（电路与系统专业论文）多功能车载移动通信系统研究(1).pdf

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，除了文中特别加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，也不包含为获得重麽盔堂 或其他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。 学位论文作者签名：他前长、 签字日期：埘年j 月i o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭太堂有关保留、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i t t 军u 借阅。本人授权重迭盍堂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() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：磷，尉导师签名： 7 修f 乞 签字日期： o 匹年5 只f 。日 签字曰期：z d 。多年f 月伞日 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着我国经济的发展，人民生活水平的不断提高，轿车的产销量也在日益增长， 竞争同趋激烈。汽车的安全性、舒适性，操作的简便性，功能的完备性已成为用户 选择的重要依据。困v , j 夕b 已有的车载移动通信系统大多由汽车制造商在出厂时安装， 少见有自行配置。而且价格昂贵，功能相对单一，或者操作复杂、使用不便。本文 基于现有成熟的g s m 网络平台，研究开发一套实用性强的多功能车载移动通信系 统。通过对g s m 芯片的开发，系统不仅具有一般移动电话的语音通信功能，而且 还具有远程监控、自动报警等功能。 多功能车载移动通信终端是一套操作方便、功能实用、优点突出的车载系统， 它与般的移动终端相比优点在于：免提功能设计使通话更加方便；来电自动接听 设计更加人性化；防盗报警功能增强了车辆的安全性：远程控制设计可以为驾车者 提供更加舒适的环境。同时，车载移动通信终端系统也具备一般移动终端的基本功 能，如通话记录查询、短消息通信、铃声设置、电话薄等。 本文首先对系统的应用环境进行了分析，介绍了g s m 网络结构和工作方式， 论述了单片机控制器的结构和工作方式。在此基础上，提出了对多功能车载通信系 统的设计要求阻及实现方案。论述了以8 0 c 5 1 微控制器为控制核心的硬件系统设计 和软件设计。硬件电路设计包括g s m 芯片外围单元、液晶设备外围、键盘单元、 存储器单元、电源单元电路等模块。软件设计程序以状态机形式进行，程序流程分 为若干子程序模块，包括：键盘模块、s i m 卡控制模块、液晶显示模块、语音呼叫 模块、短消息工作模块和紧急呼叫模块等。最后要对整体系统的重要单元模块分别 进行实验测试，并接入g s m 网络进行性能测试。试验结果表明，多功能车载通信 系统能正常工作，达到了系统设计的技术要求。 关键词：g s m ，车载通信，微控制器，嵌入式系统 霎要盔堂堡主堂堡笙塞 茎塞塑垩 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m yo fo u rc o u n t r ya n dt h ec o n s t a n ti m p r o v e m e n to f t h ep e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，t h eo u t p u to ft h ec a ri si n c r e a s i n ga n dt h ec o m p e t i t i o ni s b e c o m i n gf u r i o u s s ot h es e c u r i t y ，e a s i n e s s ，o p e r a t i o n a lf a c i l i t y ，a n df u n c t i o n a lm a t u r i t y o ft h ec a rh a v eb e c o m et h ef o c a lp o i n t sw h e nu s e r sw a n tt o b u ya c a rt h ec a r m a n u f a c t u r e r sh a v es e tu pm o s to fd o m e s t i ca n do v e r s e a se x i s t i n gv e h i c l e c a r r i e dm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sw h e nc a r sl e a v e f a c t o r y ，a n dt h eu s e r ss e l d o mm a k et h e s e l f - c o n f i g u r a t i o n f u r t h e r m o r ei t i se x p e n s i v ea n dt h ef u n c t i o ni s s i m p l e xo rt h e o p e r a t i o ni sc o m p l e x ，w h i c hb r i n g ss o m ei n c o n v e n i e n c et ot h eu s e r s t h i st h e s i si sb a s e d o nt h ee x i s t i n ga n dm a t u r eg s mn e t w o r kp l a t f o r m ，a n dw er e s e a r c ha n dd e v e l o pas e to f p r a c t i c a lm u l t i f u n c t i o n a lv e h i c l e c a r r i e dm o b i l ec o n u n u n i c a t i o ns y s t e mw h i c hi sn o to n l y ac e l l u l a rt e l e p h o n es u i t a b l ef o rc o m m u n i c a t i o no fd r i v e r b u ta l s ow i t l lf u n c t i o n s s u c ha s r e m o t em o n i t o r i n g ，a u t o m a t i ca l a r m ，e t cw i t ht h ed e s i g no fg s m c h i pc o r r e c t l y m u l t i f u n c t i o n a lv e h i c l e - c a r r i e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l i sav e h i c l e c a r r i e d s y s t e mw i t hc o n v e n i e n to p e r a t i o n ，p r a c t i c a lf u n c t i o n a n d p r o m i n e n ts t r o n g p o i n t c o m p a r i n gi tw i t hc e l l u l a rt e l e p h o n et h a tp e o p l eu s e d ，w ec a nf m da d v a n t a g et h a tt h e h a n d f r e ef u n c t i o nb r i n g st h ec o n v e n i e n c et oc o m m u n i c a t i o n ；t h ed e s i g no fa u t o m a t i c a l l y a n s w e r i n gt h ec a l li sm o r er e a s o n a b l e ；t h ef u n c t i o no fg u a r d i n ga g a i n s tt h e f ta n da l a r m h a si m p r o v e dt h es e c u r i t yo fv e h i c l e ；t h ed e s i g no fr e m o t ec o n t r o lc a np r o v i d eam o r e c o m f o r te n v i r o n m e n tt ot h ed r i v e r c e r t a i n l y ，t h i ss y s t e mp o s s e s s e sa l lo r d i n a r yf u n c t i o n s o fc e l l u l a rt e l e p h o n et o o ，s u c ha si n q u i r i n ga b o u tc a l l i n gr e c o r d ，s m ss y s t e m ，t h er i n g s e t u p ，t h ep h o n ec o d eb o o k ，e t c f i r s t l y ，t h i s t h e s i sh a sa n a l y z e dt h ea p p l i e de n v i r o n m e n to ft h es y s t e m ，a n d i n t r o d u c e dt h ef r a m e w o r ka n dw o r km o d eo ft h eg s mn e t w o r k o nt h i sb a s i s ，w eh a v e p u t f o r w a r dt h e d e s i g n i n gr e q u i r e m e n t t ot h em u l t i f u n c t i o n a lv e h i c l e - c a r r i e d c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h eb l u ep r i n t t h e ni th a sd i s c u s s e dt h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r es y s t e md e s i g n st h a tu s e8 0 c 51m i c r o c o n t r o l l e ra st h ec o n t r o lc e n t e r t h ed e s i g n o fh a r d w a r ec i r c u i ti n c l u d e st h ep e r i p h e r a lu n i to fg s mc h i p ，t h ep e r i p h e r a ld e s i g no ft h e l i q u i dc r y s t a l ，t h ek e y b o a r du n i td e s i g n ，t h em e m o r yu n i td e s i g n ，a n dt h ep o w e ru n i t c i r c u i t ，e t c t h ep r o g r a md e s i g ni sw i t ht h ef o r mo fs t a t e ，a n di t sf l o wm a i n l yc o n s i s t so f s e v e r a ls u b p r o g r a mm o d u l e s ，i n c l u d i n g ：k e y b o a r dm o d u l e ，s i mc a r dc o n t r o lm o d u l e ， l c dm o d u l e ，a u d i om o d u l e ，s m sm o d u l ea n du r g e n tc a l l i n gm o d u l e ，e t c f i n a l l y ，w e 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 w i l lc a r r yo nt h ee x p e r i m e n tt ot h ei m p o r t a n tm o d u l eo ft h ew h o l es y s t e m ，a n dm a k ei t e n t e rt h eg s mn e t w o r kt ow o r k t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l th a ss h o w nt h a tt h i ss y s t e mc a r l w o r kn o r m a l l ya n dh a sr e a c h e dt h es y s t e md e s i g nr e q u e s t k e y w o r d s ：g s m ，v e h i c l e c a r r i e dc o m m u n i c a t i o n ，m i c r o c o n t r o l l e r ，e m b e d d e ds y s t e m 重庆大学硕士学位论文 】绪论 1 绪论 1 1 课题背景 随着我国经济的发展，人民生活水平的不断提高，轿车的产销量也在日益增长， 竞争日趋激烈。汽车的安全性、舒适性，操作的简便性，功能的完备性己成为用户 选择的重要依据。许多国家的法律都禁止在驾驶中使用移动电话，因为常常会引起 交通意外。我国于2 0 0 4 年5 月le t 出台的新交通安全法也对驾驶者开车打手机的行为， 做了严格的交通法律法规限制。车载电话是兼顾行车安全且又方便时尚的产品，在 欧美等发达国家和地区已作为轿车的标准装置而广泛应用。本论文基于成熟的g s m 移动通信网络平台，对g s m 专用芯片的设计，研制一套既具有语音、短信收发功能， 又具有远程监控、报警等功能的多功能车载移动通信终端系统。 多功能车载移动通信终端系统与一般的移动终端相比有以下优点： 驾驶人员通话更加方便。车载通信终端是固化在汽车内部的，其麦克风固定 于前车玻璃左上方处，能够确保语音采集效果；利用车内音响系统作为通话听筒， 音质效果好，音量大，能到达免提功能，同时也确保通话质量。 来电自动接听设计。车内液晶屏上能显示来电号码，内部的语音系统也能播 报，这样使驾驶者能清楚判别来电方。并且，系统设计使驾驶者在手不离开方向盘 就能方便接听电话，实现了来电自动接通功能。 防盗报警功能设计。为增强车辆防盗安全性，车载通信终端有接口与报警系 统相连接。终端会在车辆报警系统启动时按照预存号码自动向车主发起呼叫，确保 在第一时间将车辆情况通知到车主。同时，在车主可以通过拨打车载通信终端，监 听车辆内部声音，实现远程监控功能。主机与手柄分离的设计，使报警功能更加可 靠、有效。同时，以后还能够升级系统，利用g p r s 4 专输当前车辆周围图像信息给 车主，使车主能够及时了解到车辆的情况，达到预警目的。 远程控制设计。在炎热的夏天和寒冷的冬天，车内空调都是难以：立即调整到 合适温度的。车载移动通信终端系统可以在接收到车主的信号后，自动启动空调， 为驾车提供舒适的环境。 手剥监测殴计。同时通过单片机的数据线与车辆的手动刹车部分相连接，在 检测到车主拔f 钥匙以后，对手动刹车是否启动做出判断，并以语音方式通告车主。 可升级功能多。除了前面提及的可以利用g p r s 传送图像以外，还保留有接 口连接倒车雷达设备和机油检测装嚣。 同时，车载移动通信终端系统也具备般移动终端的基本功能，如通话记录查 询、短消息通信、铃声设置、电话薄等。 重庆大学硕“l 二学位论文 绪论 具有多功能的车载移动通信系统，是信息时代发展的趋势，安全、可靠、便利 的产品将会被越来越多的消费者所接受。 1 2 国内外研究现状 目前国内外已有多款车载通信终端产品。总体而言，国外产品价格昂贵，而且 大多由汽车制造商在出厂时安装，少见有自行配置。比如r 本本田公司研发的一套 车载通信系统，用来装备“雅阁”品牌轿车。该系统有一套先进的v i c s 系统，能够获 取全日本的道路交通信息，可以达到通信、导航的作用。诺基亚公司发布的车载通 信系统将该公司的手机“6 3 l o i ”与部分凌志车型的语音导航仪相连接。该系统包括 诺基哑提供的控制装置和插放手机的底座，控制装胃与方向盘上安装的指令模块或 选配的触屏导航仪连接，手机插放在隐藏于中心仪表盘中的底座上。系统启动后， 手机号码本便可传送到仪表盘的彩屏上，届时可点触屏幕拨打电话。在传输的号码 中最多有2 0 个分配有语音指令，可通过语音拨打电话。将手机插放到底座后，手机 可自动充电，并可通过扬声器和音响系统进行免提通话。另外，如果对导航仪屏幕 上的某个区域感兴趣的话，还可以直接点该处拨打电话。这套系统价格昂贵，在3 0 0 3 5 0 美元左右，并且也只能使用于“s c 4 3 0 ( 日本名：s o a r e r ) ”、“l x4 7 0 ( r 本名：a r i s t o ) ”、“g s4 3 0 ”及“l s4 3 0 ( 日本名：c e l s i o r ) ”的2 0 0 3 年款等车 型。德国大众也将在2 0 0 5 年夏天推出一款帕萨特，安装由诺基亚公司提供的基于蓝 牙技术的车载通信。该系统无需将手机s i m 卡插入车载电话，便可以使用。 目前在国内市面上常用的车载电话主要是摩托罗拉系列，其中最普及的是国际 2 7 0 0 型车载电话。它的特点是操作简单、功能强大、国际通用、双行1 2 位大屏幕显 示，它的操作以及功能与普通的手机相仿，使用的是普通的带卡式s i m 卡。作为车 载电话，国际2 7 0 0 系统具有8 瓦的功率，大大提高通讯范围和通话质量，天线安装在 车外。目前摩托罗拉2 7 0 0 车载电话的价格在3 7 0 0 元左右。而摩托罗拉另外一款车载 电话是趋向于时尚型的8 9 8 9 型车载电话，在功能上更强于2 7 0 0 型车载电话。摩托罗 拉8 9 8 9 全中文双频车载电话结合t g p s 全球定位系统，进行语音、数据传输，接上 电脑、传真机等多项功能。它的主机和话机采用了双卡式设计，可以同时插两张s i m 卡，其中主机上的卡是备用的。可以安装在高中低档不同的车型上。摩托罗拉8 9 8 9 车载电话的价格在5 5 0 0 元左右。 鉴于车载通信终端巨大的市场潜力，微软公司也于2 0 0 0 年发布了面对车载系统 n o s 版本w i n d o w sc ef o r a u t o m o t i v e ，支持免提通信、公路紧急救援服务、访问因 特网以及娱乐等应用软件。 国内能提供车载电话的厂家主要有恒通电子、北京天行九洲岛等，提供的类似 产品，根据功能不同，价格大致在2 0 0 0 - - 5 0 0 0 , 丽等。目前，在国内销售的奔驰、 重庆火学硕十学位论文 1 绪论 宝马、沃尔沃、奥迪等世界著名汽车制造企业都已将手机车载免提系统纳入相关配 件或原厂新车基本配置，形成与汽车配套的车载电话。在国产中档轿车中，“新蓝鸟， 的车载免提电话系统，可以使驾驶者通过方向盘右方内侧的操作键来进行电话的接 听、拨打。“新蓝鸟”车载免提电话系统的特色之处还在于电话号码同时显示在倒车 镜内。而其他一些产品从外观和性能看，部分产品是基于淘汰的手机作为开发平台， 做一些简单的扩展。这类产品的维护和再开发性不强，不利于客户使用和功能升级。 还有一些产品利用卫星通信作为网络平台，比如北京天行九州岛公司丌发的n a v 系 列产品就是借助于g p s 系统来实现导航和定位功能的，通信功能还得借助地面的移 动通信网络。 另外在车载电话的边缘还有一类车载免提系统，这类产品是随着手机的普及应 运而生的，在车上主要是配合手机实现车载电话的免提功能。该类产品种类繁多， 价格从几十元到几百元不等。 从国内外产品来看，大部分产品功能单一，只能够完成车辆的语音通话功能， 或者只能够完成车辆定位的功能等。有些功能较多产品，操作略显复杂，并且产品 不能扩展升级，这些都限制用户使用。 1 3 论文的研究内容和目的 为降低系统成本，本文利用现有的移动通信网络资源，利用单片机对g s m 专用 芯片进行控制。把嵌入式技术与移动通信技术相结合，研究并开发一款基于g s m 网 络平台的多功能车载通信终端系统。主要研究内容如下： 系统应用环境总结 系统基于现有g s m 网络应用，适用于所有g s m 网络覆盖的地方。论文首先分析 g s m 网络技术，从网络的构建，语音通话的建立，短消息业务的实现等方面进行介 绍。然后，对于芯片的控制命令a t 命令进行叙述。熟悉通信芯片专用的控制命 令是对其进行控制对关键。在介绍a t 命令中，详细讲解了操作控制进行语音通话， 发送、接收短消息的命令指令。 系统整体设计方案和硬件设计技术研究 论文第二章对整体系统设计方案和硬件设计技术进行研究述。系统工作是通过 单片机来控制的，因此整个设计需要围绕单片机来完成。硬件设计关键模块主要有： 主控单片机，外围单片机，g s m 模块，s i m 卡模块，键盘模块，显示模块，电源模 块等，通过对各个模块的设计来完成各项子功能。 系统软件设计技术 在软件设计部分，主要介绍编写语言，程序流程等。单片机控制程序是使用c 语言来编写的，移动模块控制是使用a t 命令来完成的。在整个系统软件程序设计中， 重庆大学硕十学位论文1 绪论 采用状态机的方式，通过状态变量跳转程序的运行。例如当报警信号有效，程序就 进入其子程序模块。本章给出各个功能模块的软件工作流程，详细介绍了软件功能 实施中涉及的两个关键技术。 通过对上述各项技术的研究和开发，本文将研制出一套使用方便，安装简易合 理：能够满足基本语音通话，短消息数据业务，自动报警、远程监控等功能的多功 能车载移动通信系统的终端。 重庆大学硕士学位论文 2 多功能车载移动通信系统应用环境分析 2 多功能车载移动通信系统应用环境分析 2 1 应用环境分析 多功能车载移动通信系统是一套集车载移动通信、远程监控和报警等功能为一 体的电子系统。系统研发是基于现有g s m 网络平台，利用单片机对g s m 芯片进行控 制，实现一般移动电话的功能；并与报警系统相连接，在车辆遭到盗窃和破坏时， 能够实现自动电话报警功能；同时可以让用户远程控制车辆的空调启动，监听车内 情况，实现远程监控功能。 2 2g s m 通信网的技术 2 2 1g s m 系统概述 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e ) 全球移动通信系鲥1 5 舶】1 2 3 1 2 4 1 最初为一个欧洲 的移动通信标准，是第一个数字移动通信系统，能够在欧洲范围内进行国际漫游。 现在己经不仅局限欧洲范围内，世界上许多国家也采用g s m 系统，迄今为止已经成 商业化运营最成功的移动通信系统。我国采用e t a c s 体制9 0 0 m h z 频段作为我国蜂 窝移动通信系统的标准。1 9 9 2 年g s m 系统由我国联通首先引入广州，经过十三年左 右的发展，g s m 网络己经覆盖全国大多数的城市和乡镇，其用户数量也在迅速与日 俱增。 图2 1g s m 系统结构图 f i 9 2 it h ed i a g r a mo f g s ms y s t e mf i r e w o r k 重庆大学硕士学位论文 2 多功能车载移动通信系统应j _ ；| 环境分析 g s m 系统包括9 0 0 m h z 和1 8 0 0 m h z 两个频段。其q h g s m 9 0 0 是应用最早的一个频 段，在一些国家为了扩大网络容量，启用扩展频段( e g s m ) ，原来的g s m 9 0 0 就称 为p g s m 。而g s m l 8 0 0 - 与g s m 9 0 0 具有同样的基本功能特性，只是使用频段不同， 二者均可通称为g s m 系统。 g s m 系统结构如图2 1 所示。g s m 系统分成四人部分：运行支持系统o s s 、网络 子系统n s s 、基站系统b s s 和用户终端m s 。 ( 1 ) o s s 运行支持系统o s s 是几种的网络管理会数据处理中心，包括安全性管理中心、 用户识别卡个人化中心、数据后处理系统和集中的网络管理。 ( 2 ) n s s 网络子系统n s s 含有g s m 系统的交换功能会用于用户数据与移动性管理、安全 性管理所需的数据库功能。n s s 组成部分包括移动业务交换中心( m s c ) 、拜访用户 位置寄存器( v l r ) 、归属用户位置寄存器( h l r ) 、鉴权中心( a u g ) 、移动设备识别寄 存器( e i r ) 和操作维护中一1 5 ( o m c ) m s c 是g s m 系统的核心，负责控伟, i b s s * n 完成话路交换，并与其他通信网络连 接。 v l r 是拜访用户位置寄存器，存储有本地提供服务的移动用户的数据，主要存 储两类信息：一类是用户的参数，来自相关h l r ：另一类是用户目前所处位置的信 息。v l r 是动态的数据库，一旦用户离开，其数据将被删除。 h l r 存储有在本地注册的移动用户的参数，是静态的数据库。 a u c 属于h l r 的一个功能单元部分，专用于g s m 系统的安全性管理。 e i r 存储有用户终端的设备参数，可以避免用户终端的非法使用。 o m c 负责网络设备的管理和维护。 ( 3 ) b s s 基站系统b s s ( b a s es t a t i o ns y s t e m ) k ：t 基站b t s 和基站控制器b s c 组成。主要功能 是负责将m s c 和m s 连接起来，基站必须具备与m s c 的固定有线或无线连接方式， 同时还要具备与m s 的无线连接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区中的手机都 可以与基站通信。基站对手机的通信状态参数( 包括频率、功率、时序等) 进行控制 和管理，当手机移动到另一个基站小区时，将在基站的控制下进行越区切换。 b t s 也称为b s ，是用户终端的接口设备。 b s c 可以控制多个基站，与m s c 紧密联系，以完成通信业务，当然也要接受o m c 的管理。 ( 4 ) m s m s 定义为用户终端( m o b i l es t a t i o n ) ，相当于用户手机。m s 中还有s i m 仁，用来 重庆大学硕士学位论文 2 多功能车载移动通信系统应_ f ：l j 环境分析 识别用户。用户通过手机进行通信并将用户语音、数据信号转换为能够传播的射频 信号，同时进行反方向传输。 g s m 的应用系统往往用p l m n ( 公用陆地移动电话网络) 来代表，与p s t n 或i s d n 网络相对应。 g s m 相关建议书定义了g s m 系统的规范，这些建议书的制定经历了三个阶段， 称为p h a s e l 、p h a s e 2 、p h a s e 2 + 。p h a s e 2 + 阶段有关标准的定义从1 9 9 4 年6 月开始，由 于3 g 的出现，g s m 规范已经不再更新。 2 2 2g s m 呼叫建立过程 下面以手机为例介绍建立呼叫过程9 1 。建立呼叫的过程分为登陆网络，手机呼 叫，基站呼叫三个环节。 ( 1 1 登陆网络 手机开机后，首先在下行的各个信道上，搜索信号，并将搜索到的信号按照强 弱顺序排列，检查是否有b c h ( b r o a d c a s tc h a n n e l ) ，当发现一个b c h 后， f c h ( f r e q u e n e yc o r r e c t i o nc h a n n e l ) 矛h s c h ( s y n c h r o n i z a t i o nc h a n n e l ) 调整内部频率和 时序，与b c h ( b r o a d c a s tc h a n n e l ) 匾 步，然后手机通过比较本机s i m 卡所记录的m c c 和m n c 是否与b c c h ( b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l ) 上发送的信息一致，手机一直不断 重复以上过程直到找到并锁定属于本网络的最好的b c h 。之后，手机向基站报告用 户手机的位置和信息，并发送r a c h ( r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) ，随机接入通道请求， 基站响应a g c h ( a c c e s sg r a n tc h a n n e l ) 允许接入信道指令，然后进a s d c c ( s t a n d a l o n ed e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l ) 独立专用控制通道，进行双向通信，交换数据信息， 最后结束呼叫，完成登陆网络，此时手机已经能够进行发出呼叫和接听来电。 f 2 1 手机发起呼叫和基站发起呼叫 当手机找到网络后，用户输入电话号码，并按o k 或s e n d 后，手机向基站发出 r a c h 脉冲，基站通过c c c h ( c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l ) 公用控制信道中的子信道 a g c h ( a c c e s sg r a n tc h a n n e l ) 接入允许通道，应答手机的请求。手机收至i j a g c h 后， 按照指令，转到指定的a r f c n 和时隙上，与基站在s d c c h 上进行双向通信，手机 首先接至i j s d c c h h h 的s a c c h ( s l o wa s s o c i a t e dc o n t r o lc h a n n e l ) 慢速随路控制信道的 信息，得到基站发来的时序调整脉冲和功率控制信号，这时基站己经根据r a c h 脉 冲到达手机的时间计算出时序的调整时间并传输给手机，当手机接收到调整时间后， 手机发送证确的脉冲长度，而s d c c h 的双向通信主要功能是完成振铃和手机的身份 确认过程。之后，手机在1 2 秒内从s d c c h 转到t c h ( t r a 髓c c h a n n e l ) 上进行语音数据 通信。 基站发起的呼叫和手机呼叫大部分相同，首先基站在c c c h 的p c h ( p a g i n g c h a n n e l ) 子通道上发送一个寻呼信息，包括手机的号码，手机收到p c h 后，回送一 重庆人学硕士学位论文 2 多功能车载移动通信系统应_ l _ j 环境分析 个r a c h 信号，其它的过程与手机的呼叫完全相同。 2 2 3 短消息业务规范 实施单元 短消息服务s m s ( s h o nm e s s a g es e r v i c e ) 允许移动台和p l m n 网外接实体间交换 短消息p l m n 应为s m e ( s h o r t m e s s a g e e n t i t y ) 所指定。短消息的收发都是通过短信服 务中一0 s m s c ( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ) q b 转的。服务中心由若干台专用服务器 组成，它们负责短消息的存储和重发。当接收短消息的移动台不在覆盖范围内时， 服务器保存该消息，直到移动台登录或发出呼叫时，网络就通告短消息服务器，再 将该消息发给收件人。 短消息服务器并不属于g s m 网络的组成部分，然而，它可以被集成在m s c 相同 的设备中，它既可以与移动台对话，又可以与同定电话会话。短消息服务器与移动 台之间的会话是通过m s c 媒体来实现。另外，短消息向移动台传送需要s m s g m s c ( s h o am e s s a g es e r v i c e g a t e w a ym s c ) 的搭桥功能。与电话呼叫移动用户一样，在给 受访m s c 分发短消息时要查阅h l r 。而由移动台发的短消息可能由p l m n 分发至短 消息服务器。为此，短消息将从受访m s c 传送到短消息服务中心所在的m s c 。后一 个m s c 还应具备m s c 局问短消息服务s m s i w m s c ( s m s i n t e rw o r k i n gm s c ) 。 层结构 层结构如图2 2 所示。物理层、数据链路层以及r r 和m m 网，均用于呼叫管理并 重新丌始启用。c m 层是专用于短消息的，但在特殊情况下，还要涉及c m 层以上。 应用层s m - a l ( s h o n m e s s a g e a p p l i c a t i o nl a y e o 位于移动台* h s m e 。这些层的 实体产生和解释了短消息。 传输层s m t l ( s h o n m e s s a g et r a n s p o r tl a y e r ) 实现移动台和s c 服务器之f 日j 的消 息可靠传送，它管理着信息编码形式( 字节、字符等) ，如同一个时问指标给定时间， 在该时问消息被s c 取定。这个指针用于移动台收取的消息。 o o 继层s m r l ( s h o r t m e s s a g er e l a yl a y e r ) 允许短消息通过存储和重发转移于不 同的设备之问。它包括一些协议的集合。协议s m - r p ( s h o r t m e s s a g e r e l a y p r o t o c 0 1 ) 允许终端和v m s c v l r 之问的会话，它管理着一些参考标准和寻址方式。协议m a p 用于v m s c v l r 和s m s 1 w m s c 之间或者v m s c v l r 和s m s g m s c 之间。在上述两 个设备, u s c j j 务器之制的协议并未由短消息业务规范指定，但是对此，规范有好几 个近似的建议，这里不加详述。 协议s m c p ( s h o r t m e s s a g e c o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 是m s 和v m s c v l r 之间的规定t 它允许短消息的转移，但要防止由于专用通道的变换带来的损耗。当专用通道变换 时，l a p d m 启动一个新的联接，但不能就放心地发送。管理s m c p 协议也是c m 层 的一部分： 里垦奎堂堕主堂垡笙奎 ! 童型堂皇墼整型堡笪墨竺窒塑堑堡坌堑 困日 v m s c f f l r 困 日口 s m s - i w m s c o r s c i 五5 i i i j i ? 卜 t c p s c c m t p 图2 2 短消息业务中的协议 f i 9 2 2t h es m s p r o t o c o l 发送过程 短消息的发送过程很类似电话n g n t t 。然而，这个过程在m s c vl r 和h l r 之间仅 仅参与了m a p 协议，因为它不需要预定话音电路。在移动台年i ：i b t s 之间的会话是由 c m 层的s m s 层管理的。 移动用户在发短消息时，应指明最终收件人的地址( s m e ) * t 1 s cj 务器的地址。 移动传输实体按至多1 4 0 字节的块的形式编码短消息，把收件人s m e 地址置于t l 传 输层的协议数据单元p d u 中。它被包装于r l 中继层的p d ur 扣( 称为r p d a t a ) ，包括 电话号码式的s c a r 务器地址，r l 层的p d u 本身被包装于c p d a t a 式的c p 控制协议 的p d u 中。借助于c p 层和以下各层，p d uc p d a t a 被发送到v m s c v l r v m s c v l r 解丌p d uc p d a t a ，以便重新找到收件处s c 的号码。它从中简略了所 涉及的s m s i w m s c 的地址，并在消息m a p f o r w a r d s h o i m m e s s a g e 中，重 新安置t l 层的p d u ，就像s c 号码和移动台号码一样。s m s i w m s c 执行消息并重发 给指向s c 的层t l 的p d u 范围内。s c 存储了消息和地址，并通知s m s i w m s c 转移流 程。后者把它映射给v m s c v l r ，同时执行消息m a p f o r w a r d s h o r t - m e s s a g e ( t c a p 操作1 。v m s c v l r 形成p d ur p a c k ，后者又被装于p d u c p d a t a ，这个p d u 本身又是由移动台执行的。 在v m s c v l r 和s c 之间不可能发送的情况下，p d ur p e r r o r 通过 v m s c v l r 发送给移动台，这个p d u 被装于p d uc p d a t a 中。 无线接口的发送 无线接口上的短消息发送，是在专用通道上以服务接入点鉴别s a p l 3 联结模式 进行的。当移动台正在通信时，消息被转移至i s a c c h 上，当移动台是守候状态时， 专用通道s d c c h 专门被分配来发送短消息。无论何种情况都要建立专门的联接，用 商豳；2 重庆大学硕士学位论文2 多功能车载移动通信系统应用环境分析 来交换s a b m 和s a p l 3 的u a 消息，这是在数据链路层上进行。这种联接的释放有可 能用隐含的方式进行，在s a p i o 上联接释放时刻，没有特别的信息交换。 在可能时s c 向s m e 发送短消息，如果在给定的时间内不能做到这一点它就从其 内存中删除该消息。在t l 层的p d u 域中由移动台确定消息的时延。移动用户只是保 证消息到达s c 和未到达s m e 。当它有效地收到消息时，s m e 能够产生一个给移动台 地新消息，以便告诉它接收良好，但是这都是个别进行考察的。结算是在s m a l 层 e 管理的。 白叁匿旧 b 始x , i 啦g _ v l r ，、 r 1 厂 l l _ j h i , rs m s 1 w h 监c 目 s c w ，。薷a 擀壤辫最照川川- 一。腓辫淤船淑。 一s 监g 溘也皿 - m ”刚帆盘d 鄙o 盯e 岱a o f 盐益皿； c 】c一叶 蘸脚谨 - 穗甚轴瞳址再埘 过重 s m s d t 吲i c q ：竖竺竺竺兰竺竺 疆巧口啊沱r 一一 程艘 1 一“”；m 一川一 置逞量 s m e 图2 3 短消息通过移动台成功转移 f i g2 3t h es m s s u c c e s s f u lt r a n s m i s s i o nb ym o b i l es t o l o n 国园e 3 曰口目 m s 1 1 8 $v m s c ，v t 囊l l l rs b l s - g b l o t 2 s c 岬立e 帅r 州巾n n 叱f o r 洲 m p s 胁一帅u n “ n 一f o l s m d 批f w n c w m e h 蹦x 迸自庸荐 一 ：”箭蓄谳莓f 。= = 一? ：鳖篓邋型燮【： x m s ( ， d i n - c q 5 m g c p c k h i l h r 叭曲、女帆l m e s s g e a n 一 * h m h l r e p i j m 。i ) v c “，s i 寿i1 一一l m 札o n 5 7 磐! 竺! ! “5 “i 图2 4 短消息向移动台的成功转移 f i g2 4t h es m ss u c c e s s f u lt r a n s m i tt om o b i l es t a t i o n 为了发送一个短消息给移动台，s m e 要在s c 上指示移动台的m s i s d n 。这就形 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 多功能车载移动通信系统应用环境分析 成了t l 层上的p d u ，同时指示消息接受日期、s m e 地址和消息本身。该p d u 被发送 到s m s g m s c s m s g m s c 查询h l r ，以便为移动台定位。相反，向移动台呼叫， 号码m s r n 就不需要了，因为只有消息m a p 是有用的，g m s c 仅需要v m s c v l r 总 的地址，这个地址是直接由h l r 给它的。短消息由s m s g m s c 寄给了移动台，经过 的媒体是v m s c v l r 。不同的层次类似于移动台发的情况来参与。r l 层的p d u 包含 了发件人s c 的地址，而t l 层上的p d u 包含了s m e 的地址。 在通信或守候期间，短消息都能发送。图2 3 和图2 4 给出了m s - s c m s 的短消