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手机工作原理介绍 五光十色的通信世界 微波网管 何谓移动通信 通信的双方或一方处于移动中的通信就叫做移动通信 移动通信解决了因为人的移动而产生的动中通问题 典型的移动通信系统 集群通信 警察 出租车调度蜂窝移动电话 车载 手持机无线寻呼 数显 汉显 双向无绳电话 家用 公共无线接入点卫星移动通信 铱 全球星等无线局域网 WLAN 802 11 UWB个人无线接入系统 WPAN WVAN 固定无线接入系统 WMAN LMDS无线广播系统 DAB DVB 移动通信的发展历程 AMPS TACS NMT 其它 第一代 1G 上世纪80年代 模拟 模拟技术 l GSM CDMA IS95 TDMA IS 136 PDC 第二代 2G 上世纪90年代 数字 数字技术 话音业务 3G 1G 2G 2 5G 话音通信主要系统 AMPS TACS NMT J TACS 其它 1G 模拟蜂窝 FDMA 话音通信 低速数据通信 9 6kbps主要系统 GSM IS 95CDMA TDMAIS 136 PDC 2G 数字蜂窝 TDMA CDMA 话音通信 数据通信 115kbps 144kbps 153kbps主要系统 GPRS cdma20001X 2 5G 数据通信 TDMA CDMA 话音通信 数据通信 移动多媒体 2Mbps主要系统 WCDMA cdma2000EV TD SCDMA 3G 多媒体数据通信 CDMA DS MC TDD TDMA 移动通信系统的组成 MSC MobileServiceandSwitchingCentre BS BaseStation MS MobileStation BSC BaseStationController MSC 移动交换中心 主要负责整个移动通信系统数据的传输交换 网络管理以及与其他通信系统的联接等作用 手机用户的身份确认与位置更新 通信的路由选择等系统功能也需要MSC完成 MS 移动台 即手机 用户通过手机来进行通信 手机可以将用户的基带话音或数据信号转换成为能够传输的射频信号并能够同时进行反方向的转换 BSS 基站系统 包括BTS 基站台 与BSC 基站控制器 基站系统负责将MSC与MS连接起来 基站需要同时具备与MSC的固定的有线 或无线 联接方式和与MS的移动的无线联接方式 每个基站覆盖一个蜂窝小区 在这个小 区中的手机都可以与此基站进行通信 基站将对此小区中手机的通信状态包括频率 功率 时序等参数进行控制和管理 当手机移动到另外一个小区时 将在基站控制下进行越区切换 PSTN 公共交换电话网络 负责GSM网络与市话连接 VLR 访问位置寄存器 VLR中存放着其控制区域内所有拜访的移动用户信息 HLR 归属位置寄存器 是运营者用于管理移动用户的数据库 存放着该HLR控制的所有移动用户的数据以及每个移动用户的路由信息和状态信息 公用移动通信系统为双向的无线通信系统 由手机到网络的通信信号称为 Uplink 上行 通信信号 简称为 TX 从网络到手机的通信信号称为 Downlink 下行 通信信号 简称为 RX 手机必须能够同时进行双向的通信 所以上行和下行的射频信号不能在同一个频率上进行传输 一般的 移动通信系统的上行和下行信号分别位于互不重叠的两个频率带中 GSM850系统的上行频带分配为824MHz 849MHz 下行频带为869MHz 894MHz 对于一个通信信道 收发双工间隔为45MHz GSM900系统的上行频带分配为880MHz 915MHz 下行频带为925MHz 960MHz 对于一个通信信道 收发双工间隔为45MHz DCS系统的上行频带分配为1710MHz 1785MHz 下行频带为1805MHz 1880MHz 收发双工间隔为95MHz PCS系统的上行频带分配为1850MHz 1910MHz 下行频带为1930MHz 1990MHz 收发双工间隔为85MHz 频带分配 何为远近效应 移动通信是在运动过程中进行的 移动台之间会出现近处移动台干扰远处移动台的现象 称为远近效应 因此 一般要求移动台的发射功率具有自动调整的能力 同时移动台的接收机需要具有自动增益控制的能力 当通信距离迅速改变时能自动进行信号调整 功率控制 一个小区中的手机用户可能有很多 当许多用户同时与基站进行通信的时候 如果发射功率都相同 离基站近的用户会对离基站远的用户造成阻塞效应 而离基站较近的用户用大功率发射时电池消耗也比较大 所以基站必须能够对手机的发射功率进行调整 手机也应该具备改变发射功率的能力 GSM规范要求手机必须能够以2dB为单位调整发射功率 GSM规定的手机发射功率分为5 19共15级 5级功率等级为33dBm 5级以下的功率每级以2dB的差值递减 DCS与PCS系统均设0 15共16级功率 最大功率0级为30dBm 其它功率同样以2dB递减 多个用户同时与一个系统进行通信的方式叫多址通信 多址方式可以分为FDMA TDMA和CDMA三种方式 FDMA FrequencyDivisionMultipleAccess 频分多址 多个用户各自在互不相同频带上同时与系统进行通信 此种通信方式多用于模拟通信系统 TDMA TimeDivisionMultipleAccess 时分多址 多个用户在同一个频带上按顺序轮流与系统进行通信 在某一时刻 只有一个用户与系统进行通信 此种方式主要用于数字通信系统 CDMA CodeDivisionMultipleAccess 码分多址 多个用户在同一时间 同一频带内与系统进行通信 但各自发出的信号编码互不相同 由系统识别各用户的通信内容 此种通信方式也用于数字系统 多址方式 SummaryofMultipleAccess 为便于系统控制 我们将上 下行频带中分割出的成对的上 下行频带按照数字编号 称为物理信道 相应的信道编号称为ARFCN AbsolutenessRFChannelNumber 绝对射频信道号 一个ARFCN对应着一对上行和下行信道 这称为GSM系统中的物理信道 在所有GSM系统中 信道的频率间隔均为200kHz GSM850系统的ARFCN为128 251 CH128上行的中心频率为824 2MHz ARFCN为n的上行信道的中心频率fn f1 n 1 200kHz 对应的下行信道中心频率需要加上双工间隔频率 GSM850为45MHz GSM900系统的ARFCN为975 1023和0 124 CH975上行信道的中心频率为880 2MHz CH0的上行信道的中心频率为890MHz DCS系统的ARFCN为512 885 CH512的上行中心频率为1710 2MHz PCS系统的ARFCN为512 810 CH512的上行中心频率为1850 2MHz 需要说明的是DCS和PCS的ARFCN有很多是重合的 这是因为PCS系统仅限于北美使用 而北美没有DCS系统 也就是说DCS和PCS系统不可能在同一地区存在 所以ARFCN也就能够重合 物理信道 GSM系统信道分类 逻辑信道 GSM数字蜂窝移动电话机原理 移动终端原理框图 手机话音通信包含以下几个步骤 1 人的声音通过麦克风转化成模拟的话音信号 2 模拟的话音信号转换成数字信号 3 数字信号转换成射频信号 4 射频信号通过电磁波进行传输 5 在接收端将射频信号转换成数字信号 6 数字信号被还原成模拟的话音信号 7 模拟的话音信号通过扬声器转化成人能听到的声音 数字手机从印刷电路板的结构一般分为 逻辑系统 射频系统 电源系统 3个部分 在手机中 这3个部分相互配合 在逻辑控制系统统一指挥下 完成手机的各项功能 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成 射频接收电路完成接收信号的滤波 信号放大 解调等功能 射频发射电路主要完成语音基带信号的调制 变频 功率放大等功能 手机要得到GSM系统的服务 首先必须有信号强度指示 能够进入GSM网络 手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障 都能导致手机不能进入GSM网络 超外差一次变频接收机框图 发射机结构框图 逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路与语音处理电路两大部分 它完成手机各电路的控制及数字与语音信号的处理 逻辑电路部分通常是由中央处理器 CPU 或被称为ASIC 专用应用集成电路 的器件 为中心的电路构成 在该电路中 还包含各种存储器电路 SRAM EEPROM及FLASH电路 这些存储器在手机电路中起着不同的作用 下面以DELL手机为例介绍一下逻辑电路的开机步骤 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 Cameramodule U304 GSM VCC ANALOG VCC VCTCXO VCC IORF1 VCC RX TX VLDO2 VCC MEMV LDO3 1 2 3 5 4 6 7 8 9 10 10 10 26MHz 26MHz 13MHz Poweronsequence 手机实时时钟和系统时钟各自的作用 实时时钟的作用 32 768KHz 1 显示时间和日期信息2 作为CPU副时钟用于开机3 作为睡眠时钟节省手机的功耗 系统时钟的作用 13MHzor19 2MHz 1 给CPU提供的主频 用于手机的开关机2 作为手机锁相环的参考时钟 使手机能严格地与基站之间保持同步 3GPP第三代合作伙伴计划GMSK高斯滤波最小频移键控AGC自動增益控製GPRS通用分组无线业务ADC模拟 数字转换器USB通用串行总线AMPS高级移動電話系統I2C内部集成电