项目一 智能手机原理基础
任务1 智能手机原理基础
知识目标： 1.了解GSM移动台的构成，了解移动台的结构；掌握GSM移动台的原理框图，并了解各部分的功能。2.掌握GSM移动台的工作原理，了解移动台收发过程中信号的处理方式；掌握GSM移动台的基本 通信过程。3.掌握GSM移动台的性能指标。 能力目标： 1.掌握4G通信技术基础。2.掌握智能手机机械结构及电路结构、操作系统的基础知识。 素质目标： 1.通过项目协作完成该任务，让学生体验到团队合作的精神，从而培养学生的团队合作能力。2.通过该项目的动手操作，使学生体验到收获劳动成果的快乐，从而培养学生热爱工作的精神，在 此基础上，掌握手机基本工作原理。
掌握移动通信原理、手机的基本工作原理，了解和掌握手机与基站是如何进行通信的，手机是如何拨通电话的，手机的通话内容是如何进行加密的等基础性内容。
一、移动台的构成
1. 移动台结构框图
移动台包括两部分，MS（移动台）=ME（移动台设备）+SIM卡。
移动台结构框图如图1-1所示。
（1）键盘显示操作单元
（2）数字处理逻辑控制单元 （3）射频收发单元
三、移动台基本通信过程
手机如何开机的？开机后是如何与基站进行联系？如何进行待机的？呼叫的时候手机是如何工作的？关机 时手机又是如何与基站断开联络的？这些问题对初学者来看，都是迷茫的。在本节中，我们就以GSM手机为 例，简要介绍手机的基本通信过程，了解手机在每个环节中的信号控制方式。 GSM手机所有的工作过程都是在中央处理器（CPU）的控制下进行的，具体包括开机、上网、待机、呼叫、 关机五个过程。 1. 开机过程 GSM手机开机工作流程如图1-11所示。 2. 上网过程 手机开机后，内部的锁相环PLL电路开始工作，从频率低端到高端扫描信道，即搜索广播控制信道（BCCH） 的载频。 手机内PLL锁相环在工作的时候，手机的电流会有小范围的波形，如果观察电流表，发现电流有轻微的规律 性波动，说明手机的PLL电路工作正常。
频率 f0 f1 f2 f3 f4 帧 时间
图1-10 GSM系统调频示意图
（9）时序调整 由于GSM采用TDMA，且它的小区半径最大可以达到35km，因此需要进行时序调整。因为从手机出来的信号需要经过一定时间才能到达基地站，所以我们必须采 取一定的措施，来保证信号在恰当的时候到达基地站。 通过时序调整，手机发出的信号就可以在正确的时间到达基站。当MS接近小区中心时，BTS就会通知它减少发射前置的时间，而当它远离小区中心时，就会要 求它加大发射前置时间。
图1-1 移动台结构框图
2. SIM卡
SIM卡是（Subscriber Identity Module 客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在芯
片上存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥以及用户的电话簿等内容，可供GSM网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。
图1-8 加密算法
（6）突发脉冲形成 逻辑信道有两种，一种是业务信道，一种是控制信道。 因此要把逻辑信道映射成物理信道，一个物理信道是由TDMA帧中的8个时隙中的一个来表示，一个时隙按一定的信令格式编码，称为突发脉冲，如图1-9所示。
图1-9 突发脉冲串 （7） 调制技术 GSM的调制方式是0.3GMSK，0.3表示了高斯滤波器的带宽和比特率之间的关系。 (8） 跳频 在语音信号经处理调制后发射时，还会采用跳频技术──即在不同时隙发射载频在不断地改变（当然，同时要符合频率规划原则）。如图1-10所示，在一给定 时间内，频率依次从f0、f2、f1、f4跳变，但在一个突发脉冲期间，频率保持不变。
二、移动台工作原理
在移动台工作原理部分，我们以最常见的GSM移动台为例进行介绍。 1. 移动台框图 GSM移动台具体可以分为两部分，一部分是射频部分，主要负责信号的接收、发射和调制；另一部分是逻辑部分，主要负责语音处理、控制和信令处理。 GSM移动台原理框图如图1-2所示
2. 移动台工作原理 （1）A/D转换器 语音信号在MS中的处理过程，如图1-3所示。
图1-11 GSM手机开机工作流程
3. 待机过程 用户监测BCCH时，必须与相近的基站取得同步。通过接收FCCH、SCH、BCCH信息，用户将被锁定到系统及适应的BCCH上。
4. 呼叫过程 （1）手机作主叫 （2）手机作被叫
5. 越区切换 移动中的手机，无论是处于待机状态还是通话状态，从当前小区进入另一个小区，使当前小区的无线信道切换到新小区的无线信道上，称为越区切换。越区切换分为以下两 种情况。 （1）待机状态下的越区切换 （2）通话状态下的越区切换
6. 漫游过程 移动手机申请入网登记和结算的移动交换局称归属局，也称家区。当手机移动到另一个移动交换局通信时，称客区，该用户也称漫游用户。如果家区有两个重叠覆盖的移动 通信网，从本网到协议网也是漫游用户。
7. 关机过程 GSM手机关机时，它将向系统发最后一次信息，包括分离请求，因此测量关机电流，会发现从20mA（守候电流）上跳到200mA（发射电流），然后再回到0mA（关机电流）。
50bit 1ห้องสมุดไป่ตู้2bit
＋3
块编 码器
＋ 4× 2
激励 编码
器
456bit
（4）交织
78bit
图1-4 信道编码过程
在编码后，语音组成的是一系列有序的帧。为了纠正随机错误及突发错误，最有效的组码就是用交织技术来分散这些误差。
（5）加密 加密的目的就是在于保护信令与用户数据，防止窃听。加密算法实际上是一个“异或”算法，在接收部分，我们用相同的方法解密，以期待出现清晰的数据。 如图1-8所示。
图1-2 GSM移动台原理框图
图1-3 语音在MS中的处理过程 （2）语音编码 此编码方式称为规则脉冲激励──长期预测编码（RPE-LTP），其处理过程是先进行8kHz抽样，调整每20ms为一帧，每帧长为4个子帧，每个子帧长5ms，纯比特率 为13kbps。
（3）信道编码 为了检测和纠正传输期间引入的差错，在数据流中引入冗余——通过加入从信源数据计算得到的信息来提高其速率，信道编码的结果是一个码字流。 对它们分别进行不同的冗余处理，如图1-4所示。