GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程課件

GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程凱虹移動通信有限公司2006年8月2日GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程凱虹移動通信有限公司1第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述1.1移動通信的特點(diǎn)1.2GSM移動通信系統(tǒng)組成1.3GSM系統(tǒng)采用的技術(shù)第二章GSM手機(jī)的基本電路2.1GSM手機(jī)常用元器件2.2GSM手機(jī)的應(yīng)用的基本技術(shù)第三章A01基本電路原理與常見故障維修3.1詳見維修手冊第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述2第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述1.1移動通信的特點(diǎn)1.1.1電磁波傳播路徑微波信號場強(qiáng)是由直射波和反射波疊加而成，這些電磁波盡管是從同一天線輻射發(fā)送，但由于傳播的路徑不同，到達(dá)接收終端時的幅度和相位各不相同，加上移動臺又以各種不同的速度在移動，方向也在無規(guī)則變化。因此，移動臺在不同的位置，它接收信號和場強(qiáng)的大小是不同的。這種現(xiàn)象在通信技術(shù)中稱為多徑落衰落，它不僅影響移動通信的通訊質(zhì)量，嚴(yán)重時會無法接收。1.1.2移動通信的干擾1、互調(diào)干擾互調(diào)干擾主要是由收發(fā)信號設(shè)備中元器件的非線性引起，如接收混頻、輸入回路的選擇性不佳時，一些與信號頻率接近的干擾信號就會串入混頻級，對有用信號造成干擾。這樣要求移動通信設(shè)備務(wù)必具備良好的選擇性，尤其是接收電路的高頻放大級。2、鄰道干擾鄰道干擾是相鄰或鄰近信道之間引起的干擾，其中信道強(qiáng)的信號掩蓋信道弱的信號，如同1-1所示：第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述3圖中A和B用戶分別使用K信道和K±1信道，這兩個信道間隔分配上是不存在鄰道干擾的，用戶A距基站很遠(yuǎn)，用戶B距基站很近，加上信道之間的頻率間隔有限（高頻間隔為25KHz），這就會出現(xiàn)K±1信道接收的場強(qiáng)信號干擾K信道接收的場強(qiáng)信號的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在通信技術(shù)中稱為鄰道干擾。為了解決鄰近干擾，在移動通信設(shè)備中使用自動功率控制電路。當(dāng)移動臺靠近基站時，系統(tǒng)發(fā)射控制功率等級電平指令降低，而與基站距離拉遠(yuǎn)時，則提升其發(fā)射功率，由此來削弱和抑制鄰道干擾。K信道K±1信道BA圖1-1鄰道干擾圖中A和B用戶分別使用K信道和K±1信道，這43、同頻干擾同頻干擾是指相同載波頻率發(fā)射臺之間的干擾，它是蜂窩式移動通信固有的，類似電視技術(shù)中的同頻干擾。由于蜂窩系統(tǒng)的各個服務(wù)區(qū)可以重復(fù)使用相同載頻，因此移動通信在組建網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)作統(tǒng)一全面的規(guī)劃。1.1.3移動通信的多普勒效應(yīng)當(dāng)運(yùn)動物體達(dá)到某一速度時，固定接收臺接收的信道載波頻率會隨速度變化而發(fā)生頻移，這種現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)可以用下列關(guān)系式定量描述：

f

d=μ/

cos

例如：衛(wèi)星移動通信，衛(wèi)星在發(fā)射前發(fā)射機(jī)載頻為f1，但發(fā)射后從太空傳送到地面端得到的載頻會變成f1±f2；基于衛(wèi)星速度的不斷變化，根據(jù)上式fd隨著變化，使的地面接受端得到的載頻不斷變化，要接收到從衛(wèi)星上發(fā)送來的信道，接收機(jī)的頻率必須同步跟蹤。這樣導(dǎo)致鎖相環(huán)技術(shù)的崛起，實(shí)際上衛(wèi)星地面站就是一套大型的鎖相環(huán)接收和發(fā)射系統(tǒng)。3、同頻干擾5鑒于數(shù)字鎖相電路的頻率跟蹤特性和窄帶特性，GSM的移動電話都引入了數(shù)字PLL鎖相技術(shù)，以解決溫度、電壓等各物理量變化引起的頻率漂移。

1.1.4用戶的移動性

由于是移動通信，那么通信的雙方位置就不會固定在某一個方位。加上發(fā)射機(jī)在未通話期間處于關(guān)閉狀態(tài)，又沒有一條專用語音信道配備給移動電話機(jī),因此為了實(shí)現(xiàn)一個可靠、有效的通信，這就要求移動電話設(shè)備必須是有位置分配、越區(qū)切換以及漫游訪問等各類跟蹤交換技術(shù)。1.2GSM移動通信系統(tǒng)組成1.2.1GSM移動通信的發(fā)展GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)源于1982年，由歐洲的電信聯(lián)盟設(shè)立移動通信特別小組GSM（GroupSpecialMobile),著手歐洲數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的制式標(biāo)準(zhǔn)研究。GSM作為一種國際公共標(biāo)準(zhǔn)，因此在系統(tǒng)覆蓋的世界各國之間漫游都是全自動的。GSM提供的業(yè)鑒于數(shù)字鎖相電路的頻率跟蹤特性和窄帶特性，G6務(wù)范圍包括高速數(shù)據(jù)通信、傳真、短信業(yè)務(wù)以及互聯(lián)網(wǎng)等。1.2.2GSM通信系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)GSM通信系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）GSM：移動臺SM基地臺BS890MHz—915MHz

基地臺BS移動臺MS935MHz—960MHz(2)DCS：移動臺MS基地臺BS1710MHz—1785MHz基地臺BS移動臺MS1805MHz—1880MHz（3）雙工：頻分雙FDD（4）載波間隔：20KHz（5）接入方式：時分多址TDMA8時隙/200KHZ（6）調(diào)制方式：高斯濾波最小頻移鍵控GMSK調(diào)制（7）發(fā)射方式：跳頻速率217次/S，跳頻周期（TDMA幀長）5.515ms（8）信息傳輸速率：22.8Kbit/S（9）符號傳輸速率：270.833Kbit/S務(wù)范圍包括高速數(shù)據(jù)通信、傳真、短信業(yè)務(wù)以及互聯(lián)網(wǎng)等。7（10）語言編碼：13Kbit/S，規(guī)律的脈沖激勵，具有長期預(yù)測的線性預(yù)測編碼，即RPE-LPT-LPC（11）數(shù)據(jù)速率：全速9.6Kbit/S，半速4.8Kbit/S1.2.3頻譜分配與信道劃分1、GSM900網(wǎng)絡(luò)GSM體制采用時分多址TDMA窄帶標(biāo)準(zhǔn)，其頻分雙工頻譜分配系統(tǒng)如圖1-2所示。對移動臺來說，同是發(fā)射頻率較低，接收頻率較高，一個發(fā)射頻率和一個接收頻率組成一個頻分雙工信道雙向的頻率（雙工）間隔為45MHz作為保護(hù)頻帶。在頻譜分配上同時小區(qū)組網(wǎng)，頻率復(fù)用的小區(qū)分裂。

圖1—2GSM900頻分雙工頻譜分配MSBSBSMS25MHZ25MHZ雙工間隔45MHZ890~915935~960（10）語言編碼：13Kbit/S，規(guī)律的脈沖激勵，具有長8GSM900頻段載波頻道劃分如圖1-3所示，在25MHz頻帶寬度內(nèi)共劃分成124個時分址載波信道，每個載波信道占用帶寬200KHz，一般避免使用邊緣1號和124號載波信道，因此實(shí)際可以使用的最多信道載波數(shù)量為122個。

2、DCS1800網(wǎng)絡(luò)為了解決用戶遞增給GSM網(wǎng)絡(luò)造成的壓力，1995年ETSI正式公GSM/DCS技術(shù)協(xié)會的文件，支持GSM/DCS多頻帶技術(shù)，DSC投入運(yùn)作?！?5MHZ12123124200K200K200K200K圖1-3GSM頻段載波頻道劃分GSM900頻段載波頻道劃分如圖1-9

DCS1800頻帶的頻分雙工頻譜分配如圖1-4所示，對移動臺來說，同樣也是發(fā)射頻率較低，接收頻率較高。一個發(fā)射頻率和一個接受頻率組成一個頻分雙工信道，雙向的間隔頻率為95MHZ。DCS1800頻段載波頻率劃分如圖1-5所示，在75MHZ的帶寬內(nèi)分成374個TDMA載波信道，每個載波信道占用200KHZ的帶寬。……123123MSBSMSBS75MHZ75MHZ95MHZ雙工間隔1785MHZ1805MHZ1880MHZ3743741710MHZ圖1-5DCS1800頻分雙工頻譜分配DCS1800頻帶的頻分雙工頻譜分配如圖1-101.2.4時分TDMA的幀長

GSM數(shù)字蜂窩移動通信體系語音幀的時長定為20MS，要求語言幀的傳輸延遲時間小于65MS，交織處理必須在40MS內(nèi)完成。根據(jù)抗衰落的要求，交織系數(shù)取值為8，這樣8個時隙的TDMA時幀長度及小于5MS。由此GSM標(biāo)準(zhǔn)TDMA的時幀長度為5.515MS，每個TDMA幀分成8個時隙，每個時隙寬度又為0.578MS，供建立物理信道用。每一個移動電話機(jī)只使用其中的一個時隙，這就是時分多址TDMA方式的物理含義。移動臺和基地臺只要能在時間上嚴(yán)格同步，各個移動電話機(jī)之間就不會相互干擾。在一個載波信道中，無論移動電話機(jī)在哪一時刻接收還是發(fā)射。8只移動話機(jī)只有一臺進(jìn)行收發(fā)工作，剩余7只則在監(jiān)測鄰近幾個基地臺的信道場強(qiáng)，為越區(qū)切……75MHZ12373374200K200K200K200K圖1-6DCS頻段載波頻道劃分……75MHZ12373374200K200K200K2011換做準(zhǔn)備。所有的GSM話機(jī)都以間隙方式工作，發(fā)射的載波是連續(xù)存在的，而移動臺發(fā)射給基地臺的時間是間隙的，即稱為突發(fā)脈沖序列（DURST），占用一個間隙寬度0.578MS；移動臺接收基地臺發(fā)射來的突發(fā)脈沖序列，也是間隙的，且時隙寬度同樣為0.578MS，8個時序中的一個結(jié)束，下一個0.578MS的時隙就會輪到另一只移動電話機(jī)，循環(huán)周期為TDMA時幀長5.515MS，話務(wù)信道（HCH）的時幀，每26個TDMA時幀組成一個復(fù)幀，復(fù)幀的幀長為120MS，全速率語音傳輸時占用24幀，半速率語言傳輸時只用12幀。1.2.5信道切換在TDMA系統(tǒng)中，時隙就是通信的信道，利用TDMA聯(lián)接的信道特點(diǎn)，移動臺除了在規(guī)定的時隙信道中完成收發(fā)工作外，還得利用其余時間監(jiān)視其他時隙信道的信號。移動電話機(jī)需要連續(xù)掃描鄰近小區(qū)基站的廣播控制信道（BCCH），在每0.5S時間通過伴隨控制信道（ACCH）向本服務(wù)小區(qū)基地臺反映鄰近小區(qū)的信號功率及信道質(zhì)量。換做準(zhǔn)備。12鑒于移動電話機(jī)隨時隨地進(jìn)行移動，它與基地臺的通信距離會隨之不斷變化，所以移動電話機(jī)必須隨時不斷地調(diào)整發(fā)射定時和發(fā)射功率。時間調(diào)整信息則由基地臺通過SDCCH（獨(dú)立專用控制信道）或TCH信道發(fā)送給移動臺。1.2.6GSM系統(tǒng)的通信服務(wù)種類1、承載服務(wù)系載服務(wù)內(nèi)容有：受限話音、異步雙工數(shù)據(jù)、同步雙工數(shù)據(jù)、分組組合與分解和同步雙工分組數(shù)據(jù)等。2、電信服務(wù)電信服務(wù)的內(nèi)容有：電信通信、短消息、可視圖文、圖文電視、語言以及傳真服務(wù)等。3、附加服務(wù)號碼識別、免費(fèi)電話服務(wù)及移動接入跟蹤等多達(dá)28項(xiàng)服務(wù)。1.2.7GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)包括移動臺（MS）、基站系統(tǒng)（BSS）和網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）。鑒于移動電話機(jī)隨時隨地進(jìn)行移動，它與基地臺的通信距離131、移動臺（MS）

一個完整的移動臺分成兩部分：一部分為包含天線接口由軟硬件構(gòu)成的收發(fā)信機(jī)；另一部分是用戶身份識別模塊SIM卡，SIM卡與移動臺硬件之間通過SIM-ME接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SIM卡實(shí)質(zhì)上是帶有CPU的一種智能化集成電路芯片，主要由中央處理器CPU，隨機(jī)存儲器RAM，只讀存儲器ROM，程序存儲器EEPROM和串行雙向接口組成。它與移動臺之間的物理界面包括：串行雙向數(shù)據(jù)數(shù)線I/O，復(fù)位線RST、時鐘線CLK、SIM卡編程電壓VPP以及工作電源VDD。SIM卡內(nèi)部包含所有屬于用戶的信息，其中幾組相當(dāng)重要的數(shù)據(jù)為：（1）ICCID（集成電路卡識別）它是SIM卡處理中心對SIM卡進(jìn)行個人數(shù)據(jù)處理進(jìn)程中編制的流水號。（2）PIN是移動電話用戶以個人識別碼，PIN碼有兩個，一個是PIN1，另一個是PIN2，PIN1碼是用來保護(hù)SIM卡的安全。1、移動臺（MS）14PIN2碼也是SIM卡的密碼，它與網(wǎng)絡(luò)計費(fèi)和SIM卡內(nèi)部資料的修改有關(guān)，所以不公開PIN2碼。即使PIN2碼被鎖也不會影響正常通話，PIN1和PIN2碼的初始狀態(tài)是關(guān)閉的。（3）IMEI（國際移動電話身份識別）

IMEI碼是全球唯一的，只有在歸屬移動交換服務(wù)中心（MSC）將移動電話機(jī)的號碼同SIM卡中的IMEI碼進(jìn)行比較識別后，移動手機(jī)才能正常使用。

（4）RI（隨機(jī)識別碼）是SIM卡中的鑒權(quán)密匙，用于GSM系統(tǒng)的鑒權(quán)，是在SIM卡制作過程中啟用啟用保密器A3或A8隨機(jī)生成的，用戶無法讀出RI碼，它由GSM系統(tǒng)的鑒權(quán)中心（ANC）來鑒別RI碼的參數(shù)和密匙，裁決移動臺的入網(wǎng)。2、基站子系統(tǒng)BSS

基站子系統(tǒng)包含基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信機(jī)（BTS）。（BSC）是一個高容量的交換機(jī)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)與無線有關(guān)的功能，每個（BSC）可以控制多個（BTC）。PIN2碼也是SIM卡的密碼，它與網(wǎng)絡(luò)計費(fèi)15

3、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）

由移動交換中心（MSC）、原籍位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）五部分組成，核心是（MSC）。MSC負(fù)責(zé)建立呼叫、路由選擇、控制和終止呼叫，負(fù)責(zé)管理交換區(qū)內(nèi)部的切換和補(bǔ)充業(yè)務(wù)并且負(fù)責(zé)計費(fèi)和帳單信息，用于協(xié)調(diào)和固定網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)，完成公共信道信令及網(wǎng)絡(luò)接口。

HLR是一種用來存儲本地用戶位置的數(shù)據(jù)庫。

VLR是一種用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。

AUC用于存儲鑒權(quán)信息和加密密匙，用來防止未授權(quán)用戶接入系統(tǒng)，并對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)、信令信息進(jìn)行加密保護(hù)。

EIR存儲用于識別移動設(shè)備的國際移動臺識別碼（IMEI）用來檢驗(yàn)非授權(quán)用戶，可以保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動臺的唯一性和安全性。通常HLR、AUC合設(shè)置于一個物理實(shí)體中，VLR、MSC和設(shè)置一個物理實(shí)體中。

161.3GSM系統(tǒng)采用的技術(shù)

GSM數(shù)字通信技術(shù)主林分成三大類：（1）信道機(jī)技術(shù)：包括語音編碼、信道編碼和數(shù)字調(diào)制技術(shù)。（2）數(shù)字傳輸技術(shù)：包括分集、交織切換以及擴(kuò)頻技術(shù)。（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：包括多址、功率控制、越區(qū)與漫游信令和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。1.3.1數(shù)字語音編碼

語音編碼的目的：降低每路所需寬度，在同樣的帶寬內(nèi)傳輸更多路語音。存儲時，可以節(jié)省空間，提高存儲語音長度，降低成本，語音編碼算法主要分為三類：（1）、波形編碼使重建語音的波形保持原始語音的波形形狀，如PCM、ADPCM等。（2）、參數(shù)編碼通過提取、編碼語音的特征參數(shù)，保持重建語音的可懂度，如LPC-10e等。（3）、混合編碼結(jié)合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，能重構(gòu)高質(zhì)量的語音，如矢量和激勵線性預(yù)測和碼激勵線性預(yù)測（CELP）等。

PCM編碼：采用A律波形編碼分為3步：——采樣在某瞬間測量模擬信號的值，采樣速率為8KHZ/S。

1.3GSM系統(tǒng)采用的技術(shù)17——量化對每個樣值用8個比特的量化值來表示對應(yīng)的模擬信號瞬間值，即為樣值指配256（28）個不同電平值中的一個?！幋a每個量化值用8個比特的二進(jìn)制代碼表示，組成一串具有離散特性的數(shù)字信號流。

LPC-LTP-RPE編碼器LPC+LTP為聲碼器RPE為波形編碼器再通過復(fù)用器混合完成模擬語音信號的數(shù)字編碼，每語音信道的編碼速率為13Kbit/S.分段LPC分析低通濾波器RPE選擇復(fù)用器LTP分析LPC分析LPCLTPRPE+——量化對每個樣值用8個比特的量化值來表181.3.2信道編碼

位于語音編碼之后完成：包括卷積、FIRE碼、奇偶校驗(yàn)碼、交織和突發(fā)脈沖格式。

GSM系統(tǒng)首先是把話音分成20ms的音段，這20ms的音段通過語音編碼被數(shù)字化和語音編碼，產(chǎn)生260個比特流，并被分成：50個最重要的比特；132個重要的比特；78個不重要的比特。對上述50個比特加上3個CRC校驗(yàn)比特（分組編碼）這53個比特同132個重要比特與4個尾比特一起卷積編碼，比率為12，因而得378個比特，另外78個比特不予保護(hù)，總共為456個比特，所以此時的波特率為22.8Kbps。1.3.3數(shù)字信號調(diào)制1、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

為了減小已調(diào)波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，讓基帶信號先進(jìn)行高斯濾波，然后再進(jìn)行最小頻移鍵控調(diào)制，該方法稱為調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控。2、基本原理：

基帶信號先經(jīng)過高斯濾波，使基帶信號形成高斯脈沖，再進(jìn)行MSK調(diào)制。由于濾波形成的高斯脈沖包洛無陡峭的邊沿亦無拐1.3.2信道編碼19

點(diǎn)，所以經(jīng)調(diào)制后已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步平滑。

3、GMSK相位路徑

MSK是一種特殊的2FSK，它是選擇倆個不同的頻率分別傳輸基帶信息中的+1，-1，比如傳號+1的頻率為fm=fc+fd,空號-1的頻率為Fs=fc-fd[其中fc=(fm+fs)/2]，倆種頻率的信號在一個碼元期間Tb內(nèi)所積累的相位差必須嚴(yán)格等于，以保證在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號的相位是連續(xù)的。GMSK相位路徑如圖1-7所示。

點(diǎn)，所以經(jīng)調(diào)制后已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步平20圖1-7GMSK相位路徑圖1-7GMSK相位路徑214、GMSK信號產(chǎn)生原理

低通濾波器{ak}VCOGMSK信號圖中濾波器為高斯濾波器，其輸出直接對VCO調(diào)頻以保持已調(diào)波包洛的恒定和相位連續(xù)。5、高斯濾波器的傳輸函數(shù)

H（f）=exp(2f2)

式中，是與濾波器3dB帶寬相關(guān)的常數(shù)1.3.4交織

把一條消息中的相繼比特分散開，即一條消息中的相繼比特以非相繼方式被發(fā)送，這樣，在傳輸過程中即使發(fā)生了成串差錯，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時，差錯也就變成單個（或長度很短），這時，再用信道編碼功能糾正差錯，恢復(fù)原消息，這種方法就是交織技術(shù)。假定由一些4比特組成的消息分組，把4個相繼分組中的第一個比4、GMSK信號產(chǎn)生原理低通濾波器{ak}VCOGMSK信號22特取出來，并讓這4個第一比特組成一個新的4比特分組，稱做第1幀，4個消息分組中的比特2~4，也做同樣的處理。12341234123412341111222233334444消息分組交織后的消息分組1X341X341X341X34交織原理1.3.5多址接入1、FDMA

FDMA分配不同的頻段給各個移動電話用戶，每個用戶獲得一個單獨(dú)的頻段或信道，在通信期間不允許其他的用戶使用這個信道。

FDMA的基本特點(diǎn)是：一個FDMA信道只允許一個用戶使用，如果FDMA信道沒有使用處于空閑狀態(tài)，也不能為其他用戶享用；一個語音信道建立后，基站與移動臺同時連續(xù)工作，F(xiàn)DMA信道頻帶較窄，限用于窄帶系統(tǒng)。特取出來，并讓這4個第一比特組成一個新的4比特分組，稱做第1232、時分多址TDMATDMA方式把天線頻譜分成若干個時隙，在每個時隙內(nèi)只允許一個正向或反向鏈路工作，每個移動電話用戶周期性的重復(fù)一個時隙，由此一個信道可以看作是多個連續(xù)幀內(nèi)的一個時隙，一幀內(nèi)就可以有N個時隙。每個幀包含有報文、訓(xùn)練比特和信息比特。報文中的守候時隙用來同步處于不同幀或時序中的接收機(jī)，而其內(nèi)的地址信息用于系統(tǒng)與用戶驗(yàn)證。TDMA的基本特點(diǎn)有：TDMA接入的幾個用戶共用一個單頻率，每個用戶使用此頻率的時隙不重復(fù)；用戶數(shù)據(jù)傳輸是不連續(xù)的，而是在突發(fā)脈沖中出現(xiàn)（BURST），用戶MSMSMSHIIH頻率信道ⅠMSMSGDDG頻率信道ⅡMSMSMSHII24的發(fā)射機(jī)在其接收期間關(guān)閉，以降低電源消耗；數(shù)據(jù)傳輸速率比FDMA高。因此TDMA系統(tǒng)引入自適應(yīng)均衡；在TDMA中，守候時隙縮小，為了減小守候時間，在時隙邊緣信號被制截止。GSM數(shù)字通信系統(tǒng)采用頻分多址FDMA/TDMA相結(jié)合；利用不同的頻率區(qū)分不同的信道：利用不同的時間區(qū)分用戶,區(qū)分原理如圖1-6和1-7所示：

MSMSMSHIIHMSMS圖1-6FDMA頻率區(qū)分移動用戶頻率信道Ⅰ頻率信道ⅡGDGD的發(fā)射機(jī)在其接收期間關(guān)閉，以降低電源消耗；數(shù)據(jù)傳輸25MSMSMSMSHIGD用戶1用戶2用戶3用戶4IHDGHIGD圖1-7TDMA時隙區(qū)分移動用戶3、碼分多址CDMACDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)將擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)、頻率復(fù)用等技術(shù)結(jié)合在一起，是具有時域、頻域和碼域三維信號處理的一種抗干擾、抗衰落、保密性強(qiáng)的系統(tǒng)。特點(diǎn)：容量大，基站少，易于維護(hù)；通話質(zhì)量好；移動功耗小。MSMSMSMSHIGD用戶1用戶2用戶3用戶4IHDGHI261.3.6頻譜擴(kuò)展GSM系統(tǒng)傳輸語音信號的帶寬只有幾KHZ，經(jīng)頻率調(diào)制后的帶寬為音頻帶寬的幾十倍，這種發(fā)送被展寬到一個比原來信息頻帶寬的多的頻譜上，接收端通過相關(guān)電路處理，將其還原到原信息帶寬的技術(shù)稱為頻譜擴(kuò)展。頻譜擴(kuò)展技術(shù)有以下4種基本方式：（1）、直接序列頻譜擴(kuò)展，簡稱DS（2）、跳頻、記為FH（3）、跳時、記為TH（4）、線形跳頻、記為Chirp1.3.7功率控制

GSM系統(tǒng)的功率控制是指在一定范圍內(nèi)，采用無線方式改變移動臺或基站的發(fā)射功率。移動臺的發(fā)射功率自適應(yīng)控制原理如圖

1.3.6頻譜擴(kuò)展271—7所示，移動臺中功率檢測器將接收檢出的信道場強(qiáng)和信號質(zhì)量，定時向基地臺反應(yīng)?；嘏_接收到反饋信息則按照預(yù)先設(shè)置的門限電平與反饋來的門限電平值進(jìn)行比較，計算出發(fā)射功率的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電平。其中信道場強(qiáng)的度量是電平的大小，信號質(zhì)量的度量是比特誤碼概率BER。GSM標(biāo)準(zhǔn)啟用兩個測量門限電平構(gòu)成一個電平控制區(qū)，在檢測的電平落在電平控制區(qū)之內(nèi)時，基地臺不對移動臺進(jìn)行功率調(diào)整。如果檢出的電平落在電平控制區(qū)之外時，就依比較計算值進(jìn)行相應(yīng)的功率控制調(diào)整。在GSM移動臺中，由中央處理器內(nèi)的功率檢測器分離出信號的功率電平，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器變成直流電平，然后送到比較器與設(shè)置的門限電平進(jìn)行比較，得到直流電壓控制移動臺發(fā)射功率的大小?；嘏_的發(fā)射功率僅滿足覆蓋區(qū)內(nèi)移動電話能夠正常接收為準(zhǔn)則，而不采用移動那樣的自適應(yīng)發(fā)射功率控制閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)。1—7所示，移動臺中功率檢測器將接收檢出的信道場強(qiáng)和信號質(zhì)量28射頻調(diào)制發(fā)射功率發(fā)大器功率檢測器門限電平門限比較器數(shù)模轉(zhuǎn)換中央處理器功率等級電平發(fā)射功率調(diào)整圖1—7GSM系統(tǒng)移動臺功率自適應(yīng)控制1.3.8GSM信道類型GSM系統(tǒng)信道分為倆大類：業(yè)務(wù)與控制信道。無論那種類型，每條業(yè)務(wù)信道都伴有一路控制信道ACCH、用于傳送信令。1、業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道用于傳送語音和用戶數(shù)據(jù)。2、控制信道

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)定義的控制信道—ACCH包括以下幾種：射頻輸出射頻調(diào)制發(fā)射功率發(fā)大器功率檢測器門限電平門限比較器數(shù)模轉(zhuǎn)換中29（1）、廣播控制信道—BCCH，它用于頻率校正、幀同步、基地臺識別以及控制信道。通常在時隙D中發(fā)送，不須在固定的信道上。（2）、共用控制信道—CCCH，用于移動臺呼叫，隨機(jī)入網(wǎng)和手機(jī)專用信道。（3）、專用控制信道—DCCH，專用控制信道分為獨(dú)立專用控制信道SDCCH，快速隨路控制信道SACCH和快速隨路控制信道FACCH，獨(dú)立專用控制信道用于傳輸指令、快速隨路控制信道用于功率調(diào)整、幀調(diào)整和測量數(shù)據(jù)；快速隨路控制信道與一條業(yè)務(wù)信道配合連用，在未分配獨(dú)立專用控制信道給移動臺時，用于傳送專用控制信道相同的信令。移動臺開機(jī)首先搜索BCCH信道，通過讀取頻率校正信道FCCH和同步信道SCH信令使之與基地臺的時鐘和頻率完全同步，并接收服務(wù)基站和鄰近基站的有關(guān)信息資料，發(fā)起呼叫時，先通過隨機(jī)接入信道RACH進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，然后由接入認(rèn)為信道AGCH指示移動臺使用一臺一條獨(dú)立的專用控制信道SDCCH，來控制完成余下的通話建立過程。過程建立，移動臺被指示移到慢速隨路控制信道SACCH，（1）、廣播控制信道—BCCH，它用于頻率校正、幀同步、基地30監(jiān)聽BCCH和CCCH控制信道上的信息，直到通話完畢。與被呼移動臺的通話則在基站分配的TCH業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行，需要切換時，由快速伴隨信道FACCH來完成。移動方接收呼叫與發(fā)起呼叫的過程相似，由基站通過PAGCH—尋呼和接入認(rèn)可信道，在適當(dāng)幀內(nèi)的TSO期間發(fā)送一個PCH（尋呼信道）信息通知移動臺。移動臺被鎖定后對尋呼在隨機(jī)接入信道RACH上作應(yīng)答，確認(rèn)接收到尋呼。然后基站通過共用控制信道CCCH的AGCH（接入認(rèn)可信道）給移動臺分配一個新的SDCCH。在SDCCH上建立交換信息后，就在SDCCH信道分配給移動臺一個業(yè)務(wù)信道，移動臺就在業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行通話。監(jiān)聽BCCH和CCCH控制信道上的信息，直到通話完畢。31第二章GSM手機(jī)的基本電路2.1GSM手機(jī)常用元器件2.1.1電阻、電容和電感1、片狀電容

GSM手機(jī)電路中常見的片狀電容有電解電容、云母電容、瓷介電容。它的兩個重要參數(shù)是靜電容量和耐壓值。電解電容和容量較大，多用于電源濾波、交流旁路和隔直耦合；云母電容的靜電容量小，頻率特性良好和介質(zhì)損耗小，常用于積分電路，有源濾波和高頻振蕩器；介質(zhì)電容用于交流旁路和溫度補(bǔ)償電路。2、片狀電阻手機(jī)中常用的是炭膜電阻，金屬養(yǎng)化膜電阻和熱敏電阻。炭膜電阻用在一般的電路中；金屬養(yǎng)化膜電阻用于基準(zhǔn)電壓（VREF）電路，電源電路鎖相環(huán)電路的LPF電路中；熱敏電阻用于參考時鐘第二章GSM手機(jī)的基本電路32和電池充電溫度的檢測電路中。3、片狀電感電感一般是由導(dǎo)線繞制而成，繞制方式有單層和多層線圈。前種電感量小，常用于手機(jī)高頻電路，后種電感量較大，一般用于低頻電路，（如電源濾波和音頻輸出）。片狀電感的主要參數(shù)是電感量和品質(zhì)因數(shù)Q，品質(zhì)因素是指工作頻率一定時，電感線圈的交流感抗與直流阻抗之比。

GSM手機(jī)中的電感直流電阻一般在0-1歐姆，表現(xiàn)多為開路。2.1.2片狀二極管1、齊納二極管工作在PN結(jié)的反向擊穿區(qū)，它的反向擊穿是可逆的，只要不超出齊納管的級限電流造成永久性損壞，在它兩端反向電壓撤除之后，PN結(jié)又恢復(fù)到自然狀態(tài)。2、變?nèi)荻O管是利用外加反壓（即外部電場）來改變PN結(jié)空間電荷區(qū)的寬度，從而改變兩端電壓量的非線性元件。和電池充電溫度的檢測電路中。332.1.3晶體三極管和穩(wěn)壓模塊1、晶體三極管晶體三極管外形和電極排列（如圖2-1所示），片狀管表面上面單只腳為集電極，下方左邊腳為基極，右邊腳為發(fā)射極。如果是場效應(yīng)管，則對應(yīng)電極是：D—漏級；G—柵極；S—源極。場效應(yīng)管是一種場強(qiáng)控制元件，其特點(diǎn)是輸入阻抗高（104—108）M歐姆），噪聲系數(shù)小，開關(guān)速度快,損耗低等，在手機(jī)射頻電路作為放大器件，在邏輯數(shù)字電路作為開關(guān)元件。CBE圖2-1晶體三極管外形和電極排列2.1.3晶體三極管和穩(wěn)壓模塊CBE圖2-1晶體三極管外342、穩(wěn)壓模塊常見的穩(wěn)壓模塊有5引腳和6引腳，其外形和引腳序列（如圖2-2）所示：5引腳穩(wěn)壓模塊的第1腳為電源輸入，一般與VBAT相連，第2腳接地，第3腳為控制腳，高電平穩(wěn)壓工作，第4腳懸空，第5腳為穩(wěn)壓輸出。2.1.413MHZ時鐘晶體和聲表面波濾波器1、13MHZ時鐘晶體它振蕩產(chǎn)生的13MHZ時鐘要作為系統(tǒng)主時鐘提供給邏輯電路，同時作為參考時鐘提供給射頻系統(tǒng)收發(fā)信用于本振頻率合成，PLL鎖相環(huán)以及倍頻作為基準(zhǔn)副載頻用于I/Q調(diào)制和解調(diào)。因此，13MHZ時鐘的有無關(guān)系到GSM手機(jī)能否開機(jī)，13MHZ時鐘頻率的精度和穩(wěn)定度決定手機(jī)能否入網(wǎng)。2、穩(wěn)壓模塊352、聲表面濾波器聲表面濾波器內(nèi)部機(jī)構(gòu)和原理如圖2-2所示，它以壓電材料為基片，表面敷有一層金屬導(dǎo)電膜，按一定的方向切割成倆對梳齒狀電極，構(gòu)成輸入和輸出的能量轉(zhuǎn)換器件。電極交錯嵌插互相絕緣，當(dāng)交變的電信號加至器件輸入端時，就會在基片表面的電極間激發(fā)交變電場。在電場力的作用下，壓電表層產(chǎn)生“伸”和“縮”的機(jī)械振動，在梳齒間的基片表層形成表面波，沿振動方向倆側(cè)傳播。在向前傳播的表面波到達(dá)輸出端時，壓電基片的表面波通過梳齒狀電極轉(zhuǎn)換成交變的電信號。由輸出電極的倆個引出端送往下一級電路。梳齒狀電極壓電導(dǎo)電基片輸入輸出圖2-2聲表面濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、聲表面濾波器梳齒狀電極壓電導(dǎo)電基片輸入輸出圖2-236圖2-3幅頻特性2.1.5集成電路1、EEPROM

俗稱碼片，主要用于存儲用戶數(shù)據(jù)和射頻參數(shù)，如手機(jī)識別碼（IMEI），語言選擇，鍵盤自鎖、雙音多頻的開/關(guān)和射頻的校準(zhǔn)參數(shù)等。2、FLASHROM主要裝載GSM手機(jī)的基本程序和各種功能控制程序。

圖2-3幅頻特性2.1.5集成373、SRAM

是一種存儲暫存數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM。2.1.6液晶顯示模塊液晶顯示模塊包括譯碼器、驅(qū)動器和液晶板。譯碼器和驅(qū)動器掩模在一片微小的IC內(nèi)，它貼在液晶板的有機(jī)玻璃夾層，液晶顯示模塊分為兩大類，一類為并口型，另一類為串口型。并口型的引腳較多，CPU輸出的顯示數(shù)據(jù)通過8位數(shù)據(jù)總線送到LCD顯示屏接口，由液晶控制器對數(shù)據(jù)中的指令和顯示信息解析、存儲并接一定的時鐘頻率將分離譯碼的顯示點(diǎn)陣信息加到顯示板的行、列電極進(jìn)行水平和垂直掃描。以高于75HZ/幀的速度更新一幀屏幕。串口型引腳少，并口型中的8位數(shù)據(jù)線D0~D7、R/W、CS、A0線被I2CBUS中的SCL和SDA取代。CPU的數(shù)據(jù)信息由串行數(shù)據(jù)SDA送到LCD屏顯示接口，而串行SCL線則為液晶顯示模塊提供同步工作時鐘。3、SRAM382.1.7手機(jī)電池鋰離子電池的原理與充電，工作原理：是利用金屬鋰離子在電場的作用下向正負(fù)極移動形成電流，充電過程在外電場作用下鋰離子由正極移向負(fù)極形成充電電流。放電過程則在內(nèi)部電場作用下鋰離子由負(fù)極移向正極，形成電流。一節(jié)鋰離子電池最高終止電壓為4.2V，放電終止電壓為3.0V，最低極限電壓為2.8V。2.2GSM手機(jī)的應(yīng)用的基本技術(shù)在流行的GSM手機(jī)的電路中，應(yīng)用的基本技術(shù)包括：變頻技術(shù)、PLL鎖相環(huán)與頻率合成技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、均衡技術(shù)、編碼技術(shù)和同步技術(shù)。熟悉這些移動通信專用技術(shù)，是理順手機(jī)電路結(jié)構(gòu)，掌握GSM手機(jī)工作原理，提高手機(jī)維修技術(shù)的前提。2.2.1變頻技術(shù)由PLL射頻本振鎖相環(huán)產(chǎn)生935~960MHZ和1805~1880MHZ的高頻基準(zhǔn)副載波，天線接收和LNA放大935~960MH和1805~1880MHZ2.1.7手機(jī)電池39的射頻信號進(jìn)行解調(diào)，直接分離出67.708KHZ接收基帶信號。在發(fā)射時，由同一PLL射頻本振鎖相環(huán)產(chǎn)生935~960MHZ和1805~1880MHZ的高頻基準(zhǔn)副載波，再由67.708KHZ的發(fā)射基帶信號對其進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制信號，攜帶全部話音信息的已調(diào)發(fā)射載波通過天線發(fā)送。手機(jī)在收信GSM頻段，RFVCO鎖相合成頻率為3740~3840MHZ的射頻本振信號，經(jīng)射頻模塊分頻器進(jìn)行f/4分頻得到935~960MHZ射頻本振對LAN放大的935~960MHZ射頻接收信號進(jìn)行解調(diào)，分離出GSM頻段的67.708KHZ接收的I/Q基帶信號。手機(jī)在發(fā)信GSM頻段，RFVCO鎖相合成頻率為3560~3660MHZ的射頻本振信號，經(jīng)射頻模塊分頻器進(jìn)行f/4分頻得到890~915MHZ射頻本振信號，由67.708KHZ發(fā)射I/Q基帶信號對其進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生發(fā)射載波。2.2.2鎖相與頻率合成1、PLL鎖相的射頻信號進(jìn)行解調(diào)，直接分離出67.708KHZ接收基帶信號40

PLL鎖相環(huán)環(huán)電路原理如圖2-4所示，它是由壓控振蕩器VCO，相位比較器PHD和環(huán)路濾波器組成的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。

參考分頻編程分頻fiI2C相位比較環(huán)路濾波壓控振蕩PHDLPFVCOf0圖2-4PLL鎖相環(huán)原理壓控振蕩器是一個頻率受電壓控制的振蕩電路，其頻率與控制電壓的關(guān)系即頻/壓特性如圖2-5所示，f0為振蕩器的固有頻率對應(yīng)控制電壓0V，特性曲線的直線段稱為PLL環(huán)路的頻率撲捉范圍，在這段較寬的區(qū)域，壓控振蕩器的振蕩頻率變化與控制電壓變化呈線形關(guān)系。如果超出這個線形區(qū)，PLL環(huán)路失鎖，壓控振蕩器處于自由振蕩。相位比較器是一個頻率相位電壓轉(zhuǎn)換比較電路，它將輸入信號VCO頻率變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的相位變化，然后與另一基準(zhǔn)的PLL鎖相環(huán)環(huán)電路原理如圖2-4所示，它是由壓控振41頻率信號的相位進(jìn)行比較，輸出與倆個比較信號相位差成比例的誤差電流。環(huán)路濾波器的功能是將鑒相器產(chǎn)生的誤差電流轉(zhuǎn)換成直流誤差電壓，調(diào)整鎖定VCO的振蕩頻率，同時鑒相過程中的倆個比較信號載頻，分頻時的諧波成分，以免干擾環(huán)路鎖相。在整個PLL環(huán)路被鎖定時，VCO控制端的直流控制電壓穩(wěn)定不變，這是相位比較器輸入端的倆個信號的頻率相等相位一致。U(t)ff0圖2-5頻/牙特性頻率信號的相位進(jìn)行比較，輸出與倆個比較信號相位差成比例的誤差422、頻率合成頻率合成器可分為直接式頻率合成器和間接式頻率合成器倆大類：GSM手機(jī)都采用數(shù)字間接式頻率合成器，所謂間接式頻率合成器即不由基準(zhǔn)頻率源輸出，而由另一個頻率源通過鎖相后輸出，目前流行雙頻手機(jī)的頻率合成一般集中在中頻模塊內(nèi)。2.2.3調(diào)制解調(diào)技術(shù)1、發(fā)射載波調(diào)制使一個信號的某種特性參數(shù)隨另一信號而變化的過程定義為調(diào)制，調(diào)制分連續(xù)調(diào)制和脈沖調(diào)制倆大類。

GSM手機(jī)調(diào)制包括邏輯系統(tǒng)的GMSK高斯濾波最小頻移鍵控調(diào)制和射頻系統(tǒng)的PLL鎖相環(huán)調(diào)制，GMSK屬于數(shù)字窄帶調(diào)制，它是用包含邏輯0、1的基本信號去調(diào)制載波，當(dāng)基帶調(diào)制信號的幅度為0時，對應(yīng)已調(diào)載波的頻率為f0，當(dāng)基帶信號幅度為1時，對應(yīng)已調(diào)載波的頻率為f1，已調(diào)載波的不同頻率就代表數(shù)字語音信號的0和1，接收端根據(jù)已調(diào)載波頻率就可以還原出語音數(shù)字信號0和1。

2、頻率合成43

GMSK調(diào)制中調(diào)頻線性和靈敏度都受到限制，以提高窄帶調(diào)制方式的抗干擾能力，因此很難保持載波中心頻率穩(wěn)定不變，為了克服這一不足，GSM手機(jī)采用鎖相環(huán)調(diào)制器，原理如圖2-6所示。數(shù)據(jù)輸入n/2相移GMSKMODLPFVCO輸出TX圖2-6鎖相GMSK調(diào)制電路絕大多數(shù)GSM手機(jī)的已調(diào)載波采用二級調(diào)制：GMSK調(diào)制的67.708khz基帶信號首先調(diào)制發(fā)射中頻，然后用已調(diào)發(fā)射中頻去調(diào)制高頻載波，調(diào)制原理如圖2-7所示。數(shù)據(jù)輸入n/2相移GMSKMODLPFVCO輸出TXPHD混頻RF-LOGMSK調(diào)制中調(diào)頻線性和靈敏度都受到限制，以提高44第三章A01基本電路原理與常見故障維修

A01系列維修手冊.pdf第三章A01基本電路原理與常見故障維修

A01系列維修45演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！46GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程凱虹移動通信有限公司2006年8月2日GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程凱虹移動通信有限公司47第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述1.1移動通信的特點(diǎn)1.2GSM移動通信系統(tǒng)組成1.3GSM系統(tǒng)采用的技術(shù)第二章GSM手機(jī)的基本電路2.1GSM手機(jī)常用元器件2.2GSM手機(jī)的應(yīng)用的基本技術(shù)第三章A01基本電路原理與常見故障維修3.1詳見維修手冊第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述48第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述1.1移動通信的特點(diǎn)1.1.1電磁波傳播路徑微波信號場強(qiáng)是由直射波和反射波疊加而成，這些電磁波盡管是從同一天線輻射發(fā)送，但由于傳播的路徑不同，到達(dá)接收終端時的幅度和相位各不相同，加上移動臺又以各種不同的速度在移動，方向也在無規(guī)則變化。因此，移動臺在不同的位置，它接收信號和場強(qiáng)的大小是不同的。這種現(xiàn)象在通信技術(shù)中稱為多徑落衰落，它不僅影響移動通信的通訊質(zhì)量，嚴(yán)重時會無法接收。1.1.2移動通信的干擾1、互調(diào)干擾互調(diào)干擾主要是由收發(fā)信號設(shè)備中元器件的非線性引起，如接收混頻、輸入回路的選擇性不佳時，一些與信號頻率接近的干擾信號就會串入混頻級，對有用信號造成干擾。這樣要求移動通信設(shè)備務(wù)必具備良好的選擇性，尤其是接收電路的高頻放大級。2、鄰道干擾鄰道干擾是相鄰或鄰近信道之間引起的干擾，其中信道強(qiáng)的信號掩蓋信道弱的信號，如同1-1所示：第一章GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)簡述49圖中A和B用戶分別使用K信道和K±1信道，這兩個信道間隔分配上是不存在鄰道干擾的，用戶A距基站很遠(yuǎn)，用戶B距基站很近，加上信道之間的頻率間隔有限（高頻間隔為25KHz），這就會出現(xiàn)K±1信道接收的場強(qiáng)信號干擾K信道接收的場強(qiáng)信號的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在通信技術(shù)中稱為鄰道干擾。為了解決鄰近干擾，在移動通信設(shè)備中使用自動功率控制電路。當(dāng)移動臺靠近基站時，系統(tǒng)發(fā)射控制功率等級電平指令降低，而與基站距離拉遠(yuǎn)時，則提升其發(fā)射功率，由此來削弱和抑制鄰道干擾。K信道K±1信道BA圖1-1鄰道干擾圖中A和B用戶分別使用K信道和K±1信道，這503、同頻干擾同頻干擾是指相同載波頻率發(fā)射臺之間的干擾，它是蜂窩式移動通信固有的，類似電視技術(shù)中的同頻干擾。由于蜂窩系統(tǒng)的各個服務(wù)區(qū)可以重復(fù)使用相同載頻，因此移動通信在組建網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)作統(tǒng)一全面的規(guī)劃。1.1.3移動通信的多普勒效應(yīng)當(dāng)運(yùn)動物體達(dá)到某一速度時，固定接收臺接收的信道載波頻率會隨速度變化而發(fā)生頻移，這種現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)可以用下列關(guān)系式定量描述：

f

d=μ/

cos

例如：衛(wèi)星移動通信，衛(wèi)星在發(fā)射前發(fā)射機(jī)載頻為f1，但發(fā)射后從太空傳送到地面端得到的載頻會變成f1±f2；基于衛(wèi)星速度的不斷變化，根據(jù)上式fd隨著變化，使的地面接受端得到的載頻不斷變化，要接收到從衛(wèi)星上發(fā)送來的信道，接收機(jī)的頻率必須同步跟蹤。這樣導(dǎo)致鎖相環(huán)技術(shù)的崛起，實(shí)際上衛(wèi)星地面站就是一套大型的鎖相環(huán)接收和發(fā)射系統(tǒng)。3、同頻干擾51鑒于數(shù)字鎖相電路的頻率跟蹤特性和窄帶特性，GSM的移動電話都引入了數(shù)字PLL鎖相技術(shù)，以解決溫度、電壓等各物理量變化引起的頻率漂移。

1.1.4用戶的移動性

由于是移動通信，那么通信的雙方位置就不會固定在某一個方位。加上發(fā)射機(jī)在未通話期間處于關(guān)閉狀態(tài)，又沒有一條專用語音信道配備給移動電話機(jī),因此為了實(shí)現(xiàn)一個可靠、有效的通信，這就要求移動電話設(shè)備必須是有位置分配、越區(qū)切換以及漫游訪問等各類跟蹤交換技術(shù)。1.2GSM移動通信系統(tǒng)組成1.2.1GSM移動通信的發(fā)展GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)源于1982年，由歐洲的電信聯(lián)盟設(shè)立移動通信特別小組GSM（GroupSpecialMobile),著手歐洲數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的制式標(biāo)準(zhǔn)研究。GSM作為一種國際公共標(biāo)準(zhǔn)，因此在系統(tǒng)覆蓋的世界各國之間漫游都是全自動的。GSM提供的業(yè)鑒于數(shù)字鎖相電路的頻率跟蹤特性和窄帶特性，G52務(wù)范圍包括高速數(shù)據(jù)通信、傳真、短信業(yè)務(wù)以及互聯(lián)網(wǎng)等。1.2.2GSM通信系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)GSM通信系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）GSM：移動臺SM基地臺BS890MHz—915MHz

基地臺BS移動臺MS935MHz—960MHz(2)DCS：移動臺MS基地臺BS1710MHz—1785MHz基地臺BS移動臺MS1805MHz—1880MHz（3）雙工：頻分雙FDD（4）載波間隔：20KHz（5）接入方式：時分多址TDMA8時隙/200KHZ（6）調(diào)制方式：高斯濾波最小頻移鍵控GMSK調(diào)制（7）發(fā)射方式：跳頻速率217次/S，跳頻周期（TDMA幀長）5.515ms（8）信息傳輸速率：22.8Kbit/S（9）符號傳輸速率：270.833Kbit/S務(wù)范圍包括高速數(shù)據(jù)通信、傳真、短信業(yè)務(wù)以及互聯(lián)網(wǎng)等。53（10）語言編碼：13Kbit/S，規(guī)律的脈沖激勵，具有長期預(yù)測的線性預(yù)測編碼，即RPE-LPT-LPC（11）數(shù)據(jù)速率：全速9.6Kbit/S，半速4.8Kbit/S1.2.3頻譜分配與信道劃分1、GSM900網(wǎng)絡(luò)GSM體制采用時分多址TDMA窄帶標(biāo)準(zhǔn)，其頻分雙工頻譜分配系統(tǒng)如圖1-2所示。對移動臺來說，同是發(fā)射頻率較低，接收頻率較高，一個發(fā)射頻率和一個接收頻率組成一個頻分雙工信道雙向的頻率（雙工）間隔為45MHz作為保護(hù)頻帶。在頻譜分配上同時小區(qū)組網(wǎng)，頻率復(fù)用的小區(qū)分裂。

圖1—2GSM900頻分雙工頻譜分配MSBSBSMS25MHZ25MHZ雙工間隔45MHZ890~915935~960（10）語言編碼：13Kbit/S，規(guī)律的脈沖激勵，具有長54GSM900頻段載波頻道劃分如圖1-3所示，在25MHz頻帶寬度內(nèi)共劃分成124個時分址載波信道，每個載波信道占用帶寬200KHz，一般避免使用邊緣1號和124號載波信道，因此實(shí)際可以使用的最多信道載波數(shù)量為122個。

2、DCS1800網(wǎng)絡(luò)為了解決用戶遞增給GSM網(wǎng)絡(luò)造成的壓力，1995年ETSI正式公GSM/DCS技術(shù)協(xié)會的文件，支持GSM/DCS多頻帶技術(shù)，DSC投入運(yùn)作?！?5MHZ12123124200K200K200K200K圖1-3GSM頻段載波頻道劃分GSM900頻段載波頻道劃分如圖1-55

DCS1800頻帶的頻分雙工頻譜分配如圖1-4所示，對移動臺來說，同樣也是發(fā)射頻率較低，接收頻率較高。一個發(fā)射頻率和一個接受頻率組成一個頻分雙工信道，雙向的間隔頻率為95MHZ。DCS1800頻段載波頻率劃分如圖1-5所示，在75MHZ的帶寬內(nèi)分成374個TDMA載波信道，每個載波信道占用200KHZ的帶寬?！?23123MSBSMSBS75MHZ75MHZ95MHZ雙工間隔1785MHZ1805MHZ1880MHZ3743741710MHZ圖1-5DCS1800頻分雙工頻譜分配DCS1800頻帶的頻分雙工頻譜分配如圖1-561.2.4時分TDMA的幀長

GSM數(shù)字蜂窩移動通信體系語音幀的時長定為20MS，要求語言幀的傳輸延遲時間小于65MS，交織處理必須在40MS內(nèi)完成。根據(jù)抗衰落的要求，交織系數(shù)取值為8，這樣8個時隙的TDMA時幀長度及小于5MS。由此GSM標(biāo)準(zhǔn)TDMA的時幀長度為5.515MS，每個TDMA幀分成8個時隙，每個時隙寬度又為0.578MS，供建立物理信道用。每一個移動電話機(jī)只使用其中的一個時隙，這就是時分多址TDMA方式的物理含義。移動臺和基地臺只要能在時間上嚴(yán)格同步，各個移動電話機(jī)之間就不會相互干擾。在一個載波信道中，無論移動電話機(jī)在哪一時刻接收還是發(fā)射。8只移動話機(jī)只有一臺進(jìn)行收發(fā)工作，剩余7只則在監(jiān)測鄰近幾個基地臺的信道場強(qiáng)，為越區(qū)切……75MHZ12373374200K200K200K200K圖1-6DCS頻段載波頻道劃分……75MHZ12373374200K200K200K2057換做準(zhǔn)備。所有的GSM話機(jī)都以間隙方式工作，發(fā)射的載波是連續(xù)存在的，而移動臺發(fā)射給基地臺的時間是間隙的，即稱為突發(fā)脈沖序列（DURST），占用一個間隙寬度0.578MS；移動臺接收基地臺發(fā)射來的突發(fā)脈沖序列，也是間隙的，且時隙寬度同樣為0.578MS，8個時序中的一個結(jié)束，下一個0.578MS的時隙就會輪到另一只移動電話機(jī)，循環(huán)周期為TDMA時幀長5.515MS，話務(wù)信道（HCH）的時幀，每26個TDMA時幀組成一個復(fù)幀，復(fù)幀的幀長為120MS，全速率語音傳輸時占用24幀，半速率語言傳輸時只用12幀。1.2.5信道切換在TDMA系統(tǒng)中，時隙就是通信的信道，利用TDMA聯(lián)接的信道特點(diǎn)，移動臺除了在規(guī)定的時隙信道中完成收發(fā)工作外，還得利用其余時間監(jiān)視其他時隙信道的信號。移動電話機(jī)需要連續(xù)掃描鄰近小區(qū)基站的廣播控制信道（BCCH），在每0.5S時間通過伴隨控制信道（ACCH）向本服務(wù)小區(qū)基地臺反映鄰近小區(qū)的信號功率及信道質(zhì)量。換做準(zhǔn)備。58鑒于移動電話機(jī)隨時隨地進(jìn)行移動，它與基地臺的通信距離會隨之不斷變化，所以移動電話機(jī)必須隨時不斷地調(diào)整發(fā)射定時和發(fā)射功率。時間調(diào)整信息則由基地臺通過SDCCH（獨(dú)立專用控制信道）或TCH信道發(fā)送給移動臺。1.2.6GSM系統(tǒng)的通信服務(wù)種類1、承載服務(wù)系載服務(wù)內(nèi)容有：受限話音、異步雙工數(shù)據(jù)、同步雙工數(shù)據(jù)、分組組合與分解和同步雙工分組數(shù)據(jù)等。2、電信服務(wù)電信服務(wù)的內(nèi)容有：電信通信、短消息、可視圖文、圖文電視、語言以及傳真服務(wù)等。3、附加服務(wù)號碼識別、免費(fèi)電話服務(wù)及移動接入跟蹤等多達(dá)28項(xiàng)服務(wù)。1.2.7GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)包括移動臺（MS）、基站系統(tǒng)（BSS）和網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）。鑒于移動電話機(jī)隨時隨地進(jìn)行移動，它與基地臺的通信距離591、移動臺（MS）

一個完整的移動臺分成兩部分：一部分為包含天線接口由軟硬件構(gòu)成的收發(fā)信機(jī)；另一部分是用戶身份識別模塊SIM卡，SIM卡與移動臺硬件之間通過SIM-ME接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SIM卡實(shí)質(zhì)上是帶有CPU的一種智能化集成電路芯片，主要由中央處理器CPU，隨機(jī)存儲器RAM，只讀存儲器ROM，程序存儲器EEPROM和串行雙向接口組成。它與移動臺之間的物理界面包括：串行雙向數(shù)據(jù)數(shù)線I/O，復(fù)位線RST、時鐘線CLK、SIM卡編程電壓VPP以及工作電源VDD。SIM卡內(nèi)部包含所有屬于用戶的信息，其中幾組相當(dāng)重要的數(shù)據(jù)為：（1）ICCID（集成電路卡識別）它是SIM卡處理中心對SIM卡進(jìn)行個人數(shù)據(jù)處理進(jìn)程中編制的流水號。（2）PIN是移動電話用戶以個人識別碼，PIN碼有兩個，一個是PIN1，另一個是PIN2，PIN1碼是用來保護(hù)SIM卡的安全。1、移動臺（MS）60PIN2碼也是SIM卡的密碼，它與網(wǎng)絡(luò)計費(fèi)和SIM卡內(nèi)部資料的修改有關(guān)，所以不公開PIN2碼。即使PIN2碼被鎖也不會影響正常通話，PIN1和PIN2碼的初始狀態(tài)是關(guān)閉的。（3）IMEI（國際移動電話身份識別）

IMEI碼是全球唯一的，只有在歸屬移動交換服務(wù)中心（MSC）將移動電話機(jī)的號碼同SIM卡中的IMEI碼進(jìn)行比較識別后，移動手機(jī)才能正常使用。

（4）RI（隨機(jī)識別碼）是SIM卡中的鑒權(quán)密匙，用于GSM系統(tǒng)的鑒權(quán)，是在SIM卡制作過程中啟用啟用保密器A3或A8隨機(jī)生成的，用戶無法讀出RI碼，它由GSM系統(tǒng)的鑒權(quán)中心（ANC）來鑒別RI碼的參數(shù)和密匙，裁決移動臺的入網(wǎng)。2、基站子系統(tǒng)BSS

基站子系統(tǒng)包含基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信機(jī)（BTS）。（BSC）是一個高容量的交換機(jī)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)與無線有關(guān)的功能，每個（BSC）可以控制多個（BTC）。PIN2碼也是SIM卡的密碼，它與網(wǎng)絡(luò)計費(fèi)61

3、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）

由移動交換中心（MSC）、原籍位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）五部分組成，核心是（MSC）。MSC負(fù)責(zé)建立呼叫、路由選擇、控制和終止呼叫，負(fù)責(zé)管理交換區(qū)內(nèi)部的切換和補(bǔ)充業(yè)務(wù)并且負(fù)責(zé)計費(fèi)和帳單信息，用于協(xié)調(diào)和固定網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)，完成公共信道信令及網(wǎng)絡(luò)接口。

HLR是一種用來存儲本地用戶位置的數(shù)據(jù)庫。

VLR是一種用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。

AUC用于存儲鑒權(quán)信息和加密密匙，用來防止未授權(quán)用戶接入系統(tǒng)，并對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)、信令信息進(jìn)行加密保護(hù)。

EIR存儲用于識別移動設(shè)備的國際移動臺識別碼（IMEI）用來檢驗(yàn)非授權(quán)用戶，可以保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動臺的唯一性和安全性。通常HLR、AUC合設(shè)置于一個物理實(shí)體中，VLR、MSC和設(shè)置一個物理實(shí)體中。

621.3GSM系統(tǒng)采用的技術(shù)

GSM數(shù)字通信技術(shù)主林分成三大類：（1）信道機(jī)技術(shù)：包括語音編碼、信道編碼和數(shù)字調(diào)制技術(shù)。（2）數(shù)字傳輸技術(shù)：包括分集、交織切換以及擴(kuò)頻技術(shù)。（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：包括多址、功率控制、越區(qū)與漫游信令和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。1.3.1數(shù)字語音編碼

語音編碼的目的：降低每路所需寬度，在同樣的帶寬內(nèi)傳輸更多路語音。存儲時，可以節(jié)省空間，提高存儲語音長度，降低成本，語音編碼算法主要分為三類：（1）、波形編碼使重建語音的波形保持原始語音的波形形狀，如PCM、ADPCM等。（2）、參數(shù)編碼通過提取、編碼語音的特征參數(shù)，保持重建語音的可懂度，如LPC-10e等。（3）、混合編碼結(jié)合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，能重構(gòu)高質(zhì)量的語音，如矢量和激勵線性預(yù)測和碼激勵線性預(yù)測（CELP）等。

PCM編碼：采用A律波形編碼分為3步：——采樣在某瞬間測量模擬信號的值，采樣速率為8KHZ/S。

1.3GSM系統(tǒng)采用的技術(shù)63——量化對每個樣值用8個比特的量化值來表示對應(yīng)的模擬信號瞬間值，即為樣值指配256（28）個不同電平值中的一個。——編碼每個量化值用8個比特的二進(jìn)制代碼表示，組成一串具有離散特性的數(shù)字信號流。

LPC-LTP-RPE編碼器LPC+LTP為聲碼器RPE為波形編碼器再通過復(fù)用器混合完成模擬語音信號的數(shù)字編碼，每語音信道的編碼速率為13Kbit/S.分段LPC分析低通濾波器RPE選擇復(fù)用器LTP分析LPC分析LPCLTPRPE+——量化對每個樣值用8個比特的量化值來表641.3.2信道編碼

位于語音編碼之后完成：包括卷積、FIRE碼、奇偶校驗(yàn)碼、交織和突發(fā)脈沖格式。

GSM系統(tǒng)首先是把話音分成20ms的音段，這20ms的音段通過語音編碼被數(shù)字化和語音編碼，產(chǎn)生260個比特流，并被分成：50個最重要的比特；132個重要的比特；78個不重要的比特。對上述50個比特加上3個CRC校驗(yàn)比特（分組編碼）這53個比特同132個重要比特與4個尾比特一起卷積編碼，比率為12，因而得378個比特，另外78個比特不予保護(hù)，總共為456個比特，所以此時的波特率為22.8Kbps。1.3.3數(shù)字信號調(diào)制1、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）

為了減小已調(diào)波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，讓基帶信號先進(jìn)行高斯濾波，然后再進(jìn)行最小頻移鍵控調(diào)制，該方法稱為調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控。2、基本原理：

基帶信號先經(jīng)過高斯濾波，使基帶信號形成高斯脈沖，再進(jìn)行MSK調(diào)制。由于濾波形成的高斯脈沖包洛無陡峭的邊沿亦無拐1.3.2信道編碼65

點(diǎn)，所以經(jīng)調(diào)制后已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步平滑。

3、GMSK相位路徑

MSK是一種特殊的2FSK，它是選擇倆個不同的頻率分別傳輸基帶信息中的+1，-1，比如傳號+1的頻率為fm=fc+fd,空號-1的頻率為Fs=fc-fd[其中fc=(fm+fs)/2]，倆種頻率的信號在一個碼元期間Tb內(nèi)所積累的相位差必須嚴(yán)格等于，以保證在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號的相位是連續(xù)的。GMSK相位路徑如圖1-7所示。

點(diǎn)，所以經(jīng)調(diào)制后已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步平66圖1-7GMSK相位路徑圖1-7GMSK相位路徑674、GMSK信號產(chǎn)生原理

低通濾波器{ak}VCOGMSK信號圖中濾波器為高斯濾波器，其輸出直接對VCO調(diào)頻以保持已調(diào)波包洛的恒定和相位連續(xù)。5、高斯濾波器的傳輸函數(shù)

H（f）=exp(2f2)

式中，是與濾波器3dB帶寬相關(guān)的常數(shù)1.3.4交織

把一條消息中的相繼比特分散開，即一條消息中的相繼比特以非相繼方式被發(fā)送，這樣，在傳輸過程中即使發(fā)生了成串差錯，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時，差錯也就變成單個（或長度很短），這時，再用信道編碼功能糾正差錯，恢復(fù)原消息，這種方法就是交織技術(shù)。假定由一些4比特組成的消息分組，把4個相繼分組中的第一個比4、GMSK信號產(chǎn)生原理低通濾波器{ak}VCOGMSK信號68特取出來，并讓這4個第一比特組成一個新的4比特分組，稱做第1幀，4個消息分組中的比特2~4，也做同樣的處理。12341234123412341111222233334444消息分組交織后的消息分組1X341X341X341X34交織原理1.3.5多址接入1、FDMA

FDMA分配不同的頻段給各個移動電話用戶，每個用戶獲得一個單獨(dú)的頻段或信道，在通信期間不允許其他的用戶使用這個信道。

FDMA的基本特點(diǎn)是：一個FDMA信道只允許一個用戶使用，如果FDMA信道沒有使用處于空閑狀態(tài)，也不能為其他用戶享用；一個語音信道建立后，基站與移動臺同時連續(xù)工作，F(xiàn)DMA信道頻帶較窄，限用于窄帶系統(tǒng)。特取出來，并讓這4個第一比特組成一個新的4比特分組，稱做第1692、時分多址TDMATDMA方式把天線頻譜分成若干個時隙，在每個時隙內(nèi)只允許一個正向或反向鏈路工作，每個移動電話用戶周期性的重復(fù)一個時隙，由此一個信道可以看作是多個連續(xù)幀內(nèi)的一個時隙，一幀內(nèi)就可以有N個時隙。每個幀包含有報文、訓(xùn)練比特和信息比特。報文中的守候時隙用來同步處于不同幀或時序中的接收機(jī)，而其內(nèi)的地址信息用于系統(tǒng)與用戶驗(yàn)證。TDMA的基本特點(diǎn)有：TDMA接入的幾個用戶共用一個單頻率，每個用戶使用此頻率的時隙不重復(fù)；用戶數(shù)據(jù)傳輸是不連續(xù)的，而是在突發(fā)脈沖中出現(xiàn)（BURST），用戶MSMSMSHIIH頻率信道ⅠMSMSGDDG頻率信道ⅡMSMSMSHII70的發(fā)射機(jī)在其接收期間關(guān)閉，以降低電源消耗；數(shù)據(jù)傳輸速率比FDMA高。因此TDMA系統(tǒng)引入自適應(yīng)均衡；在TDMA中，守候時隙縮小，為了減小守候時間，在時隙邊緣信號被制截止。GSM數(shù)字通信系統(tǒng)采用頻分多址FDMA/TDMA相結(jié)合；利用不同的頻率區(qū)分不同的信道：利用不同的時間區(qū)分用戶,區(qū)分原理如圖1-6和1-