home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The Unsorted BBS Collection / thegreatunsorted.tar / thegreatunsorted / texts / cell_nfo / tutorial.txt < prev    next >
Text File  |  1994-05-12  |  14KB  |  316 lines

  1.                 A CELLULAR TUTORIAL
  2.  
  3.            Copyright (C) 1994 by Network Wizards
  4.  
  5.      This document may be printed for reading by the user of this kit,
  6.      or copied to other media for backup purposes.  It may not be
  7.      reproduced or retransmitted in any other form for any other purpose.
  8.  
  9.                   February 10, 1994
  10.  
  11.  
  12. OVERVIEW
  13.  
  14. The cellular telephone system is made up of land stations (base stations)
  15. and mobile stations (cellular telephones).  Each land station provides
  16. service coverage to a small geographic area and is called a cell.  Clusters
  17. of land stations are interconnected to provide continuous coverage as the
  18. mobile moves from cell to cell.  Land stations are connected to a central
  19. computer system that controls the cellular network in a particular area.
  20. The cellular network connects to the public telephone network to provide
  21. incoming and outgoing call access.
  22.  
  23.  
  24. SERVICE PROVIDERS
  25.  
  26. A group of land stations in a particular area are controlled by a single
  27. cellular service provider.  Each geographic area is allowed to have two
  28. service providers, licensed by the FCC, and known as the Wireline or
  29. Non-Wireline carriers.  They are also referred to by which system or set of
  30. frequencies they operate on, named the A (non-wireline) and B (wireline)
  31. systems.
  32.  
  33. Each service provider's area is assigned a unique 15-bit system id (SID).
  34. The SID is odd for A systems and even for B systems.  The two highest order
  35. bits of the SID are defined as a country code as follows:
  36.  
  37.     Bit 14    Bit 13      Country
  38.       0        0        United States
  39.       0        1        Others
  40.       1        0        Canada
  41.       1        1        Mexico
  42.  
  43.  
  44. CELLULAR CHANNELS
  45.  
  46. Each cellular system uses an assigned frequency range.  Mobile units
  47. communicate with base stations using a pair of frequencies, know as the
  48. channel number.  Mobile units transmit on a frequency that is 45mhz lower
  49. than the frequency base stations transmit on.  Mobiles transmit in the
  50. 824-849mhz range, and base stations transmit in the 869-894mhz range.  So,
  51. for example, channel 1 is assigned frequency pair 825.030/870.030mhz.  The
  52. mobile transmits on 825.030mhz, and the base station receives on this
  53. freqency.  The base transmits on 870.030mhz and the mobile receives on it.
  54.  
  55. Each cellular system is assigned 416 channels, for a total of 832 cellular
  56. channels.  Within each system, 21 channels are used as control channels,
  57. leaving 395 channels for actual telephone calls.  Each cell site will
  58. normally have at least one control channel, and some number of voice
  59. channels.  Neighboring cell sites use different channels to avoid
  60. interference.  Cell sites are connected to a central control center for the
  61. cellular system, known as the Mobile Telephone Switching Office (MTSO),
  62. usually over leased land lines or microwave circuits.
  63.  
  64. The A system is assigned channels 1-333, 667-716, and 991-1023.  The B
  65. system is assigned channels 334-666 and 717-799.  System A control channels
  66. are 313-333, and system B control channels are 334-354.  Its a mess because
  67. the cellular system originally covered only 666 channels, and 166 were
  68. added on later, both before and after the original frequency allocation
  69. block.  Channel numbers can be converted to frequency with the following:
  70.  
  71.     Transmitter    Channel        Frequency
  72.        Mobile    1-799        825.000+0.03*C
  73.             990-1023    825.000+0.03*(C-1023)
  74.        Land        1-799        870.000+0.03*C
  75.             990-1023    870.000+0.03*(C-1023)
  76.  
  77.  
  78. CELLULAR CONTROL
  79.  
  80. The MTSO controls operation of the cellular system, sends orders to mobile
  81. units and receives requests from them.  Control channels are used for
  82. sending and receiving orders.  The control channel is usually busy
  83. transmitting pages (or incoming call requests) to mobile units.  The land
  84. station also transmits overhead information, such as the system id and
  85. global parameter and action requests.
  86.  
  87. When a mobile unit is turned on, it scans the assigned control channels of
  88. the appropriate system (A/B) and locks onto the strongest channel.  It
  89. then waits until it sees itself being paged, or until the user requests to
  90. make an outgoing call.
  91.  
  92. If the phone sees itself being paged, it sends back a message indicating
  93. it can receive a call.  The land station then assigns a channel and sends
  94. back a message telling the phone to tune to that channel.  The land
  95. station then tells the phone to starts ringing.  When the user presses
  96. SEND to answer the call, it sends a message back to the control channel
  97. saying it will accept the call, and voice communication then begins.
  98.  
  99. If the user wants to make an outgoing call, the number to dial is sent on
  100. the control channel when the user presses SEND.  The MTSO then assigns an
  101. empty voice channel in the current cell for the call, and sends back a
  102. message on the control channel telling the mobile what channel number was
  103. assigned to it.  The mobile then tunes to that channel and the call begins.
  104.  
  105. If the mobile begins moving out of the current cell, the MTSO will notice
  106. its signal strength getting weaker.  It will check neighboring cells to
  107. see if the signal is getting stronger in another cell.  If so, the MTSO
  108. will command the mobile to hand-off to a channel in the new cell.  It does
  109. this by sending a new channel number over the voice channel.  The mobile
  110. acknowledges the command and both the mobile and MTSO switch over to the
  111. new channel.  This process continues until the call is completed.
  112.  
  113.  
  114. MOBILE IDENTIFICATION
  115.  
  116. Each mobile unit is uniquely identified by its Electronic Serial Number
  117. (ESN).  In addition, each mobile may have any number of telephone numbers
  118. assigned to it, known as Number Assignment Modules (NAMs).  Each NAM
  119. contains a telephone number, system id, group id mark, access overload
  120. class, and initial paging channel information.  The telephone number is a
  121. standard 10-digit number made up of area code, prefix, and number.  The
  122. system id identifies which cellular system provider issued the telephone
  123. number.  When telephone calls are initially set up, the ESN and NAM
  124. are sent from the mobile unit to the base station for verification.
  125.  
  126. The ESN is a 32-bit number:  the first 8 bits identify the telephone
  127. manufacturer, and the remaning bytes indicate a serial number.  The NAM
  128. telephone number is represented as a Mobile Identification Number (MIN) in
  129. 34 bits, divided into MIN1 and MIN2 pieces.  MIN2 is 10-bits and represents
  130. the encoded area code, and MIN1 is 24-bits and represents the encoded
  131. prefix and number.
  132.  
  133.    ESN First Byte (hex)             Manufacturer
  134.     81                OKI Telecom
  135.     82                Motorola
  136.     85                Fujitsu
  137.     86                Mitsubishi
  138.     87                NEC
  139.     88                Panasonic
  140.     8A                Audiovox-Audiotel
  141.     8D                Goldstar
  142.     8E                Novatel
  143.     8F                Ericsson
  144.     94                Blaupunkt
  145.     96                Alpine
  146.     9A                Sony Corp.
  147.     9C                Mobira
  148.     9D                Ericsson GE
  149.     9F                Qualcomm, Inc.
  150.     A2                Technophone
  151.     A5                Nokia/Tandy/Mobira
  152.     AC                Uniden
  153.  
  154.  
  155. MOBILE STATIONS
  156.  
  157. Mobile stations are classified into three categories depending on their
  158. maximum effective radiated power (ERP).  They are:
  159.  
  160.     Class I        6 dBW (4.0 Watts)
  161.     Class II    2 dBW (1.6 Watts)
  162.     Class III      -2 dBW (0.6 Watts)
  163.  
  164. Mobile stations can be commanded by a base station to reduce their power
  165. output from the maximum in seven steps, depending on the Class of the
  166. mobile unit.  The power levels are:
  167.  
  168.      Mobile Attenuation Code        ERP (dBW) for Class
  169.             (MAC)              I     II    III
  170.           0                  6      2      2
  171.           1                  2      2     -2
  172.           2                 -2      -2     -2
  173.           3                 -6     -6     -6
  174.           4                -10    -10    -10
  175.           5                -14    -14    -14
  176.           6                -18    -18    -18
  177.           7                -22    -22    -22
  178.  
  179. A field known as the Station Class Mark (SCM) is sent from the mobile
  180. to the base to identify the type of mobile unit.  This four bit field
  181. is divided into three parts:
  182.  
  183.      Power Class        Transmission          Bandwidth
  184.        Class I       xx00          Continuous     x0xx    20 MHz    0xxxx
  185.        Class II    xx01          Discontinuous  x1xx    25 MHz    1xxxx
  186.        Class III   xx10
  187.        Reserved    xx11
  188.  
  189. The bandwidth bit is normally set.  Older cellular phones that were built
  190. before the freqency range was expanded from 666 to 832 channels have this
  191. bit cleared.
  192.  
  193. Each mobile station is programmed with a 4-bit field called the Access
  194. Overload Class.  If the cellular system gets overloaded, it can command
  195. particular mobile stations to not attempt to access the system.  It does
  196. this by transmitting a 16-bit bit-mapped field indicating which Classes
  197. should not attempt access.  Normally this field is set to the last digit
  198. of your telephone number (0-9).  Class 10 is recommended for test mobile
  199. units, and class 11 for emergency units.  Classes 12-15 are reserved.
  200.  
  201.  
  202. SUPERVISORY AUDIO TONE (SAT)
  203.  
  204. The supervisory audio tone is one of three frequencies listed below.  The
  205. SAT is added to the voice transmission by a land station.  A mobile station
  206. detects, filters, and modulates the transmitted voice channel carrier with
  207. this tone.  The tone is used to detect interference between neighboring
  208. channels.  The SAT is not transmitted when sending wideband data.
  209.  
  210.     SAT Code       Frequency
  211.        0        5970hz
  212.        1        6000hz
  213.        2        6030hz
  214.  
  215.  
  216. SIGNALLING TONE
  217.  
  218. The signalling tone is a 10khz tone.  It is sent by the mobile station
  219. on a voice channel to confirm orders, signal flash requests, and signal
  220. release requests.
  221.  
  222.  
  223. WIDEBAND DATA MESSAGES
  224.  
  225. Land and mobile stations can communicate control information over both
  226. control and voice channels.  If the land station is transmitting, it is
  227. called the Forward channel, and if the mobile is transmitting, it is called
  228. the Reverse channel.  There are four possibilities, known as the Forward
  229. Control Channel (FCC), Forward Voice Channel (FVC), Reverse Control Channel
  230. (RCC), and Reverse Voice Channel.  Data is sent at a 10khz rate, repeated
  231. multiple times, and encoded with error checking and correcting information.
  232.  
  233.  
  234. ORDERS
  235.  
  236. A land station can send the following orders to a mobile station.  These
  237. are sent in a wideband data stream on either the control or voice channels.
  238.  
  239. Alert        Informs the user that a call is being received.
  240. Audit        Determines if a mobile station is currently active.
  241. Change Power    Orders the mobile to change RF output power level.
  242. Intercept    Informs the user of error made in placing call.
  243. Maintenance    Used for testing; similar to alert.
  244. Page        Informs mobile of an incoming call request.
  245. Release        Disconnects a call being established or already established.
  246. Registration    Requests mobile to register its identity with the system.
  247. Reorder        Informs the user that all facilities are in use.
  248. Send Called-Address    Orders the mobile to send dialed-digit information.
  249. Stop Alert    Informs mobile to stop alerting the user.
  250.  
  251.  
  252. THE CELLULAR STANDARD
  253.  
  254. The cellular telephone standard is documented as standard EIA/TIA-553,
  255. September 1989, "Mobile Station - Land Station Compatibility
  256. Specification".  It documents the complete protocol and messaging formats
  257. used by the cellular system.  It is published by:  Electronic Industries
  258. Association;  2001 Pennsylvania Ave, N.W.;  Washington, DC 20006.  It can
  259. also be ordered from many standards distributors.  One such place located
  260. in the San Francisco Bay Area is Document Center (Belmont, CA) at (415)
  261. 591-7600.
  262.  
  263.  
  264. OTHER BOOKS
  265.  
  266. The Cellular Travel Guide contains information about cellular phone
  267. service in the US and Canada.  It contains coverage maps, information
  268. on roaming, airtime charges, access numbers, and more.  Its currently
  269. available for $19.90 from Communications Publishing Service at
  270. (800) 366-6731.  They also sell other cellular related books.
  271.  
  272.  
  273. INSIDE THE OKI-900
  274.  
  275. The "Technical Instruction Manual for OKI Phones 900 Handheld Cellular
  276. Telephone (Model UM9022)", part# 01-20001, can be ordered from OKI Telecom,
  277. at (800) 554-3112.  It contains maintenance and tuning procedures,
  278. schematics, and detailed operating instructions.
  279.  
  280. The OKI-900 contains two printed-circuit boards: one is a radio board, and
  281. the other the digital control board.  The 900 uses two microcontrollers,
  282. one to control the cellular telephone operation, and another to control the
  283. LCD display and keypad.  The two processors communicate with each other
  284. over a three-wire serial link.  The control processor can also communicate
  285. with external devices through the jack on the bottom of the phone.
  286.  
  287. The display/keypad controller is an 80C154, with its control program in
  288. internal ROM.  The main controller is an OKI variant of the 80C51.  This
  289. 8051 has 256 bytes of internal RAM, an 8 channel A/D converter, and 6 8-bit
  290. I/O ports (2 for address/data bus, 1 for A/D, 3 for general purpose I/O).
  291. The 8051 uses an external ROM (64K 27C512) for program storage.  It uses an
  292. external EEPROM (8K 28C64) for storing memories and configuration
  293. parameters.
  294.  
  295. The program ROM is mapped into the 8051's program address space.  The
  296. EEPROM is mapped into the 8051's memory address space, along with some
  297. other devices.  These include an 81C55 port expander, which gives the
  298. processor 256 more bytes of RAM, and 3 more 8-bit I/O ports.  A DTMF
  299. decoder chip is connected to one of these ports, and the rest control or
  300. monitor various parts of them phone.
  301.  
  302.  
  303. INSIDE THE OKI-1150
  304.  
  305. There is also a technical manual for the OKI-1150 available from OKI.
  306. It contains the same type of information as the OKI-900 manual.  The
  307. OKI-1150 is built on a single printed-circuit board.  It uses a
  308. proprietary OKI processor that is not compatible with any other
  309. processors (although kind of similar to an 8051).  It uses an 80C154
  310. processor for controlling the display and keypad. 
  311.  
  312. The main processor (an MSM65x227) contains many I/O lines, a built-in
  313. A/D converter, and 4K bytes of internal EEPROM which are used for
  314. storing memories and configuration data.  An external ROM holds the
  315. program code.
  316.