【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通用，上述各個(gè)組成部分的連接都必須嚴(yán)格地符合規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)。GSM 系統(tǒng)遵循 CCITT 建議的公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)（PLMN）接口標(biāo)準(zhǔn)，采用 7 號(hào)信令支持 PLMN 接口進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)傳輸。這些接口共有以下幾種：1）移動(dòng)臺(tái)與基站之間的接口（Um） ；2）基站與移動(dòng)交換中心之間的接口（A） ；3）基站收發(fā)臺(tái)與基站控制器之間的接口（A，基站收發(fā)臺(tái)與基站控制器不配置在一起時(shí)，使用此接口） ；4）移動(dòng)交換中心與訪問位置寄存器之間的接口（B） ；5）移動(dòng)交換中心與原籍位置寄存器之間的接口（C） ；6）原籍位置寄存器與訪問位置寄存器之間的接口（D） ；7）移動(dòng)交換中心之間的接口（E） ；8）移動(dòng)交換中心與設(shè)備標(biāo)志寄存器之間的接口（F） ；9）訪問位置寄存器之間的接口（G） 。在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中，還配有短信息業(yè)務(wù)中心（SC） ，即可開放點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信息業(yè)務(wù)，類似數(shù)字尋呼業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，又可開放廣播式公共信息業(yè)務(wù)。另外配有語音信箱，可開放語音留言業(yè)務(wù)，當(dāng)移動(dòng)被叫客房暫不能接通時(shí)，可接到語音信箱留言，提高網(wǎng)絡(luò)接通率，給運(yùn)營(yíng)部門增加收入。 GSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)GSM 系統(tǒng)在創(chuàng)建之始就把能提供窄帶 ISDN 業(yè)務(wù)作為自己的目標(biāo)，因此 GSM 系統(tǒng)所能提供的業(yè)務(wù)與 ISDN 業(yè)務(wù)有相同之處，只是 GSM 系統(tǒng)更側(cè)重于這些業(yè)務(wù)在無線方面的應(yīng)用。GSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)可以分為基本電信業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)三大類。簡(jiǎn)單來講，電信業(yè)務(wù)主要提供移動(dòng)臺(tái)與其他應(yīng)用的通信；承載業(yè)務(wù)主要提供在確定用戶界面間傳送信息的能力；而補(bǔ)充業(yè)務(wù)則集中體現(xiàn)了全部使用方便和完善的服務(wù)。電信業(yè)務(wù)是指端到端的業(yè)務(wù)，它包括開放系統(tǒng)互連 OSI 的 17 層的協(xié)議。GSM 系統(tǒng)可以提供的電信業(yè)務(wù)大致可分為兩類：語音業(yè)務(wù)和非話業(yè)務(wù)。話音業(yè)務(wù)是 GSM 系統(tǒng)提供的基本業(yè)務(wù)，允許用戶在世界范圍內(nèi)任何地點(diǎn)與固定電2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 9 頁 共 75 頁話用戶、移動(dòng)電話用戶以及專用用戶進(jìn)行雙向通話聯(lián)系。非話業(yè)務(wù)又稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是指話音業(yè)務(wù)之外的業(yè)務(wù)。它提供了固定用戶和 ISDN 用戶所能享用的業(yè)務(wù)中大部分的業(yè)務(wù)，包括文字、圖像、傳真、計(jì)算機(jī)文件、Inter 訪問等服務(wù)。具體來講，GSM 系統(tǒng)能夠提供的電信業(yè)務(wù)為：電話業(yè)務(wù)、緊急呼叫業(yè)務(wù)、話音信箱業(yè)務(wù)、短信息業(yè)務(wù)、可視圖文接入業(yè)務(wù)、智能用戶電報(bào)傳送業(yè)務(wù)、傳真業(yè)務(wù)。本設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)應(yīng)用的是電信業(yè)務(wù)中短信息業(yè)務(wù)，下面重點(diǎn)介紹短信息的業(yè)務(wù)。 短信息業(yè)務(wù)（一）背景當(dāng)今社會(huì)流行著一種新的時(shí)尚，被稱為“拇指文化” ，盡管歷來認(rèn)為是五個(gè)手指中最笨拙的手指，但是移動(dòng)信息的出現(xiàn)改變了它的歷史地位。我們到處能見忙碌著發(fā)送短信的人們。短信在經(jīng)歷了 SMS（Short Messaging Service，短信息業(yè)務(wù)） 、EMS（Enhanced Messaging Service，增強(qiáng)型信息業(yè)務(wù)）后，又發(fā)展到今天的 MMS（Multimedia Messaging Service，多媒體信息業(yè)務(wù)） 。MMS 將用戶從黑白世界帶。（二）SMS 的定義 SMS（Short Message Service）意為短信息業(yè)務(wù)，可以提供移動(dòng)終端（主要是手機(jī)）與其他移動(dòng)終端或固定網(wǎng)絡(luò)終端之間文本型短信息的傳遞服務(wù)。即采用 SMS 技術(shù)。消息即可傳遞于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（如 GSM 網(wǎng)絡(luò)）用戶之間，又可以傳遞于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)（如 PTN）用戶之間。而這里的文本可以包括字符、漢字及數(shù)字串。SMS 屬于第一代的無線數(shù)據(jù)服務(wù)。（三）SMS 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常大多數(shù)人認(rèn)為消息是實(shí)時(shí)傳送的，而事實(shí)上并非如此，消息的傳送必需要以短消息業(yè)務(wù)中心中轉(zhuǎn)站。短信息業(yè)務(wù)中心是在功能上與 GSM 網(wǎng)完全分離的實(shí)體，但是也可以包含于 GSM 基站中。GSM 系統(tǒng)即可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信息通信，也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（即廣播式）短信息通信。但無論是哪種短信息通信，SMSC的功能考題存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。借助于基站及與 GSM 互聯(lián)的其他網(wǎng)絡(luò)，SMSC 不僅可以服務(wù)于 GSM 用戶，也可以服務(wù)于具備短信息收發(fā)功能的固定網(wǎng)絡(luò)用戶。除了短信息業(yè)務(wù)中心以外，GSM 系統(tǒng)中的基站作為移動(dòng)臺(tái)與消息中心惟一的中間傳遞者（SMS 消息中繼點(diǎn)） ，必須要添加一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化接口，以便于 SMSC 進(jìn)行互通。2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 10 頁 共 75 頁此外，這里，的終端設(shè)備（TE） ，無論是原有的移動(dòng)臺(tái)還是數(shù)據(jù)設(shè)備（如計(jì)算機(jī)） ，也都必須要有相應(yīng)的功能單元。（四）SMS 的工作過程及兩大機(jī)制無論是 GSM 用戶之間，還是 GSM 用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間，要進(jìn)行短信息通信時(shí)就必須經(jīng)過業(yè)務(wù)中心，這實(shí)際上是一種資源的浪費(fèi)。如圖 所示為固定網(wǎng)絡(luò)用戶向 GSM 用戶發(fā)送短信息的流程圖，其具體過程描述如下：首先短信息被送往業(yè)務(wù)中心，由業(yè)務(wù)中心中的自動(dòng)接收設(shè)備接收并存儲(chǔ)起來，再轉(zhuǎn)發(fā)給被叫用戶。如果被叫用戶接收了短信息，其終端設(shè)備就會(huì)發(fā)回一個(gè)“消息收到”信令；如果由于某種原因被叫用戶沒有收到這個(gè)短信息（如正忙、關(guān)機(jī)或覆蓋區(qū)以外） ，業(yè)務(wù)中心由于不會(huì)收到“消息收到”的信令，會(huì)認(rèn)為是發(fā)送未成功，則等到網(wǎng)絡(luò)一旦確認(rèn)被叫用戶能被接通時(shí)，就會(huì)再將這條短信息發(fā)出，直至收到接收確認(rèn)信號(hào)為止。同時(shí)，中心會(huì)把短信息已收到的信息通知用戶，以便用戶了解短信息傳送的結(jié)果。此外，移動(dòng)用戶可以把接收到的短信息逐條存放在移動(dòng)臺(tái)的存儲(chǔ)器內(nèi)，以便查閱。由此可見，GSM 系統(tǒng)的 SMS 技術(shù)包含兩大機(jī)制；存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和傳遞確認(rèn)機(jī)制。正是這兩大機(jī)制保證了短信息傳遞的可靠性，也使得它與無線尋呼系統(tǒng)的文字尋呼相比顯得更為優(yōu)越。圖 發(fā)送短信息的流程圖（1）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。SMS 傳送短信息數(shù)據(jù)包的工作由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的短消息中心來完成，而不是用戶終端。因此，如果用戶終端不在服務(wù)區(qū)內(nèi)或者正處于關(guān)閉狀態(tài)，短信息能夠被存儲(chǔ)在短信息中心，等用戶終端在服務(wù)區(qū)內(nèi)或者開機(jī)之后再轉(zhuǎn)發(fā)給它。（2）傳遞確認(rèn)機(jī)制。在電路交換數(shù)據(jù)環(huán)境（如普通的 GSM 網(wǎng)絡(luò)）中，連接是2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 11 頁 共 75 頁端到端的，所以用戶能夠知道連接是否完成以及數(shù)據(jù)傳遞的情況。用戶在發(fā)出短消息后，如果發(fā)送成功即會(huì)收到確認(rèn)信息；如果因網(wǎng)絡(luò)忙等原因而未發(fā)送成功，則會(huì)收到系統(tǒng)請(qǐng)求稍后重發(fā)的信息。（五）SMS 業(yè)務(wù)的分類（1）根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，短信息可分為：實(shí)時(shí)點(diǎn)播業(yè)務(wù)，如股票信息、外匯牌價(jià)、標(biāo)題新聞、話費(fèi)查詢等。定時(shí)通知業(yè)務(wù)，如股票告警、定時(shí)提醒、話費(fèi)通知、欠費(fèi)催繳等。交易類業(yè)務(wù)，如資金轉(zhuǎn)帳、證券委托等。Inter 接入業(yè)務(wù)等，如傳真、收發(fā) Email 等。（2）根據(jù)信息類別，短信息可分為：公共信息，如天氣預(yù)報(bào)、航班查詢、標(biāo)題新聞等。財(cái)經(jīng)信息，如股市行情、外匯價(jià)位、股票告警、外匯到價(jià)提示等。Inter 接入，如 Inter 收發(fā)短信息、Email 通知等。全球定位（GPS） ，如車輛的跟蹤和調(diào)度等。（3）根據(jù)發(fā)送方式，短信息可分為：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信息廣播業(yè)務(wù)。這種業(yè)務(wù)通常只限定在一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，如一個(gè)無線覆蓋小區(qū)，所發(fā)送的短信息大都是系統(tǒng)通知消息或是廣告信息。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信息業(yè)務(wù)。（六）SMS 的特點(diǎn)（1）通話互不干擾短信息業(yè)務(wù)不占用數(shù)字業(yè)務(wù)信道（話音信道） ，它是通過數(shù)字控制信道（信令信道）傳遞的，而數(shù)字控制信道除了傳遞與數(shù)字業(yè)務(wù)信道相關(guān)的信令信息外，只傳送短信息。因此，信息發(fā)送或接收即可在 MS 處呼叫狀態(tài)（如通話）時(shí)進(jìn)行，也可以在空閑狀態(tài)下進(jìn)行。（2）使用方便短信息的輸入類似于通過鍵盤向計(jì)算機(jī)進(jìn)行的輸入，十分方便。移動(dòng)的存儲(chǔ)器內(nèi)可以存儲(chǔ)多條短信息，以備發(fā)送不成功后的再次發(fā)送，或者存儲(chǔ)接收到重要信息的保存及以后的轉(zhuǎn)發(fā)。（3）價(jià)格低廉2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 12 頁 共 75 頁短信息的價(jià)格一般是 ，相信以后會(huì)越來越越低。（4）應(yīng)用廣泛短信息和苦于短信息的各種新業(yè)務(wù)層出不窮，如與話音信箱相結(jié)合的業(yè)務(wù)等；它不僅可以在不同的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間傳遞，還可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的互連。（5）信息傳遞準(zhǔn)確及時(shí)通過 SMS，人們可以及時(shí)，動(dòng)態(tài)地獲知股市行情、外匯牌價(jià)、交通旅游方面的信息；通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和傳遞確認(rèn)機(jī)制，不論單個(gè)或在整組消息收發(fā)，都能保證其傳輸?shù)目煽啃?。（七）SMS 的缺陷（1）消息長(zhǎng)度受限由于許多移動(dòng)臺(tái)要共用數(shù)字控制信道，因而，為了避免爭(zhēng)用造成的延遲過長(zhǎng)和負(fù)荷過重，一般來講，短信息的長(zhǎng)度在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中限制在 140 個(gè)字節(jié)，在廣播通信中限制在 83 個(gè)字符以內(nèi)。而且 SMS 在發(fā)送較短信息時(shí)還比較劃算，但若發(fā)送大量消息時(shí)卻并不經(jīng)濟(jì)。相比之下,EMS、MMS 等會(huì)話的數(shù)據(jù)量就可以大很多。（2）消息格式單一只能支持簡(jiǎn)單文本，同支持圖像、視頻、音頻的 MMS 相比，SMS 未來的發(fā)展?jié)摿Σ淮?。?）消息結(jié)構(gòu)不靈活GSM 40 標(biāo)準(zhǔn)定義的 SMS 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）結(jié)構(gòu)不夠靈活，數(shù)據(jù)編碼方案、源地址、協(xié)議標(biāo)識(shí)及其它首域都是固定的，不利于新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，3G 將對(duì)這些弊端進(jìn)行改進(jìn)和完善。（4）采用的信令信道速率低信令信道的資源是很寶貴的，它要完成許多“份內(nèi)”的任務(wù)，如定位手機(jī)、管理呼叫等，如果短信息業(yè)務(wù)量太大，整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信性能就會(huì)大打折扣，MMS 將不再使用信令信道，所以速率會(huì)較 SMS 有實(shí)質(zhì)性的提高。（5）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制效率低在 SMS 中，每一條信息從發(fā)送到接收，都要經(jīng)過短信息中心的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，通信效率自然會(huì)受到影響，并且還增加了短信息中心的處理負(fù)荷。UMTS 委員會(huì)將2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 13 頁 共 75 頁把它修改為有選擇性地存儲(chǔ)，即接收消息之后即將其傳送，如果無法傳送出去，再存儲(chǔ)。其實(shí)，在有些情況下，短信息根本就沒有必要在短信息中心進(jìn)行存儲(chǔ)，從手機(jī)到手機(jī)直接傳送則更方便。 SMS 發(fā)展前景SMS 有利也有弊，消息技術(shù)發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)自然是揚(yáng)其長(zhǎng)避其短，SMS 的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被集成到以后的 EMS、MMS 中，缺點(diǎn)將會(huì)逐個(gè)拋棄。不過，由于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、終端設(shè)備、技術(shù)規(guī)范、市場(chǎng)意識(shí)都已經(jīng)形成，從保護(hù)投資的角度出發(fā)，運(yùn)營(yíng)商也不愿很快推出取代 SMS 的新業(yè)務(wù)，所以，在最近三四年內(nèi)，SMS 仍將保持快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但隨著時(shí)間的流逝，GPRS 等更先進(jìn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將逐漸風(fēng)行，EMS、MMS等新業(yè)務(wù)將逐漸取代 SMS。 本章小結(jié)本章主要介紹了 GSM 通信技術(shù)。首先闡述了 GSM 系統(tǒng)的組成并詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的功能，其次介紹了 GSM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，最后深入介紹了短信息的業(yè)務(wù)。由于本文主要研究的是基于 GSM 短信息的無線通信，所以本章對(duì)短信息的定義、結(jié)構(gòu)、工作過程、分類、特點(diǎn)、缺陷及其前景進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 14 頁 共 75 頁3 GSM 終端的硬件設(shè)計(jì) GSM 終端設(shè)計(jì)方案概述目前，對(duì)于 GSM 移動(dòng)通信終端的設(shè)計(jì)，主要有兩種解決方案。一種稱為“芯片組法” ，另一種是基于“無線通信模塊”的方法。兩種方法在使用中各有千秋，各自的優(yōu)缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯?！靶酒M法”顧名思義是指設(shè)計(jì)者使用半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品從芯片級(jí)開始設(shè)計(jì)移動(dòng)通信終端。芯片組又分為射頻芯片組和基帶芯片組兩種。國(guó)際上一些大的移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)廠商，如 Nokia、Siemens 等，主要采用“芯片組法”設(shè)計(jì)、生產(chǎn)移動(dòng)終端設(shè)備。國(guó)內(nèi)的一些大的手機(jī)生產(chǎn)商目前也使用“芯片組法”設(shè)計(jì)生產(chǎn)中、低端的手機(jī)。無線通信模塊（簡(jiǎn)稱無線模塊）是指把射頻芯片、基帶芯片和 GSM 協(xié)議棧集成在一片緊湊的 PCB 上，并向外提供標(biāo)準(zhǔn)的硬件引腳和軟件接口。目前在 GSM/GPRS 通信終端市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)廠商自行設(shè)計(jì)的移動(dòng)終端，基于無線通信模塊的設(shè)計(jì)占絕大多數(shù)。而在工業(yè)用移動(dòng)通信終端的設(shè)計(jì)中，基于無線通信模塊的設(shè)計(jì)幾乎是一統(tǒng)天下。結(jié)合目前對(duì)國(guó)內(nèi)手機(jī)設(shè)計(jì)廠商的了解，個(gè)人認(rèn)為，國(guó)內(nèi)廠商提供的套片，在 PCB 設(shè)計(jì)、EMC 保護(hù)、系統(tǒng)集成和 GSM 協(xié)議棧等許多方面仍然需要面對(duì)眾多的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)廠商往往起步較晚，這些方面的技術(shù)積累還很少。而使用無線通信模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)可以大大降低開發(fā)難度，縮短設(shè)計(jì)周期，壓縮開發(fā)費(fèi)用。因此，本方案選用無線通信模塊進(jìn)行移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)。針對(duì) GSM 業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用，目前，對(duì) GSM 數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的開發(fā)，主要方案為：?jiǎn)纹瑱C(jī)+GSM 模塊。該系統(tǒng)依托 GSM 網(wǎng)絡(luò)，采用短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即在傳統(tǒng)的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中增加支持短消息、數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)的 GSM 模塊，并為其分配一個(gè)獨(dú)立的 SIM 卡，結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)通過串行通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。該系統(tǒng) 有一定的延遲，SMS 的消息長(zhǎng)度只有 140 個(gè)字節(jié)，對(duì)數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)，只能分成幾條短信息進(jìn)行傳輸，進(jìn)一步增加了延遲時(shí)間。因此，基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的 SMS 不完全能夠滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)量的要求，但完全可滿足于2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 15 頁 共 75 頁數(shù)據(jù)量小，實(shí)時(shí)性不高、單個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量不大、交換不頻繁的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。這里的單片機(jī)并不進(jìn)行 GSM 協(xié)議棧處理，只負(fù)責(zé)傳輸參數(shù)的存儲(chǔ)、系統(tǒng)上電初始化、GSM 網(wǎng)絡(luò)連接、用戶交換數(shù)據(jù)的緩存及有關(guān)狀態(tài)管理。發(fā)揮了單片機(jī)的管理能力及模塊的協(xié)議處理能力，各取所長(zhǎng)，形成真正的智能 GSM 數(shù)據(jù)終端。 硬件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的需求分析，本文設(shè)計(jì)了基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)通信的高性價(jià)比的終端系統(tǒng)，主要采用 AT89S52 芯片作為處理器，TC35i 模塊作為收發(fā)數(shù)據(jù)的 GSM 通信模塊。整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 GSM 數(shù)據(jù)傳輸終端原理圖（1）終端模塊選用 Siemens 公司的