基于labview的gsm移动通信系统手机设计与开发

基于labview的gsm移动通信系统手机设计与开发内容摘要：

93 年欧洲第一个 DCS1800 系统投入运营。 到 1994 年已有 6 个运营者采用了该系统。 最终推向全球，为人们提供 GSM 服务。 移动通信的发展状况及未来 移动通信是当代通信领域内发展最快，市场前景最好的部分。 从 80 年代以来，移动通信技术已经从第一代（模拟系统）和第二代（ GSM）的发展， 达到通信领域市场容量的40％至 50％，成了国际上最受重视的领域，从 1995 年到 2020 年，中国移动通信用户年平均增长率接近 100％，中国移动电话用户增至 亿户，（截止到 2020 年 10 月）飞速发展的市场，不仅引来了世界上最新的通信产品，而且也使中国成为通信技术创新最活跃的国家之一。 信息产业部副部长说，根据“十五”规划，中国移动通信产业将保持百分之二十以上的年平均增长速度，到 2020 年末，中国内地移动电话用户数将超过二点六亿。 通信网络规模和用户数均居世界第二位 [1]。 我们都已目睹了近几年来技术领域的快速 发展以及由此而带来的种种益处。 这些发展必将继续下去 20 世纪 90 年代，无线技术以一种堪称“难以置信”的方式得到发展。 如果说过去几年的发展是振奋人心的，未来的发展也将更加如此。 随着技术的进步，移动通信正朝着能提供语音、数据、多媒体信息通信为一体的第三代（ 3G）网络演进。 第三代移动通信的发展已成为全球通信设备制造商和电信营运商所关心的热点。 它将影响到今后十年通信网和通信服务的发展。 对设备制造商，则是数以万亿 4 美元计的巨大市场。 对我国来说，则是我国民族科技和民族产业在移动通信领域突起的一个极好的机遇。 如 3G 这样的发 展正是这一深刻转变的要素。 在这种转变中，令人眩目的机遇接踵而至 [1]。 GSM 移动通信系统基本组成原理简述 系统组成结构 GSM 系统由许多功能单元组成，由系统结构图（如下图 2 所示）中可以看出，整个系统可以分为 4 个相互独立的子系统：移动台（ MS）、基站子系统（ BSS）、网络交换子系统（ NSS）和操作支持子系统（ OSS）。 MS B T S B T S B S C M S C / V L R O M C H L R / A U C E T R P S T N I S D N P D N N M C D P P S P C S S E M C B S S O S S N S S 图 1 GSM 系统结构图 其中，基站子系统（ BSS）是 GSM 系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过 无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理。 网络子系统（ NSS）是整个系统的核心，它对 GSM 移动用户之间及移动用户与其他通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能，主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。 BSS 主要负责无线信息的发送与接收及无线资源管理，同时与 NSS 相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送信息系统和用户信息等。 通过 A 接口和 UM 接口，移动台（ MS）、 BSS 和 NSS 组成 GSM 系统的信息传输实体部分。 操作支持子系统（ OSS）则为运营部门提供一种手段，用来控制和维护这些实际运行部分。 系统的接口 GSM 系统接口示意图，如图 3 所示。 5 图 2 SM 系统接口示意图 （ 1） Um 接口： BTS 和 MS 之间的接口。 Um 接口是 GSM 系统接口中最重要的接口， UM 接口的物理层（一层）连接内容包括： ① 工作频段： 890MHz915MHz（移动台发）， 935MHz960MHz（基地台发）； ② 频载波： 124 个； ③ 波间隔： 200KHz； ④ 多址方式： TDMA； ⑤基本帧：每载波 8 时隙； ⑥信道速率： ,码元宽度 s； ⑦调制方式： GMSK，调制指数：。 （ 2） Abis 接口： BSC 和 BTS 之间的接口， Abis 接口支持向客户提供的所有服务，并支持对 BTS 无线设备的控制和无线频率的分配。 （ 3） A 接口： BSC 与 MSC 之间的接口，主要传递呼叫处理、移动性管理等信息。 （ 4） B 接口： MSC 与 VLR 之间的接口，用于 MSC 向 VLR 询问有关移动台当前位置信息，或通知 VLR 有关移动台的位置更新。 6 （ 5） C 接口： MSC 与 HLR 之间的接口，用于查询用户信息。 （ 6） D 接口： HLR 与 VLR 之间的接口，主要交换位置信息和客户信息。 （ 7） E 接口： MSC 与 MSC 之间的接口，用于移动台在呼叫期间从一个 MSC 区移动到另一个 MSC 区，为保持通话连续而进行局间切换，以及两个 MSC 间建立客户呼叫接续时传递有关消息。 （ 8） F 接口： MSC 与 EIR 之间的接口，用于 MSC 检验移动台 IMEI 时使用。 （ 9） G 接口： VLR 和 VLR 之间的接口，当移动 台以 TMSI 启动位置更新时 VLR 使用 G 接口向前一个 VLR 获取 MS 的 IMSI。 手机终端的发展 第一代手机（ 1G）是指模拟的移动电话，最先研制出大哥大的是美国摩托罗拉公司的 Cooper 博士。 由于当时的电池容量限制和模拟调制技术需要硕大的天线和集成电路的发展状况等等制约，这种手机外表四四方方，只能成为可移动携。 这种手机有多种制式，如 NMT， AMPS， TACS，但是基本上使用频分复用方式只能进行语音通信，收讯效果不稳定，且保密性不足，无线带宽利用不充分。 此中手机类似于简单的无线电双工电台，通话是锁定 在一定频率，所以使用可调频电台就可以窃听通话。 第二代手机（ 2G）也是最常见的手机。 通常这些手机使用 PHS， GSM 或者 CDMA 这些十分成熟的标准，具有稳定的通话质量和合适的待机时间。 在第二代中为了适应数据通讯的需求，一些中间标准也在手机上得到支持，例如支持彩信业务的 GPRS 和上网业务的WAP 服务，以及各式各样的 Java 程序等。 3G，是英文 3rdGeneration 的缩写，指第三代移动通信技术。 相对第一代模拟制式手机（ 1G）和第二代 GSM、 TDMA 等数字手机（ 2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与 国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。 它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。 为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少 2Mbps（兆字节／每秒）、 384kbps（千字节／每秒）以及 144kbps的传输速度。 目前手机 目前在全球范围内使用最广的手机是 GSM 手机和 CDMA 手机。 手机外观上一般都应该包括至少一个液晶显示屏和一套按键（部分采用触摸屏的手机减少了按键）。 部 分手机除了典型的电话功能外，还包含了 PDA、游戏机、 MP 照相、录音、摄像、定位等更 7 多的功能，有向带有手机功能的 Pocket PC 发展的趋势。 第一代手机（ 1G）是指模拟的移动电话，也有多种制式，如 NMT， AMPS， TACS，但是基本上只能进行语音通信，收讯的效果与保密性不足，无线宽带利用不充分。 在第二代手机出现以后有了对比，人们才把这些模拟制式的手机称为第一代手机。 用于第三代移动通信系统（ 3G）的手机也已经研制出来了，但是由于相关网络没有普及，并未得到广泛的应用。 第三代手机的开始的目标之一是开发一种 可以全球通用的无线通讯系统，但是实际最终的结果是出现了多种不同的制式，主要有 WCDMA、 CDMA2020 和 TDSCDMA 在竞争。 这些新的制式都基于 CDMA（码分多址）技术，在带宽利用和数据通信方面都有进一步发展。 未来手机 未来的手机将偏重于安全和数据通讯。 一方面加强个人隐私的保护，另一方面加强数据业务的研发，更多的多媒体功能被引入进来，手机将会具有更加强劲的运算能力，成为个人的信息终端，而不是仅仅具有通话和文字消息的功能。 手机会更加智能化，微型化，安全化，多功能化。 未来手机以下几种技术会受宠 ： （ 1）裸眼 3D 技术受宠 虽然 3D 显示在手机设备上还处于起步阶段，但是各大操作系统及手机厂商显然都意识到了 3D 技术在未来的重要性，特别是三星、夏普等韩、日手机厂商。 当然，我们这里提到的并非是普通的 3D 界面，而是真正的裸眼 3D 显示技术。 目前夏普已经推出了两款裸眼 3D 智能手机： 003SH、 SH03C，这两款手机无需佩戴特殊眼镜便可直接在手机上观看三维图像，无论横竖模式都可生成三维图像。 （ 2）电容屏称霸触控手机市场 自苹果 iPhone 推出后，电容屏迅速成在高端触控手机市场流行开来，在 09 年电阻屏还占据着 70%的市场份额，而到今年就已跌至 30%，也就是说电容屏的市场份额在今年已迅速增长至 70%。 到明年，根据触摸屏解决方案供应商塞普锐思的预测，触控手机有望全面使用电容触控屏。 （ 3） 4G 手机是集 3G 与 WLAN 于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度与电视不相上下。 4G 系统能够以 100Mbps 的速度下载，比目前的拨号上网快 2020 倍，上传的速度也能达到 20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。 （ 4）未来的手机会更大屏幕，但可以折叠起来，折叠后的手机十分小巧，小到你不敢相信的地步。 打开后屏幕可以更好的带来视听享受。 8 （ 5）信用卡手机随着射频身份识别技术的广泛使用，在手机中将集成可以从无线电标签中提取有用信息的功能。 其中，近距离通信使得在不同设备间进行数据交换成为可能。 LabView 发展及其优点 的发展 电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：模拟仪器，分立元件仪器，数字化仪器，智能仪器和虚拟仪器。 （ 1）第一代模拟仪器 这类仪器在某些实验室仍能看到，是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表，指针式电压表等，这类指针式仪器借助指针来显示最 后结果。 （ 2）第二代分立元件式仪器 当 20 世纪 50 年代出现电子管， 60 年代出现晶体管时，便产生了以电子管或晶体管电子电路为基础的第二代测试仪器 (分立元件式仪表 )。 （ 3）第三代数字化仪器 20 世纪 70 年代，随着集成电路的出现，诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器 (数字式仪器 )。 这类仪器现在相当普及，如数字式电压表，数字频率计等。 这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。 （ 4）第四代智能仪器 随着微电子技术的发展和微处理器的普及，以微处理器为 核心的第四代仪器 (智能式仪表 )迅速普及。 这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试，又具有一定的数据处理功能，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。 目前，微电子技术和计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里新的革命，一种全新的仪器结构概念导致新一代仪器虚拟仪器的出现 ，它是现代计算机，通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是仪器产业发展的一个重要方向。 它的出现使人类的测试技术进入了一个新的发展纪元 [2]。 LabView 的主要发展阶段可归纳为六个阶段 ,如 图 3 所示。 9 图 3 LabView 主要发展阶段 虚拟仪器的功能和特点 虚拟仪器利用 PC 机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示，代替了传统仪器，改变了传统仪器的使用方式，极大的提高了仪器的功能和使用效率，大幅度的降低了仪器的价格，使用户可以根据自己的需要自定义仪器的功能；可以说，虚拟仪器的出现将“仪器”的概念推向了一个新的纪元。 随着社会生产力的极大发展，现代化的生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、 自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有 良好的人机界面。 虚拟仪器正好可以满足这些要求。 与传统的仪器相比较，虚拟仪器具有如下几点优点： （ 1）虚拟仪器的关键环节是软件。 虚拟仪器系统中除 PC 机外的硬件主要用于数据的采集、输入，至于系统怎样处理数据，具有怎样的面板和数据输出的形式等都是由软件决定的。 虚拟仪器的好坏，很大程度上取决于软件水平的高低。 （ 2）开发与维护的费用低，系统组建时间短。 当需要增加新的测量功能，只需要增加软件模块或通用的硬件模块，缩短了系统的更新时间，而且有利于系统的扩展。 应用软件不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化的问题，大大节省了 维护的费用，延长设备的 10 使用寿命。 （ 3）测量更准确。 传统仪器测量个体之间差异大，而虚拟仪器的应用软件在不同的PC 机上具有相同的运行效果，在软件运行这方面不存在个体的差异。 （ 4）测量更方便。 因为传统仪器功能单一，所以对一个信号完成多个参数的测量需要多台仪器，使测量受连接方式、电缆长度等因素的影响。 虚拟仪器只需对信号进行一次采样，多。