（信号与信息处理专业论文）gsm移动终端软件mmi部分的设计与实现.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘要 随着现代通信技术的飞速发展，人们对电话通信方式的要求越来越高，不 仅要求能在办公室、住宅等固定场所打电话，而且希望能在任何场所随时拨叫或 接昕电话，还要能在走路或行车时进行通话，因此移动电话得到了高速的发展和 广泛的应用。 本文介绍了g s m 数字移动通信系统的基本知识。然后介绍了一般g s m 移 动终端软件的设计和实现方法。详细讨论了g s m 移动终端软件中人机界面( m m l l 部分的设计和实现方法。 该软件以有限状态机为设计思想，使用s d l 语言和标准c 语言作为主要的 开发工具。使软件的运行速度、占用的系统资源都得以改善。 关键词： g s m 移动终端软件 m m i 有限状态机 西北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t n o w a d a y s ，m o d e mt e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y i s d e v e l o p i n ga tv e r y f a s t s p e e d p e o p l er e q u i r em o r ea n dm o l ea d v a n c e dt e l e c o m m u n i c a t e dm o d e t h a ti s ， p e o p l ew a n tt ot e l e p h o n et h eo t h e r sn o to n l yi no f f i c eo rh o m eb u ta l s oi na n yp l a c e s ， a n dt h a tt h e ya l s ow i s ht oc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r sw h i l e t h e ya r ew a l k i n go rd r i v i n g t h e r e f o r em o b i l e t e l e p h o n eg e t s a h i g h - s p e e dd e v e l o p m e n ta n d ae x t e n s i v e a p p l i c a t i o n t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ee l e m e n t a r yk n o w l e d g eo fg s m ，a n dd i s c u s s e st h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o fg s mp o r t a b l es o f t w a r ef o rm o b i l e s t h e p a r t m a n - m a c h i n ei n t e r f a c eo f t h em o b i l es t a t i o ni st h em a i n p a r to f t h i st h e s i s w eu t i l i z e sf i n i t es t a t em a c h i n ea s t h eb a s e m e n to fs y s t e m d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n ，a n ds d ll a n g u a g ea n dn o r m a lcl a n g u a g ea st h em a i n d e v e l o p i n g e n v i r o n m e n tw h i c hi m p r o v e st h es o f t w a r e s r u n n i n g - s p e e da n ds y s t e mr e s o u r c e s o c c u p a t i o n k e y w o r d ： g r o u ps p e c i a lm o b i l e g s mp o r t a b l es o f t w a r ef o rm o b i l e s m a n m a c h i n ei n t e r f a c e f i n i t es t a t em a c h i n e 西北工业大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 9 8 2 年，欧洲邮电大会( c e p t ) 成立了一个新的地标准化实体g s m ( g r o u ps p e c i a l m o b i l e ) ，其目的是制定欧洲9 0 0 m h z 数字t d m a 蜂窝移动通信系统( g s m 系统) 技术 规范。g s m 系统集中运用了现代通信中窄带数字调制解调技术、信源编码技术、自 适应均衡技术及扩频技术等，它具有频谱利用率高，通信容量大，通话质量好，抗干 扰性能强，数据传输速率高，保密性以及集成度高等优点。1 9 9 1 年，欧洲各国都采用 这一标准，解决了国际漫游问题。g s m 是一个开放的标准系统，自1 9 9 2 年投入商用 以来，g s m 标准得到不断验证，而且稳步发展。 中国电信g s m 数字移动电话网成为世界上最大的g s m 网。g s m 移动终端作为 g s m 网内与人关系最密切的部分正在进行着爆炸性的增长。 各大公司都在不断的推出各种型号的新款手机，其功能缤纷多彩。我国自加入了 世贸组织以后，也在大力的开发属于自己品牌的手机，这就需要大量的人力和物力， 还需要借鉴国外大公司p h i l i p s 、s i e m e n s 等的成熟的技术和解决方案。 现在的手机不再只是具有接打电话和收发短消息的基本语音和数据传输功能，它 具有的符合人们各种日常需要的功能使它越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。 而手机的各种功能是在硬件和网络支持下由手机软件来实现的，手机体现出来的 各种五花八门的功能和界面是由手机软件中与人关系最近的人机界面( m m i ) 来完成。 1 2 课题来源及课题内容 上海迪比特实业有限公司是世界最大的专业通讯终端设备制造商之一。近几年开 始开发自己品牌的手机，去年开始投入大陆市场，拥有手机制造和开发的领先技术。 本论文作者在迪比特某型号手机的开发过程中参与了手机软件m m i 部分的设 计。本论文主要研究了手机软件的设计思想和实现方法，着重讨论了m m i 部分及其 实现。 论文共分四章： 第一章介绍研究背景和课题来源； 第二章介绍了g s m 数字移动通信系统的基本知识，主要讨论了g s m 的接口和 协泌部分，并对工作过程作重点分析： 第三章讨论g s m 移动终端软件的设计，重点研究m m i 部分的设汁和实现方法； 第四章讨论软件系统的调试和结果。 西北工业大学硕士学位论文 第二章g s m 数字移动通信系统 2 1g s m 数字移动通信系统的组成 g s m 数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台( m s ) 、基站子系统( b s s ) 和网络子系统( n s s ) 。移动台部分包括移动终端( m s ) 和客户识别卡( s i m ) 。基站子 系统( 简称基站b s ) 由基站收发台( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 组成；网络子系统 由移动交换中心( m s c ) 和操作维护中心( o m c ) 以及归属位置寄存器( h l r ) 、访 问位置寄存器( v l r ) 、鉴权中心( a u c ) 和设备标志寄存器( e i r ) 等组成。其原理 框图如图2 1 所示。 2 1 。1 移动台 基 移动两子系统 图21 ：g s m 数字蜂窝移动通信系统的组成 p s t n i s d n p d n p l m n 固定同 移动台就是移动客户设备部分，是g s m 系统中用户所使用的入网设备。它分阶 段地为用户提供g s m 系统的所有业务功能。g s m 规定移动台设备应能提供的性能包 括基本性能、补充性能和附加性能，同时又规定某些强制性性能包括：显示被叫号码、 呼叫进展信号指示、国家p l m n 指示、国家p i m n 选择、用户识别管理f 即对i m s i 管理) 、无效p i n 码指示、i m e i 的管理、业务指示、移动台自测等。它由两部分组成， 移动终端( 晒) 和客户识别卡( s i m ) 。 移动终端就是”机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解 调、信息发射和接收。 日日日 堕些三、业查兰堡主堂垡堡苎一 移动台设备应包括一套无线收发信机、一个控制器及话音编译码器，另外还应提 供用户接入网络必需的键盘、显示器，除此以外还应提供i s d n 终端接入功能，因此 在移动台中还应提供终端接入所必须的码速适配功能。 1 射频单元 射频单元包括从调制器、发信到天线合路器及接收到解调输出部分电路，其主要 功能是将基带单元所形成的t d m a 帧调制到射频及其相反过程。射频单元发射频率 为8 9 0 9 1 5 m h z ，收信频率为9 3 5 9 6 0 m h z ，频道间隔为2 0 0 k h z 。 合路器是将移动台发信和收信组合到一根天线上。在g s m 数字移动通信系统中， 由于收发不在一个时隙，因此移动台可以省去用于收发共用的双工器，只需要使用简 单的收发合路器( 组合) 功能，即可将发信和收信信号组合到一根天线上而不会互相干 扰。 调制将从t d m a 帧来的2 7 0 8 3 3 k b i t s 数据流信号按g m s k 调制方法形成i 、q 信号，再送到发信上变频器调制到9 0 0 m h z 频段。解调和均衡将从收信单元接收的模 拟i 、q 信号进行数字化处理恢复出基带信号。频率合成器为发信和收信单元提供变 频所必须的本振信号，它通常从时基电路获得基准频率源，然后采用锁相环技术实现 频率合成。 2 基带部分 基带部分电路包括信道编译码、加密解密、t d m a 帧形成信道分离及基 准时钟电路，它还包括话音译码、码速适配器等电路。 来自送话器的话音信号经过8 k h z 抽样及a d 转换，变成1 3 b i t 均匀量化的 1 0 4 k b i t s 数据流，再由话音编码器进行r p e l t p 编码。编码输入为每2 0 m s 一段， 经话音编码压缩后变为2 6 0 b i t ，其中l p c l t p 为7 2 b i t ，r p e 为1 8 8 b i t 。话音编码后的 信号速率为1 3 k b i t s 。同时话音编码器还提供话音活性检测( v a d ) 功能，即当有话音 时，其s p 信号为1 ；当无话音传输时，将s p 示为0 ( 即s i d 帧) 。1 3 k b i t s 话音信号 进入信道编码器进行编码。对于话音信号的每2 0 m s 段信道编码器首先对话音信号 中最重要的i a 类5 0 b i t 进行分组编码( c r c 校验) ，产生3 b i t 校验位，再与1 3 2 b i t 的l b 类比特组成1 8 5 b i t ，再加上4 个尾比特0 ，组合为1 8 9 b i t ，这1 8 9 b i t 再进入1 2 速率卷积码编码器该编码限制长度为5 ，最后产生出3 7 8 b i t 。这3 7 8 b i t 再与话音信 号中对无线信道员不敏感的i i 类7 8 b i t 组成最终的4 5 6 b i t 组。同样，对于信令信号， 由控制器产生并送给信道编码器，首先按f i r e ( 法尔) 码进行分组编码( 称为块编码1 ， 然后再进入l 2 卷积编码，最后形成4 5 6 b i t 组。因此信道编码后信道传输速率为 2 2 8 k b i t s 。 编码后的话音和信令信息再进入交织及加密单元。在交织单元，这些2 0 m s 话音 的4 5 6 b i t 被分为8 个5 7 b i t 块，这些5 7 b i t 块被存储，并和前后面8 个2 0 m s 话音的5 7 b i t 块分别再交织组合为8 个1 1 4 b i t 块，并且在每个1 1 4 b i t 块中这些从两个2 0 m s 来的5 7 b i t 西北工业大学硕士学位论文 再一次每比特每比特交织形成的i1 4 b i t 块。这些1 1 4 b i t 块进入加密单元与加密数据的 1 1 4 b i t 进行异或形成加密后的比特流。加密后的1 1 4 b i t 流被加入训练序列及头、尾比 特等组成1 5 6 2 5 b i t ( 包括8 2 5 防护比特) 的突发，这些突发被按信道类型组合到不同的 t d m a 帧和时隙中去，形成复帧、超帧及超高帧，最后形成2 7 0 8 3 3 k b i t s 的t d m a 帧数据流送到调制解调器发送。 在接收通道，执行与上述相反的过程。在这些成帧及信令控制过程中，都是以时 钟基准部分提供的统一帧号、时隙号、l 8 b i t 时钟等为基础的，以便各部分同步执 行。 3 控制器 控制器实现对移动台的控制，包括对无线信道频率合成器的控制以选择合适的频 道：根据从信道解码得到的信令信息，执行相应的信令协议并送到信道编码器再发射 出去，以便与网络建立信令通信；对信道编译码、t d m a 帧形成等部分的控制。此外， 它还控制键盘的输入、显示器的显示输出以及与外部s i m 卡的接口与通信。码速适 配器的控制也由控制器等单元完成。 s i m 卡就是”身份卡”，它类似于我们现在所用的i c 卡，因此也称作智能卡，存 有认证客户身份所需的所有信息，并能执行些与安全保密有关的重要信息，以防止 非法客户进入网路。s i m 卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入s i m 后移 动终端才能接入进网。由于g s m 通信系统是由欧洲的主要电信运营者和制造厂家组成 的标准化委员会设计出来的，因此它更贴近用户和运营者的利益，在安全性、方便性 等方面下了较大的功夫。g s m 首先引入了s i m 卡技术，从而使g s m 在安全方面得到了 极大改进。它通过鉴权来防止未授权的接入，这样保护了网络运营者和用户不被假冒 的利益：通过对传输加密可以防止在无线信道上被窃听，从而保护了用户的隐私；另 外，它以个l 临时代号替代用户标识，使第三方无法在无线信道上跟踪g s m 用户，而 且这些保密机制全由运营者进行控制，用户不必加入。 2 1 2 无线基站子系统 b s s 系统是在一定的无线覆盖区中由m s c 控制，与m s 进行通信的系统设备，它 主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器 ( b s c ) 和基站收发信台( b t s ) 。 b s c ：具有对一个或多个b t s 进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、 小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。 b t s ：无线接口设备，它完全由b s c 控制，主要负责无线传输，完成无线与有线 的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 西北工业大学硕士学位论文 2 1 3 交换网路子系统 交换网路子系统( n s s ) 主要完成交换功能和客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 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下： 移动交换中心( m s c ) 是蜂窝通信网络的核心，其主要功能是对位于本m s c 控 制区域内的移动用户进行通信控制和管理：信道的管理和分配；呼叫的处理和控制； 过区切换和漫游的控制；用户位置信息的登记与管理；用户号码和移动设备号码的登 记和管理：服务类型的控制r 对用户实施鉴权；为系统中连接别的m s c 及为其它公 用通信网络，如公用交换电信网- ( p s t n ) 、综合业务数字网( i s d n ) 和公用数据网 ( p d n ) 提供链路接1 2 ，保证用户在转移或漫游的过程中实现无间隙的服务。由此可 见，m s c 的功能与固定网络的交换设备有相似之处( 如呼叫的接续和信息的交换) ， 也有特殊的要求( 如无线资源的管理和适应用户移动性的控制) 。 归属位置寄存器( h l r ) 是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。在蜂窝通 信网中，通常设置若干个h e r ，每个用户都必须在某个h l r ( 相当于该用户的原籍) 中登记。登记的内容分为两类：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、 接入的优先等级、预定的业务类型以及保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新 的参数，即用户当前所处位置的有关参数，即使用户漫游到h l r 所服务的区域外， h l r 也要登记由该区传送来的位置信息。这样做的目的是保证当呼叫任一个不知处于 哪一个地区的移动用户时，均可由该移动用户的原地位置寄存器获知它当时处于哪一 个地区，进而建立起通信链路。 访问位置寄存( v u t ) 是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。一个v l r 通常为一个m s c 控制区服务，也可为几个相邻m s c 控制区服务。当移动用户漫游到 新的m s c 控制区时，它必须向该地区的v l r 申请登记。v l r 要从该用户的h l r 查 询有关的参数，要给该用户分配一个新的漫游号码( m s r n ) ，并通知其h l r 修改该 用户的位置信息，准备为其它用户呼叫此移动用户时提供路由信息。如果移动用户由 一个v l r 服务区移动到另一个v l r 服务区时，h l r 在修改该用户的位置信息后，还 要通知原来的v l r ，删除此移动用户的位置信息。 鉴权中心( a u c ) 用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加 密的三参数( 随机号码r a n d ，符合响应s r e g ，密钥k c ) 的功能实体。可靠地识别用 户的身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。 设备标志寄存器( e i r ) 是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴 别和监视，并拒绝非法移动台入网。 西北工业大学硕士学位论文 2 1 4 操作维护子系统 g s m 系统还有个操作维护子系统( 0 m c ) ，它主要是对整个g s m 网路进行管理和监 控。通过它实现对g s m 网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。例如 系统的自检、报警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计和计费 数据的记录与传递，以及各种资料的收集、分析与显示等。 2 2g s m 中的关键技术 2 2 1 时分多址技术( t d m a ) 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。 t d m a 系统具有如下特性： 1 ) 每载频多路。如前所述，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，在基站控制分配下，可为任意一移动 客户提供电话或非话业务。 2 ) 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。 3 ) 传输速率高，自适应均衡。每载频含有时隙多，则频率间隔宽，传输速率高， 但数字传输带来了时间色散，使时延扩展量加大，则务必采用自适应均衡技术。 4 ) 传输开销大。由于t d m a 分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上 都得重新获得同步。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。 5 ) 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。 6 ) 共享设备的成本低。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。 7 ) 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 2 时分多：t i ：( t d m a ) 帧结构 1 t d m a 信道概念 西北工业大学硕士学位论文 g s m 中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙( t s ) ，而 逻辑信道是根据b t s 与m s 之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。这 些逻辑信道映射到物理信道上传送。有的用于呼叫接续阶段，有的用于通信进行当中， 也有的用于系统运行的全部时间内。从b t s 到m s 的方向称为下行链路，相反的方 向称为上行链路。 逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。 f 1 1 业务信道( t c h ) ：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上， 点对点( b t s 对一个m s ，或反之) 方式传播。 话音业务信道按速率的不同，可分为全速率话音业务信道( t c h f s ) 和半速率 话音业务信道( t c h h s ) 。 同样，数据业务信道按速率的不同，也分为全速率数据业务信道( 如t c h f 9 6 ， t c h f 4 8 ，t c h f 2 4 ) 和半速率数据业务信道( 如t c h h 4 8 ，t c h h 2 4 ) ( 这里的数字 9 6 4 8 和2 4 表示数据速率，单位为k b s ) 。 ( 2 ) 控制信道：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定 义成广播、公共及专用三种控制信道，它们又可细分为： 广播信道( b c h ) ： 频率校正信道( f c c h ) ：携带用于校正m s 频率的消息，下行信道，点对多 点( b t s 对多个m s ) 方式传播。 一同步信道( s c h ) ：携带m s 的帧同步( t d m a 帧号) 和b t s 的识别码( b s i c ) 的信息，下行信道，点对多点方式传播。 广播控制信道( b c c h ) ：广播每个b t s 的通用信息( 小区特定信息) 。下行， 点对多点方式传播。 。 公共控制信道( c c c h ) ： 寻呼信道( p c h ) ：用于寻呼( 搜索) m s 。下行，点对多点方式传播。 随机接入信道( r a c h ) ：m s 通过此信道申请分配一个独立专用控制信道 ( s d c c h ) ，可作为对寻呼的响应或m s 主叫登记时的接入。上行信道，点对点方 式传播。 允许接入信道( a g c h ) ：用于为m s 分配一个独立专用控制信道( s d c c h ) 。 下行信道，点对点方式传播。 专用控制信道( d c c h ) ： 独立专用控制信道( s d c c h ) ：用在分配t c h 之前呼叫建立过程中传送系统 信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。 慢速随路控制信道( s a c c h ) ：它与一个t c h 或一个s d c c h 相关，是一个 传送连续信息的连续数据信息，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强 度的测试报告。这对实现移动台参与切换功能是必要的。它还用于m s 的功率管理和 西北工业大学硕士学位论文 时间调整。上行和下行信道，点对点方式传播。 快速随路控制信道( f a c c h ) ：它与一个t c h 相关。工作于借用模式，即在 话音传输过程中如果突然需要以比s a c c h 所能处理的高得多的速度传送信令信息， 则借用2 0 m s 的话音( 数据) 来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复 最后2 0 m s 的话音，因此这种中断不被用户查觉。 由此可见，g s m 通信系统为了传输所需的各种信令，设置了多种专门的控制信 道。这样做，除因为数字传输为设置多各逻辑信道提供了可能外，主要是为了增强系 统的控制功能( 比如后面将要提到的，为提高过境切换的速度而采用移动台辅助切换 技术) ，也为了保证话音通信质量，在模拟蜂窝系统中，要在通话进行过程中，进行 控制信息的传输，必须中断话音信息的传输( 1 0 0 m s ) ，这就是所谓的“中断一猝发” 的控制方式。信道中断l o o m s ，会使话音产生可以听得到的喀喇声。如果这种中断过 于频繁，势必明显地降低话音质量，因此，模拟蜂窝系统必须限制在通话过程中传输 控制信息的容量。与此不同，g s m 蜂窝系统采用专用控制信道传输控制信息，除去 f a c c h 外，不在通信过程中中断话音信息，因而能保证话音的传输质量。其中f a c c h 虽然也采取“中断一猝发”控制方式，但是只在特定场合下才使用，而且占用的时间短 ( 1 8 5 m s ) ，其影响明显减小。g s m 蜂窝系统还采用信息处理技术，来估计并补偿这 种因为插入f a c c h 而被删除的话音。 2 t d m a 帧 在t d m a 中，每个载频被定义为一个t d m a 帧，相当于f d m a 系统中的一个 频道，每帧包括8 个时隙( t s o 7 ) ，要有t d m a 帧号，这是因为g s m 的特性之一 是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法 是以t d m a 帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了t d m a 帧号， 移动台就可判断控制信道t s 0 上传送的是哪一类逻辑信道。 3 突发脉冲序列( b u r s t ) t d m a 信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型：普通 突发脉冲序列( n b ) ；频率校正突发脉冲序列( f b ) ；同步突发脉冲序列( s b ) ；接 入突发脉冲序列( a b ) ：空闲突发脉冲序列( d b ) 。 4 逻辑信道到物理信道的映射 我们知道每小区有若干个载频，每个载频都有8 个时隙，我们定义载频数为c o ， c l ，c n ，时隙数为t 3 0 ，t 5 l ，t 8 7 。 ( 1 ) 控制信道的映射 对某小区超过1 个载频时，该小区c o 上的t s 0 就映射广播和公共控制信道。 某个小区仅一个载频时，就只有8 个时隙，这时的t s 0 即可用作公共控制信道 又可用作专用控制信道。 ( 2 ) 业务信道的映射 西北工业大学硕士学位论文 除映射控制信道以外的时隙均映射业务信道( t c h ) 。 2 3g s m 通信系统内部接口 移动通信系统内部接口如图2 2 所示，它是由许多功能单元通过接口互连构成的， 接口是指各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。n s s 部分的b 、c 、d 、e 、f 、 g 接口定义了相应功能单元之间的互连标准，各接口都采用了7 号信令系统，以便于 实现国际漫游和通信网互连。b s s 和m s 两部分有a 、u m 、a b i s 接口以及a t e r 接口 等，其中a 接口和u m 接口具有统一和公开的标准，以便于设备生产和组网，也有利 于各种i s d n 业务的引入和功能扩展，a b i s 接口和a t e r 接口的定义标准尚不统一，实 现差别较大，所以b s c 和b t s 配置目前还不能实现多厂家设备互连。 我国的g s m 网络和p s t n 、i s d n 网络采用7 号信令互连，物理信道是p c m 系 统中的任一时隙，速率为6 4 k b i 佻。但是在基群p c m 系统中( 2 0 4 8 m b i v s ) ，一般优 先选择t s l 6 数据链路传送6 4 k b l t s 信令，然后根据需要选用其它时隙。 交换机 无墟幕统 图2 2 ：g s m 通信系统内部接1 2 1 1 s m 接口 s m 接口是人机接口，是客户与网络之间的接口，主要包括客户对移动终端进行 的操作程序、移动终端向客户提供的显示和信号音等。s m 接口还包括客户识别卡 ( s i m ) 与移动终端( m e ) 间接口的内容。 2 u m 接口 u m 接口是空中无线接口，是移动台和b t s 之间的通信接口，用于移动台与g s m 系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线链路实现。u m 接口传递的信息包 括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。 西北工业大学硕士学位论文 3 a b i s 接口 a b i s 接口是b s s 系统的两个功能实体b s c 与b t s 之间的通信接口，用于b t s 和b s c 之间的远端互连方式，物理连接通过标准的2 m b i t s 或6 4 k b i t s 的p c m 数字 传输链路来实现。a b i s 接1 3 支持系统向移动台提供的所有服务，并支持对b t s 无线 设备的控制和无线频率的分配。由于a b i s 接口是g s m 系统b s s 的内部接口，所以 是一个为开放的接口，各设备厂家可自行定义。 4 a 接口 b s s 部分与m s c 之间的接口为a 接口。a 接口基于2 m b i t s 数字接口，采用1 4 位七号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。 5 b 接口 m s c 与v l r 之间的接口为b 接口，主要用于m s c 向v l r 询问有关移动台当 前位置信息，或通知v l r 有关移动台的位置更新信息等。b 接v i 作为设备内部接口， 一般不作规定，只需完成g s m 规范所规定的功能。 6 c 接口 m s c 与h l r 之间的接口为c 接口，它是一个至七号信令网的接口( 采用2 4 位 七号信令方式) ，2 m b i t s 或6 4 k b i t s 的数字接口。它主要完成被叫移动用户信息的传 递和获取被叫用户被分配的漫游号码。 7 d 接口 h l r 和v l r 之间的接口为d 接口它也是一个至七号信令网的接口( 采用2 4 位 七号信令方式) ，2 m b i t s 或6 4 k b i t s 的数字接1 3 。它主要交换位置信息和用户信息。 8 e 接口 m s c 与m s c 之间的接1 3 称为e 接1 3 ，它也是采用2 4 位七号信令方式，用于移 动台在呼叫期间从一个m s c 区域移动到另一个m s c 区时为了通话的连续而进行的局 间切换，以及两个m s c 间建立用户呼叫接续时传递有关信息。 9 f 接口 m s c 与e i r 之间的接e l 为f 接口，它也是采用2 4 位七号信令方式，用于m s c 检验移动台的i m e i 时使用。 1 0 g 接口 j g 接口是v l r 之间的接1 3 ，当移动台以t m s i 启动位置更新时，v l r 使用g 接 口向前一个v l r 获取m s 的i m s i 和相应的信息。 1 1 n s s 或b s s 与o m c 之间的接口 该接1 3 是基于x 2 5 接口或七号信令网的接口，执行t m n q 3 协议。 耍些三些奎兰塑圭兰壁堡墨 2 4 g s m 接口信令 g s m 系统通过m s c 建立与公众电信网的接口，其内部各功能实体的互连也是 由接口标志，并由相应的接口协议予以定义的。 接口代表两个相邻实体之间的连接点，而协议是说明连接点上交换信息需要遵守 的规则。g s m 系统无线接口协议分层如图2 3 所示。 1 分层协议 g s m 系统各接1 3 采用的分层协议结构是符合开放系统互连( o s i ) 参考模型的。分 层的目的是允许隔离各组信令协议功能，按连续的独立层描述协议功能，优点是任何 一个功能块的扩充或修改具有独立性、灵活性，有利于新业务、新技术的引入和未来 发展。把协议按其功能分成不同的层面：第一层是物理层或传输层：第二层是链路层 第三层称为网络层。 c c i s ms s ms i c c i i b s s m ” t c a p l 一l s c cp 物理层糖理层 ms 图2 3 ：g s m 系统无线接口、a 接口协议分层 ( 1 ) 物理层( l 1 ) 本层规定了一条信号数据链路的物理电气和功能特性，以及接入它的方法。为信 令传输提供物理链路，为高层协议建立相应的控制逻辑信道。物理层有两种作用：传 送客户的业务信息，包括语音和数据；在系统的各实体间传送信令信息。 传输除了包括传统上使用的调制、编码、多路复用等技术以外，还涉及按低层协 议格式来编排数据，以保证正确传送和纠正传输中可能出现的差错。 a 接口在b s s 与m s c 之间主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台 管理等信息。u m 接口为空中无线接口，采用t d m a f d m a 混合多址接入方式，射 频调制方式为g m s k 。u m 接口支持系列逻辑信道。 ( 2 ) 数据链路层( l 2 ) 西北工业大学硕士学位论文 链路层是信令链路功能级，主要功能包括：信令单元的定界和定位，差错检验和 纠错，信令链路差错率监视和流量控制。它与物理层共同保证在终端和网络之间提供 可靠的信令消息的传递，并规定在一条信令数据链路上传递信令信息的功能和相应的 程序。 它包括u m 接口的l a p d m 和a 接口的l a p d 两种协议。 l a p d m 是连接m s 与b t s ，使用控制逻辑信道传输传令信息的协议。按l a p d m 协议的数据链路有确定的帧格式、编址格式、纠错检错码和交织要求。l a p d m 将l 3 信息转换成帧，并处理l l 来的应答帧。 u m 是a 接口第2 层协议，其帧格式符合固定网i s d n 标准，将高层信息组装成 l a p d 帧经d 通道传输，信令消息使用6 4 k b i t s 速率传输。 ( 3 ) 信令功能层( l 3 ) 信令功能层执行控制和管理协议，是收发信令信息的实体。它分成c c 、m m 和 r m 三个子层，其中m m 和r m 子层包括与业务信息有关的附加功能。 r m ( 无线资源管理1 、 r m 在公共信道上的信令过程有：寻呼、随机接入、分配专用控制信道、系统信 息广播：r m 在专用控制信道上的信令过程有：信道分配和释放、加密操作、定期测 量无线链路性能、切换处理。 m m ( 移动性管理1 m m 提供下述控制：t i 口i s i 重新分配、用户鉴权、位置登记、i m s i 的附着分 离、周期更新。 c c ( n 乎q 控制管理1 呼叫控制管理包括几个独立的协议实体，如c c 、s m s 。c c 协议实体负责呼叫 建立、呼叫释放等交换控制，其它控制程序提供补充业务及s m s 。 2 信令功能的互通 信令功能层中各子层功能的互通主要是由b s s a p 提供的。 无线资源管理由b s s 完成，或者由b s s 和m s c 共同完成，r l v l 协议在b s s 终 止或者由b s s 转译成b s s m a p 协议在a 接1 3 传输。因此，b s s m a p 等同于m s c 节 点的r m 功能。 在m s 和m s c 之间传送的m m 和c c ( 包括c c 和s m s ) 信令信息，在a 接口用 d t a p 互连，b s s 则提供透明传递而不进行任何分析，仅对信息的帧格式及信道编码 进行调整，以适应无线和有线接口低层协议的不同要求保证信令( 功能) 信息在接口 间互通。 西北工业大学硕士学位论文 2 5 呼叫处理 2 5 1 客户状态 移动台客户状态一般是处于m s ( 客户) 开机( 空闲状态) 、m s 关机和m s 忙三种状态 之一，因此网路需要对这三种状态做相应处理。 1 m s 开机，网路对它作”附着”标记。 当移动台开机( 打开电源) 后，它首先要在空中接口上搜索以找到正确的频率，并 依靠搜索到的正确频率校正和同步频率，并将此频率锁定。该频率载有广播信息和可 能的寻呼信息。 若m s 是第一次开机，在其数据存储器( s i m 卡) 中找不到原来的位置区识别码 ( l a i ) ，它就立即要求接入网路，向m s c 发送”位置更新请求”消息，通知g s m 系统这 是一个此位置区内的新客户，m s c 根据该客户发送的i m s i 中的h i h 2 h 3 消息，向该客 户的归属位置寄存器( h l r ) 发送”位置更新请求”，h l r 记录发请求的m s c 号码( 即 m i m 2 m 3 ) ，并向m s c 回送”位置更新接受”消息，至此m s c 认为此m s 已被激活，在拜访 位置寄存器( v l r ) 中对该客户对应的i m s i 上作”附着”标记，再向m s 发送”位置更新证 实”消息，m s 的s i m 卡记录此位置区识别码。 若m s 不是第一次开机，而是关机后又开机的，m s 接收到的l a i ( l a i 是在空中接 口上连续发送的广播信息的一部分) 与它s i m 卡中原来存储的l a i 不一致，那么它也 是立即向m s c 发送”位置更新请求”，m s c 要判断原有的l a i 是否是自己服务区的位置， 如判断为肯定，m s c 只需对该客户的s i l i i 卡原来的l a i 码改写成新的l m 码，并在该 客户对应的i m s i 作”附着? 标记即可；判断为否定，m s c 需根据该客户的i m s i 中的 h i h 2 h 3 信息，向该客户的h l r 发送”位置更新请求”，h l r 在该客户数据库内记录发请 求的m s c 号码，再回送”位置更新接受”，m s c 再对该客户的i m s i 作”附着”标记，并向 m s 回送”位置更新证实”信息，m s 将s i m 卡原来的l m 码改写成新的l a i 码。但若m s 关机再开机时，所接收到的l a i 与它s i m 卡中原来存储的l a i 相一致，那么m s c 只对 该客户作”附着”标记。 2 1 s 关机，网路对它作”i m s l 分离”标记。 前面已经提到，一个激活状态的m s 在v l r 中标有”附着”标记。当m s 切断电源关 机时，m s 即向网路发送最后一条消息，其中包括分离处理请求，m s c 接收到后，即通 知v l r 对该m s 对应的i m s i 上作”分离”标记，而归属位置寄存器( h l r ) 并没有得到该 客户己脱离网路的通知。当该客户被寻呼，h l r 向拜访m s c v l r 要漫游号码( m s r n ) 时，m s c v l r 通知h l r 该客户己分离网路，不再需要发送寻找该客户的寻呼消息。 3 m s 忙 ：堕苎三些查兰堡主兰竺堕兰 此时，无线网路分配给m s 一个业务信道传送话音或数据，并在该客户i s d n 上标 注客户”忙”。 当m s 移动时，必须有能力转到别的信道上，这就叫切换。为了决定是否需要切 换及怎样切换，系统要对来自m s 和b t s 的消息进行判断分析，这叫”定位”。 2 5 2 周期性登记 若m s 向网路发送”i m s l 分离”消息时，由于此时无线链路质量很差，衰落很大， 那么g s m 系统有可能不能正确译码，这就意味着系统仍认为m s 处于附着状态。 再如m s 开着机，可移动到覆盖区以外的地方，即盲区，g s m 系统也不知道，仍 认为m s 处于附着状态。此时该客户被寻呼。系统就会不断地发出寻呼消息，无效占 用无线资源。 为了解决上述问题，g s m 系统采取了强制登记的措施。例如要求m s 每3 0 分钟登 记一次( 时间的长短由运营者设定) ，这就是周期性登记。这样，若g s m 系统没有接收 到某m s 的周期性登记信息，它所处的v l r 就以”隐分离”状态在该m s 上做记录，只有 当再次接收到正确的周期性登记信息后，将它改写成”附着”状态。 网路是通过b c c h 通知m s 其周期性登记的时间。 2 5 3 初始化 初始化过程是一个随机接入过程。从广义上说，这个过程始于m s ，m s 在r a c h ( 随 机接入信道) 上发送一条”信道请求”消息，b t s 收到此消息后通知b s c ，并附上b t s 对 该m s 到b t s 传输时延的估算及本次接入原因，b s c 根据接入原因及当前资料情况，选 择一条空闲的专用信道s d c c h 通知b t s 激活它。b t s 完成指定信道的激活后，b s c 在 a g c h ( 允许接入) 上发送”立即分配”消息或称为初始化分配消息，其中包含b s c 分配给 m s 的s d c c h 信道描述，初始化时间提前量、初始化最大传输功率以及有关参考值。每 个在a g c h 信道上等待分配的m s 可以通过比较参考值来判断这个分配信息的归属，以 避免争抢引起混乱。 当m s 正确地收到自己的初始分配后，根据信道的描述，把自己调整到该信道上， 建立一条传输信令的链路，发送第一个专用信道上的初始消息，其中含有客户的识别 码( 来自s i m 卡上的信息) 、本次接入的原因、登记和鉴权等内容。 当b s c 没有空闲信道可供分配时，b s c 要向m s 发出”立即分配拒绝”消息，其中 可以含有一个限制m s 继续呼出的时间指示。这是一种减少r a c h 信道过载的方法。 西北工业大学硕士学位论文 2 5 4 位置更新 m s 从一个位置区移到另一位置区时，必须进行登记，也就是说一旦m s 发现其存 储器中的l a i 与接收到的l m 发生了变化，便执行登记。这个过程就叫”位置更新”。 首先考虑处于开机空闲状态的连续移动的m s ，它被锁定于一个已定义的无线频 率，即某小区的b c c h 载频上，此载频的零时隙( t s o ) 载有b c c h 和c c c h 。当向远离 此小区b t s 的方向移动时，信号强度就会减弱。当移动到两小区理论边界附近的某一 点时，m s c 就会因信号强度太弱而决定转移到邻近小区的新的无线频率上。为了正确 选择无线频率，m s 要对每一个邻近小区的b c c h 载频的信号强度进行连续测量。当发 现新的b t s 发出的b c c h 载频信号强度优于原小区时，m s 将锁定于这个新载频，并继 续接收广播消息及可能发给它的寻呼消息，直到它移向另一小区。 如果两个小区有相同的位置区码，则m s 接收的b c c h 载频的改变并没有通知网路。 这就是说，m s 在没有