（计算机应用技术专业论文）基于cmu200的gsm移动台自动检测研究与实现.pdf

摘要 摘要 在无线电设备检测工作中需要对移动台进行测试，在一些情况下需 要对大量的数据进行处理，然后作出相关的结论。显然，快速、简洁的 处理数据是必要的且需要去不断改进和提高的。现有的测试仪器尽管在 体积越来越紧凑，操作方式越来越简洁，但是还是存在一些缺点，仪器 的使用对象针对性仍然不够强，一些操作还是显得烦琐。有时由于处理 数据的实时性不强，会把本身就耗时的测试过程拖得更加的漫长。而且， 一般情况下仪器也不能实现无人职守。测试时对于历史数据的保存在一 些场合也是有必要的，怎样保存好数据以供以后分析也是应当纳入考虑 的问题之一。 本文就无线电设备检测中的移动台部分针对g s m 移动台的自动检测 进行了研究并实现。我所负责的工作是参照标准总结g s m 移动台的检测 内容、标准及方法，然后针对c m u 2 0 0 综测试仪进行驱动编程实现g s m 移动台的自动检测工作。论文中首先了解了g s m 通信系统及其关键技术； 再者研究分析了可编程仪器控制的软硬件技术，包括i e e e4 8 8 ( g p i b ) 标准总线、s c p i ( s t a n d a r dc o m m a n d sf o rp r o g r a m m a b l ei n s t r u m e n t s 可 编程仪器标准命令) 和v i s a ( v i r t u a li n s t r u m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r e 虚拟仪器软件架构) 为对可编程仪器进行驱动编程打下基础：第三步研 究了软件实现技术，对组件的优势和c o m 的特点进行了分析确定采用c o m 组件技术来完成驱动模块；最后根据移动台测试要求选择可编程测量仪 器c m u 2 0 0 综测仪、e 4 4 4 5 a 频谱仪、e 4 4 3 8 c 信号源和一台测量控制计算 机搭建起了测试平台，研读可编程仪器c m u 2 0 0 综测仪的s c p i 命令和 v i s a ( 虚拟仪器软件架构) ，根据g s m 移动台测试方法在v c 开发平台下 采用c o m 组件形式完成对c m u 2 0 0 的驱动编程从而实现对g s m 移动台的自 动测试。该方案不只适用于移动台的自动测试还适用于开发灵活、多用 途的仪器控制程序，特别是仪器厂商提供的驱动程序无法满足用户需要 或没有仪器驱动程序的情况下，开发仪器控制应用程序。 关键词：g s m ，仪器控制驱动，v i s a ，s c p i ，c o m a b s l r a c t a b s t r a c t m e a s u r ea n dt e s to fm o b i l et e l e p h o n ei st h ei m p o r t a n tt a s kf o rt h et e s t o fi n s t r u m e n to fw i r e l e s s t h ed a t af r o mm e a s u r eo rt e s tw i l lb et r e a t e d 、a n d t h ec o n c l u s i o nw i l lb ed r a w n s o m e t i m e st h e r ea r eam a s so fd a t an e e dt ob e t r e a t e d o b v i o u s l y , t h ew a yo ft r a t i n gt h e d a t aq u i c k l ya n dc l e a r l yi sv e r y n e c e s a r y t o d a y ，t h ei n s t r u m e n ti sm o r ea n dm o r ec o m p a c ta n dt h em e t h o d s t oo p e r a t i o na r em o r es m a r t e r b u tt h e r ea r es o m ed i s a d v a n t a g e s o m e t i m e s w en e e dm o r es p e c i a lw a yt os o m ep u r p o s e s o m eo p e r a t i o na r ec o m p l e x t o o s o m e t i m e sp r o c e s sd a t ai s n to nt i m e ，w h i c hm a k et h et i m e o ft e s t l o n g t h et e s t d a t ai nt h ep a s tm a y b eu s e f u l ，a n dh o wt os a v ed a t af o r a n a l y s i si nt h ef u t u r ei sam a t t e rw ew i l ld e a lw i t h i nt h i sd i s s e r a t i o nt h ea u t h o rr e s e a r c h e dt h et e s t i n go fg s mm o b i l e t e l e p h o n eo ft h ew i r e l e s si n s t r u m e n tt e s ta n dc a r r i e do u ti t t h ew o r kt h a ti s h o u dd oi sa c q u i r et h et e s t i n gc o n t e n t 、s t a n d a r da n dm e t h o do ft e s to ft h eg s m m o b i l et e l e p h o n e ，t h e nw r i t et h ed r i v e rp r o g r a mo ft h ec m u 2 0 0 f i r s ta c q u a i n t t h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fg s m ；s e c o n di n t r o u c e da n da n a l y s i z e dt h e t e c h n o l o g yo ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fc o n t r o lt h ep r o g r a m m a b l e i n s t r u m e n t ，w h i c hi n c l u d ei e e e4 8 8 ( g p i b ) s t a n d a r db u s 、s c p i ( s t a n d a r d c o m m a n d sf o r p r o g r a m m a b l e ) a n dv i s a ( v i r t u a l i n s t r u m e n t s y s t e m a r c h i t e c t u r e ) ；t h i r dr e a s e r a c ht h et e c h n o l o g yo fs o f t w a r e ，i te m p l o y sv i s u a l c + + 6 0a s a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tp l a t f o r m b e c a u s eo fi t sp o w e r f u l f u n c t i o n ，u n i v e r s a l i t ya n dp r o g r a m m i n ga n de m p l o y sc o m m o d u l eb e c a u s e o fi t sc h a r a c t e r i s t i c 、s u p e r i o r i t y ；t h el a s ta s c e r t a i nt h et e s t i n gi t e ma n di t s s t a n d a r d 、m e h t o dt h r o u g hs e a r c h i n gt h ep r i n c i p l eo fg s mm o b i l ea n di t s t e s t i n gc r i t e r i o na n ds e l e c tt h ep r o g r a m b l ei n s t r m e n tf o rt e s t i n ga c c o r d i n g t ot h em o b i l et e l e p h o n ed e m a n d s ，w h i c hi n c l u d ec m u 2 0 0 ( u n i v e r s a lr a d i o c o m m u n i c a t i o n t e s t e r ) 、e 4 4 4 5 a ( s p e c t r u ma n a l y z e r ) 、e 4 4 3 8 c ( s i g n a l g e n e r a t o r ) ，a l lo ft h i sb u i l dt h ep l a t f o r mo ft e s t i n g ir e a l i z et h ea u t o m a t i c t e s t i n go fg s mm o b i l et e l e p h o n eb yu s i n gc o m m o d u l ea n dv i s a 、s c p i t t a b s t r a c t u n d e rv cd e v e l o p m e n tp l a t f o r m t o t h em e t h o du s e di nt h i st h e s i st od e v e l o p a u t o m a t i ct e s t i n gc a nb eu s e d n o to n l yi nt h eg s mm o b i l et e l e p h o n eb u t a l s os u i t a b l ef o ra g i l ea n dm u l t i p u r p o s ea p p l i c a t i o n s ，e s p e c i a l l yw h e nt h e i n s t r m e n td r i v e ri su n a v a i l a b l eo rt h ei m s t r u m e n td r i v e rc a n n o ts a t i s f yt h e n e e do fe n d u s e r k e y w o r d ：g s m ，i n s t r u m e n tc o n t r o ld r i v e r ，g p i b ，v i s a ，s c p i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另t ! d d 以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：司_ 乱l 目期：劢绰1 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：物函努 导师签名： 日期：撕后年月f 日 第一章绪论 1 1 论文研究背景 第一章绪论 1 1 1 无线电设备检测概念及内容 无线电设备检测“1 是各级无线电管理机构依据国家的有关法律、法 规和具体规定，对无线电设备的质量实施的一种监督检查活动。它通过 对无线电设备主要技术指标的测定，确定无线电设备是否满足相应技术 标准的要求和无线电管理部门的有关规定。因此是加强无线电管理工作 的一项重要措旌。 无线电检测不仅包括无线电通信、导航、雷达、测向、遥控遥测、 广播电视( 含差转) 等无线电发射设备，也应该包括对工、科、医等设 备的电波辐射以及传导干扰功能的检测。 1 1 2 无线电设备检测的必要性 无线通信事业的高速发展，带来一些不容忽视的问题，在无线电台 站数量急剧增加，造成无数电频谱资源日益紧张的同时，也使无线电台 之间的干扰日趋严重。根据对干扰处理事例的调查，由于无线电设备质 量问题，造成的干扰占有一定的比重。如果在设备投入使用前和运行过 程中，适时地进行无线电设备检测。限制不合格设备的使用。就可以大 大减少干扰产生的机率。减轻大量的无线电干扰给无线电管理工作带来 的压力。 在无线电干扰的处理和排除中，也离不开无线电设备检测工作。除 非法电台和设台位置不合理造成干扰外，大部分干扰的分析与处理都离 不开设备检测。例如，发射机发射功率过大造成的同频干扰，发射机发 射带宽过宽，邻道功率过大造成的邻频道干扰，谐波幅度过大产生的干 扰等，都要经过对发射机相应技术指标的测定而确定。分析干扰原因时， 有时也需要对接收机的抗干扰能力进行测试。例如，云南某地的一次干 扰处理中，就发现，干扰原因是由于接收机镜象抑制能力过差造成的。 电子科技大学硕士学位论文 电波都是由无线设备产生的，从这种意义上说，维护电波秩序，就 必须对无线电设备进行管理，这种管理离不开对无线电设备的检测。 此外，人们对无线通信产品的巨大需求，使无线电通信设备大量涌 入市场，在企业追求低成本，高产出和利润最大化的原则驱使下，大量 伪劣产品充斥市场。伪劣无线电设备的使用，在给我国电磁环境造成污 染的同时，也给我国的无线电管理工作增加了困难，这就要求我们，在 无线通信市场引入竞争以促进繁荣昌盛的同时，有必要行使政府的监督 职能，加强无线电设备研制、生产、进口和销售的管理，认真执行无线 电设备检测制度，对检测合格的产品发放进口、销售、使用的许可证， 限制不合格产品流入市场，更不能让其投入使用。 为了确保移动通信产业优质、安全、不破坏环境地运营与发展，为 了尽量使无线电设备检测的质量与国际水平同步，为保障通讯网络正常 运行，及确保不同厂商产品的兼容性，不仅要加强无线电空中监管的力 度，而且要对应用设备进行严格的检测和认证。全国无线电管理部门也 为此采购了各种型号的仪器设备，采用手动方式或单一测试系统进行测 量。 1 1 3 无线电设备传统检测缺陷 随着无线电技术的迅速发展，投入使用的无线电设备种类越来越多， 无线电设备检测的工作量也越来越大。传统手动测试的过程繁琐，工作 量大，测试结果的一致性差，人为因素对测试结果的影响较大。目前， 在无线电设备检测工作中，主要存在以下问题：在实际工作中往往测试 一台设备，需分别使用几台仪表，电缆连接多次：检测的数据用人眼读 出，各人而异，出现较大误差：检测仪表多为国外制造，显示屏字幕、菜 单、操作键盘标签均采用英文或英文缩写，给检测人员带来诸多不便： 检测为人工操作，测量时间长、填写表格多、工作效率低等。 1 2 自动测试概念 所谓自动测试，就是对研究对象的整个测试过程，包括数据采集、 数据分析处理以及测试结果的显示输出等都是在计算机统一控制下自动 完成的。而实现某种测试任务的自动测试设备的总体就称为“自动测试 第一章绪论 系统”瞻1 。一般测试系统的组成如图1 - l 所示 标准接口总线( g p i b ) 图1 1 一般自动测试系统的组成 上图是一个典型的自动测试系统的组成，它包括通过标准接口总线 连接的测量支持设各，数据采集分析设备，控制计算机等多台仪器。这 也是它的一般组成规则。在这里，实现测试过程的一切操作都是计算机 控制下自动完成的，人的作用仅限于编制必要的测试程序或做一些必要 的操作，如开机，连接被测设备等，极为简单。 1 3 无线电设备自动检测的优势 一个重要的趋势是，通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能， 提高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅 供单项使用，而且可以通过标准接口和数据通道，与电子计算机结合起 来，组成各种测试控制管理综合系统，满足更高的要求。设备检测自动 化测试系统的开发，顺应了移动通信飞速发展的潮流，为无线电管理及 移动通信运营商提供了崭新的工作手段。 1 检测范围 可对调频电台、无线寻呼系统( 发射机、接收机) 、模拟移动电话、 数字移动电话g s m c d m a 等设备进行自动测试。 2 中文界面 系统控制软件采用全中文界面，方便操作。 电子科技大学硕士学位论文 3 实现单台仪器的所有功能 测量仪器的功能一般都十分复杂，功能菜单的编排层层嵌套，操作 者须花费很多时间和精力才能熟练操作。在集成测试环境中，不仅单台 仪器的功能被全部实现，而且仪器各功能的编排在p c 环境中被进一步 优化，一些常用操作被做成按钮，操作方便。另外，由于不必在面板操 作，避免了仪器旋钮、按键的损坏，延长了仪器的使用寿命。 4 扩展功能 根据用户实际需要，系统可实现一些仪器目前所不具备的功能。 5 测试接口多样 具有测试接口可选，方便了监测站对各种调频、调幅、f s k 发射设 备以及g s m 手机进行测试。 6 结合国家标准的测试流程 对于常用无线电设备的测试，在系统软件中己将有关无线电技术标 准项目作为测试判别的参照量。整个测试过程及结果评判完全按国标进 行，打印出的检测报告说服力强，具有权威性。 7 测试结果准确、公正 由于是电脑自动记录，因此避免了人为操作以及人情因素。 8 测试数据可长期保存 测试数据以及被检设备、用户资料可在电脑中自动归档。需要时可 随时调用，方便了对原始测试数据资料的管理。 9 系统内仪器拆卸方便，可作多用途 无线电设备检测工作大部分需在设台单位地点进行，考虑到各监测 站目前不具备多套仪器的装备能力，主要测试仪器须一机多用。因此，系 统中所用仪器放置均采用抽屉式固定，既拆卸方便，面板又美观大方。 1 4 论文研究目标 伴随着竞争的进一步深入，用户将更加重视各个环节的手机质量， 包括新的手机和维修后的手机的质量。一个好的测试过程和测试设备是 手机质量的保证，在未来的竞争中向用户提供最好的服务将成为取胜的 关键，手机测试则是其中重要的环节。 4 第一章绪论 g s m ( 全球移动通信系统) 是由欧盟国家联合研制的一种数字蜂窝移 动通信体制。g s m 体制由于具有频谱利用率高、系统用户容量大、话音 质量好、抗干扰能力强、保密性强等技术优势，我国自1 9 9 4 年开始大。 规模采用g s m 技术建设数字移动通信网，并得到高速发展，到2 0 0 2 年 年底我国移动通信g s m 手机用户总数已超过2 亿。g s m 手机用户的每一 次呼叫必须按g s m 系统分配在指定的载波、时隙上通信，因此在g s m 系 统内使用手机的技术指标好坏会影响通信质量和网络效率。目前我国 g s m 手机进网测试执行的是标准y d t 8 8 4 1 9 9 6 9 0 0 m h zt d m a 数字蜂 窝移动通信网移动台设备技术指标及测试方法。该标准基于欧洲电信 标准化委员会( e t s i ) 的g s m1 1 1 0 的1 2 - 1 4 章，主要规定了g s m 9 0 0 m h z 移动台无线收发信机的射频、音频指标的定义、要求及测试方法。 该标准除用于手机进网测试外，还广泛用于仲裁测试、性能测试以及手 机厂家、运营单位、和维修部门对手机进行的测试。 本承着无线电设备自动检测的概念和优势，本文在基于黑龙江无线 电委员会的需求上和遵循y d t 8 8 4 1 9 9 6 和e t s i 标准下研究并实现g s m 移动台自动测试。主要是在v c 平台上利用可编程仪器c m u 2 0 0 综合测试 仪、e 4 4 4 5 a 频谱仪、e 4 4 3 8 c 信号源的功能并与p c 机通信来完成此g g m 移动台自动检测，把计算机的方便快捷的操作和大容量存储系统优势与 c m u 2 0 0 综合测试仪对无线电设备的多种检测功能相结合来开发直接用 计算机控制此综合测试仪的各种检测工作的自动检测系统，通过直接在 友好的系统界面上输入各种指标设置和参数设置进行一键式测试获得测 试显示结果并进行存储，而不用到仪器面板上去进行手工操作由此实现 对设备的自动控制检测。 1 5 论文的组织 第一章：绪论，提出研究问题。 第二章：g s m 基础理论。对g s m 系统作简要概述，并对其关键技术 和g s m 系统中的移动台部分的原理作简要介绍。 第三章：可编程仪器控制的相关技术研究和介绍。g s m 移动台自动 检测其根本是对可编程仪器进行控制，从而实现仪器对移动台的自动检 测工作。本章从硬、软件两方面进行，主要讨论了i e e e4 8 8 ( g p i b ) 标 电子科技大学硕士学位论文 准总线接口及特性，s c p i ( s t a n d a r dc o m m a n d sf o rp r o g r a m m a b l e i n s t r u m e n t s 可编程仪器标准命令) 技术和v i s a ( v i r t u a li n s t r u m e n t s y s t e ma r e h i t e c t u r e 虚拟仪器软件架构) 技术。 第四章：实现g s m 移动台自动检测的软件基础。分别对组件和c o m 的特点和优势进行了研究，介绍了组件的需求和c o m 接口的应用技术。 对仪器驱动程序技术进行了探讨，为g s m 移动台自动检测软件实现打下 了基础。 第五章：g s m 移动台自动测试的实现设计。对移动台检测标准进行 研究得出g s m 移动台的测试项、标准和方法，对测试仪器进行选择，搭 建硬件测试环境。设计通信协议和应用接口，研究仪器控制命令和方法， 搭建软件测试环境。最后根据所研究介绍所得的软硬件技术实现g s m 移 动台自动测试。 第六章：结论 第二章g s m 基础理论 2 1 g s m 系统概述 第二章g s m 基础理论 g s m 原意为移动通信特别小组( g r o u p s p e c i a lm o b i l e ) 。该组织成立于1 9 8 2 年， 旨在制定一个欧洲移动通信系统的特性规范，以便使整个欧洲采用一个统一的移 动通信制式，让移动通信用户在欧洲各国的移动通信成为可能。今天，所谓的g s m ， 就是泛欧数字移动通信系统( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i1 ec o m m u n i c a t i o n ) ，它有效 地克服了模拟制式移动通信系统存在的频谱利用率低、容量小、制式不统一、联 网漫游困难、不能提供数据等非话业务以及话音失真、保密性差等缺点。g s m 的发 展，弥补了有线电话的严重不足，解决了人们在任何地点、任何时间的通信联络。 g s m 系统主要由交换系统( s s ) 、基站系统( b s s ) 、移动台( m s ) 和操作与支持系 统( o s s ) 四部分组成，见 3 。 2 2g s m 关键技术 要使g s m 很好的运作，需要解决很多与其他通信技术不同的难点。他的关键 技术主要包括工作频段的分配、时分多址技术、语音编码、信道编码，以及保密 措施、跳频技术等。这里详细介绍工作频段的分配、时分多址技术以及保密措施。 2 2 1 工作频段的分配 2 2 1 1 工作频段 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网g s m 通信系统采用9 0 0 m h z 频段： 8 9 0 9 1 5 ( 移动台发、基站收) ，9 3 5 “9 6 0 ( 基站发、移动台收) 。 随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1 8 g h z 频段的d c s l 8 0 0 过渡，即 1 8 0 0 m h z 频段： 1 7 1 0 1 7 8 5 ( 移动台发、基站收) ，1 8 0 5 1 8 8 0 ( 基站发、移动台收) 。 电子科技大学硕士学位论文 6 s m 和d c s l 8 c o 的频段 我国g s m 频段( 9 0 5 - 9 1 5 ，9 5 0 - 9 6 0 ) 8 8 08 9 09 0 59 1 59 2 59 3 59 5 09 6 0 m s 发b s 发 匿翌匿l 1 7 1 01 7 8 51 8 0 51 8 8 0 g 潍二阶段扩展频段 圜d c s l 8 0 0 的频段 圆我国魁b 用频段 图2 - 1 我国陆地蜂窝移动体系系统频段分配图 2 2 1 2 频道间隔 相邻两频道间隔为2 0 0 k h z ，每个频道采用时分多址接入( t d m a ) 方式，分为 8 个时隙，即8 个信道( 全速率) 。每信道占用带宽2 0 0 k h z 8 = 2 5 k h z ，同模拟 网t a c s ( 制式每个信道占用的频率带宽。从这点看二者具有同样的频谱利用率。 2 2 1 3 频率复用方式 频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。可用频道分 成若干组，若所有可用的频道n ( 如4 9 ) 分成f 组( 如9 组) ，则每组的频道 数为n f ( 4 9 9 = 5 4 ) 即有些组的频道数为5 个，有些为6 个) 。因总的频道数n 是固定的，所以分组数f 越少则每组的频道数就越多。但是，频率分组数的减少 也使同频道复用距离减小，导致系统中平均c i 值降低。因此，在工程实际使用 中是把同频干扰保护比c i 值加3 d b 的冗余来保护，采用1 2 分组方式，即4 个 基站，1 2 组频率。 2 2 2 时分多址技术( t d m a ) 多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。实现多 址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称 它们为频分多址( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 。在传统的无 第二章g s m 基础理论 线电广播中，均采用频分多址( f d m a ) 方式，每个广播信道都有一个频点，如果 你要收听某一广播信道，则必须把你的收音机调谐到这一频点上。模拟蜂窝移动 系统也采用了此技术，某一小区中的某一客户呼叫占用了一个频点，即一个信道 ( 实际上是占用两个，因为是双向连接，即双工通信) ，则其它呼叫就不能再占 用。 在g s m 中，无线路径上是采用时分多址( t d m a ) 方式。每一频点( 频道或叫 载频t r x ) 上可分成8 个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个t r x 最多可有8 个移动客户同时使用，见图2 2 所示： 牛n 心 图2 - 2 频分多址和时分多址方式 图中所示( a 为f d m a ，b 为t d m a ) 是一个方向的情况，在相反方向上必定有 一组对应的频率( f d m a ) 时隙( t d m a ) 。t d m a 系统具有如下特性：每载频多 路。t d m a 系统形成频率时间矩阵，在每一频率上产生多个时隙，这个矩阵中的每 一点都是一个信道。 突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的， 只是在规定的时隙内发射脉冲序列。 传输速率高。 传输开销大。为了把一个 时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必须的。因此，t d m a 系统通常比f d m a 系统 需要更多的开销。对于新技术是开放的。例如当话音编码算法的改进而降低比 特速率时，t d m a 系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。 荚享设备的成本低。 由于每一载频为许多客户提供业务，所以t d m a 系统共享设备的每客户平均成本与 f d m a 系统相比是大大降低了。移动台较复杂。它比f d m a 系统移动台完成更多的 功能，需要复杂的数字信号处理。 2 2 3 保密措施 g s m 系统在安全性方面有了显著的改进，其主要是在下列部分加强了保护：接 入网路方面采用了对客户鉴权；无线路径上采用对通信信息加密；对移动设备采 用设备识别；对客户识别码用临时识别码保护；s m i 卡用p i n 码保护。 矗 _盆 电子科技大学硕士学位论文 1 提供三参数组 客户的鉴权与加密是通过系统提供的客户三参数组来完成的。三参数组的产 生是在g s m 系统的a u c ( 鉴权中心) 中完成。由产生密钥和响应数的r a n d 与密钥、 响应数一起组成该客户的一个三参数组，传送给h l r ，存储在该客户的客户资料库 中。 2 鉴权 鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“入 侵”而保护g s m 移动网路的客户。在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在 补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。 3 加密 g s m 系统中的加密只是指无线路径上的加密，是指b t s 和m s 之间交换客户信 息和客户参数时不被非法个人或团体所提或监听。 4 p i n 码 在g s m 系统中，客户签约等信息均被记录在一个客户识别模块( s i m ) 中， 此模块称作客户卡。客户卡插到某个g s m 终端设备中，便视作自己的电话机，通 话的计费帐单便记录在此客户卡户名下。 2 3g s m 移动台基本原理 g s m 移动台一般由语音信道编码部分、射频部分、控制部分、电源部分和s i m 卡组成。 2 3 1 语音信道编码 1 语音编码 g s m 语音编码采用波形编码和声码器合一的混合编码器。g s m 语音编码器全称 为规则脉冲激励一长期预测编码器( r p e l t p ) ，其中r p e 为波形编码器，l t p 为 声码器，两者输出经复用后形成语音的数字压缩编码。 在6 s m 移动台中语音信号通过话筒转换为模拟电信号，而后以1 2 5 u s 间隔对 该信号采样。采样脉冲值经1 3 位线性p c m 编码后，进入g s m 语音编码器，该编码 器每隔2 0 m s 对p c m 编码流采样1 6 0 次，经分析后输出2 6 0 b i t ，故语音编码速率为 2 6 0 b i t 2 0 m s = 1 3 k b i t s 。 第二章g s m 基础理论 2 信道编码 在移动通信系统中为了让数字信号适应无线传输信道的特点，对基带信号的 处理过程称为信道编码。无线传输信道的主要特点是基带信号所受到的干扰远大 于有线信道中的干扰。故信道编码的主要目的是为了降低空中干扰所引起基带信 号的误码率。 ( 1 ) 卷积编码 为了实现前向纠错的卷积编码，在2 0 m s 的语音编码帧中，将2 6 0 个语音比特 划他为两类：第一类比特为对差错敏感的比特，占1 8 2 b i t ；第二类比特为对差错 不敏感的比特，占7 8 b i t 。每一类比特加上3 个奇偶校验比特和4 个尾比特后，由 1 8 2 b i t 增加为1 8 9 b i t 。 对语音编码中的第一类比特采用了码率为1 2 和约束长度为5 的卷积编码保 护，则该卷积编码输入i b i t 输出则为2 b i t ，且第个输出b i t 与前5 个比特有约束 关系。则卷积编码器输出为1 8 9 2 = 3 7 8 b i t ，再加上7 8 个二类比特，这样在一个 2 0 m s 的语音帧中共输出1 8 9x2 + 7 8 = 4 5 6 b i t ，经半卷积编码后信道编码速率为 4 5 6 bit 2 0 m s = 2 2 8 k b it s 。 ( 2 ) 交织编码 为对抗突发干扰，对卷积编码后的数据再进行交织编码。交织的实质是将突 发的误码分散开来，显然交织越深，抗突发误码的能力越强。在g s m 系统中采用 的交织深度为8 ，即将4 0 m s 中的奇偶( a 、b ) 两帧的9 1 2 b i t 组成8 列1 1 4 行的 交织矩阵，采用行写入，列读出的顺序进行交织，可读出8 个1 1 4 b i t 的信息段， 每个信息段需要占用一个突发时隙进行传送。可见每4 0 m s 信道编码输出的a 、b 两个语音帧需要用8 个突发时隙( 8 帧时间) 才能传送完毕。 ( 3 ) g m s k 调制 在移动通信中，原始信息经过信源编码和信道编码所得的基带数字信号无法 直接加到天线上进行发射，还需通过调制把基带信号转换为射频信号加到天线上 才能发射出去，其逆过程称为解调。在g s m 移动台中由信道编码部分和射频部分 共同完成g m s k 调n 解调功能。 g s m 移动通信系统采用高斯基带滤波最小移频键控( g m s k ) 调制方式，g s m k 调制方式是由2 f s k 4 “1 调制方式演变而成的。 电子科技大学硕士学位论文 2 3 2 射频部分 g s m 移动台射频部分可以看成是一台无线收信机，由发送电路、接收电路和频 率合成器组成。 接收机的工作流程如下。接收突发脉冲串，在均衡器中计算评估比特序列的同 时，还建立起信道模型。在全部8 个1 2 突发脉冲串接收齐和解密之后，它们被重 新装配成4 5 6b i t 的消息。该消息序列被解码，以便检测和校正传输期间的差错。 解码器使用来自均衡器的、能改善差错校正功能的“软信息”( 比特正确的概率) ， 最后是对该比特流进行话音解码，再经d a 转换成模拟的话音信号。 2 3 3 g s m 手机控制电路 g s m 移动台控制电路对整个g s m 移动台的工作进行控制与管理，包括开机操作、 频率控制、功率控制、切换控制、收发个机控制以及外部接口、键盘、显示器控 制等。其实，可以将移动手机简单的看成一部在单片机控制下的无线收发信机。 g s m 移动台控制电路由中央处理机( c p u ) 、总线与存贮器组成。 2 3 4 电源部分 g s m 移动台电源电路包括各自独立的射频部分电源与逻辑部分电源，但都由移 动台电池原始提供。移动台电池电压需在手机中转换为多路不同值的电压，以供 给移动台的不同部分使用。例如功放模块需要电压比较高；s i m 卡一般需要1 8 5 伏电压；移动台中射频部分以模拟电路为主，要求电源内阻低、噪声小，故需经 多级滤波，分路提供。 2 3 5 s l m 卡 g s m 系统中的每一位移动用户都持有一张i c 卡，称为s i m ( s u b s c r i b e ri d e t i t y m o d u l e ) 卡。s i m 卡是带有微处理器的智能芯片卡，它是由c p u 、工作存储器( r a m ) 、 程序存储器( r o m ) 、数据存储器( e p r o m 或e e p r o m ) 及串行通信单元五部分组成。这 五个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受影响，因为芯片间的连线 可能成为非法存取和盗用s i m 卡的重要线索。在s i m 卡中存有用户身份认证所需 的信息，并能执行一些重要的与安全保密有关的信息，以防止非法用户进入网络系 统。s i m 卡还存储与网络和用户有关的管理数据，只有插入s i m 卡后，移动设备才能 进网。 第二章g s m 基础理论 2 4 本章小结 本章首先概述了g s m 通信系统的组成部分，让我们对g s m 有一个大体的认识。 接下来着重讲述了g s j l i 的关键技术，其中包括工作频段的分配、时分多址技术 ( t d m a ) 和保密措施，本文主要研究6 s m 移动台自动测试有必要了解g s m 移动台 的一些基本原理，所以在最后还介绍了g s m 移动台的一些基本原理。 电子科技大学硕士学位论文 第三章可编程仪器控制规范与关键技术 3 1 可编程仪器概念 某些智能仪器可以按照内置命令进行编程，从而控制和定制操作流 程。这样的智能仪器又常被称为可编程仪器“1 。这些仪器通过专用通信 接口和总线与计算机连接，可以实现控制功能。 3 2 可编程仪器控制硬件技术 3 2 1 总线技术概述 3 2 1 1 总线技术概念 总线是一组信号线的集合，是一种在各种模块之间传送信息的公 共通道。在微型计算机中，利用总线实现芯片内部、印刷电路板各部件 之间、机箱内各插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统之间的 连接与通信。总线标准的推出，一般有两种途径：其一，某些公司在开 发自己的系统时推出的总线。而其它公司为了保持兼容，同时采用这种 总线标准，推而广之，这种总线被国际工业界广泛支持，有的还被国际 校准化组织加以承认并授予标准代号。另一种是由国际权威机构或多家 大公司联合制定的总线标准。 3 2 1 2 总线的分类 总线的分类标准不同，其分类结果也各异。按照总线在系统的不同 层次位置上的分类，可以有以下的结果。 一片内总线片内总线是在集成电路芯片内部，用来连结各功能 单元的信息通道，例如c p u 芯片中的内部总线，它是a l u 寄存器之间的 信息通路。 二在板布局总线在印刷电路板上连接芯片之间的公共通道，例 如c p u 及其支持芯片与其局部资源之间的通道。这些资源可以是在板资 源，也可以是插在板上局部总线扩展槽上的功能扩展板上的资源。例如 第三章可编程仪器控制规范与关键技术 p c 系列机中的i b mp c ，i s a ，e i s av l 各p c i 等总线标准。 三系统总线又称为内总线它是指模块式微型计算机机箱内的底 板总线，用来连接构成微型机的各插件板。它可以是多处理机系统中各 c p u 板之间的信息通道，也可以是用来扩展某块c p u 板的局部资源，或 为总线上所有c p u 板扩展共享资源之间的通信通道。现在较流行的标准 化微型机系统总线有：1 6 位的m u l t i b u si ，s t d b u s 和3 2 位的m u l t i b u s i i ，s t d 3 2 和v m e 等。随着6 4 位微处理器的推出，将会有相应的6 4 位 的系统总线推出。 四通信总线通信总线又称为外总线，它用于微机系统与系统之 间，微机系统与外部设备如打印机，盘设备或微机系统和仪器仪表之间 的通信通道。这种总线数据的传输方式可以是并行( 如打印机) 或串行。 数据传输速率比内总线低。不同的应用场合有不同的总线标准。例如串 行通信的e i a r s 2 3 2 c 总线，用于硬盘接口的i d e ，s c s i ，用于连接仪器 仪表的i e e e 一4 8 8 ，v x i 。用于并行打印机的c e n t r o n i c s 等总线。这种总 线并非微型计算机专有，一般是利用工业领域己有的标准。 3 2 2fe e e4 8 8 标准简介 3 2 2 1i e e e4 8 8 标准总线概述 i e e e4 8 8 是一种并行的外总线，最初，是由h p 公司于2 0 世纪7 0 年代制定。h p 公司为了解决各种仪器仪表与各类计算机的接口时，由于 互相不兼容而带来的连接麻烦，研制了通用接口总线h p i b 总线。1 9 7 5 年i e e e 以i e e e4 8 8 标准总线予以推荐，1 9 7 7 年，国际电工委员会( i e c ) 也对该总线进行了认可与推荐，定名为i e c i b 。所以这种总线同时使用 了i e e e 一4 8 8 ，i e c i b ( i e c 接口总线) ，h p i b ( h p 接口总线) 或g p i b ( 通用接口总线) 多种名称。由于i e e e4 8 8 总线的推出，当用i e e e4 8 8 标准建立一个同计算机控制的测试系统时，不要再加一大堆复杂的控制 电路，i e e e4 8 8 系统以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的 积木测试系统。因此i e e e4 8 8 总线是当前工业上应用最广泛的通信总线 之一。 3 2 2 2i e e e4 8 8 总线的使用约定 数据传输速率：一般可达2 5 0 k b s 5 0 0 k b s ，最高协达1 m b s ( 采 电子科技大学硕士学位论文 用三态发送器时) ； 连接在总线上的设备( 包括作为主控器的微型机) 1 5 个； 设备间的最大距离2 0 m ； 整个系统的电缆总长度2 2 0 r a ，若电缆长度超过2 2 0 m ，则会因延时 而改变定时关系，从而造成工作的不可靠。这种情况应加调制解调器。 所有的交换都必须是数字化的。 总线规定使用2 4 线的组合插头，并且采用负逻辑，即用小于+ o 8 v 的电平表示逻辑“1 ”，用大于2 v 的电平表示逻辑“0 ” 利用i e e e4 8 8 总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。可以 采用线型连接，也可以采用星型连接。 图3 1 ( a ) 线型连接( b ) 星形连接 3 2 2 3i e e e4 8 8 组成的系统中设备的工作方式 i e e e4 8 8 总线一共由1 6 根线组成( 未包括8 根地回线) ，其中有8 根数据线d 0 d 7 ，3 根握手线( n r f d 、d a v 、n d a c ) ，5 根总线控制线( a t n 、 s r q 、i f c 、r e n 和e o i ) 。 i e e e4 8 8 总线是一种采用异步数据传送方式的双向总线。总线上的 信息按位( b i z ) 并行、字节( b y t e ) 串行的方式传送。数据传输利用8 条数据线，每条数据线代表八位数据中的一位。各位的数据信息在8 条 第三章可编程仪器控制规范与关键技术 数据线上同时出现，所以称为位并行：但对于字节而言，是一个字节跟 着一个字节地传送，所以称为字节串行。 在i e e e4 8 8 系统中，每一个设备可按如下三种方式工作。 “听者”方式：这是一种接受器，它从数据总线上接受数据，一个 系统在任何同一时刻，可