十六． 与地面系统的综合
卫星移动通信系统作为第三代移动通信系统的重要组成部分，其地位和作用已无庸置疑。因此 IMT-2000 明确规定了要支持卫星通信环境，并声明它是一个综合的卫星 / 地面通信网络，以共同满足全球范围内不同用户密度地域的广泛业务需求，所提供的业务互补，并且更经济合理。在一个综合的地面 / 卫星网络中，卫星移动通信系统的特有优势在于：
- 可以实现全球完整、连续的覆盖；
- 可以作为地面蜂窝网业务覆盖区域的扩展；
- 固有的动态信道分配技术可以解决突发的呼叫拥塞问题；
- 固有的抗毁性可以在地震洪水等灾害环境下起到不可取代的应急通信作用；
- 系统的建立对于军民结合、平战结合、满足军事通信特殊需要等具有战略意义；
- 所以，对卫星移动通信系统如何与 IMT-2000 中的地面通信部分相结合非常重要。
根据 ITU-R 建议 M.1182[3] 和 COST 227[6] 的研究报告，对综合的卫星 / 地面移动通信系统定义了五个层次的综合，分别为：地理综合、业务综合、网络综合、技术综合和系统综合。
(1) 地理综合 是指卫星移动通信系统作为地面系统的补充，它主要用于覆盖地面蜂窝系统不便覆盖或覆盖不到的广大业务量稀少的地区，真正实现全球无缝覆盖。两个系统所采用的技术体制和提供的业务可以不同，因此，用户要考虑选择单模终端（仅用于地面蜂窝系统或仅用于卫星移动通信系统）还是双模终端（可以在两个系统之间进行切换）。主叫用户需要知道被叫终端类型。
(2) 业务综合 是指通过适当配置卫星移动通信系统的参数，使卫星系统能够提供地面蜂窝系统的业务，用相同的终端可以接入这两种系统，这两种系统可以采用不同的技术。
(3) 网络综合 是指系统采用公共的网络结构，固定用户通过唯一的呼叫号码来呼叫移动用户而不必关心呼叫的路由是通过地面网络还是卫星网络，也不必知道移动用户终端的类型。
(4) 技术综合 是指两种系统采用相同的技术（如多址方式、协议、比特率等）。两个系统可以采用相同的基带协议和调制解调设备。由于两个系统工作的频段不同，需要两种不同的射频电路和天线。
(5) 系统综合 是指卫星移动通信系统和地面蜂窝系统都是整个综合系统的一部分，两者的地位是平等的，移动终端可以在两个系统之间进行实时切换。
在上述五种综合中，系统综合属于最高层次的综合，各种综合所解决的问题各不相同。在进行两个系统的综合时应尽可能在高层次上进行，这样才能获得最大程度的功能实体的共用性和互操作性。
根据系统的发展和 IMT-2000 有关建议，从第二代移动通信系统向第三代的过渡应是一个长期演进的过程。在 ITU-RM.1167[4] 建议中，针对不同层次、阶段的综合情况，定义了三种不同的综合网络结构方案，分别为：
16.2.1 卫星段自成系统的网络结构
图 16.1 所示为卫星段自成系统的网络结构。在这个方案中， IMT-2000 卫星网自身将包含 ITU-R M.817 所要求的所有网络功能。它通过图 1 所示的 C 类接口同固定网和非 IMT-2000 移动网相接；它还可以通过 B 类接口同其它 IMT-2000 网（地面网或卫星网）相接。某些功能实体会在 IMT-2000 的卫星和地面网中重复，实际的功能如何分布，需要进行调整。
16.2.2 综合的 IMT-2000 网络结构
图 16.2 所示为综合的 IMT-2000 网络结构。这种综合的 IMT-2000 网既包含地面网也包含卫星网，因此关于 IMT-2000 的功能实体没有重复，网络功能对两者都具有最大可能的共用性，如移动性管理等。
16.2.3 卫星段作为地面固定网（有线网）和蜂窝网的延伸。
在这个方案中， IMT-2000 的卫星（和 / 或地面）段利用地面智能网的网络功能（如基于智能网的移动性管理），通过利用现有的设备和功能来降低成本。由于它是一个单一的综合网络，网络的功能实体（如基于智能网的移动性管理等）就可以灵活分布。
ITU-T 所建议的综合网络的网络结构规定了移动卫星通信系统与地面蜂窝系统的综合方式以及概念模型，这些概念性的框架模型反映出现有以及未来投入商用的卫星移动通信系统纳入 IMT-2000 所需的改造或者需要支持的功能。
下面介绍在三种不同的综合网络结构中，综合网络的配置以及实现。
16. 3.1 卫星网相对独立的网络配置方案
对于一些早期的卫星通信系统（特别是静止轨道卫星系统），一般采用卫星网相对独立的综合思路，卫星网从所用频段，系统结构，多址方式，无线电接口，终端类型乃至提供业务都可与地面网不同，这种自成系统的卫星网与地面网络的互联一般采取图 16.4 所示方式，在综合网络中，卫星网通过关口站和地面 PSTN 互联，再通过这个遍布全球但能力有限的电话网络与其它网络互联，在层次上基本属于地理综合。
在这种综合方式中，卫星网侧需添置必要的接口设备（如长话接口设备），与其它综合方式相比，建设最为简单，但由于受到 PSTN 网的限制，综合网络所能承载的公共业务非常有限，只包括话音和低速数据。由于卫星网段相对独立，因而卫星网络与地面网络无法进行任何设备或功能模块（包括网络基础设施和终端设备）的共用，用户可使用双模终端通过人工登记的方式实现漫游。
16. 3.2 综合的卫星 / 地面移动通信网络的配置
目前提交国际电联的许多 MSS RTT 方案中都采用如图 16.5 所示的网络配置结构支持与其它网络的互联。移动卫星通信系统地面部分可以采用 GSM 体系结构，使用与地面蜂窝系统兼容的标准部件（ component ）（如 HLR, VLR, LR, MSC 等）以便于与其它系统互联。
其系统结构主要包括以下几个部分：
- 若干个遍布全球且互相连接的网关站（也称作卫星网接入节点 SAN ）；
- 双备份的网络管理中心；
- 双备份的计费管理中心。
每个网关站包含：
- 与卫星通信的地球站，配备多副天线以及相应的接收设备；
- 基于 GSM 标准的移动交换中心以及 HLR, VLR ；
- 与地面网络互联的通信链路。
从目前的状况来说， IMT-2000 中的卫星段作为地面段的补充或同等的网络，它对地面段的支持程度取决于是否支持在地面段和卫星段之间漫游，以及漫游的透明性。这种透明性反映在网络互联功能实体上。在理想状况下，用户应该无法分辨两个网段核心网络的差别。
图 16.5 所示的移动卫星通信网络引入了 IWF （ Interworking Function ）功能实体用于实现地面 / 卫星段的互联功能。 IWF 可有效屏蔽卫星网络的无线接入技术和内部结构，向其它网络提供统一的信令接口。在图 5 的网络结构中，卫星移动通信系统采用 GSM MAP 协议与其它系统（ PSTN, PLMN, PSPDN ）互联，关于 GSM MAP 协议以及互联系统之间的信令交互将在后面描述。
16.3.3 卫星段作为地面固定网（有线网）和蜂窝网延伸的网络配置
卫星段作为地面固定网（有线网）和蜂窝网延伸，其本质思想是将卫星系统作为一个基于 IN （智能网）的综合网络的接入部分，所有呼叫无关以及部分呼叫相关的信令过程都由 IN 处理。
IN （智能网）是一个通信网业务控制体系结构，它是开放式、分布式、与业务无关的通信通用平台，可以认为是在任何承载子网之上的附加网络层。用 IN 解决异种电信网络的综合问题已被公认为是最有效的途径。图 16.6 是一种基于 IN 的综合网络结构，可以看出，卫星系统、蜂窝系统、 PSTN 、无绳电话系统在整个网络中只完成接入网的功能，在这种网络中，用户可以只拥有一个号码 UPTN （ Universal Personal Telecommunication Number ）接入所有的网络，使用用户预定的所有服务。
为了使 IN 能够满足 IMT-2000 的需要，国际电联及欧洲标准化组织 ETSI 不断改进 IN 能力集以增强对全球移动业务的支持，增加了许多新的智能网业务特征定义、处理位置管理的智能网体系结构和信令协议，在 CS-3 能力集中可以得到对移动应用的全面支持。根据 ITU-T 的建议， IN 中的数据库由 SCP （服务控制点）和 LR （位置寄存器）组成， SCP 提供实时呼叫处理和服务的服务逻辑（ Service Logic ）， LR 包括 HLR （归属位置寄存器）和 VLR （访问位置寄存器），存放用户的标识和位置信息，用户通过 CCS7 （ 7 号公用信道信令）的 MAP 协议访问这些寄存器。图 16.7 是一种基于智能网结构的协议模型，整个网络协议由 PCAP （个人通信应用部分）和承载它的 TCAP （事务处理应用部分）、 NSP （网络服务部分）组成，而 PCAP 则是 INAP （智能网应用部分）、 MAP （移动应用部分）和 MSAP （移动服务应用部分）三个功能模块的组合。对 IMT-2000 的全球移动性管理，正在考虑采用基于 INAP( 智能网应用部分 ) 统一的、与电路非相关的信令协议。 INAP 最初是为 IN 业务的提供和控制而提出信令协议。在 IMT-2000 中，会对 INAP 进行增强，以支持诸如位置登记、查询、修改以及用户特征、用户业务档案传送的移动性业务特点。
从目前的角度看，在近期内，综合的卫星 / 地面移动通信网络（见图 16.5 ）会成为实现卫星与地面综合应用最多的方案，因为它保护了第二代移动通信系统大量基础设施投资，虽然综合程度有限，但可以满足用户基本的业务需求。对于综合的卫星 / 地面移动通信网络，卫星段 / 地面段之间互相屏蔽子网内部技术协议，只通过信令层（也称第三层）接口，因此，其节点间信令交互过程是两个子网综合的重点。
一般来说，节点间的信令协议用于网络内部及网络间的接口。节点间信令协议可分为电路相关的信令协议和电路无关的信令协议。对于与电路相关的信令协议，一般用 CCS7 中的 ISUP(ISDN 用户部分 ) 或 B-ISUP( 宽带 ISUP) 来选择呼叫路由，完成 IMT-2000 与固定网络间的连接。对于呼叫无关的信令协议，通过 CCS7 的 MAP 协议来完成，其功能主要包括在 MSC 和 HLR, VLR, EIR 等网络数据库之间频繁地交换数据和指令。
在第二代移动通信系统中，目前存在三种属于区域性的与电路非相关的移动应用协议 (MAP 移动应用部分 ) ，即： GSM-MAP （欧洲全球通）， IS-41 MAP （北美）和 PDC-MAP （日本的个人通信系统）。在目前提交的 IMT-2000 卫星系统方案中，大多支持基于 GSM-MAP 的移动应用协议，可以直接与地面 GSM 及其兼容网络互联，根据 IMT-2000 相关标准的要求，各卫星系统方案均支持双模（多模）终端在卫星网络与地面蜂窝系统之间的自动漫游，而对切换的支持仅限于本系统内部（卫星网络或地面网络）。对网间切换支持的不足原因在于：考虑到地面系统和卫星系统传输环境的差异，两系统使用的 RTT 方案一般不会完全相同，而系统的切换过程涉及到 RTT 相关环境、参数的操作，因此支持卫星段 / 地面段之间的切换将耗费巨大系统资源，增加技术复杂度，以致实现难度较大。而双模（多模）终端在卫星网络与地面蜂窝系统之间的自动漫游则主要涉及两系统之间 MSC, VLR, HLR 等高层（三层以上）功能实体之间的信息交互，只要相对统一互联协议，定义相应的信令过程即可。对于 GSM-MAP 兼容系统之间的漫游，其相关的主要信令过程包括位置登记过程以及呼叫建立过程，下面分别介绍这两种过程。
16. 4.1 位置更新过程
位置更新过程将用户的位置信息在综合网络中不断更新。除了在移动终端开机以及在待机状态进入另一个蜂窝（可以是地面段或卫星段）时进行位置更新过程，各系统的位置更新策略不尽相同。当双模移动终端从地面蜂窝进入卫星系统覆盖区时（即进入地面系统覆盖盲区），位置更新的信令过程如下：
- 双模移动终端向通过当前卫星关口站 MSC 向关口站 VLR 发送入网请求（通过移动台标识号）；
- 卫星关口站 VLR 通过该移动台标识号向相应地面蜂窝 HLR 发送位置更新请求；
- 地面蜂窝 HLR 向该移动终端所属的前一个 VLR 发送位置取消请求；
- 该 VLR 向 HLR 发送确认信息；
- 地面蜂窝 HLR 向卫星关口站 VLR 发送跟踪模式激活；
- 卫星关口站 VLR 向关口站 MSC 下发该命令，并向地面蜂窝 HLR 返回确认信息；
- 地面蜂窝 HLR 向卫星关口站 VLR 发送用户数据插入命令；
- 卫星关口站 VLR 向地面蜂窝 HLR 返回确认信息；
- 地面蜂窝 HLR 向卫星关口站 HLR 发送位置更新证实；
- 卫星关口站 HLR 向关口站 MSC 下发该位置更新证实信号；
- 卫星关口站 MSC 向双模移动终端发送位置更新证实，位置更新过程结束。
16.4.2 呼叫建立过程
当双模移动终端漫游到卫星网络中时，终端通过呼叫建立过程发起或接收呼叫。双模移动终端在呼叫建立时会被分配一个漫游号，漫游号可以在用户漫游位置更新过程后立即分配，也可以在呼叫建立时临时分配（漫游号的分配策略只能有一种），一般采用呼叫时临时分配，可以节省号码资源，也有利于安全。当 PSTN 用户作为主呼，双模移动终端作为被叫时，呼叫建立信令过程如下：
- PSTN 交换机通过号码分析判定被叫是移动用户，将呼叫接入地面 GMSC ；
- 地面 GMSC 根据用户号码确定所属 HLR ，并向 HLR 询问被叫当前位置信息；
- HLR 检索用户数据库，若记录该用户已漫游至卫星网中，则向相应的卫星网关站 VLR 请求漫游号码；
- 卫星网关站 VLR 动态分配漫游号码回送给地面网 HLR ；
- 地面网 HLR 将该漫游号码转送给 GMSC ；
- GMSC 根据该漫游号码选路，将呼叫连接至卫星网关站 MSC ；
- 卫星网关站 MSC 向相应的 FES （网关地球站）发送寻呼命令；
- FES 通过卫星向对应的覆盖区发送寻呼信息，参数为移动终端标示号；
双模移动终端收到寻呼信息，回送寻呼响应信息；
- FES 将该寻呼响应信息转发给网关站 MSC ；
- 网关站 MSC 通过 FES 分配业务信道，并指示振铃；
- 双模移动终端收到振铃指示，开始振铃；
- 被叫用户摘机，通知 FES 和网关站 MSC ，开始通话，呼叫建立过程结束。
16. 4.3 与采用非 GSM-MAP 协议的网络互联的信令过程
对于卫星系统与第二代移动通信系统中采用非 GSM-MAP 协议的蜂窝系统综合，必须在综合系统内采用协议转换网关，用于对两个子系统中 MSC, HLR, VLR 等相互访问时进行协议转换。
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