手机原理与常见故障排除(1).ppt

手机原理与常见故障排除学时 共30学时9 14周 每周二晚3学时 周六2学时 考核 平时50 期末考试50 考试形式 闭卷 课程简介 本课程主要讲授现代移动通信基本原理和基本知识 典型蜂窝通信系统及移动终端 手机的工作原理及基本故障排除方法 包括 移动通信理论基础移动电话 手机 原理常见故障分析部分 含维修工具使用介绍 学习方法建议 1 课堂认真听讲 不缺勤2 做好笔记3 多参考相关书籍 资料4 必要的实践5 兴趣是最好的老师和学习的动力 参考教材 1 郭梯云 移动通信 西安电子科技大学出版社2 邬国扬等 蜂窝通信 西安电子科技大学出版社3 张兴伟等 手机维修快速入门 电子工业出版社4 刘南平 手机原理与维修 北京师范大学出版社5 梅秀江 手机维修技能 机械工业出版社 一 移动通信系统概述 二 移动通信原理与技术三 GSM蜂窝系统和CDMA蜂窝系统四 GSM手机和CDMA手机 五 手机常用元器件识别和电路图识读六 手机维修技能及基本故障排除 部分视频素材 内容 第1章移动通信系统概述 1 1无线通信基本常识1 2通信和移动通信中的名词术语1 3蜂窝移动通信的发展1 4蜂窝网小区制区域覆盖1 5蜂窝网移动通信的组成和特征 1 1无线通信基本常识一 通信系统组成通信的任务是传送信息 信息包括语言 音乐 文字 图像 数据等各种信号 通信系统由发送设备 信道 接收设备组成 如1 1图所示 信道是传送信息的通道 无线通信的信道是大气空间 有线通信的信道是传输线 如电线 电缆 光缆等 通信的种类很多 如人们生活中常见的电话 电视 广播 传真 卫星通信 移动通信 计算机通信等等 二 电磁波传递声音和图像信号的原理 电磁波传递声音和图像信号就象鸽子送信一样 点击观看视频 鸽子送信 先将信号载在电磁波上 再把载有信号的电磁波发射出去 到达接收处设法从电磁波上把信号检出来 高频振荡器产生高频振荡电流 信号发射机房 声音信号 图像信号 发射天线 彩塔接收天线 电信大楼上的接收天线 舰载卫星通讯系统 车载数字新闻通讯车 三 调制与解调 所谓调制 就是用调制信号去控制高频载波的参数 使载波信号的某一个或几个参数 振幅 频率或相位 按照调制信号的规律变化 解调和调制过程相反 根据载波受调制参数的不同 调制分为三种基本方式 它们是振幅调制 频率调制 相位调制 还可以有组合调制方式 三种基本的模拟调制方法 AM调幅 FM调频 PM调相三种基本的数字调制方法 ASK幅移键控 FSK频移键控 PSK相移键控 ASK 用载波的两个不同振幅表示0和1FSK 用载波的两个不同频率表示0和1PSK 用载波的起始相位的变化表示0和1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 ASK FSK PSK 四 无线电波的传播特性 根据无线电波在传播过程所发生的现象 电波的传播方式主要有直射 视距 传播 绕射 地波 传播 折射和反射 天波 传播及散射传播等 决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率 任何信号都具有一定的频率或波长 无线电波是一种波长比较长的电磁波 占据的频率范围很广 在自由空间中 波长与频率存在以下关系 c f 电磁波从发射天线辐射出去后 不仅电波的能量会扩散 接收机只能收到其中极小的一部分 而且在传播过程中 电波的能量会被地面 建筑物或高空的电离层吸收或反射 或者在大气层中产生折射或散射等现象 从而造成到达接收机时的强度大大衰减 图1 2无线电波的主要传播方式 a 直射传播 b 地波传播 c 天波传播 d 散射传播 多径传播 干扰 五 典型无线电通信系统的组成 调幅发射机 接收机 a 发送设备 b 接收设备 六 数字通信的特点 1 抗干扰能力强 无噪声积累 两类通信方式抗干扰性能比较 2 保密性能好 由于数字信号是将模拟信号变成 0 和 1 码 再经不同组合后才进行传输的 因而无法直接识别 具有固有的保密性 同时数字通信可以很容易地将复杂密码进行编码和解码 所以数字通信可以实现模拟通信无法达到的高质量保密性 3 便于组成现代化数字通信网 便于实现多媒体通信 由于各种信息 声音 图像 数据等 都可变换成统一的二进制数字信号 通过多路复用组合在一起 经同一信道传输而不互相干扰 故数字通信可以将各种业务和不同的终端用户组合在一个系统 形成综合业务数字网 ISDN IntegratedServicesDigitalNetwork 综合业务数字网 ISDN 能实现两重任务 一是各种通信业务的综合 二是数字传输与数字交换的综合 由于直接与计算机联网 所以大大提高了通信效率 4 占用信道频带宽 在模拟通信系统中 一路电话所占带宽为4kHz 当数字电话用PCM传输时 数码率为64kbit s 频带为64kHz 后者是前者的16倍 显然 它将使频带资源的利用率降低 1 2通信和移动通信中的名词术语 1 多路复用技术 多个信息源共享一个公共信道的方式为何要复用 提高线路利用率类比 公共运输系统 铁路 海运 航空 实现多路通信的方法有 频分多路复用 时分多路复用 码分多路复用 频分复用 FDMA 原理 整个传输频带被划分为若干个频率通道 每路信号占用一个频率通道进行传输 频率通道之间留有防护频带以防相互干扰 时分复用 TDMA 原理 把时间分割成小的时间片 每个时间片分为若干个时隙 每路数据占用一个时隙进行传输 复用后的数据流 时隙号 1 2 3 1 D3 D2 D1 时间片1 2 时间片2 D1 时隙 D2 复用器 码分复用 CDMA 码分复用是一种码分多址技术 CDMA 是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式 码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码 利用公共信道来传输信息 CDMA系统的地址码相互具有准正交性 以区别地址 而在频率 时间和空间上都可能重叠 也就是说 每一个用户有自己的地址码 这个地址码用于区别每一个用户 地址码彼此之间是互相独立的 也就是互相不影响的 2 基站基站 即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式 是指在一定的无线电覆盖区中 通过移动通信交换中心 与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台 3 小区每个基站的覆盖区称为一个小区 为了使得服务区达到无缝覆盖 提高系统的容量 就需要采用多个基站来覆盖给定的服务区 4 漫游漫游 Roaming 指的是蜂窝移动电话的用户在离开本地区或本国时 仍可以在其他一些地区或国家继续使用他们的移动电话手机 漫游只能在网络制式兼容且已经联网的国内城市间或已经签署双边漫游协议的地区或国家之间进行 5 带宽带宽是通信信道的宽度 是信道频率上界与下界之间之差 是介质传输能力的度量 在传统的通信工程中通常以赫兹 Hz 为单位计量 6 GSM GSM 全球移动通信 GlobalSystemForMobileCommunication 是1992年欧洲标准化委员会统一推出的标准 它采用数字通信技术 统一的网络标准 使通信质量得以保证 并可以开发出更多的新业务供用户使用 7 3G 3G是3rdGeneration的缩写 指第三代移动通信技术 相对第一代模拟制式手机 1G 和第二代GSM TDMA等数字手机 2G 第三代手机是指将无线通信与互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统 它能够处理图像 音乐 视频流等多种媒体形式 提供包括网页浏览 电话会议 电子商务等多种信息服务 CDMA被认为是第三代移动通信 3G 技术的首选 目前的标准有WCDMA CDMA2000 TD SCDMA 1 3蜂窝移动通信的发展 一 移动通信及发展阶段所谓移动通信 就是指通信双方至少有一方处于运动状态中进行的信息交换 移动体与固定点之间 移动体相互之间信息的交换都可以称为移动通信 其中移动体可以是人 也可以是车 船 飞机等处在移动状态中的物体 第一代 1G 移动通信 70年代至80年代末 采用的是模拟通信调制技术 频分复用方式 只能传输语音流量 并受网络容量的限制 AMPS为1G网络的典型代表 人们曾经使用过的大砖头手机 俗称 大哥大 是第一代移动通信产品 我国于2001年12月31日关闭模拟蜂窝网系统 第二代 2G 移动通信 90年代初至今 采用的是数字通信调制技术 大多采用TDMA多址接入方式 主要业务为数字话音和少量数据信息 我国于1995年引进并开通使用 第三代 3G 移动通信 90年代后期提出 目前已商用 是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统 采用宽带码分多址技术 能够处理图像 音乐 视频流等多种媒体形式 提供包括网页浏览 电话会议 电子商务等多种信息服务 第三代移动通信的主要特征有 1 高的灵活性及高的频率效率 2 除高质量的语音外 数据通信速率应达到2Mb s 3 无缝隙的全球覆盖 全球漫游 4 网络管理智能化程度更高 5 宽带多媒体服务 综合业务服务 6 分层小区结构 智能天线 空分多址 软件无线电等 目前对第四代移动通信系统主要有以下几方面的描述 1 建立在新的频段 比如5 8GHz乃至更高 上的无线通信系统 2 基于分组数据的高速率传输 10Mb s以上 3 真正的 全球一统 包括卫星部分 系统 4 基于全新网络体制的系统 或者说其无线部分将是对新网络 智能的 支持多业务的 可进行移动管理 的 无线接入 5 融合了数字通信 数字音 视频接收和因特网接入的崭新的系统 在4G之后 个人通信系统将成为未来移动通信系统的大趋势 个人通信系统 的概念在20世纪80年代后期就已出现 当时便引起了世界范围内的巨大兴趣 个人通信系统是一个要求任何人能在任何时间 任何地点与任何人进行 任何 各种业务通信的通信系统 这里指的个人通信是既能提供终端移动性 又能提供个人移动性的通信方式 终端移动性指用户携带终端连续移动时也能进行通信 个人移动性指用户能在网中任何地理位置上根据他的通信要求选择或配置任一移动的或固定的终端进行通信 可见个人通信的实现将使人类彻底摆脱现有通信网的束缚 达到无约束自由通信的最高境界 二 移动通信大发展的原因 1 用户数量迅猛增加 2 微电子技术得到长足发展 通信设备的小型化 微型化3 大规模集成电路及微处理器技术计算机技术的迅猛发展 从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段 4 提出并形成了移动通信新体制 随着用户数量的增加 大区制所能提供的容量很快饱和 这就必须探索新体制 在这方面最重要的突破是贝尔试验室在20世纪70年代提出的蜂窝网的概念 蜂窝网 即所谓小区制 由于实现了频率再用 大大提高了系统容量 可以说 蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾 三 移动通信发展方向 移动通信是现代通信中发展最为迅速的一种通信手段 近年来 在微电子技术和计算机技术的推动下 移动通信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为一个把有线 无线融为一体 固定 移动相互连通的全国规模 全球范围的通信系统 移动通信的发展方向是数字化 微型化 标准化 多媒体化 智能化 具有电脑功能的智能手机正在成为移动通信的主流 1 4蜂窝网小区制区域覆盖 早期的公用移动电话系统采用大区制工作方式 虽然服务半径大到几十公里 但容纳的用户数有限 通常只有几百用户 为了解决有限频率资源与大量用户的矛盾 可以采取小区制的覆盖方式 对服务区域呈线状的 可采取线状网 而对一般的服务区而言 均采用六边形的蜂窝网格式 为了使得服务区达到无缝覆盖 提高系统的容量 就需要采用多个基站来覆盖给定的服务区 每个基站的覆盖区称为一个小区 1 大区制大区制的移动通信系统一般设有一个基站 它负责服务区内移动通信的联络与控制 大区制的移动通信系统 网络结构简单 所需频道数少 不需交换设备 投资少 见效快 适合用在用户数较少的区域 2 小区制小区制就是把整个服务区域划分为若干个小区 每个小区分别设置一个基站 负责本小区移动通信的联络和控制 可在移动交换中心的统一控制下 实现小区之间移动用户通信的转接 以及移动用户与市话用户的联系 小区制提高了频率的利用率 而且由于基站功率减小 也使相互间的干扰减少了 无线小区的大小 主要由发射功率和基站天线的高度决定 小区制 蜂窝 移动通信网 3 蜂窝网 在平面区域内划分小区 通常组成蜂窝式的网络 在带状网中 小区呈线状排列 全向天线辐射的覆盖区是个圆形 为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区 一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠 在考虑了交叠之后 实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形 根据交叠情况不同 若在每个小区相间120 设置三个邻区 则有效覆盖区为正三角形 若每个小区相间90 设置四个邻区 则有效覆盖区为正方形 若每个小区相间60 设置六个邻区 则有效覆盖区为正六边形 蜂窝网有效区域 蜂窝结构 a Frequenciesarenotreusedinadjacentcells b Toaddmoreusers smallercellscanbeused 4 带状网 带状网主要用于覆盖公路 铁路 海岸等 基站天线若用全向辐射 覆盖区形状是圆形的 带状网宜采用有向天线 使每个小区呈扁圆形 带状网可进行频率再用 若以采用不同信道的两个小区组成一个区群 在一个区群内各小区使用不同的频率 不同的区群可使用相同的频率 如图 a 所示 称为双频制 若以采用不同信道的三个小区组成一个区群 如图所示 称为三频制 从造价和频率资源的利用而言 当然双频制最好 但从抗同频道干扰而言 双频制最差 还应考虑多频制 双频制 三频制 带状网 5 小区分裂 在整个服务区中每个区的大小可以是相同的 这只能适应用户密度均匀的情况 事实上服务区内的用户密度是不均匀的 例如城市中心商业区的用户密度高 居民区和市郊区的用户密度低 为了适应这种情况 在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些 在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些 另外 对于已设置好的蜂窝通信网 随着城市建设的发展 原来的低用户密度区可能变成了高用户密度区 这时相应地在该地区设置新的基站 将小区面积划小 解决以上问题可用小区分裂的方法 6 中心激励与顶点激励 在每个小区中 基站可设在小区的中央 用全向天线形成圆形覆盖区 就是所谓 中心激励 方式 也可以将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上 每个基站采用三副120 扇形辐射的定向天线 分别覆盖三个相邻小区的各1 3区域 每个小区由三副120 扇形天线共同覆盖 这就是所谓 顶点激励 7 盲区及直放站在组网布局时 由于地形 地物等方面的考虑 会出现覆盖不到的地域 通常称为盲区或死角 如城市高大建筑群 会议大厅 地铁车站 高速公路等 为了使死角变活 消除盲区 通常在适当地方建立直放站 以沟通盲区移动台与基地站的通信 直放站实际上就是一个同频放大的中继站 通过它把基地站部分信道引过来 以实现接收和转发来自基地站和移动台的信号 基站及基站天线 全向天线 在水平方向图上360 均匀辐射 无方向性 基本为圆形 辐射能量是集中的 可获得天线增益 全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型 覆盖范围大 全向天线一般由半波振子排列成的直线阵构成 并把按设计要求的功率和相位馈送到各个半波振子 以提高辐射方向上的功率 振子单元数每增加一倍 相应于长度增加一倍 增益增加3dB 典型的增益值是6 9dBd 受限制的因素主要是物理尺寸 例如9dBd增益的全向天线 其高度为3m 定向天线 定向天线的水平和垂直辐射方向图是非均匀的常用于扇形小区 也称扇区天线 辐射功率或多或少集中在一个方向 定向天线在蜂窝系统中使用方向天线的原因 覆盖扩展和频率复用使用方向天线可改善蜂窝移动网中的干扰 定向天线一般应用于城区小区制的站型 覆盖范围小 用户密度大 频率利用率高 特殊天线 用于特殊场合信号覆盖的天线 如室内 隧道等辐射方向图根据用途来选择天线类型使其适应场合要求 常用的有天线分布系统等 天线分布系统通过大量低功率天线分散安装在建筑物内 全面解决室内的覆盖问题 且可以完全覆盖 多天线系统 许多单独天线形成的合成辐射方向图用一个小区覆盖大范围 使用较少的信道数 在塔上相反方向安装两个方向性天线 通过功率分配器馈电不能使用全向天线 或当所需增益比一个全向天线系统所能提供的要大时 用多天线系统来形成全向方向图 如建筑物四周使用多天线系统时 空间分集非常复杂 典型增益值是所用单独天线增益减去由于功率分配器带来的3dB损耗 智能天线 利用数字信号处理技术 产生空间定向波束 使主波束对准用户信号到达方向 旁瓣或零点对准干扰信号到达方向 充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰 作用 有效降低同频干扰 多址干扰 在保证服务质量的前提下增加系统容量但不具有抗多径衰落的能力类型多波束智能天线 GSM中应用自适应智能天线 3G中应用 移动通信网络接入固定电话网 移动卫星通信系统 1 5蜂窝网移动通信的组成和特征一 系统结构 通常 蜂窝网移动通信系统中有若干个移动电话交换局 也称作移动电话交换中心 MSC 图示出了蜂窝网移动通信系统的主要结构 蜂窝网移动通信系统组成包括 移动电话交换局 或交换中心 基站移动台 MSC是蜂窝网的控制中心 它与公用网 如公用电话交换网 PSTN或综合业务数字网 ISDN 或公用数据网 PDN 和所辖的基站相连 其连接方式通常有电缆 光缆或数字微波线路等 它们之间都有相应的接口标准 移动交换中心一般由专用的数字程控交换机组成 它不仅具有普通程控交换机所具有的交换 控制功能 而且还具有适应移动通信特点的移动性管理功能 如过境切换 漫游等 以完成移动用户主呼或被呼 建立通信路由等所必需的控制和管理功能 根据服务区域及移动用户的数量 在一个MSC所管辖范围内建立几十个甚至几百个基站 为了控制方便 在MSC与基站 BS 之间 可加入基站控制器 BSC 基站机房的基本配置 基站中各类信号的传输用户信息和信令 通过传输线由BSC经过传输设备和主设备相连 无线信号经主设备中的收发信部分通过天馈线收发电源 提供可由交流市电或油机提供 两者间用转换设备转换 在短暂停电时间由蓄电池供电 所提供的电源经通信电源设备提供给主设备 传输设备等监控 告警信号传至基站设备与主设备告警 传输设备的告警信号经由传输设备送至OMC 监控系统主要完成对动力和环境的监控动力的监控 交直流 空调环境的监控 水浸 火情 温度 湿度 烟雾 门禁 防盗等 基站故障时的故障处理流程 当基站故障时 处理流程为先电源 后传输 最后主设备 对电源部分 检查开关电源输出 设备电源输入 指示灯 对传输部分 在传输网管配合下检查SDH PDH 告警灯 进行远环 近环测试对主设备部分 检查连线 模块工作状态 在网管配合下进行相应维护操作 每个基站主要由多部信道机组成 信道机数量主要由通信容量来决定 在频分多址 FDMA 方式情况下 一部信道机只能与一个移动用户进行发射和接收 且收 发频率各1个 在时分多址 TDMA 方式下 一部信道机允许与若干个移动用户进行发射和接收 例如 在GSM系统中 全速率工作情况下 有8个时隙 即有8个信道 除了1个信道用作信令信道外 其它7个信道可用来传输业务信息 在这种情况下 允许有7个移动用户同时与基站进行双向的无线通信 基站信道机主要由发射机 接收机组成 天线多采用有向天线 此外 基站还配有定位接收机 用于监测移动台的位置 移动台可以是装载在汽车上的电台 也可以是手持式电台 简称手机 它由发射机 接收机 逻辑控制单元 按键式电话拨号盘和送受话器等组成 二 蜂窝网的主要功能 1 具有与公用电话网进行自动交换的能力 2 双工通信 话音质量接近市话网 3 双向自动拨号 包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号 移动台可采用预拨号方式 在按 发送键 前不占用无线链路 可把被呼号码存入寄存器中并在显示屏上显示 有修改功能 4 能适应不同业务密度需要 例如初建时 小区半径较大 适合业务密度较低状况 当用户密度增大时 通过可增加信道机构以满足较多用户的需要 当用户密度很大时 例如市中心 通过小区分裂 减小小区半径 可以满足高业务密度地区的用户需要 5 采用小区制信道再用技术 提高频率使用效率 6 具有自动功率控制 自动过境切换信道 在FDMA方式时即为频道 技术 7 设备通用性较强 接口标准规范统一 8 各地之间可以联网 具有自动漫游功能 三 蜂窝网通信的主要特征 1 频率再用采用正六边形的蜂窝状小区来实现区域覆盖的主要目的是实现频率 或信道 再用 即在不同的小区内使用相同的频率 提高频率利用率 以便扩大服务范围 增加系统的通信容量 由于无线信道的开放特点 在相邻小区工作于同一频道的电台之间会产生相互干扰 这种干扰称为同频道干扰 为了保证通信质量 信号与干扰的功率比必须大于某一个门限值 在频分多址 FDMA 情况下 必须间隔一定空间距离 或者说跳过若干小区后 同一频率才能再用 频率再用是蜂窝系统的重要概念 也是蜂窝系统的显著特征 为了实现频率再用 除了正确的频率配置外 在小区内应限制基站发射功率 为此 蜂窝系统普遍使用功率控制技术 避免过大的发射功率对同频道小区造成干扰 2 过境切换当移动台从一个小区进入相邻的小区时 其频道