1、,手機工作原理介紹,五光十色的通信世界,微波網(wǎng)管,何謂移動通信,通信的雙 方或一方 處于移動 中的通信 就叫做移 動通信。,移動通信解決了因為人的移動而產(chǎn)生的動中通 問題。,典型的移動通信系統(tǒng),集群通信-警察、出租車調(diào)度 蜂窩移動電話-車載、手持機 無線尋呼-數(shù)顯、漢顯、雙向 無繩電話-家用、公共無線接入點 衛(wèi)星移動通信-銥、全球星等 無線局域網(wǎng)(WLAN)-802.11、UWB 個人無線接入系統(tǒng)(WPAN/WVAN) 固定無線接入系統(tǒng)(WMAN)-LMDS 無線廣播系統(tǒng)-DAB、DVB,移動通信的發(fā)展歷程,AMPS,TACS,NMT,其它,第一代（1G) 上世紀 80年代,模擬,模擬技術(shù),(

2、l),GSM,CDMA,IS95,TDMA,IS-136,PDC,第二代（2G) 上世紀 90年代,數(shù)字,數(shù)字技術(shù),話音業(yè)務(wù),3G,1G,2G,2.5G,話音通信 主要系統(tǒng)：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它,1G模擬蜂窩（FDMA）,話音通信、低速數(shù)據(jù)通信：9.6 kbps 主要系統(tǒng)：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDC,2G數(shù)字蜂窩（TDMA、CDMA）,話音通信、數(shù)據(jù)通信：115kbps / 144kbps / 153 kbps 主要系統(tǒng)：GPRS、cdma2000 1X,2.5G數(shù)據(jù)通信（TDMA、CDMA）,話音通信、數(shù)據(jù)通信、移動多媒體 ：2Mb

3、ps 主要系統(tǒng)：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMA,3G多媒體數(shù)據(jù)通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA）,移動通信系統(tǒng)的組成,MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station , BSC: Base Station Controller,MSC-移動交換中心：主要負責整個移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸交換，網(wǎng)絡(luò)管理以及與其他通信系統(tǒng)的聯(lián)接等作用，手機用戶的身份確認與位置更新，通信的路由選擇等系統(tǒng)功能也需要MSC完成。 MS-移動臺：即手機，用戶通過手機來進行通信，手機

4、可以將用戶的基帶話音或數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成為能夠傳輸?shù)纳漕l信號并能夠同時進行反方向的轉(zhuǎn)換。 BSS-基站系統(tǒng)：包括BTS（基站臺）與BSC（基站控制器）基站系統(tǒng)負責將MSC與MS連接起來，基站需要同時具備與MSC的固定的有線(或無線)聯(lián)接方式和與MS的移動的無線聯(lián)接方式。每個基站覆蓋一個蜂窩小區(qū)，在這個小,區(qū)中的手機都可以與此基站進行通信?；緦Υ诵^(qū)中手機的通信狀態(tài)包括頻率、功率、時序等參數(shù)進行控制和管理，當手機移動到另外一個小區(qū)時，將在基站控制下進行越區(qū)切換。 PSTN-公共交換電話網(wǎng)絡(luò) ，負責GSM網(wǎng)絡(luò)與市話連接。 VLR 訪問位置寄存器，VLR中存放著其控制區(qū)域內(nèi)所 有拜訪的移動用戶信息。

5、 HLR-歸屬位置寄存器， 是運營者用于管理移動用戶的 數(shù)據(jù)庫。存放著該HLR控制的所有移動用戶的數(shù)據(jù)以及 每個移動用戶的路由信息和狀態(tài)信息。,公用移動通信系統(tǒng)為雙向的無線通信系統(tǒng)，由手機到網(wǎng)絡(luò)的通信信號稱為“Uplink上行”通信信號，簡稱為“TX”。從網(wǎng)絡(luò)到手機的通信信號稱為“Downlink下行”通信信號。簡稱為“RX”。手機必須能夠同時進行雙向的通信，所以上行和下行的射頻信號不能在同一個頻率上進行傳輸。一般的，移動通信系統(tǒng)的上行和下行信號分別位于互不重疊的兩個頻率帶中。,GSM850系統(tǒng)的上行頻帶分配為824MHz849MHz；下行頻帶為869MHz894MHz，對于一個通信信道，收發(fā)

6、雙工間隔為45MHz。 GSM900系統(tǒng)的上行頻帶分配為880MHz915MHz；下行頻帶為925MHz960MHz，對于一個通信信道，收發(fā)雙工間隔為45MHz。 DCS系統(tǒng)的上行頻帶分配為1710MHz1785MHz；下行頻帶為1805MHz1880MHz，收發(fā)雙工間隔為95MHz。 PCS系統(tǒng)的上行頻帶分配為1850MHz1910MHz；下行頻帶為1930MHz1990MHz，收發(fā)雙工間隔為85MHz。,頻帶分配,何為遠近效應(yīng)？,移動通信是在運動過程 中進行的，移動臺之間 會出現(xiàn)近處移動臺干擾 遠處移動臺的現(xiàn)象，稱 為遠近效應(yīng)。因此，一 般要求移動臺的發(fā)射功 率具有自動調(diào)整的能 力，同時移

7、動臺的接收 機需要具有自動增益控 制的能力，當通信距離 迅速改變時能自動進行 信號調(diào)整。,功率控制,一個小區(qū)中的手機用戶可能有很多，當許多用戶同時與基站進行通信的時候，如果發(fā)射功率都相同，離基站近的用戶會對離基站遠的用戶造成阻塞效應(yīng)；而離基站較近的用戶用大功率發(fā)射時電池消耗也比較大，所以基站必須能夠?qū)κ謾C的發(fā)射功率進行調(diào)整，手機也應(yīng)該具備改變發(fā)射功率的能力。 GSM規(guī)范要求手機必須能夠以2dB為單位調(diào)整發(fā)射功率。GSM規(guī)定的手機發(fā)射功率分為519共15級，5級功率等級為33dBm，5級以下的功率每級以2dB的差值遞減。DCS與PCS系統(tǒng)均設(shè)015共16級功率，最大功率0級為30dBm，其它功率

8、同樣以2dB遞減。,多個用戶同時與一個系統(tǒng)進行通信的方式叫多址通信。多址方式可以分為FDMA、TDMA和CDMA三種方式。 FDMA（Frequency Division Multiple Access）頻分多址：多個用戶各自在互不相同頻帶上同時與系統(tǒng)進行通信。此種通信方式多用于模擬通信系統(tǒng)。 TDMA（Time Division Multiple Access) 時分多址：多個用戶在同一個頻帶上按順序輪流與系統(tǒng)進行通信，在某一時刻，只有一個用戶與系統(tǒng)進行通信。此種方式主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)。 CDMA（Code Division Multiple Access）碼分多址：多個用戶在同一時間、同

9、一頻帶內(nèi)與系統(tǒng)進行通信，但各自發(fā)出的信號編碼互不相同，由系統(tǒng)識別各用戶的通信內(nèi)容。此種通信方式也用于數(shù)字系統(tǒng)。,多址方式,Summary of Multiple Access,為便于系統(tǒng)控制，我們將上/下行頻帶中分割出的成對的 上/下行頻帶按照數(shù)字編號，稱為物理信道。相應(yīng)的信道編號稱為ARFCN（Absoluteness RF Channel Number）絕對射頻信道號。一個ARFCN對應(yīng)著一對上行和下行信道，這稱為GSM系統(tǒng)中的物理信道。 在所有GSM系統(tǒng)中，信道的頻率間隔均為200kHz。 GSM850系統(tǒng)的ARFCN為128-251，CH128上行的中心頻率為824.2MHz，ARFC

10、N為n的上行信道的中心頻率 fn=f1+(n-1)200kHz。對應(yīng)的下行信道中心頻率需要加上雙工間隔頻率，GSM850為45MHz。 GSM900系統(tǒng)的ARFCN為975-1023和0-124，CH975上行信道的中心頻率為880.2MHz，CH0的上行信道的中心頻率為890MHz。 DCS系統(tǒng)的ARFCN為512885，CH512的上行中心頻率為1710.2MHz。 PCS系統(tǒng)的ARFCN為512810，CH512的上行中心頻率為1850.2MHz。 需要說明的是DCS和PCS的ARFCN有很多是重合的，這是因為PCS系統(tǒng)僅限于北美使用，而北美沒有DCS系統(tǒng)，也就是說DCS和PCS系統(tǒng)不可

11、能在同一地區(qū)存在，所以ARFCN也就能夠重合。,物理信道,GSM 系統(tǒng)信道分類,邏輯信道,GSM數(shù)字蜂窩移動電話機原理,移動終端原理框圖,手機話音通信包含以下幾個步驟：,1.人的聲音通過麥克風轉(zhuǎn)化成模擬的話音信號； 2.模擬的話音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 3.數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成射頻信號； 4.射頻信號通過電磁波進行傳輸； 5.在接收端將射頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 6.數(shù)字信號被還原成模擬的話音信號； 7.模擬的話音信號通過揚聲器轉(zhuǎn)化成人能聽到的聲音。,數(shù)字手機從印刷電路板的結(jié)構(gòu)一般分為：邏輯系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)，3個部分。在手機中，這3個部分相互配合，在邏輯控制系統(tǒng)統(tǒng)一指揮下，完成手機的各項功能。

12、射頻系統(tǒng)由射頻接收和射頻發(fā)射兩部分組成。射頻接收電路完成接收信號的濾波、信號放大、解調(diào)等功能；射頻發(fā)射電路主要完成語音基帶信號的調(diào)制、變頻、功率放大等功能。手機要得到GSM系統(tǒng)的服務(wù),首先必須有信號強度指示,能夠進入GSM網(wǎng)絡(luò)。手機電路中不管是射頻接收系統(tǒng)還是射頻發(fā)射系統(tǒng)出現(xiàn)故障,都能導(dǎo)致手機不能進入GSM網(wǎng)絡(luò)。,超外差一次變頻接收機框圖,發(fā)射機結(jié)構(gòu)框圖,邏輯電路分為手機系統(tǒng)邏輯電路控制及存儲器電路與語音處理電路兩大部分，它完成手機各電路的控制及數(shù)字與語音信號的處理。邏輯電路部分通常是由中央處理器(CPU)或被稱為ASIC(專用應(yīng)用集成電路)的器件，為中心的電路構(gòu)成。在該電路中,還包含各種存儲

13、器電路：SRAM、EEPROM及FLASH電路,這些存儲器在手機電路中起著不同的作用。 下面以DELL手機為例介紹一下邏輯電路的開機步驟。,U901 （PMIC）,U401 （CPU）,U1906,VBATT,VBAT,X601,32.768KHz,MICCO_RESET_IN,V_LDO_RTC,NBATT_FLT,SYS_EN,VCC_MVT,V_BUCK3,U303,Camera module,U304,GSM_VCC_ANALOG,VCC_VCTCXO,VCC_IORF1,VCC_RX_TX,VLDO2/VCC_MEM V_LDO3,1,2,3,5,4,6,7,8,9,10,10,10

14、,26MHz,26MHz,13MHz,Power on sequence,手機實時時鐘和系統(tǒng)時鐘各自的作用,實時時鐘的作用:（32.768KHz) 1. 顯示時間和日期信息 2. 作為CPU副時鐘用于開機 3. 作為睡眠時鐘節(jié)省手機的功耗. 系統(tǒng)時鐘的作用：(13MHz or 19.2MHz） 1. 給CPU提供的主頻用于手機的開關(guān)機 2. 作為手機鎖相環(huán)的參考時鐘使手機能嚴格地與基站之間保持同步。,3GPP 第三代合作伙伴計劃 GMSK 高斯濾波最小頻移鍵控 AGC 自動增益控製 GPRS 通用分組無線業(yè)務(wù) ADC 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 USB 通用串行總線 AMPS 高級移動電話系統(tǒng) I2C 內(nèi)部集成電路總線,DSP 數(shù)字信號處