手机工作原理介绍
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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。
MS2
BS
MS1
Received signal strength
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Summary of Multiple Access
FDMA power
TDMA power
CDMA power
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物理信道
GSM 系统信道分类
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(Absoluteness RF C hannel Number)——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880.2 MHz,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。
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超外差一次变频接收机框图
天线
RX VCO
射频滤波 器
低噪声放 大器
射频滤波 器
混频器
语音处理
解调电路
中频放大 器
中频滤波 器
受话器
IF VCO
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发射机结构框图
天线
功率放 大器
发射前 置放大
I/Q 调制
数字语 音处理
发射音 频拾取
发射 射频 处理
分频
RX VCO
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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。
专用控制 信道DCCH 业务信道 TCH
慢速辅助控制 (上/下行பைடு நூலகம் 信道SACCH 快速辅助控制 (上/下行) 信道FACCH
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GSM数字蜂窝移动电话机原理
移动终端原理框图
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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。
IP
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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
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多址方式
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(Frequency Division Multiple Access)——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(Time Division Multiple Access) ——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(Code Division Multiple Access )——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。
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频带分配
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。
话音业务 宽带业务
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1G 2G
1G-模拟蜂窝(FDMA) 话音通信
主要系统:AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它 2G-数字蜂窝(TDMA、CDMA) 话音通信、低速数据通信:9.6 kbps 主要系统:GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDC 2.5G-数据通信(TDMA、CDMA)
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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。
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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
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:(13MHz or 19.2MHz) 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。
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常用专业名词
3GPP DSP 数字信号处理 GMSK 高斯滤波最小频移键控 WCDMA 宽频带码分多址 IMEI 国际移动设备识别码 AGC 自動增益控製 TD-SCDMA 时分同步码分多址 GPRS 通用分组无线业务 EDGE 增强型数据速率GSM 演进技术 ADC 模拟/数字转换器 ARFCH 绝对射频信道 USB 通用串行总线 LNA 低噪声放大器 AMPS 高级移動電話系統 LDO 低压差线性稳压器 I 2C 内部集成电路总线 GPIO 通用输入/输出总线 第三代合作伙伴计划
Distance
0
Distance
12
MS2
d2
BS d1 MS1
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。
无线广播系统---DAB、DVB
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移动通信的发展历程
第一代(1G) 上世纪 80年代 第二代(2G) 上世纪 90年代 第三代(3G) 本世纪初期
模拟
数字
(l)
IMT-2000
AMPS
数字技术 模拟技术 TACS NMT 其它
GSM CDMA IS95 TDMA IS-136 PDC UMTS WCDMA cdma 2000 TDSCDMA
下面以DELL手机为例介绍一下逻辑电路的开机步骤。
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Power on sequence
X601
4
VBATT VBAT
32.768KHz
U1906
1
Camera module
2
V_BUCK3
U901
(PMIC)
8
3 V_LDO_RTC 5MICCO_RESET_IN 6 NBATT_FLT 7 SYS_EN 9 VCC_MVT 10
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逻辑信道
广播信道 BCH
频率较正 信道FCCH 同步信道 SCH 广播控制 信道BCCH 寻呼信道 PCH 公用控制 信道CCCH