施例中，空中无线接口基于WCDMA宽带通信体制进行设计，所以无法在卫星上采用信道频带或子带的方式进行星上单跳交换。

卫星星上处理器10的具体实施方案的功能框图如图3所示，它包括用户链路透明转发处理单元110、星上交换处理单元120、馈电链路透明转发处理单元130三个组成部件。本发明中卫星移动通信系统的卫星星上处理器方案的主要特征是：具有完整的透明转发功能，同时具备采用桥接旁路方式以完成有限数量单跳通信业务连接的部分星上基带交换处理能力。需要说明的是，用户终端之间能否完成星上交换，由地面段的星上交换管理控制分支进行判决和控制。

卫星星上处理器10的具体组成模块的功能如下：

(1)用户链路透明转发处理单元110：卫星星上处理器10中与用户链路接口的单元，完成相应的上、下行用户链路射频信号到卫星星上处理器10内部的中频信号之间的转换；

(2)馈电链路透明转发处理单元130：卫星星上处理器10中与馈电链路接口的单元，完成相应的上、下行馈电链路射频信号到卫星星上处理器10内部的中频信号之间的转换；

(3)返向信道提取模块121：从来自用户链路透明转发处理单元110的返向链路中频信号中，提取需要进行单跳交换的特定信道信号；

(4)返向基带解调模块122：对经返向信道提取模块121得到的信号，进行相应的基带解调解码，获得对应信道信号的通信业务比特流数据；

(5)星上处理交换网络123：将输入端口的各信道通信业务数据流，经过交换矩阵转接到所需要输出的对应端口；

(6)数据帧合成模块124：将来自星上处理交换网络123输出端口的交换后通信业务数据流，与来自前向基带解调模块127的比特流数据进行数据帧合成，即将后者中的通信业务原始数据区填入经过交换后的通信业务数据；

(7)前向基带调制模块125：将数据帧合成模块124合成后的数据比特流，进行相应的基带编码调制，得到经过交换后的特定前向信道中频信号；

(8)前向信道合并模块126：将前向信道提取模块128未提取的中频信号，与前向基带调制模块125送来的交换后特定前向信道中频信号，进行合并形成最终的前向链路信号；

(9)前向基带解调模块127：对经前向信道提取模块128得到的信号，进行相应的基带解调解码，获得对应信道信号的比特流数据；

(10)前向信道提取模块128：从来自馈电链路透明转发处理单元130的前向链路中频信号中，提取需要单跳交换前往的目标信道信号；

其中，返向信道提取模块121、返向基带解调模块122、星上处理交换网络123、数据帧合成模块124、前向基带调制模块125、前向信道合并模块126、前向基带解调模块127以及前向信道提取模块128，组成了卫星星上交换处理单元120。卫星星上交换处理单元120的各个模块，尤其是星上处理交换网络123，通过星控信令通道接受地面相应管控分支的管理和控制。

星上交换处理单元120完成单跳通信的工作流程如下：

(1)返向信道提取模块121从来自上行用户链路并经用户链路透明转发处理单元110处理输出的返向链路中频信号中，提取部分需要进行单跳交换的特定信道信号，传送给返向基带解调模块122；返向基带解调模块122对返向信道提取模块121送来的信号，进行相应的基带解调解码，获得对应信道信号的通信业务比特流数据，传送至星上处理交换网络123的输入端；星上处理交换网络123将输入端口的各信道通信业务数据流，经过交换矩阵转接到所需要输出的对应端口，然后输送至数据帧合成模块124的一个输入端口；

(2)前向信道提取模块128从来自馈电链路透明转发处理单元130输出的前向链路中频信号中，提取需要单跳交换前往的目标信道信号，传送至前向基带解调模块127；前向基带解调模块127对前向信道提取模块128送来的信号，进行相应的基带解调解码，获得对应信道信号的比特流数据，并输送至数据帧合成模块124的另一个输入端口；

(3)数据帧合成模块124将来自星上处理交换网络123输出端口的交换后通信业务数据流，与来自前向基带解调模块127的比特流数据，按照确定的定时同步要求进行数据帧合成，从而将经过交换后的通信业务数据填入来自前向信道的通信业务原始数据区，然后传送到前向基带调制模块125；

(4)前向基带调制模块125将数据帧合成模块124合成后的数据比特流，进行相应的基带编码调制，得到经过交换后的特定前向信道中频信号，之后传送到前向信道合并模块126；前向信道合并模块126将前向信道提取模块128未提取的中频信号，与前向基带调制模块125送来的交换后特定前向信道中频信号，进行合并形成最终的前向链路信号，发往用户链路透明转发处理单元110并进一步发往下行用户链路；

这样，星上交换处理单元120通过上述桥接旁路的星上交换处理流程，完成了用户终端经过卫星单跳连接方式的话音通信。

3.卫星处理交换的管理控制结构方案

卫星星上交换管理控制分支的具体实施方案功能框图如图4所示，它包括星上交换管控中心单元40和星上交换协调中心单元50两个组成部件。

星上交换管控中心单元40的具体组成模块为卫星处理器接口模块401、星上交换管控处理模块402、协调中心接口模块403和无线接入网接口模块404，各组成模块的功能如下：

(1)卫星处理器接口模块401：完成星上交换管控处理模块402发出的星上交换控制信令的基带处理和中/射频调制解调，形成与卫星星上处理器10的星控信令通道；

(2)星上交换管控处理模块402：根据当前卫星移动通信网络中正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，同时根据当前星上处理交换网络的剩余可用连接资源，通过计算分析对星上交换实现单跳通信的可执行性并进行判决，如果可行则向星上交换网络发出连接执行操作的控制信令；

(3)协调中心接口模块403：是星上交换管控处理模块402与星上交换协调处理模块502之间的连接通道接口，用于传输星上交换协调处理模块502从地面核心网30获取的正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息；

(4)无线接入网接口模块404：是星上交换管控处理模块402与地面无线接入网20之间的连接通道接口，用于从地面无线接入网20获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息；

星上交换协调中心单元50的具体组成模块为管控中心接口模块501、星上交换协调处理模块502、核心网接口模块503，各组成模块的功能如下：

(1)管控中心接口模块501：是星上交换协调处理模块502与星上交换管控处理模块402之间的连接通道接口，用于将星上交换协调处理模块502从地面核心网30获取的正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息传输给星上交换管控处理模块402；

(2)星上交换协调处理模块502：从地面核心网30获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，作为补充信息渠道来辅助星上交换管控处理模块402对星上交换实现单跳通信的可执行性进行分析和判决；

(3)核心网接口模块504：是星上交换协调处理模块502与地面核心网30之间的连接通道接口，用于从地面核心网30间接获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息

星上交换管理控制分支完成分析、判决及控制的工作流程如下：

(1)星上交换管控处理模块402通过无线接入网接口模块404，从地面无线接入网20获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息；星上交换协调处理模块502通过核心网接口模块504，也从地面核心网30获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，并通过管控中心接口模块501和协调中心接口模块401传送至星上交换管控处理模块402；

(2)星上交换管控处理模块402根据当前卫星移动通信网络中正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，同时根据当前星上处理交换网络123的剩余可用连接资源，通过计算分析对星上交换实现单跳通信的可执行性并进行判决。如果可执行星上单跳通信则星上交换管控模块402对星上处理交换网络123发出相应的控制信令以控制其实施连接操作，进而完成两个通信终端经过星上单跳连接的通信实现；否则，星上交换管控模块402放弃执行对星上处理交换网络123的控制操作，从而使得两个通信终端继续通过地面段的核心网完成双跳通信实现；

(3)如果当前可以执行星上交换操作，则星上交换管控模块402发出交换控制指令，并通过卫星处理器接口模块401完成该控制指令的基带处理和中/射频调制，经星控信令通道对星上交换处理单元120完成控制；

4.卫星星上处理管控架构方案

卫星星上处理管理控制架构方案的具体实施例，与具体采用的3GPP/UMTS Release 4通信网络结构有关，如图5所示。

通信网络仍由常规的无线接入网RAN和核心网CN两个部分组成，各子网内相应的功能单元都是现有而非新设计的。

无线接入网包括以下组成单元：

(1)卫星处理单元10：工作于透明转发附加有限星上交换处理能力的工作方式，直接面向用户终端设备作为用户链路空中接口的一端，同时也作为馈电链路的一端与无线接入网的地面设备相连；

(2)节点B*(Node B*)201：地面无线收发信设备，主要完成传输数据的物理层处理，即基带数字信号信号编码解码、调制解调，以及射频信号上下变频等工作，也完成部分数据链路层工作。与卫星处理单元共同完成地面移动通信网络中节点B的功能；

(3)无线网络控制器(RNC)202：对节点B*201以及移动用户终端进行控制管理，包括通信管理(包括话音业务呼叫处理、分组业务处理等)、移动性管理(包括位置管理和切换管理等)、无线资源管理(包括频率分配、信道分配、功率控制、终端定位等)等功能。无线网络控制器202与节点B*201之间通过标准Iub接口进行连接，无线网络控制器202之间通过标准Iur接口进行连接；

核心网包括以下组成单元：

(1)电路交换域媒体网关(CS-MGW)301：完成电路交换域各种媒体业务之间的地面交换中心。电路交换域媒体网关301与无线接入网的无线网络控制器202之间通过标准Iu-CS接口连接；

(2)移动交换中心服务器-访问位置寄存器(MSC Server/VLR)302：移动交换中心服务器完成电路交换域的呼叫控制、接入控制、移动性管理、资源分配、协议处理、寻路路由、鉴权认证、通话计费等功能。访问位置寄存器存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。移动交换中心服务器-访问位置寄存器302与电路交换域媒体网关301之间通过标准Mc接口连接；

(3)互连功能模块(IWF)303：卫星移动通信网络与其他移动通信网络PLMN和/或固定网络ISDN/PSTN等进行电路交换域的互连互通接口单元，完成本网络与外部网络的协议转换。互连功能模块303与电路交换域媒体网关301之间通过标准L接口连接；

(4)归属位置寄存器-鉴权中心-设备识别寄存器(HLR/AUC/EIR)304：归属位置寄存器负责移动用户管理的数据库，存放着全部归属用户的信息；鉴权中心是一个管理与移动台相关的鉴权信息的功能实体，完成对移动用户的鉴权；设备识别寄存器是存储有关移动台设备参数的数据库，负责对移动台设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止未经授权的移动设备访问网络。归属位置寄存器-鉴权中心-设备识别寄存器304与移动交换中心服务器-访问位置寄存器302之间通过标准D、F接口连接；

(5)GPRS业务支持节点(SGSN)305：是分组交换域的一个基本功能实体，其主要作用是为本SGSN服务区域的移动终端提供分组数据包的路由与转发功能。GPRS业务支持节点305与无线接入网的无线网络控制器202之间通过标准Iu-PS接口连接，与移动交换中心服务器-访问位置寄存器302之间通过标准Gs接口连接，与归属位置寄存器-鉴权中心-设备识别寄存器304之间通过标准Gr、Gf接口连接；

(6)GPRS网关支持节点(GGSN)306：用于提供分组数据包在卫星移动通信网和外部数据网(如Internet)之间的路由和封装。GPRS网关支持节点(GGSN)306与GPRS业务支持节点305之间通过标准Gn接口连接，与归属位置寄存器-鉴权中心-设备识别寄存器304之间通过标准Gc接口连接；

相对于通信网络分支中的各既有功能单元，星上处理单元的管理控制分支中各组成单元，包括卫星控制节点411、卫星路由控制器412和卫星交换协调服务器511，都是新增加的网络单元。其中卫星控制节点411和卫星路由控制器412具体构成了星上交换管控中心40，而星上交换协调服务器511即直接构成了星上交换协调中心50。

(1)卫星控制节点(SCN)411：是系统地面段控制卫星载荷尤其是交换处理网络的地面设备节点，其主体是控制信令收发信设备，主要完成信令传输的物理层处理，即基带信号编码解码、调制解调，以及射频信号上下变频等工作；卫星控制节点(SCN)411完成星上交换管控中心40中卫星处理器接口模块401的具体功能；

(2)卫星路由控制器(SRC)412：是卫星移动通信系统中完成星上交换网络资源管理和交换路由决策的重要功能实体，根据业务通信双方的用户终端和链路信道信息，以及当前星上交换网络资源情况进行交换路由的决策。卫星路由控制器412与卫星控制节点411之间通过自定义Iuc接口连接，与无线网络控制器202之间通过自定义Ius接口连接；卫星路由控制器(SRC)412完成星上交换管控处理模块402、协调中心接口模块403和无线接入网接口模块404等的具体功能；

(3)卫星交换协调服务器(SSC Server)511：主要功能是通过与各移动交换中心服务器(MSC Server)302进行必要协调，作为卫星路由控制器(SRC)412所需的通信双方用户终端信息的辅助提供途径。卫星交换协调服务器511与卫星路由控制器412之间通过自定义Iu-S接口连接，与移动交换中心服务器-访问位置寄存器302之间通过自定义Sm接口连接；卫星交换协调服务器(SSC Server)511完成管控中心接口模块501、星上交换协调处理模块502和核心网接口模块503等的具体功能。

针对星上交换处理单元管理和控制的工作流程如下：

(1)卫星路由控制器412从无线网络控制器202中获取获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息；卫星交换协调服务器511从移动交换中心服务器(MSC Server)302同时也获取正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，作为备份信息传送至卫星路由控制器412；

(2)卫星路由控制器412根据当前卫星移动通信网络中正在进行通信连接申请的主叫和被叫用户终端信息，同时根据当前星上处理交换网络123的剩余可用连结资源，通过计算分析对星上交换实现单跳通信的可执行性并进行判决。如果可执行星上单跳通信则星上交换管控模块402对星上处理交换网络123发出相应的控制信令以控制其实施连接操作，进而完成两个通信终端经过星上单跳连接的通信实现；否则，卫星路由控制器412不发出星上交换的控制指令，从而使得两个通信终端继续通过地面段的核心网完成双跳通信实现；

(3)如果当前可以执行星上交换操作，则卫星路由控制器412发出交换控制指令，并通过卫星控制节点411将该指令以无线信号方式传送至对星上交换处理单元120，进而完成星上交换网络的交换操作控制。

本发明中针对卫星星上处理单元的并行分立的管理控制架构方案，无需修改原有的地面移动通信系统的通信接口、协议规范和处理流程，基本保持了原有的地面系统网络参考结构；因为可以保持原有无线空中接口Uu而使得卫星用户终端直接采用现有的地面用户终端方案成为可能，从而避免了重新设计双模/多模卫星用户终端的要求；同时也便于卫星系统的通信网络主体随着地面移动通信系统技术的演进而进一步升级。这些对卫星移动通信系统的具体实施都是非常有利的。

以上虽然仅仅是参考特定的具体实施例对本发明进行了图示和说明，但是任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可以对本发明进行的形式和细节上的任何修改，都应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种卫星移动通信系统，包括通信网主体分支，所述通信网主体分支通过地面移动通信系统中常规的无线空中接口和网络协议，支持用户终端之间通过卫星的通信连接，所述系统的特征在于，还包括，星上交换管理控制分支，

星上交换处理的管理控制信令由所述通信网主体分支以外的星上交换管理控制分支产生和传输，所述星上交换管理控制分支构成卫星星上处理的分立并行控制信令通道，同时对星上交换的可执行性进行分析和判决，并控制具体交换的执行操作；

所述通信网主体分支包括一卫星星上处理器(10)、一地面段无线接入网(20)和一地面段核心网(30)；

所述星上交换管理控制分支包括一星上交换管控中心单元(40)和一星上交换协调中心单元(50)；所述星上交换管控中心单元(40)通过获取通信网络中当前通信连接终端的信息，对星上交换处理操作的可执行性进行分析和判决，并发出具体交换的控制指令；所述星上交换管控中心单元(40)通过特定接口与所述地面段无线接入网(20)相连进行信令交互；所述星上交换协调中心单元(50)提供另一条关于通信网络中当前通信连接终端信息的获取通道，并辅助所述星上交换管控中心单元(40)完成相应的分析、判决和控制操作；所述星上交换协调中心单元(50)通过另一特定接口与所述地面段核心网(30)相连进行信令交互；

所述卫星星上处理器(10)包括一用户链路透明转发处理单元(110)、一馈电链路透明转发处理单元(130)和一星上交换处理单元(120)；所述用户链路透明转发处理单元(110)完成用户链路射频信号和星上中频信号之间的相互透明转换；所述馈电链路透明转发处理单元(130)完成馈电链路射频信号和星上中频信号之间的相互透明转换；所述星上交换处理单元(120)完成指定的用户链路信道之间的通信业务在星上的交换处理。

2.如权利要求1所述的卫星移动通信系统，其特征在于，所述星上交换处理单元(120)在所述用户链路透明转发处理单元(110)和所述馈电链路透明转发处理单元(130)之间采用桥接旁路的方式完成星上单跳环回通信交换处理。

3.如权利要求1所述的卫星移动通信系统，其特征在于，所述星上交换处理单元(120)基于基带比特流、或数据帧、或IP的方式进行所述交换处理。

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