卫星移动通信报告

卫星移动通信阅读报告

李振坤学号S201301104

GMR为地球同步轨道移动无线接口，利用地球同步轨道卫星来进行移动卫星服务。GMR是由地球数字移动标准GSM得来的并且支持接入GSM核心网络。由于地球与卫星之间的信道的不同，所以很有必要对GSM标准进行一些修改。一些GSM规范是可以直接采用的，而有些是需要经过修改才能采用，还有一些根本不能用，所以GMR中有很多规范在GSM中是找不到对应的。GMR系统由GMR的诸多规范和GSM的规范的整合来定义。

如果一个GMR规范存在，那么它比GSM中对应的规范享有优先级。这条优先原则适用于任何能在GSM中有对应项的规范。如果GMR中无此规范，那么GSM中对应的规范也未必适用。该文档旨在介绍GMR-1系统以及相关的空中接口规范。并意图指出GSM与GMR-1之间的区别。GMR-1系统的设计是为了能够实现通过单一地球同步卫星来实现移动服务。正好类比于GSM使用地球上数以千计的基站来实现该目标。这既是我们需要克服的挑战，也是我们加强服务与特有性的机遇。

空间段

信关站点波束馈电线路

PSTN 覆盖区域

信关站

PSTN

GS

PSTN

SOC

PSTN

移动地球站

简单地说，GMR-1系统就是地面上GMS蜂窝系统的拓展。该系统能够提供跟GSM相似的服务，比如：声音，数据，传真以及点对点短信服务，小区广播短信消息业务，还有介于移动用户与固定用户之间的补充服务。它还可以通过公共与自建的电信交换网络实现世界范围内的互联。固定网络连接包括公共交换电话网（PSTN）,公共陆地移动网（PLMNs）,以及私有网络（PN）。

该系统的组成包括一个或多个地球同步轨道卫星，卫星控制中心（SOC），一系列信关站(GS)以及大量用户终端，用户终端在GMR-1系统中被称为移动地球站(MES)。移动地球站的种类包括手持终端，车载终端以及固定终端。信关站拥有外部接口来连接固定的电信设施以及GSM移动管理网络。一个信关站包括一个或多个信关收发子系统GTS（该子系统对应于GSM中的基站收发台BTS）和一个或多个信关站控制器GSC(对应于GSM中的基站控制器BSC)以及多移动交换中心MSC（对应于GSM中的移动交换中心），此系统还包括一个流量控制子系统TCS，然而这个在GSM中是没有找不到的。GMR-1的流量控制子系统需要支持基于位置的服务，最佳路由以及其他的相比于GSM来说卫星特有的服务与特点。

在一个大区域内所能提供的移动服务是由同步卫星的轨道位置以及卫星的有效载荷决定的。只要用户在卫星的覆盖区域内，都能享用GMR-1的全部服务。

卫星点波束不同于GSM蜂窝之处就是点波束覆盖范围大，通常形状规则而且产生统一源点--卫星，所以点波束都是同步的。由于点波束直径通常达数百公里，所以它们的服务区域有的是跨国的。然而GSM蜂窝系统却是非常小的，而且由于地形和建筑物导致其形状不规则，另外不同地点的蜂窝还不同。GSM通常覆盖范围只限于国家之内。二者的这些区别注定了二者不同的待遇。空闲模式下的行为正是适应于这些区别。

2系统架构与外部接

不管是在用户终端与信关之间传送还是直接在用户终端之间互传，用户的声音与数据都是经由业务信道传输的。每个信关站能够提供自己特有的公共控制信道CCCH。

第一，GMR-1系统提供介于用户终端与固定网络用户之间的双路连接，该链接通过L 带和通往卫星的馈线实现。连接固定电信网络的通路是由信关站之间的链接实现的。固定网络连接包括公共交换电话网络PSTN，公共陆地移动网络PLMNs，以及自有网络PN。

第二，GMR-1系统能够通过卫星中两个L带的直接连接实现处于相同或不同点波束中的用户终端之间的双路连接

3系统部件的功能描述

卫星控制中心是卫星子系统的一部分。信关站包括信关站子系统，移动交换中心以及一个业务控制子系统。

GSS信关站子系统

信关站子系统是信关站设备的组成。它由MSC通过A接口监测，并作为负责在一定覆盖区域内与移动地球站连接的主体。GSS的无线设备能够支持一个或多个点波束。GSS包括一个信关站控制器GSC和一个或多个信关收发站GTS。信关站控制器是卫星网络中的一个网络组件，它控制一个或多个GTS并在A接口运行。一个GTS作为一个网络组件为一个卫星点波束服务。

MES移动地球站

MES包括GMR-1用户使用的物理设备，它包含移动设备以及用户识别模块。移动设备包括移动终端，移动终端取决于应用与服务，它能够支持终端适配器与终端设备功能组之间各种形式的组合

地球同步轨道移动无线卫星

GMR-1卫星由物理设备组成。这些设备能够实现信关到移动终端。移动终端到信关，以及移动终端之间的通信互联。

AOC先进的运营中心

AOC体现着集中功能的服务。这些服务包括系统的管理，监测与控制信通往关站的资源分配。AOC能够搭配其中之一的信关站。

TCS业务控制子系统

TCS控制着由AOC分配到信关站的实时的资源。TCS掌控者GMR-1的特有的加强的服务与特点，通常，GSM都不具备这些东西，比如终端之间的单跳呼叫，最佳路由，高穿透警报，以及基于位置的服务等。

呼叫流程主要是，移动终端首先发出信道请求命令，中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将信令转发给信关站，信关站控制中心对信令进行分析对移动用户做出响应，并向地面网中的被呼叫用户发出命令，被呼叫用户接收到命令后做出响应，并发出相关请求命令给信关站的控制中心，通过卫星中继转发给地面发出呼叫的移动用户，经过一系列的请求、命令与响应之后，最终在呼叫用户与地面网的被呼叫用户之间建立连接，连接完成之后，进行呼叫进程。

卫星 GSC

GTC GSM

MES TCS MSC

GMR-1外部接口

CM CM MM MM

RR RR BSSMAP BSSMAP DLL DLL SCCP SCCP

PHYS

PHYS PHYS PHYS MTP MTP

L 带点波束 Ku or C 带馈线 GSM A 接口

GMR-1外部接口为移动终端与地面信关站使用卫星信道通过卫星中继进行信号的传输

的接口，A 接口为地面移动网交换中心与信关站的接口 。

信令在保证通信正常的进行起着关键作用，在卫星移动通信系统中涉及的信令很多，

L3层各子层涉及的信令总结如下：

1)RR 层 信道请求，呼叫请求，信道建立，加密模式及相应，信道分配与切换，信道

释放，RR 层状态信息，已经状态诊断信息(包括卫星波束信息、电源控制信息、版本信息以

及各种错误信息等)。

2)MM 层 注册信息(包括身份注册与位置更新)，安全信息(包括鉴权、身份认证与临时

身份分配)，连接管理信息，MM 层与CM 层状态信息。

3)CM 层 CM 业务请求信息，呼叫建立，呼叫过程，拆链，状态信息(包括拥塞状态，

DTMF 等)。

GSM

SIM GPS rcvr

物理层一般组成和工作流程

信道描述

一、射频信道

移动带宽的使用频率可以是处于34MHz L带的任意值，1525GHz到1559GHz（下行链路）16265GHz到16605GHz；每个载频将会被集中在31.25kHz的整数倍的频率上。L带射频载波为每个点波束成形，这依赖于业务需求，频率重复使用的考量，以及空闲频谱，这需要与其他使用相同频谱的系统的相协调。

在频分复用的方案中，从卫星到移动地球站方向的L带下行链路（前向）射频载波常常与移动地球站到卫星的L带上行链路（后向）射频载波配对并配以101.5MHz的频率补偿。

34MHz的使用频带被分为1087对载波，载波空间为31250kHz。当分配载波到个点波束时，最小的可寻址单元为一个子带。子带包含5个载波。每一个子带都可以在不考虑点波束位置的情况下分配到任意点波束。

除运载业务外，射频载波的一个子集被分配去控制信道。一个载波既可以被分配去一个控制信道也可以同时用来进行业务与控制用途。

二、逻辑信道

与GNR-1系统联系的逻辑信道既可以当做业务信道也可以作控制信道。

1)业务信道

业务信道通常携带编码后的语音或者用户数据这些都是双向的信道

TCH3，TCH6，TCH9

2)控制信道

控制信道通常携带信令或者同步数据。有三种不同种类的控制信道

1广播信道：下行链路信道，包含频率纠正信道FCCH，GPS广播控制信道GBCH，广播控制信道BCCH；小区广播信道CBCH.

2公共控制信道，除随机接入信道外都是下行链路，包含：寻呼信道PCH，随机接入信道RACH，允许接入信道AGCH，基本警报信道BACH，公共空闲信道CICH。

3专用控制信道DCCH：该信道资源适用于移动地球站。除TACCH外都是双向信道，TACCH信道为下行链路信道。慢速随路信道SACCH3信道是同快随路信道FACCH3信道有相同物理突发结构的逻辑信道。

4慢速率随路控制信道

编码与交织

信道编码包括以下几步。这些步骤准确的实施方法因信道不同而不同，依赖于信息比特块的尺寸，编码增益的大小，这也是信道需要达到的技术标准。

1外部编码-循环冗余校验

2内部编码：卷积码，格雷码，所罗门码

3穿孔：按照一定的模式，去掉bit流中的冗余，调整比特率，实现速率匹配。而且不影响译码

4交织：把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码FEC消除随机误差。交织深度越大，抗突发差错能力越强，处理时间越长，造成数据时延大以时间为代价

5加扰：扰码就是用一个伪随机码序列对扩频码进行相乘，对信号进行加密

6加密

调制

对所有突发类型来说，调制符号速率大约为23.4ksps。符号周期T定义为1/23.4毫秒调制方案为所有业务与控制信道所用，除去DKAB，BACH，FCCH，不管这些是上行或者是下行链路，调制方案都为下面的一种：1 π/4-CQPSK偏置四相相移键控，在突发信号模式下，具有峰均比小、抗多径能力强、易实现的特点。成形滤波采用滚降系数为0.35的平方根升余弦函数 2 π/4-CBPSK

链路控制

射频功率控制

GMR-1系统中的功率控制保障所有活跃的业务信道不管是从信关站到移动终端，还是移动终端到信关站，亦或是从移动终端到移动终端。CCCHs公共控制信道没有功率控制。移动地球站在RACH随机接入信道和SDCCH独立专用控制信道以满功率传送。射频功率控制能够用来在保持链路质量的情况下减小发送所需的功率。功率控制链路拥有两个终端。一个是MES，另一个是GS或者是MES。在开环功率控制中，如果发现接收端信号质量发生陡降，每个功率控制终端都会提升发送功率。在闭环功率控制中，接收端会估计接收信号的质量，并在此基础上向发送端发出提升发送功率的请求。

空闲模式任务

在空闲模式下，，MES可以执行点波束的选择与重复选择的程序。这保证了MES能够在某一点波束上顺利地解码下行数据。准确的点波束选择对最小化卫星功率耗费以及时隙分配拥塞起着决定性作用。为了点波束的选择与复选，MES需要能够监测并同步BCCH载波，以及在一定敏感性与干扰下读取BCCH数据

无线链路度量

MES将会为射频功率控制进行度量，无线链路误判，空闲波束选择/复选程序，空闲模式选择判决，以及接收信号强度指示。而GS对射频功率控制的度量主要是：接收信强度指示RSSI，信号质量指示SQI，链路质量指示LQI，接收信号时间与载波频率补偿，干扰与噪声水平INR。

同步

GMR-1系统是多点波束，多载波的同步系统。通常把卫星上的时间与频率作为同步发给MES以及GS等其他组件的TDMA的参照。同步过程在GMR-1中主要有三个方面：时间同步，频率同步，信息同步。

1时间同步

对于GMR-1时间同步的一般要求就是MES需要将时间与帧数都校准之后的信号发送出去。整个系统都是在卫星上进行同步的。整个网络通过调整FCCH和BCCH发送程序来保证每个信道都在特定的时间离开卫星。MES设备通过从卫星发来的信号调整本地时间基准以实现同步。而鉴于不同MES的位置不同而导致与卫星之间的往返延迟不同，每个延迟经测量后都会通过允许接入信道AGCH发送到MES作为本地时间基准的修正。

2频率同步

前向与后向链路信号都需要在卫星上校准他们的标称频率。频率补偿的任务便是在星上与补偿发送信号以校准标称频率，跟踪接收信号并保证能顺利解调。通常通过由网络提供的信息调整发送频率来实现MES的频率校准。在最初的频率捕捉阶段，MES利用最高的信号水平来寻找一个控制载波，在获取FCCH之后，MES会将BCCH作为其参考频率来锁定BCCH载波。在呼叫过程中，MES如果发生频率漂移，网络都将通过对比实际到达频率与

期望频率检测出来，而且如果漂移值超过网络定义的门限水平，网络将会向MES发送一个频率修正信号。

3信息同步

为了单一的信息发送，多个信道中的信令信息需要多个帧来实现。信息同步的目的在于在发送与接收端识别信令信息的开始部分。