GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程.ppt

1、GSM手機(jī)原理培訓(xùn)教程,凱虹移動(dòng)通信有限公司 2006年8月2日,第一章 GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)述 1.1 移動(dòng)通信的特點(diǎn) 1.2 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)組成 1.3 GSM系統(tǒng)采用的技術(shù) 第二章 GSM手機(jī)的基本電路 2.1 GSM手機(jī)常用元器件 2.2 GSM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(jiàn)故障維修 3.1 詳見(jiàn)維修手冊(cè),第一章 GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)述 1.1 移動(dòng)通信的特點(diǎn) 1.1.1 電磁波傳播路徑 微波信號(hào)場(chǎng)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(xiàn)輻射發(fā)送，但由于傳播的路徑不同，到達(dá)接收終端時(shí)的幅度和相位各不相同，加上移動(dòng)臺(tái)又以各種不同的速度在

2、移動(dòng)，方向也在無(wú)規(guī)則變化。因此，移動(dòng)臺(tái)在不同的位置，它接收信號(hào)和場(chǎng)強(qiáng)的大小是不同的。這種現(xiàn)象在通信技術(shù)中稱(chēng)為多徑落衰落，它不僅影響移動(dòng)通信的通訊質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)無(wú)法接收。 1.1.2 移動(dòng)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(hào)設(shè)備中元器件的非線(xiàn)性引起，如接收混頻、輸入回路的選擇性不佳時(shí)，一些與信號(hào)頻率接近的干擾信號(hào)就會(huì)串入混頻級(jí)，對(duì)有用信號(hào)造成干擾。這樣要求移動(dòng)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(jí)。 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(hào)掩蓋信道弱的信號(hào)，如同1-1所示：,圖中A和B用戶(hù)分別使用K信道和K1信道，這兩個(gè)信道間隔分配上

3、是不存在鄰道干擾的，用戶(hù)A距基站很遠(yuǎn)，用戶(hù)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(huì)出現(xiàn)K1信道接收的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)干擾K信道接收的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在通信技術(shù)中稱(chēng)為鄰道干擾。 為了解決鄰近干擾，在移動(dòng)通信設(shè)備中使用自動(dòng)功率控制電路。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)靠近基站時(shí)，系統(tǒng)發(fā)射控制功率等級(jí)電平指令降低，而與基站距離拉遠(yuǎn)時(shí)，則提升其發(fā)射功率，由此來(lái)削弱和抑制鄰道干擾。,K信道,K1信道,B,A,圖1-1 鄰道干擾,3、同頻干擾 同頻干擾是指相同載波頻率發(fā)射臺(tái)之間的干擾，它是蜂窩式移動(dòng)通信固有的，類(lèi)似電視技術(shù)中的同頻干擾。由于蜂窩系統(tǒng)的各個(gè)服務(wù)區(qū)可以重復(fù)使用相同載頻，因此移動(dòng)通信在組

4、建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)作統(tǒng)一全面的規(guī)劃。 1.1.3 移動(dòng)通信的多普勒效應(yīng) 當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體達(dá)到某一速度時(shí)，固定接收臺(tái)接收的信道載波頻率會(huì)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= / cos 例如：衛(wèi)星移動(dòng)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(huì)變成f 1 f 2；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(lái)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)。,鑒于數(shù)字鎖相電路的頻率跟蹤特性和窄帶特性，GSM

5、的移動(dòng)電話(huà)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(hù)的移動(dòng)性 由于是移動(dòng)通信，那么通信的雙方位置就不會(huì)固定在某一個(gè)方位。加上發(fā)射機(jī)在未通話(huà)期間處于關(guān)閉狀態(tài)，又沒(méi)有一條專(zhuān)用語(yǔ)音信道配備給移動(dòng)電話(huà)機(jī),因此為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠、有效的通信，這就要求移動(dòng)電話(huà)設(shè)備必須是有位置分配、越區(qū)切換以及漫游訪(fǎng)問(wèn)等各類(lèi)跟蹤交換技術(shù)。 1.2 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)組成 1.2.1 GSM移動(dòng)通信的發(fā)展 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)源于1982年，由歐洲的電信聯(lián)盟設(shè)立移動(dòng)通信特別小組GSM（Group Special Mobile),著手歐洲數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的制式 標(biāo)準(zhǔn)研究

6、。GSM作為一種國(guó)際公共標(biāo)準(zhǔn)，因此在系統(tǒng)覆蓋的世界各國(guó)之間漫游都是全自動(dòng)的。GSM提供的業(yè),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。 1.2.2 GSM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(dòng)臺(tái)SM 基地臺(tái)BS 890MHz915MHz 基地臺(tái)BS 移動(dòng)臺(tái)MS 935 MHz960MHz (2) DCS ：移動(dòng)臺(tái)MS 基地臺(tái)BS 1710MHz1785MHz 基地臺(tái)BS 移動(dòng)臺(tái)MS 1805MHz1880MHz （3）雙工：頻分雙FDD （4） 載波間隔：20KHz （5） 接入方式：時(shí)分多址TDMA 8時(shí)隙/200KHZ （6）調(diào)制方式：高斯濾

7、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(zhǎng)）5.515ms （8）信息傳輸速率：22.8 Kbit/S （9）符號(hào)傳輸速率：270.833 Kbit/S,（10）語(yǔ)言編碼：13 Kbit/S，規(guī)律的脈沖激勵(lì)，具有長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的線(xiàn)性預(yù)測(cè) 編碼，即RPE-LPT-LPC （11）數(shù)據(jù)速率：全速 9.6Kbit /S，半速 4.8Kbit / S 1.2.3 頻譜分配與信道劃分 1、GSM 900網(wǎng)絡(luò) GSM體制采用時(shí)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(duì)移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)，同是發(fā)射頻率較低，接收頻率較高，一個(gè)發(fā)射頻率和一個(gè)接收頻率組成一

8、個(gè)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(shí)小區(qū)組網(wǎng)，頻率復(fù)用的小區(qū)分裂。,圖12 GSM900頻分雙工頻譜分配,MS,BS,BS,MS,25MHZ,25MHZ,雙工間隔,45MHZ,890 915,935 960,GSM 900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(gè)時(shí)分址載波信道，每個(gè)載波信道占用帶寬200KHz，一般避免使用邊緣1號(hào)和124號(hào)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(gè)。 2、 DCS 1800網(wǎng)絡(luò) 為了解決用戶(hù)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(huì)的文件，支持G

9、SM/DCS多頻帶技術(shù)，DSC投入運(yùn)作。, ,25MHZ,1,2,123,124,200K,200K,200K,200K,圖1-3 GSM頻段載波頻道劃分,DCS1800頻帶的頻分雙工頻譜分配如圖1-4所示，對(duì)移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)，同樣也是發(fā)射頻率較低，接收頻率較高。一個(gè)發(fā)射頻率和一個(gè)接受頻率組成一個(gè)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(gè)TDMA載波信道，每個(gè)載波信道占用200KHZ的帶寬。,1,2,3,1,2,3,MS BS,MS BS,75MHZ,75MHZ,95MHZ,雙工間隔,1785MHZ,1805MHZ,18

10、80MHZ,374,374,1710MHZ,圖1-5 DCS1800頻分雙工頻譜分配,1.2.4 時(shí)分TDMA的幀長(zhǎng) GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信體系語(yǔ)音幀的時(shí)長(zhǎng)定為20MS，要求語(yǔ)言幀的傳輸延遲時(shí)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(gè)時(shí)隙的TDMA時(shí)幀長(zhǎng)度及小于5MS。由此GSM標(biāo)準(zhǔn) TDMA的時(shí)幀長(zhǎng)度為5.515MS，每個(gè)TDMA幀分成8個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙寬度又為0.578MS，供建立物理信道用。 每一個(gè)移動(dòng)電話(huà)機(jī)只使用其中的一個(gè)時(shí)隙，這就是時(shí)分多址TDMA方式的物理含義。移動(dòng)臺(tái)和基地臺(tái)只要能在時(shí)間上嚴(yán)格同步，各個(gè)移動(dòng)電話(huà)機(jī)之間就不會(huì)相互干擾。在

11、一個(gè)載波信道中，無(wú)論移動(dòng)電話(huà)機(jī)在哪一時(shí)刻接收還是發(fā)射。8只移動(dòng)話(huà)機(jī)只有一臺(tái)進(jìn)行收發(fā)工作，剩余7只則在監(jiān)測(cè)鄰近幾個(gè)基地臺(tái)的信道場(chǎng)強(qiáng)，為越區(qū)切, ,75MHZ,1,2,373,374,200K,200K,200K,200K,圖1-6 DCS頻段載波頻道劃分,換做準(zhǔn)備。 所有的GSM話(huà)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(dòng)臺(tái)發(fā)射給基地臺(tái)的時(shí)間是間隙的，即稱(chēng)為突發(fā)脈沖序列（DURST），占用一個(gè)間隙寬度0.578MS；移動(dòng)臺(tái)接收基地臺(tái)發(fā)射來(lái)的突發(fā)脈沖序列，也是間隙的，且時(shí)隙寬度同樣為0.578MS，8個(gè)時(shí)序中的一個(gè)結(jié)束，下一個(gè)0.578MS的時(shí)隙就會(huì)輪到另一只移動(dòng)電話(huà)機(jī) ，循環(huán)周期為T(mén)DM

12、A時(shí)幀長(zhǎng)5.515MS，話(huà)務(wù)信道（HCH）的時(shí)幀，每26個(gè)TDMA時(shí)幀組成一個(gè)復(fù)幀，復(fù)幀的幀長(zhǎng)為120MS，全速率語(yǔ)音傳輸時(shí)占用24幀，半速率語(yǔ)言傳輸時(shí)只用12幀。 1.2.5 信道切換 在TDMA系統(tǒng)中，時(shí)隙就是通信的信道，利用TDMA聯(lián)接的信道特點(diǎn)，移動(dòng)臺(tái)除了在規(guī)定的時(shí)隙信道中完成收發(fā)工作外，還得利用其余時(shí)間監(jiān)視其他時(shí)隙信道的信號(hào)。移動(dòng)電話(huà)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(shí)間通過(guò)伴隨控制信道（ACCH）向本服務(wù)小區(qū)基地臺(tái)反映鄰近小區(qū)的信號(hào)功率及信道質(zhì)量。,鑒于移動(dòng)電話(huà)機(jī)隨時(shí)隨地進(jìn)行移動(dòng)，它與基地臺(tái)的通信距離會(huì)隨之不斷變化，所以移動(dòng)電話(huà)機(jī)必須隨時(shí)不斷地調(diào)整

13、發(fā)射定時(shí)和發(fā)射功率。時(shí)間調(diào)整信息則由基地臺(tái)通過(guò)SDCCH（獨(dú)立專(zhuān)用控制信道）或TCH信道發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)。 1.2.6 GSM系統(tǒng)的通信服務(wù)種類(lèi) 1、承載服務(wù) 系載服務(wù)內(nèi)容有：受限話(huà)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(yǔ)言以及傳真服務(wù)等。 3、附加服務(wù) 號(hào)碼識(shí)別、免費(fèi)電話(huà)服務(wù)及移動(dòng)接入跟蹤等多達(dá)28項(xiàng)服務(wù)。 1.2.7 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)包括移動(dòng)臺(tái)（MS）、基站系統(tǒng)（BSS）和網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）。,1、移動(dòng)臺(tái)（MS） 一個(gè)完整的移動(dòng)臺(tái)分成兩部分：一部分為包含天線(xiàn)接口由軟

14、硬件構(gòu)成的收發(fā)信機(jī)；另一部分是用戶(hù)身份識(shí)別模塊SIM卡，SIM卡與移動(dòng)臺(tái)硬件之間通過(guò)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(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器ROM，程序存儲(chǔ)器EEPROM和串行雙向接口組成。它與移動(dòng)臺(tái)之間的物理界面包括：串行雙向數(shù)據(jù)數(shù)線(xiàn)I/O，復(fù)位線(xiàn)RST、時(shí)鐘線(xiàn)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(hù)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(shí)別） 它是SIM卡處理中心對(duì)SIM卡進(jìn)行個(gè)人數(shù)據(jù)處理進(jìn)程中編制的流水號(hào)。 （2）PIN 是移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)以個(gè)人識(shí)

15、別碼，PIN碼有兩個(gè)，一個(gè)是PIN1，另一個(gè)是PIN2，PIN1碼是用來(lái)保護(hù)SIM卡的安全。,PIN2碼也是SIM卡的密碼，它與網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)和SIM卡內(nèi)部資料的修改有關(guān)，所以不公開(kāi)PIN2碼。即使PIN2碼被鎖也不會(huì)影響正常通話(huà)，PIN1和PIN2碼的初始狀態(tài)是關(guān)閉的。 （3）IMEI（國(guó)際移動(dòng)電話(huà)身份識(shí)別） IMEI碼是全球唯一的，只有在歸屬移動(dòng)交換服務(wù)中心（MSC）將移動(dòng)電話(huà)機(jī)的號(hào)碼同SIM卡中的IMEI碼進(jìn)行比較識(shí)別后，移動(dòng)手機(jī)才能正常使用。 （4）RI （隨機(jī)識(shí)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(guò)程中啟用啟用保密器A3或A8隨機(jī)生成的，用戶(hù)無(wú)法讀出RI碼

16、，它由GSM系統(tǒng)的鑒權(quán)中心（ANC）來(lái)鑒別RI碼的參數(shù)和密匙，裁決移動(dòng)臺(tái)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(gè)高容量的交換機(jī)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)有關(guān)的功能，每個(gè)（BSC）可以控制多個(gè)（BTC）。,3、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS） 由移動(dòng)交換中心（MSC）、原籍位置寄存器（HLR）、訪(fǎng)問(wèn)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(jì)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)

17、接口。 HLR是一種用來(lái)存儲(chǔ)本地用戶(hù)位置的數(shù)據(jù)庫(kù)。 VLR是一種用于存儲(chǔ)來(lái)訪(fǎng)用戶(hù)位置信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。 AUC用于存儲(chǔ)鑒權(quán)信息和加密密匙，用來(lái)防止未授權(quán)用戶(hù)接入系統(tǒng)，并對(duì)無(wú)線(xiàn)接口上的話(huà)音、數(shù)據(jù)、信令信息進(jìn)行加密保護(hù)。 EIR存儲(chǔ)用于識(shí)別移動(dòng)設(shè)備的國(guó)際移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼（IMEI）用來(lái)檢驗(yàn)非授權(quán)用戶(hù)，可以保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動(dòng)臺(tái)的唯一性和安全性。通常HLR、AUC合設(shè)置于一個(gè)物理實(shí)體中，VLR、MSC和設(shè)置一個(gè)物理實(shí)體中。,1.3 GSM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(lèi)： （1）信道機(jī)技術(shù)：包括語(yǔ)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

18、）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(yǔ)音編碼 語(yǔ)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(yǔ)音。存儲(chǔ)時(shí)，可以節(jié)省空間，提高存儲(chǔ)語(yǔ)音長(zhǎng)度，降低成本，語(yǔ)音編碼算法主要分為三類(lèi)： （1）、波形編碼 使重建語(yǔ)音的波形保持原始語(yǔ)音的波形形狀，如PCM、ADPCM等。 （2）、參數(shù)編碼 通過(guò)提取、編碼語(yǔ)音的特征參數(shù)，保持重建語(yǔ)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(yǔ)音，如矢量和激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)和碼激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)（CELP）等。 PCM編碼：采用A律波形編碼分為3步： 采樣 在某瞬間測(cè)量模擬信號(hào)的值，采

19、樣速率為8KHZ/S。,量化 對(duì)每個(gè)樣值用8個(gè)比特的量化值來(lái)表示對(duì)應(yīng)的模擬信 號(hào)瞬間值，即為樣值指配256（28）個(gè)不同電平值中的一個(gè)。 編碼 每個(gè)量化值用8個(gè)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(hào)流。 LPC-LTP-RPE 編碼器 LPC+LTP為聲碼器 RPE為波形編碼器 再通過(guò)復(fù)用器混合完成模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字編碼，每語(yǔ)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,LPC,LTP,RPE,+,1.3.2 信道編碼 位于語(yǔ)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

20、先是把話(huà)音分成20ms的音段，這20ms的音段通過(guò)語(yǔ)音編碼被數(shù)字化和語(yǔ)音編碼，產(chǎn)生260個(gè)比特流，并被分成： 50個(gè)最重要的比特；132個(gè)重要的比特；78個(gè)不重要的比特。 對(duì)上述50個(gè)比特加上3個(gè)CRC校驗(yàn)比特（分組編碼）這53個(gè)比特同132個(gè)重要比特與4個(gè)尾比特一起卷積編碼，比率為12，因而得378個(gè)比特，另外78個(gè)比特不予保護(hù)，總共為456個(gè)比特，所以此時(shí)的波特率為22.8Kbps。 1.3.3數(shù)字信號(hào)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(hào)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(chēng)為調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控。 2、基

21、本原理： 基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波，使基帶信號(hào)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(wú)陡峭的邊沿亦無(wú)拐,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(gè)不同的頻率分別傳輸基帶信息中的+1，-1，比如傳號(hào)+1的頻率為fm=fc+fd,空號(hào)-1的頻率為Fs =fc-fd其中fc=(fm+fs)/2，倆種頻率的信號(hào)在一個(gè)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(shí)刻信號(hào)的相位是連續(xù)的。GMSK相位路徑如圖1-7所示。,圖1-7 GMSK相位路徑,4、GMSK信號(hào)產(chǎn)生原理,低通濾波器,ak,VC

22、O,GMSK信號(hào),圖中濾波器為高斯濾波器，其輸出直接對(duì)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(2 f2 ) 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(kāi)，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(guò)程中即使發(fā)生了成串差錯(cuò)，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時(shí)，差錯(cuò)也就變成單個(gè)（或長(zhǎng)度很短），這時(shí)，再用信道編碼功能糾正差錯(cuò)，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(gè)相繼分組中的第一個(gè)比,特取出來(lái)，并讓這4個(gè)第一比特組成一個(gè)新的4比特分組，稱(chēng)做第1幀，4個(gè)消息分組中的比特

23、24，也做同樣的處理。,消息分組,交織后的 消息分組,交織原理,1.3.5多址接入 1、FDMA FDMA分配不同的頻段給各個(gè)移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)獲得一個(gè)單獨(dú)的頻段或信道，在通信期間不允許其他的用戶(hù)使用這個(gè)信道。 FDMA的基本特點(diǎn)是：一個(gè)FDMA信道只允許一個(gè)用戶(hù)使用，如果FDMA信道沒(méi)有使用處于空閑狀態(tài)，也不能為其他用戶(hù)享用；一個(gè)語(yǔ)音信道建立后，基站與移動(dòng)臺(tái)同時(shí)連續(xù)工作，F(xiàn)DMA信道頻帶較窄，限用于窄帶系統(tǒng)。,2、時(shí)分多址TDMA TDMA方式把天線(xiàn)頻譜分成若干個(gè)時(shí)隙，在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)只允許一個(gè)正向或反向鏈路工作，每個(gè)移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)周期性的重復(fù)一個(gè)時(shí)隙，由此一個(gè)信道可以看作是多個(gè)連續(xù)幀 內(nèi)的一

24、個(gè)時(shí)隙，一幀內(nèi)就可以有N個(gè)時(shí)隙。每個(gè)幀包含有報(bào)文、 訓(xùn)練比特和信息比特。報(bào)文中的守候時(shí)隙用來(lái)同步處于不同幀或時(shí)序中的接收機(jī)，而其內(nèi)的地址信息用于系統(tǒng)與用戶(hù)驗(yàn)證。 TDMA的基本特點(diǎn)有：TDMA接入的幾個(gè)用戶(hù)共用一個(gè)單頻率，每個(gè)用戶(hù)使用此頻率的時(shí)隙不重復(fù)；用戶(hù)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(hù),MS,HI,I H,頻率信道,MS,MS,GD,D G,頻率信道,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(shí)隙縮小，為了減小守候時(shí)間，在時(shí)隙邊緣信號(hào)被制截止。 GSM數(shù)字通信系統(tǒng)采用頻分多址FDMA/

25、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(shí)間區(qū)分用戶(hù),區(qū)分原理如圖1-6和1-7所示：,MS,HI,I,H,圖1-6 FDMA頻率區(qū)分移動(dòng)用戶(hù),頻率信道,頻率信道,GD,G D,MS,MS,MS,MS,HI,GD,用戶(hù)1,用戶(hù)2,用戶(hù)3,用戶(hù)4,I,H,D,G,HI,GD,圖1-7 TDMA時(shí)隙區(qū)分移動(dòng)用戶(hù),3、碼分多址 CDMA CDMA蜂窩移動(dòng)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(shí)域、頻域和碼域三維信號(hào)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(huà)質(zhì)量好；移動(dòng)功耗小。,1.3.6 頻譜擴(kuò)展 GSM系統(tǒng)傳輸語(yǔ)音

26、信號(hào)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(gè)比原來(lái)信息頻帶寬的多的頻譜上，接收端通過(guò)相關(guān)電路處理，將其還原到原信息帶寬的技術(shù)稱(chēng)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(jiǎn)稱(chēng)DS （2）、跳頻、記為FH （3）、跳時(shí)、記為T(mén)H （4）、線(xiàn)形跳頻、記為Chirp 1.3.7 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(wú)線(xiàn)方式 改變移動(dòng)臺(tái)或基站的發(fā)射功率。移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率自適應(yīng)控制原理如圖,17所示，移動(dòng)臺(tái)中功率檢測(cè)器將接收檢出的信道場(chǎng)強(qiáng)和信號(hào)質(zhì)量， 定時(shí)向基地臺(tái)反應(yīng)。基地臺(tái)接收到反饋信息則按照預(yù)先設(shè)置的門(mén)限 電平與反饋

27、來(lái)的門(mén)限電平值進(jìn)行比較，計(jì)算出發(fā)射功率的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電平。其中信道場(chǎng)強(qiáng)的度量是電平的大小，信號(hào)質(zhì)量的度量是比特誤碼概率BER。 GSM標(biāo)準(zhǔn)啟用兩個(gè)測(cè)量門(mén)限電平構(gòu)成一個(gè)電平控制區(qū)，在檢測(cè)的電平落在電平控制區(qū)之內(nèi)時(shí)，基地臺(tái)不對(duì)移動(dòng)臺(tái)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(shí)，就依比較計(jì)算值進(jìn)行相應(yīng) 的功率控制調(diào)整。 在GSM移動(dòng)臺(tái)中，由中央處理器內(nèi)的功率檢測(cè)器分離出信號(hào)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(mén)限電平進(jìn)行比較，得到直流電壓控制移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的大小?；?地臺(tái)的發(fā)射功率僅滿(mǎn)足覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)電話(huà)能夠正常接收為準(zhǔn)則，而 不采用移動(dòng)那樣的自適應(yīng)發(fā)射功率控制閉環(huán)反饋網(wǎng)

28、絡(luò)。,射頻調(diào)制,發(fā)射功率發(fā)大器,功率檢測(cè)器,門(mén)限電平,門(mén)限比較器,數(shù)模轉(zhuǎn)換,中央處理器,功率等級(jí)電平,發(fā)射功率調(diào)整,圖17 GSM系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)功率自適應(yīng)控制,1.3.8 GSM信道類(lèi)型 GSM系統(tǒng)信道分為倆大類(lèi)：業(yè)務(wù)與控制信道。無(wú)論那種類(lèi)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(yǔ)音和用戶(hù)數(shù)據(jù)。 2、控制信道 GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)定義的控制信道ACCH包括以下幾種：,射頻輸出,（1）、廣播控制信道BCCH，它用于頻率校正、幀同步、基地臺(tái) 識(shí)別以及控制信道。通常在時(shí)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(dòng)臺(tái)呼叫，隨機(jī)

29、入網(wǎng)和手機(jī)專(zhuān)用信道。 （3）、專(zhuān)用控制信道DCCH，專(zhuān)用控制信道分為獨(dú)立專(zhuān)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(zhuān)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(cè)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(zhuān)用控制信道給移動(dòng)臺(tái)時(shí)，用于傳送專(zhuān)用控制信道相同的信令。 移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)首先搜索BCCH信道，通過(guò)讀取頻率校正信道FCCH和同步信道SCH信令使之與基地臺(tái)的時(shí)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(shí)，先通過(guò)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(dòng)臺(tái)使用一臺(tái)一條獨(dú)立的專(zhuān)用

30、控制信道SDCCH，來(lái)控制完成余下的通話(huà)建立過(guò)程。過(guò)程建立，移動(dòng)臺(tái)被指示移到慢速隨路控制信道SACCH，,監(jiān)聽(tīng)BCCH和CCCH控制信道上的信息，直到通話(huà)完畢。 與被呼移動(dòng)臺(tái)的通話(huà)則在基站分配的TCH業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行，需 要切換時(shí)，由快速伴隨信道FACCH來(lái)完成。 移動(dòng)方接收呼叫與發(fā)起呼叫的過(guò)程相似，由基站通過(guò)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(gè)PCH（尋呼 信道）信息通知移動(dòng)臺(tái)。移動(dòng)臺(tái)被鎖定后對(duì)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(guò)共用控制信道 CCCH的AGCH（接入認(rèn)可信道）給移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)新的SDCCH。 在SDCCH上建立交換信息后

31、，就在SDCCH信道分配給移動(dòng)臺(tái)一個(gè) 業(yè)務(wù)信道，移動(dòng)臺(tái)就在業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行通話(huà)。,第二章 GSM手機(jī)的基本電路 2.1 GSM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(jiàn)的片狀電容有電解電容、云母電容、瓷介電容。它的兩個(gè)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

32、源電路鎖相環(huán)電路的LPF電路中；熱敏電阻用于參考時(shí)鐘,和電池充電溫度的檢測(cè)電路中。 3、片狀電感 電感一般是由導(dǎo)線(xiàn)繞制而成，繞制方式有單層和多層線(xiàn)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(shí)，電感線(xiàn)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(kāi)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(jí)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?/p>

33、極管是利用外加反壓（即外部電場(chǎng)）來(lái)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(xiàn)性元件。,2.1.3 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(chǎng) 效應(yīng)管，則對(duì)應(yīng)電極是：D漏級(jí)；G柵極；S源極。 場(chǎng)效應(yīng)管是一種場(chǎng)強(qiáng)控制元件，其特點(diǎn)是輸入阻抗高（104108）M歐姆），噪聲系數(shù)小，開(kāi)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(kāi)關(guān)元件。,C,B,E,圖2-1 晶體三極管外形和電極排列,2、穩(wěn)壓模塊 常見(jiàn)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）

34、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。 2.1.4 13MHZ時(shí)鐘晶體和聲表面波濾波器 1、13MHZ時(shí)鐘晶體 它振蕩產(chǎn)生的13MHZ時(shí)鐘要作為系統(tǒng)主時(shí)鐘提供給邏輯電路， 同時(shí)作為參考時(shí)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(shí) 鐘的有無(wú)關(guān)系到GSM手機(jī)能否開(kāi)機(jī)， 13MHZ時(shí)鐘頻率的精度和穩(wěn)定 度決定手機(jī)能否入網(wǎng)。,2、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

35、的方向切割成倆對(duì)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(cuò)嵌插互相絕緣，當(dāng)交變的電信號(hào)加至器件輸入端時(shí)，就會(huì)在基片表面的電極間激發(fā)交變電場(chǎng)。在電場(chǎng)力的作用下，壓電表層產(chǎn)生“伸”和“縮”的機(jī)械振動(dòng)，在梳齒間的基片表層形成表面波，沿振動(dòng)方向倆側(cè)傳播。在向前傳播的表面波到達(dá)輸出端時(shí)，壓電基片的表面波通過(guò)梳齒狀電極轉(zhuǎn)換成交變的電信號(hào)。由輸出電極的倆個(gè)引出端送往下一級(jí)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),圖2-3 幅頻特性,2.1.5 集成電路 1、EEPROM 俗稱(chēng)碼片，主要用于存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù)和射頻參數(shù)，如手機(jī)識(shí)別碼（IMEI），語(yǔ)言選擇，鍵盤(pán)自鎖、雙音多

36、頻的開(kāi)/關(guān)和射頻的校準(zhǔn)參數(shù)等。 2、FLASH ROM 主要裝載GSM手機(jī)的基本程序和各種功能控制程序。,3、SRAM 是一種存儲(chǔ)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(dòng)器和液晶板。譯碼器和驅(qū)動(dòng)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(lèi)，一類(lèi)為并口型，另一類(lèi)為串口型。 并口型的引腳較多，CPU輸出的顯示數(shù)據(jù)通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)送到LCD顯示屏接口，由液晶控制器對(duì)數(shù)據(jù)中的指令和顯示信息解析、存儲(chǔ)并接一定的時(shí)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

37、，并口型中的8位數(shù)據(jù)線(xiàn)D0D7、R/W、CS、A0線(xiàn)被I2C BUS 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(xiàn)則為液晶顯示模塊提供同步工作時(shí)鐘。,2.1.7 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(chǎng)的作用下向正負(fù)極移動(dòng)形成電流，充電過(guò)程在外電場(chǎng)作用下鋰離子由正極移向負(fù)極形成充電電流。放電過(guò)程則在內(nèi)部電場(chǎng)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 .2 GSM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

38、：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(dòng)通信專(zhuān)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935960MHZ和18051880MHZ的高頻基準(zhǔn)副載波，天線(xiàn)接收和LNA放大935960MH和18051880MHZ,的射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，直接分離出67.708KHZ接收基帶信號(hào)。 在發(fā)射時(shí)，由同一PLL射頻本振鎖相環(huán)產(chǎn)生935960MHZ和18051880MHZ的高頻基準(zhǔn)副載波，再由67.708KHZ的發(fā)射基帶信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，攜帶全部話(huà)音信息的已調(diào)發(fā)射載波通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送。 手機(jī)在收信GSM頻段，RFVCO鎖相合成頻率為37403840MHZ 的射頻本振信號(hào)，經(jīng)射頻模塊分頻器進(jìn)行f/4分頻得到935960MHZ射頻本振對(duì)LAN放大的935960MHZ射頻接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，分離出GSM頻段的67.708KHZ接收的I/Q基帶信號(hào)。 手機(jī)在發(fā)信GSM頻段，RFVCO鎖相合成頻率為35603660M