衛星移動通信系統SIMT-2000結合方案的研究

2019-11-03 09:51:10

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衛星移動通信系統SIMT-2000結合方案的研究摘要：本文對衛星移動通信系統與IMT－2000的結合進行了探討和研究，提出了三個層次的結合方案，列出了亟待解決的關鍵技術。關鍵詞：IMT－2000衛星移動通信第三代移動通信系統1概述第三代移動通信系統（MIT－2000）是國際電信聯盟（ITU）提出的工作在2GHz頻段的、預期在2002年左右投入商用的系統。從1996年開始，各國對IMT－2000的研究逐漸進入實質階段，并已投入大量的人力、物力進行研究和開發，預計在今年底將完成IMT－2000的無線電技術規范，明年底完成所有信令。我國對IMT－2000也進行了深入的研究，并在“九五”后期課題中安排了重大課題對此專門進行研究和開發。衛星移動通信系統作為第三代移動通信系統的重要組成部分，其地位和作用已無庸置疑。因此IMT－2000明確規定了要支持衛星通信環境，并聲明它是一個綜合的衛星／地面通信網絡，可以共同協作滿足全球范圍內不同用戶密度地域的廣泛業務需求，在所提供的業務上也相互補充，并且實現起來更經濟。在一個綜合網絡中，衛星移動通信系統的特有優勢在于：（1）可以實現全球完整、連續的覆蓋。（2）可以作為地面蜂窩網業務覆蓋區域的擴展。（3）固有的動態信道分配技術可以解決突發的呼叫擁塞問題。（4）固有的抗毀性可以在地震洪水等特殊場合起到不可取代的應急通信作用。（5）系統的建立對于軍民結合、平戰結合、滿足軍事通信特殊需要等具有戰略意義。所以，對衛星移動通信系統如何與IMT－2000中的地面通信部分相結合進行研究，以及盡快制定綜合的衛星／地面移動通信系統的有關框架和標準顯得十分必要。2衛星移動通信系統與IMT－2000相結合的方案從目前的發展來看。IMT－2000已經改變了原有的“一統”概念，而注意到以各地區的現有第二代系統網絡基礎為參考制定比較現實的過渡方法。從市場方面看，第二代移動通信系統可以滿足移動用戶話音和中、低速數據業務的需求，第三代移動通信系統的發展，其顯著標志為高速率，支持廣泛的業務（大部分應是目前尚未定義的），它的運營市場，至少在建成初期應集中在高速多媒體業務和分組數據業務，與第二代移動通信系統互相補充而非立即取代。可見從第二代移動通信系統向IMT－2000的過渡應是一個長期共存、不斷演進的過程。考慮到這些因素，對于衛星移動通信系統和IMT－2000的結合，也應是一個分階段、分層次的長期過程。ITU－R關于地面和衛星移動通信系統的綜合建議M.1182中對綜合的衛星/地面移動通信系統定義了五個層次的綜合，分別為：地理綜合、業務綜合、網絡綜合、設備綜合和系統綜合。ITU－R關于IMT－2000中衛星部分的框架結構建議M.1167中，針對不同層次、階段的綜合情況，定義了三種具體的綜合網絡結構，分別為：（1）衛星段自成系統的結構；（2）綜合的IMT－2000網絡結構；（3）衛星段作為地面固定網（有線網和蜂窩網）的延伸。因此，對于綜合的衛星／地面移動通信系統，總體思路應該是以IMT－2000建議為藍本，立足已有系統，著眼即將建設系統，設計和構思新一代系統，制定全面、發展、經濟可行的技術方案。針對我國國情，具體來看，對于一個綜合的衛星／地面移動通信系統，可以分為以下三個階段或層次來進行：2.1衛星網相對獨立的技術方案對于現存的靜止軌道衛星通信系統，可以采用衛星網相對獨立的思路，衛星網從所用頻段、系統結構、多址方式、無線電接口、終端類型乃至提供業務都可與地面網不同，對于這種自成系統的衛星網與地面網絡的互聯可以采取兩種方式。在第一種方式中，衛星網通過關口站和地面PSTN互聯，再通過這個遍布全球但能力有限的電話網絡與其它網絡互聯。在第二中方式中，衛星網絡通過一個或多個關口站接入公共的數字骨干網絡，經過不同類型的接口，與地面PSTN、非IMT－2000地面移動通信網及其它IMT－2000網絡互聯，兩種方式層次上均為地理綜合。第一種方式中，只需在衛星網側研制必要的設備，建設最為簡單，但由于受到PSTN網的限制，綜合網絡所能承載的公共業務非常有限，只包括話音和低速數據（話帶數據方式）。在第二種方式中，首先要定義明確的網絡間接口，ITU－R有關建議中定義了衛星網與其它IMT－2000網絡或非IMT－2000網絡的A、B、C三種類型的接口。由于采用了公共的數字骨干網絡，綜合網絡的業務能力和可擴展性能都較第一種方式強，更值得研究和探討。兩種方式中，由于衛星網段相對獨立，因而無法進行任何設備或功能模塊（包括網絡基礎設施和終端設備）的共用，用戶可使用雙模終端通過人工登記的方式實現漫游。2.2基于網絡綜合的方案對于近期設計的系統（MEO、LEO），可以采用網絡綜合的思路，實現的關鍵在于將衛星段的衛星移動交換中心（SMSC）與地面段（蜂窩網）的移動交換中心互聯，衛星系統的固定站鏈路具有全波束，移動終端鏈路采用點波束。MSC（移動交換中心）負責提供移動網的交換功能，為非網內呼叫建立鏈路以及與PSTN接口。田（基站）主要負責分配無線信道資源，并完成對無線鏈路控制及維護。VLR（訪問位置寄存器）存儲當前在本轄區內活動的移動終端的位置信息，是一個不斷更新的動態數據庫。HLR（歸屬位置寄存器）是用于移動用戶管理的數據庫，記錄用戶的呼叫路由和計費等信息。FES（固定地球站）控制相應的衛星點波束內的通信，在功能上相當于地面蜂窩系統的一個BS和MSC（在地面蜂窩中可能是一個MSC服務若干個BS）。為實現網間的漫游和切換，必須保證FES和MSC在較高層次互聯，以GSM系統為例，FES與MSC應在GSM七號信令MAP，（移動應用部分）的同一平面內互聯。通過采用一致的移動性管理和協議，可以實現單一終端的全球自動漫游（非人工）和切換（一般不支持通話過程中衛星網向地面網的切換）。在這種方式中，衛星段和地面段由于具有不同的特點，一般采用不同的無線電接口，這樣終端一般還是雙模，但網絡基礎設施（MSC，SMSC及BS）可有很大程度的一致性，設備類似，功能模塊可以復用，從而可以大幅降低成本（移動網中網絡基礎設施投資比重很大）。綜合網絡與其他網絡的互通，仍可參照ITU－RM.1167建議中關于網間互聯的B類和C類接口。2.3基于智能多模式終端的綜合方案對于遠期設計的系統，可以在網絡綜合的基礎上，盡可能實現更高層次的綜合（設備綜合或系統綜合），實現的關鍵在于研制智能多模式終端，具體目標為盡量實現終端中基帶模式乃至射頻模塊的共用，要求該終端能夠程控選擇信源編解碼方式、信道編解碼方式、分組長度和格式、調制解調方式、多址類型、射頻單元參數、分集和均衡的方式等等。具體的實現將受到無線接口的進稅和硬件技術（包括芯片技術和軟件無線電技術）的制約，因此應是一個漸進的過程。最終希望達到的目標是無論對衛星段還是地面段，用一個智能的多模式終端就可實現全球漫游和通信。在這種綜合方式中，基本可以達到ITU－R中描述的技術綜合甚至系統綜合的層次，這時不僅是兩個網段的網絡基礎設施，包括終端在內的大部分設施都將有全球統一的標準可循，具有全球市場的通信產業帶來的是力量集中的研究開發，標準功能模塊的集成化、芯片化，標準部件的全球大規模生產以至標準化的產品，標準化的產品意味著先進的技術和低廉的價格，從更高的角度來看，必將會大大推動整個通信產業的迅速發展。3尚需進一步研究的關鍵技術要具體實現這些結合方案，有許多關鍵技術亟待研究和解決，大致可以分為以下幾個方面：（1）對總體結構的設計和構想，包括星座方案、覆蓋分析、業務分析、多址方式等；（2）呼叫處理過程和路由技術；（3）全網的信令和通信協議；（4）網絡接口；（5）終端定位過程及移動管理；仰信道分析、編碼、調制、均衡；（7）兩系統切換處理等。4結束語由于各個方面的原因，目前我國的電信技術和產業與發達國家還存在很大的差距，IMT－2000的提出為我國電信產業的騰飛和電信技術的發展提供了跨世紀的機遇和挑戰，積極地參與和進行此方面的研究將有助于我國縮小與發達國家的差距，保證民族產業在第三代移動通信的巨大市場中占有一席之地。從近來世界政治、軍事局勢來看，研制并展開一個覆蓋全球的中（低）軌道衛星移動通信系統已成為當務之急，對綜合的衛星／地面移動通信系統的研究也迫在眉睫，我們一定要抓住機遇，積極研究，明確我國的發展方向，提出一些符合國際電聯文本要求的、有中國特色的標準建議，反映我國的通信要求，維護我國的利益。

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