短距离无线通信技术课程讲义(第十讲)

短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室1短距离无线通信技术主讲教师：夏玮玮邮箱：[e-mail]手机：[phone]结束放映开始放映短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室2目录短距离无线通信技术的基本理论短距离无线通信技术的研究方向短距离无线通信技术的典型应用蓝牙（Bluetooth）蓝牙基本原理与蓝牙相关的九个实验：数字基带仿真、服务发现、语音传输、数据传输、电话网接入、局域网接入、通信传输的有效性和可靠性分析、数字图像的采集传输和处理、无线多点组网无线传感器网络（WSN）无线传感器网络基本原理无线传感器网络实验GSM/GPRSGSM/GPRS接入基本原理GSM/GPRS接入实验CDMACDMA接入基本原理CDMA接入实验短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室3开始放映结束放映GSM/GPRS接入实验短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室4实验简介GSM系统是目前世界上应用最广泛的移动通信系统。GPRS覆盖在GSM的物理层和网络实体之上，增强了GSM数据传输能力。而WAP协议可以实现人们使用手机上网，实现无线互联的梦想。本实验为学生提供了GSM/GPRS模块和相应软件，可以使学生从中了解GSM/GPRS接入过程和话音、短消息、WAP等各类网络服务的实现。短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室5基本原理（1）GSM系统（2）GPRS技术（3）基于GPRS的WAP应用（4）GSMAT命令集（5）Cellular/WLAN融合技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室6基本原理-1GSM系统全球数字移动电话系统（GlobalSystemforMobileCommunication）是欧洲电信标准协会(ETSI)为第二代移动通信制定的可国际漫游的泛欧数字蜂窝系统标准。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三种，三者之间的主要区别是工作频段的差异。回原理目录下一页短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室7基本原理-1GSM系统GSM体系结构从结构上来看主要包含3个主体：移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络和交换子系统（NSS）SIMMEBSCBTSVLRHLRMSCEIR用户移动台（MS）基站子系统（BSS）网络和交换子系统（NSS）PSTN其他MSCAUCPDN上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室8基本原理-1GSM系统移动台（MS）MS包括两部分，一部分为移动设备（ME）。ME属于硬件部分，硬件部分包括处理人机接口和与BSS空中接口的部件，主要有扬声器、麦克风、键盘和无线调制解调器。MS的另一部分为用户识别模块（SIM）。SIM为智能卡，用户在申请服务时获得，能唯一识别用户，包括用户地址和用户申请的服务类型。GSM的呼叫是与SIM相关联的，与终端并非有直接的联系。由于SIM卡携带了用户的私有信息，在GSM中采用了安全机制，用户使用卡时，需输入4位PIN码。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室9基本原理-1GSM系统基站子系统（BSS）BSS通过无线空中接口与用户进行通信，借助于有线协议和有线基础结构进行通信。即：BSS通过空中接口和固定的有线基础结构及协议来传输信息。BSS可分为两部分：通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）和另一侧与交换机相连的基站控制器（BSC）。•基站收发信台（BTS）受控于基站控制器，是服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。•BSC是基站子系统（BSS）的控制和管理部分，负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台与BTS无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换及寻呼。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室10基本原理-1GSM系统网络和交换子系统（NSS）网络子系统（NSS）主要包含GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需要的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。网络子系统分为五个功能单元：（1）移动业务交换中心（MSC）移动交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其它功能实体和面向固定网（PSTN、ISDN等）的接口功能。（2）归属位置寄存器（HLR）HLR是GSM系统的中央数据库，存贮着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室11（3）拜访位置寄存器（VLR）VLR（VisitorLocationRegister）存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，这使得MSC能够建立呼入/呼出呼叫。移动用户一旦离开该VLR的控制区域，进入另一个VLR控制区域，移动用户则重新在新的VLR上登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。（4）鉴权中心（AUC）鉴权中心属于HLR的一个功能单元部分，是为了防止非法用户接入GSM系统而设置的安全措施。（5）移动设备识别寄存器（EIR）EIR（EquipmentIdentityRegister）为存储移动台设备识别码的数据库，功能是拒绝非法的移动台入网。基本原理-1GSM系统短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室12基本原理-1GSM系统GSM协议结构CMMMMMRRMLAPDmRadioRRMLAPDmLAPDRADIO64kbpsRRMSCCPLAPDMTP64kbps64kbpsCMMMRRMSCCPMTP64kbpsUm空中接口A-bisAMSBTSBSCMSCCM:连接管理MM:移动性管理SCCP:信令连接控制部分RRM:无线资源管理MTP:信息传输部分LAPD:链路接入协议-DMS和BTS通信的空中接口Um，是指与无线相关的接口BTS和BSC间的接口为A-bisBSC和MSC间的接口为A短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室13基本原理-1GSM系统GSM协议结构协议栈分为三层：物理层、数据链路层（DLL）、网络或消息层1.物理层GSM标准所定义的新的物理层为Um空中接口，该层指定不同的语音和数据业务消息如何格式成分组并如何通过无线信道进行传输。该层定义了建立和维护信道所需的调制方法和编码技术、功率控制方法和时间同步方法。2.数据链路层（DLL）DLL总的功能包括校验网络层的分组流，并提供在同一物理层上的多个服务接入点（SAP）。信令过程、机制或协议由系统硬件部分之间一系列的通信事件或消息构成，这些事件或消息在逻辑信道中采用DLL帧封装。短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室14基本原理-1GSM系统GSM协议结构逻辑信道终端与基站间通信的信息包括业务信息、信令信息和控制信息。逻辑信道分为基本的两类：业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。－业务信道分为两类：全速率业务信道（TCH/F）以及半速率业务信道（TCH/H）。－控制信道分为三类：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。3.网络层GSM协议定义了一些机制来建立、维持和终止移动通信会话，在网络层或消息层中使用协议和消息来支持这些机制。GSM标准将消息分为三个子类或三个子层：无线资源管理（RRM）消息、移动管理（MM）和连接管理（CM）消息。短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室15基本原理-1GSM系统GSM接续流程移动台初始化移动台主呼移动台被呼呼叫清除上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室16上一页下一页回原理目录基本原理-1GSM系统步骤MSBTSBSCMSC1.请求信道(RACH)2.信道分配（AGCH）3.SABM（SDCCH）4.确认（SDCCH）5.位置更新请求（SDCCH）6.位置更新证实（SDCCH）7.更新确认（SDCCH）8.识别请求（SDCCH）9.识别响应（SDCCH）10.请求释放信道（SDCCH）11.断连（SDCCH）12.确认（SDCCH）移动台初始化入网接续流程及逻辑信道:短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室17基本原理-1GSM系统移动台在RACH（随机接入信道）上发送一条“信道请求”消息，BTS收到此消息后通知BSC，并附上BTS对该移动台到BTS传输时延的估算及本次接入原因。BSC在AGCH（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BSC分配给MS的SDCCH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。当MS正确地收到自己的初始分配后，发送第一个专用信道上的初始消息SABM，其中含有客户的识别码(来自SIM卡上的信息)、本次接入的原因、登记和鉴权等内容。随后移动台要求接入网络，向MSC发送“位置更新请求”消息，通知GSM系统这是一个此位置区内的新客户，MSC向该客户的归属位置寄存器(HLR)发送“位置更新请求”，在拜访位置寄存器(VLR)中对该客户对应的IMSI上作“附着”标记，再向移动台发送“位置更新证实”消息，移动台的SIM卡记录此位置区识别码。此时移动台入网成功，返回“更新确认”的消息，BSC接收后，向移动台发送“识别请求”消息，要求获取移动台的IMEI，移动台接收后向BSC发送本地的IMEI码。BSC发送“信道释放”消息，移动台对此做出响应，并回送消息“断链”，BSC收到后，发送确认信令，释放SCCCH信道。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室18基本原理-1GSM系统步骤MSBTSBSCMSC1.请求信道(RACH)2.信道分配（AGCH）3.SABM（SDCCH）5.鉴权请求（SDCCH）7.加密命令（SDCCH）8.加密准备（SDCCH）9.建立呼叫（SDCCH）10.呼叫处理（SDCCH）11.指配业务信道（SDCCH）12.信道指配完成（FACCH）13.回铃（FACCH）14.连接指令（FACCH）16.交换信息（TCH）15.连接应答（FACCH）6.鉴权响应（SDCCH）4.UA（SDCCH）移动台主呼接续流程及逻辑信道上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室19基本原理-1GSM系统步骤MSBTSBSCMSC1.寻呼请求(PCH)3.信道分配（AGCH）4.寻呼响应（SDCCH）5.鉴权请求（SDCCH）7.加密命令（SDCCH）8.加密准备（SDCCH）9.建立呼叫（SDCCH）10.呼叫证实（SDCCH）11.指配业务信道（SDCCH）12.信道指配完成（FACCH）13.回铃（FACCH）14.建立连接（FACCH）16.交换信息（TCH）15.连接证实（FACCH）6.鉴权响应（SDCCH）2.请求信道(RACH)移动台被呼接续流程及逻辑信道上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室20基本原理-1GSM系统步骤MSBTSBSCMSC1.断开连接(FACCH)3.呼叫释放完成（FACCH）4.信道释放（FACCH）5.断开连接（FACCH）(a)移动台发起呼叫清除6.确认（FACCH）2.呼叫释放(FACCH)步骤MSBTSBSCMSC1.断开连接(FACCH)3.呼叫释放完成（FACCH）4.信道释放（FACCH）5.断开连接（FACCH）6.确认（FACCH）2.呼叫释放(FACCH)(b)基站发起呼叫清除呼叫清除接续流程及使用的逻辑信道短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室21基本原理-2GPRS技术GPRS覆盖在GSM的物理层