CN101815354B - 卫星移动通信***的话音转接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星移动通信***的话音转接方法，属于卫星通信技术领域。本发明方法涉及的卫星移动通信***包括通信网主体分支和星上交换管理控制分支，该方法包括：a)建立目标主叫和目标被叫之间的双跳语音连接；b)将所述目标主叫和目标被叫之间的单跳语音连接转接到所述双跳语音连接；c)建立新的主叫和被叫之间的单跳语音连接。本发明可用于卫星移动通信。

Description

卫星移动通信***的话音转接方法

技术领域

本发明涉及卫星移动通信，尤其涉及一种卫星移动通信***的话音转接方法，属于卫星通信技术领域。

技术背景

卫星移动通信***利用卫星通信的多址传输方式，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***的扩展和延伸，卫星移动通信***，按所用轨道分，可分为静止轨道(GEO)和中轨道(MEO)、低轨道(LEO)卫星移动通信***。GEO***技术成熟、成本相对较低。

卫星有着巨大的覆盖面积，一颗同步通信卫星就可以覆盖地球面积的1/3，只要有三颗同步卫星就可以实现全球除南北极之外地区的通信。这已成为世界上洲际以及远距离的重要通信方式，并且在部分地区的陆、海、空领域的车、船、飞机移动通信中也占有市场。但是同步通信卫星无法实现个人手机的移动通信。解决这个问题可以利用中低轨道的通信卫星。中低轨道卫星距离地面只有几百千米或几千千米，它在地球上空快速绕地球转动，因此叫做非同步地球卫星，或称移动通信卫星，这种卫星***是以个人手机通信为目标而设计的。比较典型的有“依星”***、“全球星***”等。这些***用几十颗中、低轨道小型卫星把整个地球表面覆盖起来，就好像把一个覆盖全球的蜂窝移动通信***“倒过来”设置在天空上。每颗卫星可以覆盖直径为几百千米的面积，比地面蜂窝小区基站的覆盖面积大得多。2008年四川汶川地震的抗震救灾过程中，当有线、无线通讯中断后，卫星通信虽然发挥了重要作用，但也暴露了我国卫星通信***建设存在的不足。到目前为止，我国还没有自主研发的卫星移动通信***，自主研制的“北斗一号”终端机只能通过发短消息的形式与指挥中心取得联系，使得汶川地震中的救援人员只能使用如海事卫星电话等国外卫星移动通信***与指挥中心进行语音通信。为了改变这种情况，自主研发用于语音通信的新卫星，对于满足我国应急通信的需求具有重要意义。

在GEO卫星移动通信***所承载的业务中，语音业务实现端到端的语音通信，是最基础的业务之一。网络最初接收到的信息及最终发送的信息都是语音信息，对业务实时性要求很高。

卫星通信与地面长途线路通信的明显不同之处在于信号延时。这是由于GEO卫星在地面上空高达36000公里处，两个地球站经卫星转发，总共经过72000公里的距离。由于无线电波传输速度的延时，当接收端收到发送端的信号，会有300ms左右的延时。如果在一个***中，卫星对于语音流实行透明转发，则需要两次经过卫星转发才能完成通信，即通常所说的“双跳”，双跳延时在600ms左右，对于语音通信有较大影响，所以，GEO卫星移动通信***一般采用“单跳”方式，即基于卫星星上部分基带交换的方式。

之前国际上和国内有进行利用卫星转发器进行语音通信的研究，并取得了一定的成果，但已有的***与之前进行的研究中，并没有同时存在经由卫星一次转发和经过卫星两次转发的话音通信方式。以下列举了一些与本发明相关的研究成果。

[1990 IEEE Military Communication Conference，Coherence Record Volume 2 to 8，“单跳话音/数据VSAT***”]指出，早在二十世纪八十年代后期，和地面站技术相结合的新型卫星将不需要双跳。由VSAT组成的卫星通信***可以有两种组网方式，星状网与网状网，其区别类似于经由卫星透明转发和部分基带交换的通信方式的不同。

[J·科勒夫；C·霍伊鲁普，中国公开申请号/专利号：98804553，“数据链路同步的***与方法”，2000年05月17日]公开了一种用于改善电信***中的两个用户终端之间的通信的***和方法。当例如位处在一个带有地面网络接口的、基于卫星的***中的两个用户终端从一个与网络之间的双跳连接转换成它们之间的单跳连接时，根据本发明，通过对这两个用户之间的协议参数进行同步从而建立通信，这些协议参数在双跳连接中曾经是分别与该网络同步的。

[任军强，李扬，“卫星移动通信***信道分配策略研究”，《航天器工程》2006年3月第15卷第1期]根据GEO卫星移动通信***的业务组成和特点，分别对损失制下合混合制下的信道分配策略问题进行了研究，并对固定信道分配策略和动态信道分配策略进行了计算机模拟仿真。仿真结果表明，在低业务负载的情况下，动态信道分配策略比固定信道分配策略性能优越，混合制下的信道分配策略比损失制下的信道分配策略性能要好。

[ARCHER S F，JOHNSON R H，US Patent 7366463-B1，“Dual mode satellitecommunication system i.e.military ultra high frequency and commercial geo-mobile system，fortransceiving information e.g.voice，has satellite-based radio signal relay device transceivinginformation”，Apr.29，2008]公开了一种双模卫星通信***和无线信号延时装置，使用该***的终端可在军用高频和商用普通频段间进行切换。使用无线信号延时装置使得只要不同波束之间相隔一定的发射角，可以共享频谱资源，有效提高了星上交换处理能力和容量。

[M·菲茨杰拉德；R·洛德；M·戈德利等，中国公开申请号/专利号：200680051076，“一种通信***及方法”，2009年02月04日]公开了一种包括远程回程卫星、中心基站控制器、远程基站收发信机、移动交换中心、访问位置寄存器和归属位置寄存器的移动通信网络。在实现对来自核心网交换的呼叫及业务继续进行管理的同时，还可对呼叫进行本地路由。

可以看出以上文献和专利的研究和设计在利用卫星进行语音传输时，采用了星上透明转发或星上基带交换处理方式。但在GEO卫星移动通信***中，星上承载的部分基带交换资源有限，因此能支持的单跳语音话路数也是有限的。在当前的卫星有效载荷能力方面存在一定的困难，只能考虑部分星上基带交换能力实现；即GEO卫星移动通信***保留了透明转发功能。

当星上部分基带交换语音链路资源不足时，为了保证高优先级与应急业务用户(以下简称“新用户”)的单跳环回语音通信，需要释放一定的部分基带交换资源。通常的处理方式是采用“主动掉话”的方式，使被抢占资源的用户(以下简称“目标用户”)重新启动话音通信接入流程，但这样会带来语音的不连续性和延时，而且也不能保证目标用户能够重新接入，降低了用户的使用效率。另一种解决方法是对于目标用户，在保留单跳话音通路的同时也保留双跳话音通路，但这样会造成无线链路资源的浪费，且同时保留两条话音通路对于同步的实现带来难度。本发明的采用折中的办法，在资源与使用效率上取得平衡，使目标用户尽可能平滑转接过度到双跳语音通路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星移动通信***的话音转接方法，该方法在卫星星上部分基带交换资源不足且保证高优先级用户与应急用户接入的情况下，将部分单跳环回语音通信用户平滑转接到双跳环回语音业务的通信流程。

和传统的卫星移动通信***静态配置星上资源的方式不同，本发明通过动态配置星上部分基带交换资源，在保障紧急程度高的语音通信优先实现单跳呼叫，尽量减少普通用户语音通信的掉话，从而优化配置了***资源。

本发明涉及的卫星移动通信***具有如图1所示的***结构，在传统的卫星移动通信***(也就是本发明的通信网主体分支)的基础上增加了星上交换管理控制分支，该分支包括卫星控制单元(以SCN表示)，卫星路由控制器(以SRC表示)和卫星交换协调服务器(以SSC Server表示)，SCN分别与SAT和SRC连接，SRC分别与SCN，GNC和SSCServer连接，SSC server则与SRC和MSC Server连接。在本发明的卫星移动通信***中，主被叫可以在通信网主体分支中实现双跳语音通话，同时可以在星上交换管理控制分支中实现单挑语音通话。

本发明方法包括下列三个步骤：

a)建立目标主叫和目标被叫之间的双跳环回语音业务(也称双跳语音连接)；

b)将所述目标主叫和目标被叫之间的单跳环回语音业务(也称单跳语音连接)转接到所述双跳环回语音业务；

c)建立新的主叫和被叫之间的单跳环回语音业务。

可见，本发明的核心思路在于，通过通信网主体分支建立一条新的双跳语音连接以代替原有的单跳语音连接，以此释放原有星上交换处理的通信业务信道。和诸如越区切换失败、信道干扰、***软硬件故障等“被动掉话”不同，本发明方法通过对卫星移动通信***资源的重新配置实现目标主被叫的“主动掉话”，这种情况在应对突发公共事件(自然灾害、事故灾害、突发公共卫生事件、突发社会安全事件)时尤为明显。为了保障紧急程度高的语音通信，同时支持原有用户使用语音业务话路不中断，将“单跳”语音转为“双跳”语音业务可以较好地实现***资源的优化配置。

上述步骤a)可通过下列方法进行：i.SRC发现部分基带交换资源不足，向目标主叫所在的MSC Server申请建立双跳连接；ii.由目标主叫所在的MSC Server发起，建立所述目标主叫的无线承载；同时，建立所述目标主叫的MSC和所述目标被叫的MSC之间的连接；iii.所述目标主叫所在的MSC Server控制MGW建立IP交换承载；iv.所述目标主叫所在的MSC Server通知所述目标被叫所在的MSC Server发起连接及业务承载过程。

上述步骤b)可通过下列方法进行：i.所述目标被叫所在的MSC Server请求SRC替换单跳连接；ii.SRC更新话路激活集，并指示SCN转接星上话音通路；iii.SCN修改星上交换矩阵，使所述目标主叫和被叫之间的双跳连接联通，同时切断其星上单跳连接；iv.SRC向GNC通告单跳连接资源已释放完毕。

上述步骤c)可通过下列方法进行：i.新被叫所在的MSC Server向SRC申请执行单跳语音执行流程；ii.SRC向SCN下达星上单跳决策决定，SCN执行。

在上面所述的方法中，一般情况下，新的主叫和被叫的用户等级高于目标主叫和被叫的用户等级，以实现星上资源更为优化的配置。

本发明提供了一种实用的语音通信转接流程方案，上述方案具有如下的一些有益效果：

(1)可以优化配置GEO卫星星上部分基带交换资源，为使用等级高的用户使用单跳环回语音业务提供保障。

(2)在使用部分基带交换资源与以通信建立时间等为标准的使用效率上取得平衡，使目标用户尽可能平滑转接过度到双跳语音通路。同时使新用户尽快接入***使用单跳话音资源。

(3)无须修改原有3GPP关于WCDMA R4版本语音通信所定义的网元接口、通信协议。仅通过新增的接口、通信协议和通信流程实现了星上部分基带交换话音业务；

(4)基本可以沿用现有的地面移动通信网络设备作为卫星移动通信网络的主体设备；

(5)兼容3GPP定义的语音通信流程，便于进一步升级和修改后，实现与UMTS以及PSTN互通语音。

附图说明

图1是本发明基于的卫星移动通信***结构示意图；

图2是实施例的双跳环回语音业务建立流程中涉及的SRC话路激活集更新方法示意图；

图3是实施例的双跳环回语音业务建立流程中涉及的用户转接建立方法示意图；

图4是实施例的双跳环回语音业务建立流程中涉及的主叫用户建立传输交换承载方法示意图；

图5是实施例的双跳环回语音业务建立流程中涉及的主叫被叫路由方法示意图；

图6是实施例的两条不同的话音链路路线示意图；

图7是实施例的目标主被叫话音转接流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述。

本发明实施例基于3G兼容体制(具体而言是基于3GPP/UMTS Release 4参考模型[3^rdGPP Technical Specification Group Services and Systems Aspects：Network architecture，Release 4，3GPP TS 23.002 V4.8.0，2003-06])的同时具备有限单跳环回语音通信能力与有限双跳环回语音通信能力的卫星移动通信***。

在本发明所基于的***结构中，一个MSC Server服务区包含且只包含一个GNC与GNB。因此，在网络区域划分上，MSC Server服务区与位置区(LA)是重合的。一个MSCServer服务区(或者是一个位置区)下包含不同波束构成的小区。即用户在同一个MSCServer服务区内移动，不需要做位置更新。

一、目标主被叫双跳环回语音业务建立流程

SRC(卫星路由控制器)是实现语音转接处理的核心网元，由于SRC不仅运营管理着星上部分基带交换矩阵，在建立用户单跳环回话音业务时，还管理主被叫一致性匹配信息，因此，目标主被叫双跳环回语音业务的建立流程由SRC发起。

为保障目标用户在通话过程中从单跳环回通道平滑转向双跳环回通道，在SRC检测到星上部分基带交换资源不足时，启动此子流程。目标用户双跳环回语音业务建立流程也是SRC话路激活集更新过程，包括话路无线链路增加(voice radio link addition)，话路无线链路删除(voice radio link deletion)、话路无线链路替换(voice radio link replacement)等。这些操作都由SRC指定完成。

SRC话路激活集更新流程具体步骤为下述(1)-(4)，如图2所示。

(1)星上部分基带交换资源测量报告。SRC定期检测星上部分基带交换资源使用情况，将SATELLITE BASEBAND RESOURCE REPORT消息写入话路资源集合中。

(2)若发现部分基带交换资源不足，SRC进行目标用户选定流程，按照“就近优先”原则(即经由同一个GNC管控下的单跳环回语音链路优先释放，经由同一个MSC Server管控下的单跳环回语音链路优先释放，经由较少MGW交换传输的单跳环回语音链路优先释放，优先级依次递减)选出实行语音业务转接的目标用户。

(3)SRC向选定的目标主叫所在的MSC Server发送USER SWITCH OVERREQUEST消息，申请建立地面用户连接。

(4)MSC Server收到申请，通过SSC Server(卫星交换协调服务器)向SRC回复USERSWITCH OVER RESPONSE消息，同意启动地面用户连接建立。

以下步骤(5)-(18)为主叫用户地面连接及业务承载建立过程。如图3所示。

(5)主叫所在的MSC Server向相应的GNC(信关网络控制器)发送SWITCH OVERLINK SETUP消息。

(6)主叫所在的GNC向相应的GNB(信关节点B)发送SWITCH RADIO LINK SETUPREQUEST消息，主要参数包括扰码、信道传输格式合并集、初始发射功率和最小发射功率等。开始建立主叫用户的无线承载。

(7)GNB完成无线链路建立后，通过SWITCH RADIO LINK SETUP RESPONSE消息上报GNC，主要参数包括RL标识、RL集合标识、波束带宽接收功率等。

(8)GNC与GNB建立数据传输承载同步，包括上行同步与下行同步之后，通过卫星向主叫用户转发SWITCH OVER RRC SETUP消息。通知主叫将进行话路转接。

(9)主叫按照要求完成无线链路RRC连接配置后，向GNC返回SWITCH OVER RRCCONNECTION SETUP COMPLETE消息。

(10)GNC向主叫所在的MSC Server上报卫星无线链路建立完成消息SWITCH OVERMODE COMPLETE。

(11)主叫所在的MSC Server通过GNC、GNB与卫星向主叫发送DIRECTTRANSFER消息，主要参数包括NAS消息。

(12)主叫回复DIRECT TRANSFER消息，至此，主叫的无线链路承载建立完毕。

(13)主叫所在的MSC Server向GNC发送RAB建立请求RAB ASSIGNMENTREQUEST，主要参数包括RAB标识、业务等级、上下行对称方式和连接信令格式集等。

(14)主叫所在的MSC Server与GNC之间建立用户数据传输承载。

(15)GNC向GNB发送链路配置消息SWITCH OVER LINK RECONFIGURATION，之后GNC与GNB建立承载并同步。

(16)GNC向主叫发送RADIO BEARER SETUP消息，主要参数包括UE信息、RB标识与传输信道消息。

(17)主叫按照要求完成无线承载配置后，向GNC回复RADIO BEARER SETUPCOMPLETE消息。

(18)GNC向主叫所在的MSC Server回送RABASSIGNMENTREPONSE消息。

在步骤(4)启动的同时，主叫所属的MSC Server要通过向HLR寻址到被叫所属的MSC Server，步骤(19)-(23)说明主叫所属的MSC Server与被叫所属的MSC Server如何建立关联，如图4所示。

(19)主叫所属的MSC Server选路至被叫归属的HLR，建立与HLR之间的MAP对话，并向HLR发起路由信息请求。

(20)HLR接收到主叫归属的MSC Server发送的MSISDN，把MSISDN转换为相应的IMSI，根据IMSI索引查找被叫所在的MSC Server号码，然后向被叫所在的MSC Server发送提供漫游号码请求。

(21)被叫所在的MSC Server绑定IMSI与MSISDN，通过提供MSRN确认消息，向HLR返回MSRN。

(22)HLR通过路由信息确认消息，将该MSRN转发给主叫所在的MSC Server。

(23)主叫所属的MSC Server通过MSRN利用BICC信令建立与被叫所属的MSC之间的连接，被叫所属的MSC Server通过该MSRN可以检索得到目标被叫的IMSI，并释放MSRN。

完成步骤(23)之后，启动Nb接口IP交换承载建立流程，采用快速前向承载建立方式，如图5所示，主要步骤为：

(24)主叫所属的MSC Server通过ADD命令请求其所属的MGW分配相关资源，包括：MGW地址、连接标识符等。

(25)主叫所属的MSC Server把承载信息、语音编码、承载建立方式和隧道建立请求等通过IAM消息传送给被叫所属的MSC Server。

(26)被叫所属的MSC Server根据接收到的信息请求其控制的MGW分配相关资源。MGW完成分配后把相应的信息返回给MSC Server。

(27)被叫所属的MSC Server通过APM消息通知发端隧道和承载建立完成。主叫所属的MSC Server请求其控制的MGW完成隧道连接。

完成地面传输、交换承载建立后，主叫用户所在的MSC Server通知被叫所属的MSCServer发起连接及业务承载过程。同步骤(5)-(18)。此时，目标主被叫之间拥有单跳环回语音通道与双跳环回语音通道。但终端只能接收单跳语音信号，双跳环回语音通道承载虽已建立，星上并不转发数据流。等待SRC启动目标用户话音转接流程。如图6所示。

二、目标主被叫话音转接流程

目标主被叫话音转接流程是将目标主被叫单跳环回的通道转向双跳环回的语音通道。由目标被叫所属的MSC Server发起，如图7所示，具体步骤为：

(1)目标被叫所属的MSC Server经由SSC Server向SRC发送SWITCH OVER SETUP消息，请求替换卫星无线链路。

(2)SRC更新话路激活集，修改目标主被叫活跃的单跳环回话音通路状态。同时向SCN发送SWITCH OVER RENOVATION消息。指示SCN转接星上话音通路。

(3)SCN修改星上交换矩阵，使星上TPM(透明转发模块)联通目标主被叫双跳环回话音通路，同时切断星上SPM(交换处理模块)单跳环回话音通路。

(4)卫星成功执行目标主被叫的话音转接，由信令通道向SCN回复SWITCH OVERCOMPLETE消息。

(5)SCN向SRC回复SWITCH OVER COMPLETE消息，SRC在话路激活集中删除原有目标主被叫的单跳环回话音状态。

(6)SRC向目标主被叫所属的GNC发送SWITCH OVER RESOURCE RELEASE消息，向GNC通告单跳环回语音链路资源已经释放完毕。GNC发回SAT RADIO RESOURCERELEASE COMPLETE消息进行确认。

目标主被叫在双跳环回的语音通道中完成话音业务后，将释放用户终端与GRAN、CN之间信令链路以及全部无线、传输、交换承载释放。根据释放发起方的不同，分为UE发起的释放与CN发起的释放，两种释放类型的区别主要在于高层的呼叫释放请求消息由终端或核心网发起，但最终的资源都是由CN发起。此部分内容同3GPP/UMTS Release 4参考模型[3^rd GPP Technical Specification Group Services and Systems Aspects：Networkarchitecture，Release 4，3GPP TS 23.002 V4.8.0，2003-06])中语音业务释放流程基本一致。所不同的是，卫星作为透明转发器参与了释放流程，而GNC在释放卫星链路资源的时候，要同时释放用户链路与馈电链路资源。

三、新用户单跳环回语音业务建立流程

比目标用户使用等级高的新用户接入GEO卫星移动通信***，将首先申请单跳环回语音业务，此申请将在新用户主叫和被叫所属的MSC Server通过BICC信令建立连接后激活。具体流程如下：

(1)新主叫所属的MSC Server向新被叫所属的MSC Server发送初始地址消息(IAM)，IAM携带的参数与承载建立方式有关，主要有主/被叫号码、呼叫参考、编码列表、承载建立方式、承载特性以及用于触发单跳语音流程的申请。

(2)新被叫所属的MSC Server收到IAM消息后启动单跳语音申请流程，向SSCServer申请发送SINGLE LEAP REQUEST消息。SINGLE LEAP REQUEST消息包括主被叫用户IMSI、其所属的GNC编号等。

(3)SSC Server向SRC转发SINGLE LEAP REQUEST消息。同时向新被叫所属的MSC Server发送单跳申请接续消息。新被叫所属的MSC Server收到接续消息后将重置计时器。

(4)SRC对话路激活集执行替换操作，将上述已释放的目标用户的单跳环回资源分配给新用户。同时向SCN发送SWITCH OVER SINGLE LEAP SETUP消息。指示SCN转接星上话音通路。SCN执行。新用户的卫星单跳链路连通。

Claims (3)

1.一种卫星移动通信***的话音转接方法，所述卫星移动通信***包括通信网主体分支和星上交换管理控制分支，其特征在于，

所述方法包括：

a)建立目标主叫和目标被叫之间的双跳语音连接；

b)将所述目标主叫和目标被叫之间的单跳语音连接转接到所述双跳语音连接；

c)建立新的主叫和被叫之间的单跳语音连接；

步骤a)通过下列方法进行：

a-1)卫星路由控制器(SRC)发现部分基带交换资源不足，向目标主叫所在的移动交换中心服务器MSC Server申请建立双跳连接；

a-2)由目标主叫所在的移动交换中心服务器(MSC Server)发起，建立所述目标主叫的无线承载；同时，建立所述目标主叫的MSC和所述目标被叫的MSC之间的连接；

a-3)所述目标主叫所在的移动交换中心服务器MSC Server***体网关(MGW)建立IP交换承载；

a-4)所述目标主叫所在的移动交换中心服务器MSC Server通知所述目标被叫所在的MSC Server发起连接及业务承载过程；

步骤b)通过下列方法进行：

b-1)所述目标被叫所在的移动交换中心服务器MSC Server请求卫星路由控制器(SRC)替换单跳连接；

b-2)卫星路由控制器(SRC)更新话路激活集，并指示卫星控制单元(SCN)转接星上话音通路；

b-3)卫星控制单元(SCN)修改星上交换矩阵，使所述目标主叫和被叫之间的双跳连接联通，同时切断其星上单跳连接；

b-4)卫星路由控制器(SRC)向信关网络控制器(GNC)通告单跳连接资源已释放完毕；

所述步骤c)通过下列方法进行：

i.新被叫所在的MSC Server向卫星路由控制器(SRC)申请执行单跳语音执行流程；

ii.卫星路由控制器(SRC)向卫星控制单元(SCN)下达星上单跳决策决定，卫星控制单元(SCN)执行。

2.如权利要求1所述的卫星移动通信***的话音转接方法，其特征在于，按照下列规则从处于单跳语音连接状态下的用户中选择所述目标主叫和目标被叫：经由同一个信关网络控制器(GNC)管控下的单跳语音连接优先释放；经由同一个MSC Server管控下的单跳语音连接优先释放；经由较少电路交换域媒体网关交换传输的单跳语音连接优先释放。

3.如权利要求1或2任意一项所述的卫星移动通信***的话音转接方法，其特征在于，所述新的主叫和被叫的用户等级高于所述目标主叫和被叫的用户等级。

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