CN102255649B - 一种卫星移动通信地面站系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星移动通信地面站系统，所述卫星移动通信地面站系统采用高ATCA平台体系架构；该系统包含卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN三个网元子系统构成；所述卫星基站系统SBSS又分成射频单元模块和数字硬件单元模块两部分；所述射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，卫星基站系统SBSS的数字硬件单元、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN放置在各自独立的ATCA机柜中。本发明基于ATCA的体系架构，使得卫星移动通信地面站系统能获得大容量、高可靠性、很好的扩展性、更大的单板处理能力、更高的板间互连带宽、稳定可靠的供电、散热以及统一可靠的系统管理等方面的好处。

Description

一种卫星移动通信地面站系统

技术领域

本发明涉及卫星移动通信地面站系统，特别是一种基于ATCA(AdvancedTelecommunication Computer Architecture，先进的电信计算机体系架构)硬件平台的卫星移动通信地面站系统。

背景技术

利用地球静止轨道卫星或中、低轨道卫星作为中继站，实现区域乃至全球范围的移动通信称为卫星移动通信。卫星移动通信系统为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务，是陆地蜂窝移动通信系统的扩展和延伸，在偏远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只及远航飞机等通信方面更具独特的优越性。卫星移动通信已经成为通信业务的一个重要发展方向。

卫星移动通信系统(如图1所示)由空间段1、应用段2和地面段3三部分组成。空间段1，即通信卫星，利用卫星上所搭载的转发器实现用户与用户、用户与卫星地面站间信号的转发，即实现对用户链路和馈送链路中信号的转发。应用段2，即用户终端5，将可识别的信息(语音、数据、短消息等)处理成可在空间传输的、符合系统要求的无线信号，并向卫星发射；同时，将卫星发射(转发)来的符合系统要求的空间无线信号接收处理成可识别的信息(语音、数据、短消息)。地面段3实现无线收发信功能，包括射频处理、信道编译码及复用解复用、扩频调制及解扩解调等；实现无线资源和地面资源的管理、系统网络管理和设备监控、卫星移动用户的鉴权、加密、认证、计费等功能；以及用户数据的处理、用户数据的交换和传输，并实现与外部网络的互连通信。

其中地面段3中最重要的一部分是卫星移动通信地面站系统，如图1中所示标准的卫星移动通信地面站系统架构，由卫星基站系统SBSS(SatelliteBase Station System)6、GPRS服务支持节点SGSN(Serving GPRS Support Node)7和网关GPRS支撑节点GGSN(Gateway GPRS Support Node)8三个网元组成。

卫星基站系统SBSS 6实现的功能包括卫星移动用户的无线资源管理、移动性管理和无线收发信功能，包括射频处理、信道编译码及复用解复用、扩频调制及解扩解调等。

GPRS服务支持节点SGSN 7和网关GPRS支撑节点GGSN 8通常合称为GPRS支撑节点GGSN(GPRS Support Node)9。GPRS服务支持节点SGSN 7主要完成卫星移动用户分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能；网关GPRS支撑节点GGSN 8主要是起网关作用，与多种不同的地面通信网络10连接(包含但不限于综合业务数字网ISDN(Integrated Services Digital Network)、分组交换公用数据网PSPDN(Packet Switched Public Data Network)和局域网LAN(Local Area Network)等网络)；把卫星移动用户的分组数据包进行协议转换并传送到远端的网络，实现互连通信。

卫星移动用户数据通过业务信道在用户终端5和卫星基站系统SBSS 6和GPRS支撑节点GGSN 9的网络设备之间传输。如果是卫星移动通信系统内的卫星终端5之间相互通信，用户数据由卫星基站系统SBSS 6进行转发；如果卫星终端5是与网外用户通信时，用户数据经历单跳卫星链路、卫星基站系统SBSS 6、GPRS支撑节点GGSN 9网络设备与外部网络建立连接。

随着卫星移动通信技术的发展及应用需求的不断提高，硬件平台体系架构和软件体系架构在单板处理密度、单板面积、功耗、吞吐能力、可靠性、可扩展性、系统管理、系统处理能力等方面都提出了越来越高的要求。现有的卫星移动通信地面站系统采用的硬件平台体系架构和软件体系架构虽然进行了一些扩展努力，但仍然难以满足日益增强的需求压力。另外，作为在电信等行业内被广泛支持的具有多种优异性能的通用可扩展的平台体系-ATCA硬件平台体系，当前的卫星移动通信地面站系统都还没有采用。

发明内容

本发明针对上面所述的当前卫星移动通信地面站系统存在的不足和问题，本发明采用基于先进电信计算机体系架构平台来实现卫星移动通信地面站系统。

本发明的一个方面，提供了一种卫星基站系统，所述卫星基站系统包括射频单元和数字硬件单元部分，射频单元和数字硬件单元分别采用不同类型的机框；所述射频单元采用非ATCA平台的射频机柜，所述数字硬件单元以ATCA单板的形式安插在ATCA机柜。

根据本发明的实施例，所述卫星基站系统用于卫星移动通信地面站系统，所述卫星移动通信地面站系统采用高ATCA平台体系架构；该系统包含至少一个卫星基站系统SBSS和一个GPRS支撑节点GSN；所述卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN之间通过有线连接组成本地网络；所述卫星基站系统SBSS与通信卫星通过馈电链路连接；所述卫星基站系统SBSS负责处理本地网络内卫星用户终端的接入；所述GPRS支撑节点GSN负责处理本地卫星移动通信网络内的通信以及本地网络与外部网络之间的通信。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括至少一个基于ATCA平台的机框组成一个机柜，并可再增加至少一个扩展机柜。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括至少一个以太网交换模块GES，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现设备中单板间的的无管理以太网交换。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个基带处理模块BB，具有插入机框的ATCA单板的形式，完成信道处理的功能：在下行方向实现速率适配、信道编码和交织、加密；在上行方向实现数字解调、解密、去交织、信道解码和速率适配功能。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个射频接口模块RFI，具有插入机框的ATCA单板的形式，接收射频单元过来的信号，转换成内部基带信号流格式，通过交换网传送到基带处理模块BB；转换基带数字信号并传送到对应的射频单元。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个接口和时钟模块IFB/CLK，具有插入机框的ATCA单板的形式，提供与GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN的IP连接接口以及时钟信号的提取和分配。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个控制面主控模块CCM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现负载均衡、公共资源管理以及与其它应用功能模块的内部通讯功能。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个控制面用户终端功能模块MSM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户终端和承载控制相关的功能；所述数字硬件单元部分包括一或多个控制面波束小区功能模块SBM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现与波束小区相关的功能；所述数字硬件单元部分包括一或多个用户面公共处理模块URMM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面的资源管理功能。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个用户面用户终端处理模块UMSM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现与用户终端相关的用户面协议处理功能；所述数字硬件单元部分包括一或多个用户面波束小区处理模块USBM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现与波束小区相关的用户面协议处理功能。

本发明的另一个方面，提供一种卫星移动通信地面站系统，所述卫星移动通信地面站系统采用高ATCA平台体系架构；该系统包含至少一个卫星基站系统SBSS和一个GPRS支撑节点GSN；所述卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN之间通过有线连接组成本地网络；所述卫星基站系统SBSS与通信卫星通过馈电链路连接；所述卫星基站系统SBSS负责处理本地网络内卫星用户终端的接入；所述GPRS支撑节点GSN负责处理本地卫星移动通信网络内的通信以及本地网络与外部网络之间的通信。

根据本发明的实施例，所述卫星基站系统SBSS包括射频单元与数字硬件单元，所述射频单元与数字硬件单元分离，并通过有线传输线路连接。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元具有插入机框的ATCA单板的形式，在ATCA平台上实现控制交换、对外接口、基带处理、信令交互、用户数据处理等功能。

根据本发明的实施例，所述射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，完成卫星基站系统SBSS中无线信道的控制处理、无线信道数据的发送接收、基带信号和载波信号间的调制解调和上下变频、无线载波的功率放大和发送接收功能。

根据本发明的实施例，所述GPRS支撑节点GSN包括数字硬件单元，该数字硬件单元单元具有插入机框的ATCA单板的形式，在ATCA平台上实现控制交换、负载均衡、访问用户数据管理、计费管理、跟踪、合法侦听管理、对外接口、信令交互、用户数据处理等功能。

根据本发明的实施例，所述卫星移动通信地面站系统的所有网元具有相同的软件体系架构。

根据本发明的实施例，所述软件构架包括操作系统OS、中间件MW、控制面处理CPP、用户面处理UPP和操作维护OMP；所述操作系统OS是实时操作系统，作为整个系统的操作系统。

根据本发明的实施例，所述中间件MW是基于操作系统OS之上的软件公共模块，为上层软件提供通用的基本功能；述控制面处理CPP实现控制面信令处理相关功能；用户面处理UPP实现用户面数据处理相关功能；操作维护OMP(Operating and Maintenance Processing)：实现前台操作维护相关功能。

根据本发明的实施例，所述操作系统OS和中间件MW构成软件公共平台，为上层应用软件模块提供通用的基本功能；所述控制面处理CPP、用户面处理UPP和操作维护处理OMP则是在软件公共平台上的应用软件模块，通过调用软件公共平台提供的统一接口完成特定的应用处理。

本发明基于ATCA的体系架构，使得卫星移动通信地面站系统能获得大容量、高可靠性、很好的扩展性、更大的单板处理能力、更高的板间互连带宽、稳定可靠的供电、散热以及统一可靠的系统管理等方面的好处。

本发明的另一个方面，提供一种卫星移动通信地面站系统，所述卫星移动通信地面站系统采用高ATCA平台体系架构；该系统包含卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN三个网元子系统构成；所述卫星基站系统SBSS又分成射频单元模块和数字硬件单元模块两部分；所述射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，卫星基站系统SBSS的数字硬件单元、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN放置在各自独立的ATCA机柜中。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个基于ATCA平台的机框组成一个机柜，并可再增加一或多个扩展机柜。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括至少一个以太网交换模块GES，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现设备中单板间的的无管理以太网交换。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个接口和时钟模块IFB/CLK，具有插入机框的ATCA单板的形式，提供与卫星基站系统SBSS和网关GPRS支撑节点GGSN等设备的IP连接接口以及时钟信号的提取和分配。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个控制面处理模块GCPM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现中央控制功能。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个用户面处理模块GUPM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面协议的处理功能。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括网关GPRS支撑节点GGSN包括：一或多个基于ATCA平台的机框组成一个机柜，并可再增加一或多个扩展机柜。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括至少一个以太网交换模块GES，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现设备中单板间的的无管理以太网交换。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个接口和时钟模块IFB/CLK，具有插入机框的ATCA单板的形式，提供与卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN以及与外部网络设备的IP连接接口以及时钟信号的提取和分配。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个用户面主控模块GMCM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面中央控制功能；所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个用户面处理模块GUPM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面协议的处理功能。

本发明的卫星基站系统基于ATCA的体系架构，使得卫星移动通信地面站系统能获得大容量、高可靠性、很好的扩展性、更大的单板处理能力、更高的板间互连带宽、稳定可靠的供电、散热以及统一可靠的系统管理等方面的好处。

本发明的再一个方面，提供了一种卫星移动通信地面站系统，所述卫星移动通信地面站系统采用高ATCA平台体系架构；该系统包含卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN三个网元子系统构成；所述GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN合为GPRS支撑节点GSN；所述卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN之间通过有线连接组成本地网络；所述卫星基站系统SBSS与通信卫星通过馈电链路连接；所述卫星基站系统SBSS负责处理本地网络内卫星用户终端的接入；所述GPRS支撑节点GSN负责处理本地卫星移动通信网络内的通信以及本地网络与外部网络之间的通信；

所述卫星基站系统SBSS又分成射频单元模块和数字硬件单元模块两部分；所述射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，卫星基站系统SBSS的数字硬件单元、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN放置在各自独立的ATCA机柜中。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括至少一个以太网交换模块GES，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现设备中单板间的的无管理以太网交换；所述以太网交换模块GES采用主备冗余方案或负荷分担方式。

根据本发明的实施例，所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个接口和时钟模块IFB/CLK，具有插入机框的ATCA单板的形式，提供与卫星基站系统SBSS和网关GPRS支撑节点GGSN等设备的IP连接接口以及时钟信号的提取和分配；所述接口和时钟模块IFB/CLK可采用1+1主备份方案，每一对IFB/CLK间有主备用。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个基带处理模块BB，具有插入机框的ATCA单板的形式，完成信道处理的功能：在下行方向实现速率适配、信道编码和交织、加密；在上行方向实现数字解调、解密、去交织、信道解码和速率适配功能；所述基带处理模块BB采用N+1、N+M或N:M备份方案。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个射频接口模块RFI，具有插入机框的ATCA单板的形式，接收射频单元过来的信号，转换成内部基带信号流格式，通过交换网传送到基带处理模块BB；转换基带数字信号并传送到对应的射频单元；所述射频接口模块RFI用1+1、N+1、N+M、N:M备份或冷备份方案。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个控制面主控模块CCM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现负载均衡、公共资源管理以及与其它应用功能模块的内部通讯功能；

所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个控制面处理模块GCPM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现中央控制功能；

所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个用户面主控模块GMCM，具有

插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面中央控制功能；

所述控制面主控模块CCM、控制面处理模块GCPM和用户面主控模块GMCM采用1+1主备份方案。

根据本发明的实施例，所述数字硬件单元部分包括一或多个用户面公共处理模块URMM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面的资源管理功能；

所述数字硬件单元部分包括一或多个用户面用户终端处理模块UMSM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现与用户终端相关的用户面协议处理功能；

所述GPRS服务支持节点SGSN包括一或多个用户面处理模块GUPM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现用户面协议的处理功能；

所述数字硬件单元部分包括一或多个用户面波束小区处理模块USBM，具有插入机框的ATCA单板的形式，实现与波束小区相关的用户面协议处理功能；

所述用户面公共处理模块URMM、用户面用户终端处理模块UMSM、用户面波束小区处理模块USBM和用户面处理模块GUPM采用N+1、N+M或N:M备份方案。

由于采用交换网络互连，机柜和扩展机柜间也可相互备份，特别是当GES所在机柜失效时，其它机柜的GES模块可通过一定机制接替失效机柜的工。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1示出了卫星移动通信网络及卫星移动通信地面站系统示意图；

图2示出了ATCA机框底层管理示意图；

图3示出了ATCA背板及模块互连示意图；

图4是实施方案一的SBSS+SGSN+GGSN配置示意图；

图5是卫星基站系统SBSS用户面应用软件模块示意图；

图6是实施方案二的SBSS+GSN配置示意图；

图7是实施方案三的地面站系统全合一配置示意图；

图8是软件体系架构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

ATCA是PICMG(PCI Industrial Computer Manufacturer’s Group，国际工业计算机制造者联合会)启动制定的新一代先进的电信计算机体系架构，是为下一代融合通信及数据网络应用提供的一个高性价比的、基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件架构。

如图2所示的ATCA机框底层管理示意图，ATCA规范家族中的核心规范PICMG3.0定义了ATCA体系结构的机械结构、电源、散热、互联、系统管理部分，其它一些辅助规范则定义了在核心规范中互联的传输方式。

在单板尺寸方面，ATCA规格为前板8U(高)x 280mm(深)，后板8U x 70mm。槽位间距为1.2”，19”机框可以支持14槽，而600mm ETSI的机框可以支持16槽。相对于CPCI 6U x 160mm的单板尺寸及0.8”的槽位间距，ATCA单板能容纳的电路数，支持的元器件高度，单板能容纳的功耗等方面都大大提高了，较宽的面板也加强了对接插件的支持。

在电源方面，每块ATCA单板接收两路独立的-48VDC电源直接供电，供电可靠性及供电能力都提高了。每块单板上的供电分为管理供电和负载供电两部分。管理供电功率较小，专为板上用于平台管理的智能平台管理控制器IPMC(Intelligent Platform Management Controller)13供电，在该控制器的控制下，板上电源模块可向其它负载供电或切断负载供电。

ATCA的机框管理(Shelf Management)12是基于智能平台管理总线IPMB(Intelligent Platform Management Bus)14的串行管理总线的，每个单板上的IPMC都有两条互为主备用的独立的IPMB总线(一条称为IPMB-A，另一条称为IMPB-B)与机框管理控制器(ShMC)12相连。单板与机框管理控制器件间的管理连接可以是总线型的，也可以是星型的。IPMB的物理层就是非常简洁的I2C(Inter-Integrated Circuit)串行信号线，而系统管理总线的冗余更加增强了管理通道的可靠性。

在单板互连方面(参见图3所示的ATCA背板及模块互连示意图)，ATCA按照背板从上到下的顺序依次定义了时钟同步总线15、Update通道(UpdateChannel)16、Base接口(Base Interface)17、Fabric接口(FabricInterface)18，最下面是电源和管理通道19。

Update通道16用于相互间需要非常高速、大吞吐量的数据直接传输或非常实时的交互的单板间的直接连接，Update通道16在背板上的连接是非常灵活的。

Base接口17是一个双星型(Dual Star)的拓扑结构，链路为10/100/1000Base-T，星的中央是冗余的交换单板。

Fabric接口18用于单板间的高速数据传输，Fabric接口18是基于高达3.125Gbps SERDES信号，可以在星型和全网状结构互连中支持10Gb的传输速率。Fabric接口18可以支持多种传输规范，当采用星型拓扑时，星的中央也是冗余的交换单板。图3中的板位排列和连线是示意性的，实际上Fabric网络可支持双星、全互连等多种拓扑，而槽位的安排，包括交换板位的槽位安排也是灵活的。

ATCA平台的板间及单板与交换板间的数据传输均采用点到点的高速差分链路技术，提高了互连的可靠性并大大提高了硬件平台的吞吐能力。

目前，ATCA硬件平台体系架构已经获得了许多主流软硬件厂商的支持，成为电信等行业广泛应用的通讯设备平台体系结构标准。采用ATCA体系架构也会带来降低成本、缩短开发周期，容易获得支持等诸多好处。同时，我们可以看到具有大容量、高可靠需求的卫星移动通信地面站系统的设备与陆地移动通信系统等的网络侧设备有极大的相似性，所以适用于陆地移动通信系统的ATCA平台也一样可以适用于卫星移动通信地面站系统。

本发明提出的基于ATCA硬件平台体系架构的卫星移动通信地面站系统，所有网元子系统遵循相同的体系架构，因此所采用的卫星移动通信制式(包含但不限于如时分多址接入TDMA(Time Division Multiple Access)、码分多址接入CDMA(Code Division Multiple Access)、频分多址接入FDMA(FrequencyDivision Multiple Access)等)无关。

本发明提出的体系架构不限于应用到欧洲电信标准化协会ETSI提出的基于GMR-13G标准的系统架构，其它制式和标准的卫星移动通信地面站系统都可以采用本发明提出的软硬件平台体系架构来实现。同时，卫星移动通信地面站系统的实施方式包括但不限于下面所示的具体实施方式。

如图4所示的本发明的一个实施例，卫星移动通信地面站系统由卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN三个网元子系统构成，其中GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN通常合称为GPRS支撑节点GSN。

卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN之间通过有线连接(包含但不限于如以太网等)组成本地网络。卫星基站系统SBSS与通信卫星通过馈电链路连接。卫星基站系统SBSS负责处理本地网络内卫星用户终端的接入；GPRS支撑节点GSN负责处理本地卫星移动通信网络内的通信以及本地网络与外部网络之间的通信。

在卫星基站系统SBSS中，数字硬件单元21与射频单元20分离，并通过有线传输线路(包含但不限于如光纤等)连接。数字硬件单元21具有插入机框的ATCA单板的形式，在ATCA平台上实现控制交换、对外接口、基带处理、信令交互、用户数据处理等功能；射频单元20采用非ATCA平台的独立射频机柜，完成卫星基站系统SBSS中无线信道的控制处理、无线信道数据的发送接收、基带信号和载波信号间的调制解调和上下变频、无线载波的功率放大和发送接收等功能。

卫星基站系统SBSS包括射频单元和数字硬件单元。其中射频单元由射频前端模块FEB(Front End Board)、收发信模块TRB(TRansceiver Board)和功放PA(Power Amplifier)构成，放置在非ATCA平台的独立射频机框中。根据应用场景的不同，如室内/室外、功率大小等，可设计成不同规格尺寸的射频单元设备。

数字硬件单元由基带处理模块BB(BaseBand)、射频接口模块RFI(RadioFrequency Interface)、接口与时钟模块IFB/CLK(InterFace Board&&CLocK)、以太网交换模块GES(Giga Ethernet Switching)、SBSS控制面主控模块CCM(Central Control Module)、SBSS控制面用户终端功能模块MSM(Mobileearth Station Module)、SBSS控制面波束小区功能模块SBM(Spot BeamModule)、SBSS用户面公共处理模块URMM(U-plane Resource ManagementModule)、SBSS用户面用户终端处理模块UMSM(U-plane Mobile earth StationModule)和SBSS用户面波束小区处理模块USBM(U-plane Spot Beam Module)构成，以ATCA单板的形式安插在ATCA机柜中。除了以太网交换模块GES占用固定的槽位7和8外，其它模块的数量可根据系统配置和容量要求灵活配置。

基带处理模块BB：完成信道处理的功能。在下行方向实现速率适配、信道编码和交织、加密；在上行方向实现数字解调、解密、去交织、信道解码和速率适配功能。

射频接口模块RFI：接收射频单元过来的信号，转换成内部基带信号流格式，通过交换网传送到基带处理模块BB；转换基带数字信号并传送到对应的射频单元。

接口和时钟模块IFB/CLK：提供与GPRS支撑节点GSN的连接接口以及时钟信号的提取和分配。

以太网交换板GES：实现设备中单板之间的的无管理以太网交换。

SBSS控制面主控模块CCM，运行其上的控制面应用软件CCM实现负载均衡功能：(1)包括处理与全局流程相关的呼叫，以及呼叫发起的相关流程，将不同的卫星用户终端呼叫均衡的分配到不同的用户终端功能模块MSM上；(2)处理寻呼、启动、重启等流程，以及所有的集中控制或公共资源管理的功能；(3)与其它应用功能模块的内部通讯功能。

SBSS控制面用户终端功能模块MSM，运行其上的控制面应用软件MSM实现下列功能：与卫星用户终端和承载控制相关的整个呼叫流程；处理卫星用户专用控制信道的相关信令流程；实现无线资源管理RRM(Radio ResourceManagement)算法；与卫星用户终端相关的无线资源管理；建立/释放呼叫相关的用户面资源；与其它应用功能模块的内部通讯功能。

SBSS控制面波束小区功能模块SBM：运行其上的控制面应用软件SBM实现与波束小区相关的功能，包括：无线资源的负载均衡；处理波束小区公共控制信道的相关信令流程；部分无线资源管理RRM算法；与波束小区相关的无线资源管理。

SBSS用户面公共处理模块URMM(如图5所示)，URMM管理用户面所有的上下文和资源，从控制面过来的消息终结于此，运行其上的用户面应用软件URMM实现用户面资源管理，包括消息分发功能块MDM(Message Distribute Module)30、寻呼分发功能块PDM(Paging Distribute Module)31、卫星用户终端资源管理模块MSRM 32(其包括卫星用户终端资源管理33和卫星用户终端上下文管理34)、波束小区资源管理模块SBRM(Spot Beam Resource Management)35(其包括波束小区资源管理36和波束小区上下文管理37)。

消息分发功能块MDM(Message Distribute Module)30，该模块是用户面处理的主控部分之一，用来和控制面应用模块的消息交互。MDM接收控制面应用模块的卫星用户终端的初始资源申请，并分发到不同的MSRM(Mobile earthStation Resource Management)。

寻呼分发功能块PDM(Paging Distribute Module)31，该模块是用户面处理的主控部分之一，用来和控制面应用的消息交互。MDM接收控制面应用模块的寻呼请求，解析选出寻呼请求需要到达的波束小区并分发到不同的SBRM(Spot Beam Resource Management)。

卫星用户终端资源管理模块MSRM 32，MSRM由一个卫星用户终端资源管理实体和多个卫星用户终端上下文管理实体组成。从模块分布看，MSRM可扩展分布到多个单板上。

卫星用户终端资源管理模块MSRM 32包括卫星用户终端资源管理33和卫星用户终端上下文管理34。卫星用户终端资源管理33。每个UMSM模块有一个卫星用户终端资源管理实体，该实体记录UMSM模块的用户面资源状况。用户面资源使用状况由UMSM模块周期性的发布到系统内所有的卫星用户终端资源管理实体。该实体收到从卫星用户终端上下文管理实体的资源请求消息后，选择可分配资源的UMSM模块。卫星用户终端上下文管理34，卫星用户终端上下文管理实体处理控制面卫星用户终端相关的RRC消息，该实体管理和维护用户面上下文和专有卫星用户终端的相关信息。收到MDM的初始资源请求消息后，卫星用户终端上下文管理向卫星用户终端资源管理实体请求资源，协调到其他用户面对应实体的资源分配，并处理随后该卫星用户终端相关的资源分配、更改和删除。

波束小区资源管理模块SBRM(Spot Beam Resource Management)35，SBRM有一个波束小区资源管理实体和一个波束小区上下文管理实体组成。从模块分布看，SBRM可扩展分布到多个单板模块上。如果该模块处理的业务量和数据负荷不大，一个SBRM就可以满足整个系统用户面应用的要求；在处理业务量增加时，SBRM也可以扩展分布到多个单板模块上。

波束小区资源管理模块SBRM(Spot Beam Resource Management)35包括波束小区资源管理36和波束小区上下文管理37。波束小区资源管理36，用户面资源使用状况由USBM模块周期上报到波束小区资源管理实体，该实体记录USBM模块的用户面资源状况。波束小区资源管理实体收到从波束小区上下文管理实体发来的资源请求消息后，选择可分配资源的USBM模块。波束小区上下文管理37，波束小区上下文管理实体处理控制面波束小区相关的RRC消息。该实体管理和维护分配给特定波束小区的用户面上下文信息。波束小区上下文管理实体调度分配到公共信道的用户面资源。如果卫星用户终端使用了该波束小区的公共信道，波束小区上下文管理实体将与管理该卫星用户终端的卫星用户终端上下文管理实体进行消息交互。

SBSS用户面用户终端处理模块UMSM(如图5所示)。UMSM模块是卫星用户终端相关的无线接口协议栈的终结点，负责和URMM的模块间通讯，以及对控制面应用过来的分配消息的预处理。运行其上的用户面应用软件UMSM实现与用户终端相关的用户面协议处理。

SBSS用户面波束小区处理模块USBM(如图5所示)。USBM模块是波束小区相关的无线接口协议栈的终结点，负责和URMM的模块间通讯，以及对控制面应用过来的分配消息的预处理。运行其上的用户面应用软件USBM实现与波束小区相关的用户面协议处理。

GPRS支撑节点GSN只有数字硬件单元，该数字硬件单元单元具有插入机框的ATCA单板的形式，在ATCA平台上实现控制交换、负载均衡、访问用户数据管理、计费管理、跟踪、合法侦听管理、对外接口、信令交互、用户数据处理等功能。

GPRS服务支持节点SGSN的模块包括接口与时钟模块IFB/CLK、以太网交换模块GES、控制面处理模块GCPM(GSN C-plane Process Module)和用户面处理模块GUPM(GSN U-plane Process Module)，以ATCA单板的形式安插在ATCA机框中。与卫星基站系统SBSS相同，除了以太网交换模块GES占用固定的槽位7和8外，其它模块的数量可根据系统配置和容量要求灵活配置。

控制面处理模块GCPM主要用于完成：(1)中央控制功能：实现负载均衡、访问用户数据管理、计费管理、跟踪、合法侦听管理以及与其它应用功能模块的内部通讯功能。(2)负责与卫星基站系统SBSS以及核心网侧其它网元的对等控制面协议的处理，如移动性管理和事务管理协议处理。

用户面处理模块GUPM：GUPM主要负责SGSN用户面协议的处理。

网关GPRS支撑节点GGSN的模块包括接口与时钟模块IFB/CLK、以太网交换模块GES、用户面主控模块GMCM(GGSN Main Control Module)和用户面处理模块GUPM，放置在ATCA机框中。与卫星基站系统SBSS相同，除了以太网交换板GES占用固定的槽位7和8外，其它模块的数量可根据系统配置和容量要求灵活配置。

用户面主控模块GMCM，用于完成中央控制功能：实现用户面的资源管理、负载的均衡以及与其它应用功能模块的内部通讯功能。

用户面处理模块GUPM：GUPM主要负责GGSN用户面协议的处理。

如图6所示的另一种卫星移动通信地面站系统(SBSS+GSN)，这种方案将GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN合并为一个网元实体GPRS支撑节点GSN。

系统由卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN两个网元子系统构成。其中，卫星基站系统SBSS又分成射频单元模块和数字硬件单元模块两部分。射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，而卫星基站系统SBSS的数字硬件单元部分和GPRS支撑节点GSN的各个模块以ATCA单板的形式安插在各自的ATCA机柜中。根据卫星移动通信地面站系统容量的不同，每个网元子系统可有一或多个基于ATCA平台的机框组成一个机柜，并可再增加一或多个扩展机柜。

卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN之间通过有线连接(包含但不限于如以太网等)。卫星基站系统SBSS中，射频单元模块与数字硬件单元模块通过有线(包含但不限于如光纤等)连接。

其中卫星基站系统SBSS与上述的卫星基站系统SBSS一样。其中GPRS支撑节点GSN的模块包括接口与时钟模块IFB/CLK、以太网交换模块GES、GSN控制面处理模块GCPM和GSN用户面处理模块GUPM，以ATCA单板的形式安插在ATCA机框中。与卫星基站系统SBSS相同，除了以太网交换模块GES占用固定的槽位7和8外，其它模块的数量可根据系统配置和容量要求灵活配置。

GSN控制面处理模块GCPM，用于完成：(1)中央控制功能：实现负载均衡、访问用户数据管理、计费管理、跟踪/合法侦听管理以及与其它应用功能模块的内部通讯功能；(2)负责与卫星基站系统SBSS以及核心网侧其它网元的对等控制面协议的处理，如移动性管理和事物管理协议处理。

GSN用户面处理模块GUPM：GUPM主要负责GSN用户面协议的处理。

图7示出了基于ATCA平台的卫星移动通信地面站系统全合一配置示意图，是本发明的另一实施方式。这种方案将卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN合并为一个网元实体。

由于ATCA机框、单板、接口的通用性，当卫星移动通信地面站系统容量较小，处理能力要求不高，只需少量必要的模块即可满足所要求的处理能力、系统容量和功能的情况下，可以将前面所述的卫星移动通信地面站系统所有网元的模块集成安插到一个ATCA机柜中，实现系统网元功能的全合一(All in one)。

整个系统分成射频单元模块和数字硬件单元模块两部分。射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，而数字硬件单元模块以ATCA单板的形式安插在ATCA机柜中。根据卫星移动通信地面站系统容量的不同，这个全合一的卫星移动通信地面站可有一或多个基于ATCA平台的机框组成一个机柜，并可再增加一或多个扩展机柜。全合一的系统中，射频单元模块与数字硬件单元模块通过有线(包含但不限于如光纤等)连接。

另外，作为本发明的进一步改进，实施方案可以采用的系统冗余备份。以太网交换模块GES采用主备冗余方案或负荷分担方式，优选主备方案。

接口和时钟模块IFB/CLK可采用1+1主备份方案，即每一对IFB/CLK间有主备用关系。射频接口模块RFI可采用1+1备份或冷备份方案，当到射频单元的传送网使用合适的交叉互连设备时可支持N+1、N+M或N:M等多种方案。基带处理模块BB可以采用多种备份方案，如N+1、N+M或N:M等。控制面主控模块CCM、控制面处理模块GCPM和用户面主控模块GMCM可采用1+1主备份方案，即每一对CCM、GCPM、GMCM间有主备用关系。控制面用户功能模块MSM、控制面波束小区功能模块SBM可以采用多种备份方案，如N+1、N+M或N:M等。用户面公共处理模块URMM、用户面用户终端处理模块UMSM、用户面波束小区处理模块USBM和用户面处理模块GUPM可以采用多种备份方案，如N+1、N+M或N:M等。

由于采用交换网络互连，机柜和扩展机柜间也可相互备份，特别是当GES所在机柜失效时，其它机柜的GES模块可通过一定机制接替失效机柜的工作。

基于本发明的卫星移动通信地面站系统中，所有网元具有相同的软件体系架构。软件体系架构示意图如图8所示。该软件体系架构有以下部分组成：

操作系统OS(Operating System)22：基于不同硬件平台(包含但不限于如ATCA硬件平台)上的实时操作系统RTOS(Real Time Operating System)；中间件MW(MiddleWare)23：基于操作系统OS之上的软件公共模块，为上层软件提供通用的基本功能；控制面处理CPP(Control Plane Processing)24：实现控制面信令处理相关功能；用户面处理UPP(User Plane Processing)25：实现用户面数据处理相关功能；操作维护OMP(Operating and MaintenanceProcessing)26：实现前台操作维护相关功能。

其中，操作系统OS和中间件MW构成软件公共平台27，为上层应用软件模块提供通用的基本功能；而控制面处理CPP 24、用户面处理UPP 25和操作维护处理OMP 26则是在软件公共平台上的应用软件模块28，通过调用软件公共平台提供的统一接口完成特定的应用处理。

根据数字硬件单板的处理能力和卫星移动通信地面站系统的容量要求，应用软件模块可合并或分立运行在同一块或多块数字硬件单板上。同时，软件公共平台也可根据单板上应用软件模块的不同而做适当的功能裁剪或组合，实现不同单板上软件的精简和优化。

本专利提出的软件体系架构应用于卫星移动通信地面站系统的所有网元子系统，这种通用性的特点与ATCA硬件平台体系架构一样，使得卫星移动通信地面站系统的获得减小软件开发、维护、升级的工作量、缩短开发周期、容易获得支持以及降低成本等诸多好处。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (1)

1.一种卫星移动通信地面站系统，其特征在于，所述卫星移动通信地面站系统采用高ATCA平台体系架构；所述卫星移动通信地面站系统由卫星基站系统SBSS、GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN三个网元子系统构成，其中GPRS服务支持节点SGSN和网关GPRS支撑节点GGSN合称为GPRS支撑节点GSN；

卫星基站系统SBSS和GPRS支撑节点GSN之间通过有线连接组成本地网络，卫星基站系统SBSS与通信卫星通过馈电链路连接；卫星基站系统SBSS负责处理本地网络内卫星用户终端的接入；GPRS支撑节点GSN负责处理本地卫星移动通信网络内的通信以及本地网络与外部网络之间的通信；

卫星基站系统SBSS包括射频单元和数字硬件单元，数字硬件单元与射频单元分离，并通过有线传输线路连接；数字硬件单元具有插入机框的ATCA单板的形式，在ATCA平台上实现控制交换、对外接口、基带处理、信令交互、用户数据处理功能；射频单元采用非ATCA平台的独立射频机柜，完成卫星基站系统SBSS中无线信道的控制处理、无线信道数据的发送接收、基带信号和载波信号间的调制解调和上下变频、无线载波的功率放大和发送接收功能；其中射频单元由射频前端模块FEB、收发信模块TRB和功放PA构成，放置在非ATCA平台的独立射频机框中；数字硬件单元由基带处理模块BB、射频接口模块RFI、接口与时钟模块IFB/CLK、以太网交换模块GES、SBSS控制面主控模块CCM、SBSS控制面用户终端功能模块MSM、SBSS控制面波束小区功能模块SBM、SBSS用户面公共处理模块URMM、SBSS用户面用户终端处理模块UMSM和SBSS用户面波束小区处理模块USBM构成，以ATCA单板的形式安插在ATCA机柜中。

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