移动通信和手机基础知识.ppt

第1章 移动通信和手机基础知识 本章要点：手机的分类、基本工作过程、主要技术指标， 移动通信系统组成，SIM卡功能与触点分布等。 n n 学习参考：要求通过学习熟悉移动通信系统组成与手机分学习参考：要求通过学习熟悉移动通信系统组成与手机分 类、手机基本工作过程，掌握类、手机基本工作过程，掌握SIMSIM卡与卡与UIMUIM卡的功能与触卡的功能与触 点分布，了解数字手机主要技术指标、移动通信系统信道点分布，了解数字手机主要技术指标、移动通信系统信道 分类与功能。分类与功能。 1.1 蜂窝移动通信系统 1.1.1 1.1.1 蜂窝移动通信系统的分类蜂窝移动通信系统的分类 蜂窝移动通信系统 模拟式数字式 GSMGPRSCDMA（窄带）3G CDMA2000TDSCDMA WCDMA 模拟手机大哥大数字手机 GSM900DCS1800PCS1900 GSM数字蜂窝移动通信系统即全球移动通信系统，俗称全 球通。 1. GSM系统 n 在GSM系统中，分别由上行频率和下行频率负责发送和接 收移动台信息。 n 上行频率是由移动台发射、基站接收的频率。 n 下行频率是由基站发射、移动台接收的频率。 n 双工间隔指的是下行频率和上行频率之差。 n 邻道间隔指的是GSM系统相邻信道之间的频率间隔。 n 分类：GSM900、DCS1800和PCS1900系统，三种系 统的功能相同，但频率范围不同。 GPRS是通用分组无线业务的简称。采用与GSM相同的频段 、频带宽度、突发脉冲结构、无线调制标准、跳频规则以及相 同的TDMA（时分多址）帧结构，但能提供比GSM系统更高的 数据速率。 3. GPRS系统 4. 3G系统与3G手机的内容参见8.10节。 2. CDMA系统 n CDMA系统即窄带CDMA数字蜂窝移动通信系统，又称为 CDMA One或IS95 CDMA系统。采用窄带CDMA技术。 CDMA技术即码分多址技术，是在数字扩频基础上发展起来的 一种无线通信技术。 1.1.2 数字蜂窝移动通信系统的组成 1. 移动台（MS） 分类：车载台、便携台和手机等用户设备。 n SIM卡即用户识别卡，用于储存移动用户的有关信息、识别 移动用户。 n 移动用户就是SIM卡的持有人。 n SIM卡可以在任何一部手机上使用。 n 组成：收发信机、SIM卡 功能：为网络固定部分和无线部分提供信号传输中继 2. 基站子系统（BSS） n 组成：一个或多个基站收发信台（BTS）和一个基站控制器 （BSC） n BTS功能：负责无线传输，BSC负责控制与管理 n BSC区定义：每个BSC所覆盖的通信区域 n 小区（蜂窝区）定义：每个BTS所覆盖的通信区域 功能：具有GSM系统交换功能和用于用户的资料与移动性 管理、安全性管理所需要的数据库功能。 3. 网络交换子系统（NSS） n 功能：提供网络交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道 分配、呼叫接续、计费、基站管理等，并提供面向系统其他功 能实体和面向固定网的接口功能。 （1）移动业务交换中心 （MSC） 功能：储存它所控制的所有移动用户的相关资料，包括移动 用户的静态资料和漫游时的动态资料。 （2）归属位置寄存器 （HLR） （3）拜访位置寄存器 （VLR） n 功能：储存进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，使得 MSC能够建立呼入/呼出。 用于鉴别用户身份的合法性。 （4）鉴权中心 （AUC） n 移动交换控制区（MSC区）定义： MSC覆盖的通信区域 n 多个MSC区构成公用陆地移动网（PLMN）服务区，联网 的PLMN服务区构成GSM服务区。 （5）移动设备识别寄存器 （EIR） n 储存移动设备的国际移动设备识别（IMEI）码。 4. 运营支持系统 （OSS） n 功能：在网络运行和维护、注册管理和计费以及移动设备管 理方面起作用 n IMEI码别称：手机机身码或手机串号。 1.1.3 数字蜂窝移动通信系统的主要技术指标 1. 频率范围 中国移动动、中国联联通部分蜂窝窝移动动通信系统统占用的频频段 单单位系统统上行频频率/MHz下行频频率/MHz 中国移动动 GSM 900885909930954 DCS18001710172518051820 中国联联通 GSM 900909915954960 DCS18001745175518401850 CDMA824.64848.37869.64893.37 定义：移动通信设备发送和接收的方式。 2. 双工方式 n 分类：频分双工（FDD）和时分双工（TDD） 1）FDD方式利用两个对应的频率信道进行信号发射和信 号接收，两个信道之间存在着一定的频段保护间隔（即双工 间隔。 2）TDD方式的信号发射和信号接收是在同一频率信道的 不同时隙进行的，彼此之间采用一定的保证时间予以分离。 （1）在频分多址（FDMA）系统中，把总频段划分为若干 个占用较小带宽的、在频域上互不重叠的信道，每个频道就是 一个通信信道，手机通信均在临时指定的通信信道上进行；通 信结束后，先前被占用的信道被重新分配给其他用户使用。 3. 多址方式 （2）在时分多址（TDMA）系统中，把时间分成周期性的 帧，每一帧再分割成若干时隙，每一个时隙就是一个通信信道 。根据一定的时隙分配原则，使每个手机只能在指定的时隙内 发射或接收信息。 （3）在码分多址（CDMA）系统中，不同用户的传输信息 用各自不同的编码序列来区分。 n 分类：频分多址、时分多址、码分多址 GSM手机采用高斯滤波器参数BT为0.3的高斯滤波最小频 移键控（GMSK）调制。使67.707kHz载波频率随数码语音信 号的变化而变化，得到包含发送信息的低频模拟发射基带信号 （TXI/Q），实现信号的D/A转换。 4. 调制方式 GSM手机最大发射功率为2W（33dBmW）和1W（ 30dBmW），最小发射功率为5dBmW和0dBmW。 5. 最大发射功率 n CDMA手机采用偏移四相相移键控（OQPSK）调制方式 ，使615kHz载波频率随数码语音信号的变化而变化。 n CDMA手机最大发射功率为0.2W（23dBmW），对最 小发射功率没有要求。 n 接收灵敏度是指接收机在满足一定的误码率性能条件下，接 收机输入端需输入的最小信号电平。 6. 接收灵敏度 GSM系统是将人的声音模型化，利用规则脉冲激励长期预 测编码（RPELTP）技术将语音数据压缩为13kbit/s。 7. 语音编码 n GSM手机接收灵敏度为102dBmW，CDMA手机接收 灵敏度为104dBmW。 n CDMA系统采用QCELP编码算法，该算法是美国高通公司 专利，是一种8kbit/s语音数据压缩的语音编码算法。 1）GSM手机按照工作频段分类：单频手机、双频手机和 三频手机。 1.2 数字手机的分类、功能与用户识别卡 1.2.1 数字手机的分类与功能 1. 数字手机的分类 （1）按照采用技术分类 n 分为GSM手机、GPRS手机、CDMA（窄带）手机和第 三代（3G）手机。 2）CDMA手机即窄带CDMA手机，它与GSM手机的工 作原理相似，主要区别在射频部分和音频处理部分。 1）直板式手机主板正面最上方为受话器（受话器）、最下 方为送话器（话筒、送话器），显示屏在受话器下方、键盘上 方。 （2）按照手机外形结构分类 n 有直板式、翻盖式（折叠式）、滑盖式、直板旋转式等，比 较常见的是前三种。 手机主板背面是芯片和元件比较集中的地方，一般情况下 ，其上方是与天线有密切关系的射频部分；中下方主要有逻 辑电路、SIM卡和电源电路；最下方是用于充电和数据通信 的尾部插口。 （3）按照生产厂家的不同分类。 2）翻盖式手机与直板式手机的区别： n 在机械结构上，翻盖式手机的受话器和显示屏一般设计 在上翻盖内，手机体正面只有键盘和送话器。 3）滑盖式手机将显示屏、功能键设置在滑盖上，通过推 拉滑盖才能见到手机底板（主板），底板与滑盖之间通过滑 轨连接，显示屏通过排线与手机底板（主板）相连接。 n 滑盖式手机分类：上推滑盖和下拉滑盖 n 在电路结构上，翻盖式手机在上翻盖内有磁铁或触头， 主板上有磁控元件（霍尔元件或干簧管）或触碰开关，直板 式手机无上述元件。 功能：通话、收发短信、来电显示等。 2. 数字手机的功能 1.2.2 用户识别卡 1. SIM卡 （1）SIM卡存储的内容 n 新功能：上网、炒股、全球定位系统（GPS）导航、拍照 、翻译、个人数字助理（PDA）、游戏、MP3播放、录音、 摄像、收听广播（收音）等。 1）固定存放数据：国际移动用户识别码、鉴权密钥Ki等。 2）暂时存放有关网络的数据：位置区识别码、移动用户临 时识别码、禁止接入的公共电话网代码等。 3）相关的业务代码：个人识别码（PIN）、解锁码（PUK ）、计费费率等 n PIN码分为PIN1码和PIN2码。 PIN1码用于保护SIM卡的安全，防止未经授权使用SIM 卡。PIN1码是一个由用户自己设定48位数字的个人密码 ，它的初始值为0000或1234。 PIN2码与网络计费和SIM卡内部资料的修改有关，一般 不予公开。 n PUK用于解开被锁住的SIM卡，每个SIM卡都存有一个 由数字09构成的共8位数字的PUK码。 4）电话号码簿 组成：CPU、工作存储器（RAM）、程序存储器（ROM） 、数据存储器（EEROM）和串行通信单元 （2）SIM卡的结构 1）SIM卡存储器的功能： n 只读存储器ROM存储SIM卡A3和A8算法。 n 电擦除可编程只读存储器EEPROM存储与手机使用有关的 电话号码和系统参数等。 n 随机存储器RAM存储手机使用过程中的中间数据。 电源（VCC）：有5V、3V和1.8V，常用3V或1.8V。 n 时钟（CLK）：一般采用两种时钟信号，对13MHz基准 时钟信号4分频得到的3.25MHz，以及1.083MHz。 n 数据I/O（或DATA）：数据I/O用于手机与SIM卡之间 的信息传输，该部分电路出现故障率较高。 n 复位（RST）：复位（RST）提供对SIM卡内部处理器复 位用的复位信号。 n 接地（GND）：接地（GND）是SIM卡电源地。 n 编程供电端（VPP）：它在手机中一般为空脚，不为空脚 的与SIM卡电源相连。 2）常见SIM卡的触点分布 当开启电源期间，按以下次序激活各触点：RST低电平复 位状态，VCC加电，I/O处于接收状态，VPP加电，提供稳定 的CLK时钟信号。 （3）电源开关时SIM卡的电气性能 n UIM卡功能类似于GSM系统中的SIM卡。 2. UIM （User Identity Model）卡 n 当关闭电源时，按如下次序工作：RST低电平复位状态， CLK低电平状态，VPP去电，I/O低电平状态，VCC掉电。 n UIM卡中存储的信息：一类是用户识别信息和签权信息， 主要是IMSI码和CDMA系统专有的签权信息；二类是业务 信息，如短消息状态等；三类是与手机工作有关的信息，包 括优选的系统和频段、归属区标示等参数。 1.3 GSM系统信道的分类与功能 移动通信系统信道：物理信道和逻辑信道。 物理信道定义：移动通信系统用来运载各种逻辑和业务的 实际的无线电信道 逻辑信道定义：一个源自物理信道的通信信道，不同的 逻辑信道用于在系统和用户之间传送不同的信息。 GSM系统逻辑统逻辑 信道的分类类与功能 分类类功能 控制信道CCH 广播信 道BCH 频频率校正信道FCCH向MS传传送频频率校正信息，使之与基站基准频频率同步 同步信道SCHMS通过侦过侦 听SCH得到基站识别码识别码 等有关信息 广播控制信道BCCH 向MS发发送包括位置区编编号、允许许MS发发射最大功率等 通用信息。 公共控 制信道 CCCH 寻寻呼信道PCHMS通过侦过侦 听PCH得知是否有对对它的呼叫或短消息 随机接入信道RACH MS通过过RACH申请请信令信道和独立专专用控制信道 SDCCH 允许许接入信道AGCH系统统通过过AGCH向MS分配SDCCH 专专用控 制信道 DCCH 独立专专用控制信道SDCCH用于建立呼叫或在空闲闲模式下收发发文本 慢速随机控制信道SACCH MS通过过SACCH向系统报统报 告其所测测量服务务小区的信号 强度和信号质质量等信息；系统统通过过SACCH向MS发发送 定时时提前量等信息。 快速随机控制信道FACCH实现实现 切换换 小区广播信道CBCH向MS播放小区广播 话务话务 信道TCH传传送用户户的话话音和数据业务业务 1.4 手机的基本工作过程 手机软件初始化过程： 1.4.1 GSM手机的基本工作过程 1. 移动用户打开手机电源 1）开机后，手机搜索BCH，当搜索到最强BCH对应的载 频后，读取FCCH的信息，使手机频率与之同步。 2）手机读取SCH信息、基站识别码等信息，使手机与系 统保持时间同步。 3）在BCCH上读取系统信息，如临近小区情况、现在所 处小区的使用频率，移动系统的国家号码和网络号码等。 2. 移动用户进行登记 移动用户进行登记的过程： 1）手机在RACH上发出接入请求，申请分配一个SDCCH 。 2）系统通过AGCH分配给手机一个SDCCH。 3）手机在SDCCH上完成登记，在SACCH上发控制指令 。 n 结束信息交换后，手机进入待机状态，并监听BCCH和 CCCH。 GSM手机待机前的工作流程 3. 移动用户被呼 移动用户被呼过程如下： 1）系统通过PCH呼叫移动用户。 2）手机在RACH上发寻呼响应，申请分配一个SDCCH。 3）系统通过AGCH为手机分配一个SDCCH。 4）系统与手机通过SDCCH交换必要的信息，如鉴权、加 密模式等，以便识别手机身份；在SACCH上发送测试报告和 功率控制。最后在SDCCH上给手机分配一个TCH。 5）手机转入TCH，开始通话。 4. 移动用户主呼 移动用户主呼的过程如下： 1）手机在RACH上发送呼叫请求信息，申请分配一个 SDCCH。 2）系统通过AGCH为手机分配一个SDCCH。 3）在SDCCH上建立交换所需的必要信息（同被呼过程） ，在SACCH上交换控制信息。 4）手机转入所分配的TCH上开始通话。 1.4.2 CDMA手机的基本工作过程 1. 初始化状态 手机接通电源后首先扫描基本信道，如不成功，再扫描辅 助信道，以选择CDMA系统。 2. 空闲状态 n 在空闲状态，手机通过监视寻呼信道完成外来寻呼的接收 ，以及发起呼叫或位置登记等。 n 选择了