CN101800588A

CN101800588A - 卫星移动通信系统的用户信息匹配方法

Info

Publication number: CN101800588A
Application number: CN201010119456A
Authority: CN
Inventors: 吴建军; 高振兴; 杜建成; 王坤; 许玉滨; 郭健; 程宇新
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: CN101800588B

Abstract

本发明公开了一种卫星移动通信系统的用户信息匹配方法，属于卫星通信技术领域。该通信系统包括通信网主体分支和星上交换管理控制分支，后者包括卫星路由控制器和卫星控制节点，两者数据连接，同时卫星路由控制器和无线网络控制器和移动交换中心数据连接，卫星控制节点和卫星数据连接，所述方法包括：1)移动交换中心向卫星路由控制器发送属于本次呼叫的主/被叫位置信息；2)卫星路由控制器建立本次呼叫的用户信息表，并据此向主/被叫用户所在的无线网络控制器请求双方的用户链路信道信息；3)卫星路由控制器对交换路由进行分析和决策，并将决策结果通过卫星控制节点发送至卫星。本发明可用于卫星移动通信。

Description

卫星移动通信系统的用户信息匹配方法

技术领域

本发明涉及卫星移动通信系统，尤其涉及一种星上交换主叫/被叫用户信息的匹配方法。属于卫星通信技术领域。

背景技术

自从1897年Guglielmo Marconi发明了无线通信以来，新的无线和有线的通信方式、服务和标准不断被世界各地的运营商采用。这一演进过程在不断加速，尤其是最近十年以来，移动无线工业在很多新技术的刺激下发展迅猛发展。预计，在未来的几十年内，移动无线通信的增长指数将会持续增长。现存的无线通信系统有很多，例如，美国的theAdvanced Mobile Phone Service cellular system(AMPS)，北美的the Nordic Mobile Telephonesystem(NMT)以及the Global System for Mobile Communications(GSM)等。许多现存通信系统同时提供移动地面通信和移动卫星通信。

终端之间的卫星通信的典型应用为双跳模式，是卫星工作方式为透明转发方式下的一种模式，主要优点是卫星转发器非常简单，可以适应不同的通信体制及其发展，并且可靠性高；缺点是经过双跳之后链路传输时延较长，通常可以达到0.54s以上，容易引起用户的不适应感。也有单跳模式，该模式要求卫星转发器具有处理交换功能，主要优点是只需要经过一跳即可完成业务传输，链路时延缩短，较符合商业用户的使用习惯；缺点是卫星转发器变得复杂且可靠性不高，同时通信体制一旦确定之后就基本上无法改变，影响整个系统的演进和发展。考虑到我国卫星平台和有效载荷设计和研制的能力有限，相应的星上处理交换能力也较为有限，因此系统的通信模式为星上透明转发和处理交换相结合的混合模式。

混合模式下，卫星采用话音单跳，信令采用双跳。但是，卫星对于终端用户的信息不太清楚，用户终端的信道链路信息在无线网络控制器中管理，而位置信息存储在核心网中，没有这些信息，卫星无法控制星上交换矩阵进行交换路由，无法对语音单跳进行分析和判决。对于这一问题，已经有一些研究成果：

[Javor P.Kolev，Carsten Hoirup，US Patent 5956646，“Method for synchronizingtransaction identifiers in a mobile satellite communication system”Sep 21，1999]公开了一种单跳模式下两个移动台之间使用同步业务标识来判断所属连接的方法，即利用业务标识来识别消息是否属于同一连接。但是该方法中需要修改的接口协议比较多。

[Chandra Joshi，Anthony Noerpel，Chi-Jiun Su，Dave Roos，US Patent 6314290，“Mobilesatellite system and method for implementing a single-hop terminal-to-terminal call”Nov 6，2001]公开了一种话音通信建立后，维持信令通道的方法。但是，该方法控制过程比较复杂。

[John E.Stoner，Kenneth J.Wollack，US Patent 5416770，“Method and apparatus forestablishing dispatch audio communication in a communication system”May 16，1995]公开了一种通信系统中的通信单元间建立语音通信的方法。这一方法利用标识来识别是否属于同一次语音通信。此方法需要对现有在现有协议的基础上进行改动，使得网元的处理控制过程复杂化。

一般而言，星上处理方式的不同直接导致通信网络结构的不同，在这方面已经有一些研究成果：

[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。

总的来说，对于话音单跳通信方式的卫星通信系统来说，如何增加尽可能少的网元，并能最大限度的兼容已有的地面网络，就可以使得话音通信中信令和语音正常进行，是本发明的主要内容。此外，增加了新的网元后，设计网元功能，使本发明所述方案在与其他网络功能不冲突的情况下完全适合，也在本发明考虑的范围内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于卫星通信系统的星上交换主叫/被叫用户信息匹配方法。和本发明方法相适应的卫星移动通信系统也将在本说明书中得以描述。

本发明所述的用户信息匹配指的是，星上交换过程中属于同一呼叫接续流程的主叫/被叫信息的准确配对。

本发明涉及的卫星移动通信系统包括通信网主体分支(可以采用现有的任何一代地面通信系统)和附属的星上交换管理控制分支。该系统和现有系统相比的主要特征集中在所述星上交换管理控制分支及其新增接口功能。该系统新增的网元包括两个：卫星控制节点(以SCN表示)和卫星路由控制器(以SRC表示)。SCN主要负责物理层处理；SRC负责单跳路由分析和决策，以及与地面网络之间的协调。新增接口为：Ius接口，连接SRC和无线网络控制器(以GNC表示)，负责传送用户链路信道资源；Iu-S接口，SRC和移动交换中心(以MSC SERVER/VLR表示)，负责传送用户卫星信息和两个分支的协调信息。该系统的结构图参见图1。

本发明的用户信息匹配方法包括下列步骤：

1)移动交换中心向卫星路由控制器发送属于本次呼叫的主叫/被叫位置信息；

2)卫星路由控制器建立本次呼叫的用户信息表，并根据信息表向主叫/被叫用户所在的无线网络控制器请求主叫/被叫双方的用户链路信道信息；

3)卫星路由控制器对交换路由进行分析和决策，并将决策结果通过卫星控制节点的信令通道发送至卫星。

上述各步骤的详细过程包括：

步骤1)：呼叫连接开始后，移动交换中心识别非接入层消息，解析主叫/被叫识别标志，然后将这一信息传送给卫星路由控制器(SRC)。

步骤2)：卫星路由控制器(SRC)利用此识别标识建立一张呼叫连接的用户信息匹配表，后续得到的用户位置信息和信道信息将依次填入本表。

步骤3)：卫星路由控制器(SRC)根据掌握的星上交换网络资源情况进行分析，如果星上资源充足，则语音可以单跳。如果星上资源不够，则语音只能双跳。

本发明所涉及的用户信息包括：用户位置信息和信道链路信息。具体为：用户终端的服务区信息、波束信息、CN域标志、LAI、永久的UE非接入层标识IMSI、全球RNC标识以及信道信息等。

本发明提供了一种用户信息匹配方法，和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)基采用地面各代的通信网络为本发明的主体分支，无须修改其中的协议、接口以及网元，方便实现随着地面通信网的演进而升级；

2)星上交换附属分支设计简洁，功能集中；

3)可以保证星上交换时正确路由，以及不能进行星上交换时语音改为双跳，保证了通信的正常进行。

附图说明

图1是本发明涉及的卫星移动通信系统的结构示意图；

图2是本发明卫星路由控制器的控制流程图；

图3是本发明匹配方法涉及的各个部件的结构示意图；

图4是本发明匹配方法的信令流程。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。注意：此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施例匹配方法由移动交换中心(MSC SERVER)、卫星路由控制器(SRC)以及无线网络控制器(GNC)协调完成。通信网络整体设计利用现有的地面通信网络，并在此基础上增加星上交换管理控制分支。本实施例基于3G兼容体制(具体而言是基于3GPP/UMTSRelease 4参考模型[3rd GPP Technical Specification Group Services and Systems Aspects：Network architecture，Release 4，3GPP TS 23.002 V4.8.0，2003-06])。

本实施例的系统框图同样如图1所示，地面通信系统网络网元设置完全采用WCDMA通信体制进行设计，由核心网和无线接入网组成，各子网内相应的功能单元都采用现有单元。星上处理的管控分支独立于通信网主体分支，仅由卫星控制节点(SCN)和卫星路由控制器(SRC)两个网元组成。

通信网络主体分支中无线接入网完成的工作主要包括：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及调制解调、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。

卫星控制节点(SCN)与卫星路由控制器(SRC)相连，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。卫星路由控制器(SRC)的功能是建立呼叫接续过程中的主叫/被叫用户信息表，根据自己掌握的星上交换网络资源情况进行交换路由的分析和决策，并将交换路由决策结果通过信令通道通知星上交换处理单元，完成星上交换网络的切换执行。

卫星路由控制器(SRC)接收移动交换中心发来的关于主叫被叫用户信息的消息，建立一张主叫接续用户信息表，主动向无线控制节点请求主叫/被叫用户信道链路信息，对交换路由进行分析和决策，然后将一致性保持的结果通过卫星控制节点(SCN)提供的信令通道发送到卫星。

在WCDMA网络中，用户信息存储在CN域，用户信道链路信息存储在无线接入网域，而在本实施例中，采用移动交换中心主动上报用户位置信息，而用户信令链路信息由卫星路由控制器(SRC)主动向地面无线接入网请求获得。如附图2所示，具体过程如下：

1.呼叫接续过程中，地面主体分支中核心网的移动交换中心向无线路由控制器通过Iu-S接口发送主叫/被叫用户的用户位置信息；

2.卫星路由控制器(SRC)接收此信息并建立用户信息表，此表中记录了所有终端发起的呼叫接续过程，每一次过程都包括主叫信息和被叫信息两栏，每一种用户信息又包含位置信息和信令链路信息两种，如下表：

3.卫星路由控制器(SRC)根据自己掌握的星上网络资源的利用情况对本次呼叫进行星上交换的可行性进行分析，如果分析结果是星上网络资源足够，则语音可以进行单跳；如果星上网络资源不足，则语音不能进行单跳，只能进行地面主体网络的双跳模式

4.如果星上交换网络资源足够，语音单跳，则卫星路由控制器(SRC)要进行星上交换路由决策，即主叫和被叫通过哪条路径进行星上交换

5.卫星路由控制器(SRC)通过卫星控制节点(SCN)的信令通道通知卫星上的交换处理单元，完成星上交换网络的切换执行

6.卫星路由控制器(SRC)通知移动交换中心(MSC SERVER)语音单跳开始，移动交换中心(MSC SERVER)开始为单跳计费

如图3所示，一致性保持过程涉及的网元包括移动交换中心、卫星路由控制器、无线网络控制器(GNC)以及移动终端等。这一过程中，移动交换中心所起的作用是：

a.向卫星路由控制器(SRC)提供主叫/被叫用户位置信息

b.语音单跳计费

c.完成两个分支的协调管理工作

卫星路由控制器(SRC)对匹配方法起的是核心作用，主要功能为：

a.建立用户信息表

b.向无线网络控制器(GNC)请求用户信道链路信息

c.分析星上交换网络资源

d.交换路径决策

e.通过卫星控制节点(SCN)向卫星发送控制信息，控制星上交换矩阵

在本实施例中，无线网络控制器(GNC)向卫星路由控制器(SRC)提供信道链路信息。移动终端发起和终止呼叫。卫星起到对信令的透明转发，话音的处理转发功能。

本实施例中的具体通信流程如图4所示，主叫方网元为下标为-a的网元，被叫方网元为下标为-b的网元。

1)主叫/被叫方的移动交换中心(MSC SERVER)收到移动终端的非接入层信令消息，解析其中的NAS消息，通过与VLR/HLR等网元交互获得主叫/被叫方的用户位置信息

2)卫星路由控制器(SRC)建立用户信息登记表，根据表中的主叫/被叫无线网络控制器的标志，找到主叫/被叫所在的无线网络控制器(GNC)，通过Ius接口向其发送信令索要主叫/被叫信道链路信息

3)无线网络控制器(GNC)通过Ius接口发送信道链路信息，卫星路由控制器(SRC)将这些信息填入用户信息登记表。卫星路由控制器启动算法，对现有星上网络资源进行分析，如果可以进行单跳则通过卫星控制节点(SCN)向卫星发出路由控制信令，控制星上交换矩阵进行单跳。

4)卫星路由控制器(SRC)接收到单跳开始信令的回复，向移动交换中心发送信令，告诉移动交换中心可以开始进行单跳计费

需要说明的是，本实施例仅以WCDMA系统为例进行说明，其他地面通信系统，如：GSM、IS-95、固定电话系统等的部分星上交换方式下的实现与此类似，本领域技术人员在本发明的教导下可以实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种卫星移动通信系统的用户信息匹配方法，所述卫星移动通信系统包括通信网主体分支和星上交换管理控制分支，所述星上交换管理控制分支包括卫星路由控制器和卫星控制节点，所述卫星路由控制器和卫星控制节点数据连接，同时所述卫星路由控制器和所述通信网主体分支的无线网络控制器和移动交换中心数据连接，所述卫星控制节点和所述通信网主体分支的卫星数据连接，所述方法包括下列步骤：

2.如权利要求1所述的卫星移动通信系统的用户信息匹配方法，其特征在于，步骤2)所述用户信息表包括下列信息：用户终端的服务区信息、波束信息、CN域标志、LAI、永久的UE非接入层标识IMSI、全球RNC标识和信道信息。

3.如权利要求1所述的卫星移动通信系统的用户信息匹配方法，其特征在于，步骤3)所述分析和决策包括：卫星路由控制器判断星上交换网络资源是否充足，若是，则语音进行星上单跳连接，否则，语音进行地面双跳连接。

4.如权利要求1所述的卫星移动通信系统的用户信息匹配方法，其特征在于，所述移动交换中心具有计费功能。

5.如权利要求1-4任意一项所述的卫星通信系统的用户信息匹配方法，其特征在于，所述通信网主体分支由无线接入网和核心网组成，所述移动交换中心位于所述核心网。

6.如权利要求5所述的卫星通信系统的用户信息匹配方法，其特征在于，所述无线接入网完成射频信号上下变频和传输数据的物理层处理；所述核心网完成通信业务交换，相应的通信管理、移动性管理和用户管理，以及和其他网系之间的接口和互通。

7.如权利要求5所述的卫星通信系统的用户信息匹配方法，其特征在于，所述通信网主体分支是GSM、IS-95或WCDMA卫星移动通信系统。