《移动通信和手机基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移动通信和手机基础知识.ppt（32页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、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。,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SIM卡与UIM卡的功能与触点分布，了解数字手机主要技术指标、移动通信系统信道分类与功能。,1.1 蜂窝移动通信系统,1.1.1 蜂窝移动通信系统的分类,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,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。,上行频率是由移动台发射、基站接收的频率。,下行频率是由基站发射、移动台接收的频率。,双工间隔指的是
2、下行频率和上行频率之差。,邻道间隔指的是GSM系统相邻信道之间的频率间隔。,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,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
3、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。,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。,移动用户就是SIM卡的持有人。,SIM卡可以在任何一部手机上使用。,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）,组成：一个或多个基站收发信台（BTS）和一个基站控制器（BSC）,BTS功能：负责无线传输，BSC负责控制与管理,BSC区定义：每个BSC所覆盖的通信区域,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
4、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）,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）,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）,移动交换控制区（MSC区）定义：MSC覆盖的通信区域,多个M
5、SC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）,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）,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,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,定义：移动通信设备发送和接收的方式。,2.双工方式,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
6、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。,分类：频分多址、时分多址、
7、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,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。,CDMA手机最大发射功率为0.2W（23dBmW），对最小发射功率没有要求。,接收灵敏度是指接收机在满足一定的误码率性能条件下，
8、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,GSM手机接收灵敏度为102dBmW，CDMA手机接收灵敏度为104dBmW。,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,分为GSM手机、GPRS手机、CDMA（窄带
9、）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,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：,在机械结构上，翻盖
10、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。,滑盖式手机分类：上推滑盖和下拉滑盖,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,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
11、、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,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。,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。,
12、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：,只读存储器ROM存储SIM卡A3和A8算法。,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。,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。,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。,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
13、率较高。,复位（RST）：复位（RST）提供对SIM卡内部处理器复位用的复位信号。,接地（GND）：接地（GND）是SIM卡电源地。,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,UIM卡功能类似于GSM系统中的SIM卡。,2.UIM（User Identity Model）卡,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
14、状态，VCC掉电。,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。,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，
15、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。,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）
16、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
17、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,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。,选择了CDMA系统后，手机不断检测周围基站发来的导频信号，并比较导频信号的强度，以判定手机所处的小区。,确定所处小区后，手机在同步信道检测出并记录CDMA系统的相应参数和时间信息等同步信息。,最后，手机对自身相应的时间参数等进行调整使之与小区所在的基站同步。,若手机判定寻呼信道失败，则返回初始化状态。,3.接入状态,接入状态时，按以下子状态运行：,1）系统
18、参数证实子状态。在随机接入信道随机接入，基站在接入参数消息中向手机提供随机接入程序参数，确保手机和基站之间可靠的信息交换，以确定为最新参数消息。,2）接入尝试子状态。手机主呼时，运行接入尝试程序。,3）寻呼相应子状态。手机在收到基站寻呼后，发出寻呼相应消息。,4）指令/响应子状态。手机接收到基站指令后，发出相应消息，如对于基站鉴权请求、独特查询等的响应消息。,5）登记子状态。手机向网络发送登记消息。,6）消息发送子状态。手机向基站发送短消息数据。,4.业务信道控制状态,业务信道控制状态按以下子状态运行：,1）业务信道初始化子状态。手机证实已能接收下行业务信道的信号，并开始在上行业务信道上发射信号。,2）等待指令子状态。在此子状态中，手机等待基站的提示消息，手机按相应方式向用户发出提示或振铃音等其他信号。,3）等待回答子状态。手机等待用户接听、响应呼叫，之后进入通话子状态。,4）通话子状态。手机进行通话控制，包括功率控制、服务选择、监视用户挂机等键盘指令。,5）释放子状态。手机切断通话链路、释放信道、各种参数复位，然后转入初始化状态。,
