伴隨通信系統“天地一體化”技術體系的推廣，移動通信正朝著無縫覆蓋的趨勢發展，衛星移動通信覆蓋面廣的特點使其成為地面移動通信的必要補充。目前國外的衛星移動通信系統有北美移動衛星(MSAT)系統，亞洲蜂窩衛星(ACeS)系統，瑟拉亞衛星(Thuraya)系統以及提供全球覆蓋的國際海事衛星(Inmasrsat)系統等。Inmasrsat由國際海事組織經營，使用該系統的國家已超過160個，用戶達29萬多個，其第4代系統BGAN是第1個通過手持終端向全球同時提供話音和寬帶數據的移動通信系統，也是第1個提供數據速率證的移動衛星通信系統。因此這里提出衛星移動通信系統設計及其應用模型。
1 衛星移動通信系統傳輸模型
在衛星通信中，電波在空間傳輸時要受到很多因素的影響，如大氣吸收、對流層閃爍、雨、雪等都會導致不同程度的衰減，其中降雨對信號的衰減最為嚴重，因此衛星鏈路的雨衰特性是影響衛星通信系統傳輸質量與可靠性的主要因素。在進行衛星通信系統設計時要采取必要措施來應對各種信號衰減，針對信道特點來設計傳輸模型。
衛星信號在衛星與地面網間的傳輸模型如圖1所示。
圖中，S-Um接口為移動終端與地面信關站使用衛星信道通過衛星中繼進行信號的傳輸：Abis接口為地面信關站與信關站收發信機的接口；A接口為地面移動網交換中心與信關站的接口。
2 衛星移動通信系統通信體制
2．1 幀結構
移動衛星通信系統采用TDMA多址方式，在物理層信號以TDMA幀的形式進行傳輸，考慮到與地面GSM網手持終端的兼容性，幀格式分為巨幀(hyperframe)，超幀(superframe)，復幀(multiframe)，幀(frame)，時隙(timeslot)。
2．2 調制方式
無論是業務信道還是控制信道，本系統均采用相同的調制方式，與GSM系統不同，本系統采用π／4-CQPSK(coherent quadrature phase shift keying)調制機制，其成型濾波采用滾降系數為0．35的平方根升余弦函數。相對于常用的OPSK調制方式可以較好地改善調制信號的峰均比，提高功率放大器的功率效率，減少帶外功率輻射，極大方便功率放大器的設計。
3 衛星通信信令結構
信令指在通信系統中除用戶的業務數據之外的一切控制信息與狀態信息。在衛星移動通信系統中，移動終端與衛星中繼通過S-Um口進行信息傳輸，其信令交換使用圖2所示的3層協議結構即物理層(L1)、數據鏈路層(L2)和網絡層(L3)，其中數據鏈路層(L2)由于使用衛星信道，其信道模型與地面GSM系統有本質區別，LAPSat可以同時支持確認和非確認模式的數據傳輸。L3層協議層主要完成電路交換連接的建立，保持和終止，并提供短信控制以及補充業務的必要支持。L3層又細分為以下子層：無線資源管理層(RR)，移動管理層(MM)和連接管理層(CM)，其中連接管理層又包括呼叫控制(CC)，補充業務(SS)，短信息業務(SMS)。
3．1 網絡層協議棧
L3層的信令傳輸由協議控制實體來實現傳輸功能，RR層和MM層還定義了L3層信令傳輸的其他功能，如信息復用和分割。RR層和MM層通過信息頭PD來識別信號。其具體流程如圖3所示。
上行信號：首先CM子層定義一個傳輸標識(TI)，作為信息頭的一部分，將控制信息，補充信息以及短信息分別加上一個TI頭傳送給MM層，MM層的傳輸函數將帶有不同傳輸標識的CC、SS、SMS信息復用，并添加協議標識(PD)，上行傳輸給RR層，RR層的傳輸函數根據不同的PD頭以及相應的信道配置將不同的信息通過各自的接入點(SAPI)傳送給對應的物理信道，雙音接收系統(DTRS)實體使用同樣的傳輸函數將雙音多頻信號(DTMF)傳輸給RR層實體。RR實體在接入點(SAPI)=2處檢測快速隨路控制信道(FACCH)上的數據鏈路連接是否存在，如果存在，則使用數據鏈路(DL)連接，否則通過接入點(SAPI)=0進行數據傳輸，信息以比特流的形式在定義的各種邏輯信道上進行物理層傳輸。當RR連接不存在時，RR實體則終止數據傳輸。
下行信號：RR層根據協議標識(PD)頭將從L2層不同接入點獲得的信息進行分割并分配給不同的子層，(但分割時保留PD頭，以便后續MM層繼續使用)。其他的RR信息和DTRS信息則通過各自的接入點MNRR-SAP，DTRS-SAP傳送給MM層，MM層再通過識別不同的TI，將不同的信息通過各自的MM層接入點傳送給CM的各個功能子層(即控制業務子層、補充業務子層、短信息業務子層)。
3．2 邏輯信道配置
在L3層的協議棧里，信令最終以幀的形式在物理信道上傳輸，根據不同信令使用的頻段和時隙不同，將物理信道劃分為多個邏輯信道。與GSM系統的邏輯信道不同，衛星移動通信信道主要分為2類：用于傳輸用戶編碼語音和數據的衛星業務信道(S-TCH)以及衛星控制信道(S-CCH)。衛星業務信道(S-TCH)包括全碼率業務信道(S-TCH／F)，信息速率為24 Kb／s；半碼率業務信道(S-TCH／H)，信息速牢勾12 Kb／s；1／4碼率控制信道(S-TCH／Q)，信息速率6 Kb／s；1／8碼率控制信道，信息速率為3 Kb／s。可根據具體的語音和數據量的大小來分配所用信道。
衛星控制信道(S-CCH)包括衛星廣播控制信道(S-BCCH)，衛星公共控制信道(S-CCCH)，衛星專用控制信道(S-DCCH)。其中衛星專用控制信道又包括獨立控制信道和隨路控制信道。隨路控制信道分為慢速隨路控制信道(S-SACCH)和快速隨路控制信道(S-FACCH)，通常不能獨立使用，而是聯合其他控制信道一起使用。上述3種控制信道通過使用不同的幀格式來將信息組幀傳輸。
1)S-BCCH包括同步信道(S-SCH)，衛星廣播控制信道(S-BCCH)，衛星波束廣播信道(S-BBCH)，主要傳輸系統信息等信令。
2)S-CCCH包括衛星呼叫信道(S-PCH)，衛星隨機接入信道(S-RACH)，衛星接入授權信道(S-AGCH)等。在此信道上主要傳輸呼叫請求、信道請求、簽權、同步信道信息、立即指配命令等信令。
3)S-DCCH與S-ACCH主要用于信道上點對點的信息交換，以通用的幀格式在信道上傳輸，主要傳輸分配命令，分配響應、信道模式修改及響應、加密模式及響應等信令。
4 衛星移動通信呼叫模型
信令在保證通信正常的進行起著關鍵作用，在衛星移動通信系統中涉及的信令很多，L3層各子層涉及的信令總結如下：
1)RR層 信道請求，呼叫請求，信道建立，加密模式及相應，信道分配與切換，信道釋放，RR層狀態信息，已經狀態診斷信息(包括衛星波束信息、電源控制信息、版本信息以及各種錯誤信息等)。
2)MM層 注冊信息(包括身份注冊與位置更新)，安全信息(包括鑒權、身份認證與臨時身份分配)，連接管理信息，MM層與CM層狀態信息。
3)CM層 CM業務請求信息，呼叫建立，呼叫過程，拆鏈，狀態信息(包括擁塞狀態，DTMF等)。
上述信令在進行信令傳輸時遵循通用的信令格式，如圖4所示。
圖4中信令的第一個字節屬于標識頭部分，高4位為傳輸標識，低4位為協議標識，用來區分使用不同協議的信令。第二字節標識信令類型，剩余字節為具體的信息單元。這些信令在移動通信過程中主要完成呼叫、位置更新、信關站間及內部的切換、定向重試、短信息等業務。在衛星移動通信系統中使用的上述基本流程與陸地蜂窩GSM系統的流程類似，但由于使用衛星作為中繼，信號傳播延時大，又其特殊性，比如呼叫重建功能不再適用本系統，利用衛星中繼的優勢在信令巾增加了GPS信息等。針對移動通信系統，設計呼叫模型如圖5所示，其流程主要是，移動終端首先發出信道請求命令，中繼衛星接收到信號之后進行透明轉發，將信令轉發給信關站，信關站控制中心對信令進行分析對移動用戶做出響應，并向地面網中的被呼叫用戶發出命令，被呼叫用戶接收到命令后做出響應，并發出相關請求命令給信關站的控制中心，通過衛星中繼轉發給地面發出呼叫的移動用戶，經過一系列的請求、命令與響應之后，最終在呼叫用戶與地面網的被呼叫用戶之間建立連接，連接完成之后，進行呼叫進程。
5 結論
衛星移動通信業務與地面通信業務的有機結合能夠更大程度地開辟通信業務的市場空間，同時為社會應急、緊急救災、偏遠山區的農村通信做出重大貢獻。但是我國目前采用的衛星移動通信系統均來源于國外，衛星通信的許多核心技術也為國外所有，因此建設我國自主的衛星移動通信系統意義重大，且勢在必行。
本文所提出的衛星移動通信系統體系架構、調制方式、信號速率、使用頻率及編碼率等的選擇，可以較好地應對衛星信道高延時、多徑衰落、雨衰等嚴重問題，以適用于衛星移動通信，此系統對于國內建設衛星移動通信系統具有一定的借鑒意義。文中的信令結構為此系統的呼叫模型的建立提供了理論基礎。本文提出的呼叫模型作為系統的應用模型，為后續的衛星通信系統的實際應用提供了參考價值。