1、 第四章第四章 GSMGSM手机和手机和CDMACDMA手机手机一一.GSMGSM手机手机 移动终端就是移动终端就是“手机手机”,它是移动台的主体它是移动台的主体,是完成是完成语音语音编码编码、信道编码、信息加密、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息的调制和解调、信号的发信号的发射和接收射和接收的主要设备。它可以通过天线接收来自外界无线信道的主要设备。它可以通过天线接收来自外界无线信道的信号的信号,然后经过一系列的变换和处理然后经过一系列的变换和处理,还原成话音信号还原成话音信号,供供用户接听用户接听;相反的相反的,它也可以将用户的话音信号它也可以将用户的话音信号,经过一系列经过一系列相
2、反的变换和处理相反的变换和处理,转变成适合无线信道传输的信号形式转变成适合无线信道传输的信号形式,通通过天线发送出去。过天线发送出去。GSM GSM蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移动电话包括无线接收机动电话包括无线接收机(Receiver)(Receiver)、发射机、发射机(Transmitter)(Transmitter)、控制模块控制模块(Controller)(Controller)及人机界面部分及人机界面部分(Interface)(Interface)和电源和电源(Power Supply)(Power Supply)。
3、GSM 移动终端原理框图移动终端原理框图 接收解调均衡信道分离解密信道解码语音解码D/A终端适配数据终端频率合成器VCO跳变单元控制器键盘、显示TDMA帧形成天线转换发送调制加密信道编码无线部分处理部分语音编码A/D接口部分移动通信设备常采用超外差变频接收机，这是因为天线感应接收到的信号十分微弱,而鉴频器要求的输人信号电平较高,且需稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上,这么大的放大量,要用多级调谐放大器且要稳定,实际上是很难办得到的，另外高频选频放大器的通带宽度太宽,当频率改变时,多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐,这是难于做到的。超外差接收机则没有这种问题,它将接
4、收到的射频信号转换成固定的中频,其主要增益得自于稳定的中频放大器。手机接收机有三种基本的框架结构手机接收机有三种基本的框架结构:超外差一次变频接收机超外差一次变频接收机,超外差二次变频接收机超外差二次变频接收机,直接变换线性接收机。直接变换线性接收机。我们通常讲的手机电路结构主要是指我们通常讲的手机电路结构主要是指射频电路射频电路的的结构结构,不同厂家的手机的射频电路结构有一些差异不同厂家的手机的射频电路结构有一些差异,但但不同手机厂家的手机中的不同手机厂家的手机中的逻辑音频电路结构逻辑音频电路结构却大都一却大都一致致,同一手机厂家出品的手机的射频电路也基本土是一同一手机厂家出品的手机的射频电
5、路也基本土是一致的。超外差变频接收机的核心电路就是致的。超外差变频接收机的核心电路就是混频器混频器,我们我们可以根据手机接收机电路中混频器的数量来确定该接可以根据手机接收机电路中混频器的数量来确定该接收机的电路结构。收机的电路结构。移动电话移动电话(以下均称手机以下均称手机)电路结构可分为四个部分电路结构可分为四个部分:无线部分无线部分 传输处理部分传输处理部分 接口部分接口部分 电源部分电源部分。其电路原理可归纳为两大部分：其电路原理可归纳为两大部分：射频电路和基带电路射频电路和基带电路。1 1无线部分无线部分 包括包括天线天线回路、回路、发送发送、接收接收、调制解调调制解调和和振荡器振荡器
6、等高频等高频系统系统.其中发送部分由射频功率放大器、带通滤波器组成其中发送部分由射频功率放大器、带通滤波器组成.接接收部分由高频滤波、高频放大、变频及中频滤波器组成收部分由高频滤波、高频放大、变频及中频滤波器组成,调调制解调器采用制解调器采用GMSK.GMSK.2 2传输处理传输处理 2.1 2.1 发送通道的处理包括发送通道的处理包括语音编码、信道编码、加语音编码、信道编码、加密、密、TDMATDMA帧形成帧形成.1)1)语音编码语音编码:用户的话音通过用户的话音通过MICMIC转化成电信号转化成电信号,这个电信这个电信号通过号通过ADCADC转化成数字的、代表语音的转化成数字的、代表语音的
7、13Kbitps13Kbitps的信息流。的信息流。2 2）信道编码：为了检测甚至纠正传输期间产生的差错，）信道编码：为了检测甚至纠正传输期间产生的差错，在在数据流中引入冗余码数据流中引入冗余码，通过从信源数据计算得到的信息来，通过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。提高其速率。信道编码的结果是一个码字流。3 3）交织）交织:将几个码字的比特混合起来将几个码字的比特混合起来,使得在已调制信号使得在已调制信号中相互靠近的比特能扩展到几个码字上中相互靠近的比特能扩展到几个码字上.交织的目的就是去交织的目的就是去除差错及它们在码字中位置的相关性除差错及它们在码字中位置的
8、相关性,交织以后交织以后,信息流就成信息流就成了信息块的序列了信息块的序列.4 4）突发脉冲格式化：为有助于接收信号的同步和均）突发脉冲格式化：为有助于接收信号的同步和均衡，衡，向加密的信息块中增加一些二进制信息向加密的信息块中增加一些二进制信息使其成为使其成为二进制信息块。二进制信息块。5 5）加密：通过仅由移动台和基站收发台知道的加密）加密：通过仅由移动台和基站收发台知道的加密方式修改这些信息块的内容。方式修改这些信息块的内容。6 6）调制：使用）调制：使用GMSKGMSK调制调制技术，在适当时刻将数码信技术，在适当时刻将数码信号转变为合适的频率的模拟信号；然后通过射频电号转变为合适的频率
9、的模拟信号；然后通过射频电路的处理，以无线电波的形式路的处理，以无线电波的形式发射出去发射出去。2.22.2接收通道的处理包括接收通道的处理包括均衡、信道分离、解均衡、信道分离、解密、信道解码和语音解码密、信道解码和语音解码.1 1）解调：无线电波被天线接收以后，接收机根据）解调：无线电波被天线接收以后，接收机根据多址规则多址规则接接收相应的信息。在突发脉冲格式化期间引入的附加信息的帮收相应的信息。在突发脉冲格式化期间引入的附加信息的帮助下对这部分信号进行解调，结果为二进制信息块的序列。助下对这部分信号进行解调，结果为二进制信息块的序列。2 2）均衡：采用均衡解调的目的是）均衡：采用均衡解调的
10、目的是校正因复杂地形引起的无线校正因复杂地形引起的无线电信号失真。电信号失真。3 3）解密：通过与加密相反的方法修改这些比特。）解密：通过与加密相反的方法修改这些比特。4 4）去交织：为了重建码字，把不同的突发脉冲的比特）去交织：为了重建码字，把不同的突发脉冲的比特放回放回原位。原位。5 5）信道解码：利用附加的冗余码，检测或纠正解调器输出）信道解码：利用附加的冗余码，检测或纠正解调器输出中可能的差错，从解调器的输出中中可能的差错，从解调器的输出中恢复信源信息恢复信源信息。6 6）语音解码：通过译码器）语音解码：通过译码器DACDAC将数字语音信息将数字语音信息还原成模拟的还原成模拟的语音信号
11、。语音信号。3 3接口部分接口部分 包括包括模拟语音接口模拟语音接口、数字接口及人机接口数字接口及人机接口三个三个部分部分.模拟语音接口包括模拟语音接口包括A/DA/D、D/AD/A变换、话筒和扬变换、话筒和扬声器声器.数字接口主要是数字终端适配器数字接口主要是数字终端适配器.人机接口主人机接口主要有显示器和键盘要有显示器和键盘.4 4电源部分电源部分 电源部分包括电池电源部分包括电池直接供电直接供电的电路和由电池供的电路和由电池供电通过电通过专用集成电源专用集成电源ICIC转换成转换成各路直流电压的电路。各路直流电压的电路。不同系列手机电源部分都有各自的特点不同系列手机电源部分都有各自的特点
12、,一般手机都是由一般手机都是由一一个电源模块产生几组电压向接收、发射、逻辑、显示等部分个电源模块产生几组电压向接收、发射、逻辑、显示等部分供电供电,一旦手机电源部分不能正常工作一旦手机电源部分不能正常工作,其相应部分也就会出其相应部分也就会出现某种故障。现某种故障。开机信号电压开机信号电压 手机的开机方式有两种手机的开机方式有两种,一种是一种是高电平开机高电平开机,也就是当开也就是当开关键被按下时关键被按下时,开机触发端接到电池电源开机触发端接到电池电源,是高电平启动电源是高电平启动电源电路开机；一种是电路开机；一种是低电平开机低电平开机,也就是当开关键被按下时也就是当开关键被按下时,开开机触
13、发线路接地机触发线路接地,是低电平启动电源电路开机。是低电平启动电源电路开机。爱立信、三星手机和摩托罗拉爱立信、三星手机和摩托罗拉T2688T2688手机都是手机都是高电平触高电平触发开机发开机。摩托罗拉、诺基亚及其他多数手机都是。摩托罗拉、诺基亚及其他多数手机都是低电平触发低电平触发开机开机。如果电路图中开关键的一端接地如果电路图中开关键的一端接地,则该手机是低电平则该手机是低电平触发开机触发开机,如果电路图中开关键的一端接电池电源如果电路图中开关键的一端接电池电源,则该手机则该手机是高电平触发开机。是高电平触发开机。开机信号电压是一个直流电压开机信号电压是一个直流电压,在按下开机键后应由低
14、在按下开机键后应由低电平跳到高电平电平跳到高电平(或由高电压跳到低电平或由高电压跳到低电平)。开机信号电压用开机信号电压用万用表测量很方便万用表测量很方便,将万用表黑表笔接地将万用表黑表笔接地,红表笔接开机信号红表笔接开机信号端端,接下开机键后接下开机键后,电压应有电压应有高低电平的变化高低电平的变化,否则否则,说明开机说明开机键或开机线不正常。键或开机线不正常。二二.CDMA.CDMA手机手机 CDMACDMA手机的组成和电路结构与手机的组成和电路结构与GSMGSM手机有些类似，可以手机有些类似，可以分成分成射频单元射频单元、模拟基带单元模拟基带单元、数字基带单元数字基带单元、软件和人软件和
15、人机接口五大部分机接口五大部分，具体如图所示的，具体如图所示的CDMACDMA手机总体原理框图手机总体原理框图 1.射频发射机发射机 发射机将发射机将模拟基带单元模拟基带单元送来的扩频调制送来的扩频调制中频信号中频信号经经中频滤波器中频滤波器滤除噪声滤除噪声与干扰后，与与干扰后，与频率合成器产生频率合成器产生的本振信号进行的本振信号进行上变频，上变频，变换为手机发射频率，变换为手机发射频率，经经AGCAGC开环控制开环控制放大放大、射频、射频滤波滤波、功放功放后，再经后，再经双工器馈送到天线双工器馈送到天线上发出。上发出。CDMA CDMA系统中，手机实际发射功率的大小由开环估计值和闭环功率调
16、整命系统中，手机实际发射功率的大小由开环估计值和闭环功率调整命令共同确定。在多址地表通信中，大部分的功率不平衡来自令共同确定。在多址地表通信中，大部分的功率不平衡来自用户与用户与BSBS的距离的距离的差异的差异，另一部分来自于建筑物和其他物体的阴影影响。这种不平衡可以通，另一部分来自于建筑物和其他物体的阴影影响。这种不平衡可以通过过MSMS对所收到的对所收到的下行链路平均功率进行下行链路平均功率进行AGCAGC来调整自己的平均发射功率来调整自己的平均发射功率。由。由于上下行链路相隔一定频率于上下行链路相隔一定频率(45MHz)(45MHz)，其瞬时瑞利衰落不对称，尽管使用了，其瞬时瑞利衰落不对
17、称，尽管使用了以以AGCAGC为基础的开环功率控制，上行链路功率也可能和下行链路功率相差几为基础的开环功率控制，上行链路功率也可能和下行链路功率相差几分贝，这就需要采用闭环功率控制回路来跟踪瑞利衰落，即分贝，这就需要采用闭环功率控制回路来跟踪瑞利衰落，即BSBS根据测量的接根据测量的接收信号的强弱来指示收信号的强弱来指示MSMS增减其发送功率增减其发送功率.接收机接收机 接收机将天线上所收到的来自基站发射机的接收机将天线上所收到的来自基站发射机的869869894MHz894MHz射频信号，经射频信号，经双工器送到低噪声放大器双工器送到低噪声放大器放大放大到所需电平，再送入射频到所需电平，再送
18、入射频滤波器滤波器滤除带外干扰滤除带外干扰后，与频率合成器产生的本振信号进行后，与频率合成器产生的本振信号进行下变频处理下变频处理，变换为，变换为中频信号中频信号后送往后送往模拟基带单元模拟基带单元。目前，常见的中频为。目前，常见的中频为85MHz85MHz，中频滤波器为声表面波滤波器，中频滤波器为声表面波滤波器(SAW)(SAW)，其频率特性好，适合用于数据传输应用。对于中频的选取，涉及的，其频率特性好，适合用于数据传输应用。对于中频的选取，涉及的因素比较多，仅就器件的因素来说，中频取高，中频滤波器体积小，因素比较多，仅就器件的因素来说，中频取高，中频滤波器体积小，A AD D、D DA A
19、抽样速度快，但器件的功耗相应增大，通常要根据器件水平综合考虑。抽样速度快，但器件的功耗相应增大，通常要根据器件水平综合考虑。2.基带基带 模拟基带模拟基带 模拟基带主要进行模拟基带主要进行中频处理中频处理。接收时，射频送来的中频信号经过接收时，射频送来的中频信号经过放大及二次变频放大及二次变频处理，变为处理，变为基基带带I I、Q Q信号信号，再经过，再经过A AD D变换和滤波变换和滤波之后送入之后送入数字基带模块进行解扩处数字基带模块进行解扩处理理。发射时，数字基带送来的扩频信号经过发射时，数字基带送来的扩频信号经过D DA A转换及转换及上变频处理上变频处理，变为中频模拟信号，再经过变为
20、中频模拟信号，再经过AGCAGC功率控制放大后送入射频单元。功率控制放大后送入射频单元。数字基带数字基带 数字基带主要包括数字基带主要包括微处理器微处理器(MCU)(MCU)、数字信号处理器数字信号处理器(DSP)(DSP)、调制、调制解调器、电源管理模块、充电电路、存储器电路、键盘电路、键盘照解调器、电源管理模块、充电电路、存储器电路、键盘电路、键盘照明及显示背光电路、明及显示背光电路、LCDLCD显示屏电路、显示屏电路、UIMUIM卡接口电路、实时时钟电路、卡接口电路、实时时钟电路、系统基准时钟电路、系统基准时钟电路、PCMPCM模数数模转换电路等。模数数模转换电路等。它完成交织与编码、它
21、完成交织与编码、去交织与解码、扩频解扩、执行系统软件、应用软件、人机接口控制去交织与解码、扩频解扩、执行系统软件、应用软件、人机接口控制等。等。实际应用中，通常在数字基带的前端采用不同时延的梳状滤波器实际应用中，通常在数字基带的前端采用不同时延的梳状滤波器(RAKE)(RAKE)，将不同路径来的不同延迟的信号在接收端从时间上对齐相加，将不同路径来的不同延迟的信号在接收端从时间上对齐相加，合并成较强的有用信号，之后再送去解调。这一特性可以通过数字信号合并成较强的有用信号，之后再送去解调。这一特性可以通过数字信号处理器用软件来实现。处理器用软件来实现。人机接口人机接口 CDMA CDMA手机的人机
22、接口和手机的人机接口和GSMGSM手机相似，不过在手机相似，不过在CDMACDMA手机中使用手机中使用UIMUIM卡卡来来识别手机用户。识别手机用户。3.3.软件软件 软件包括基带单元内部功能电路的运算软件包括基带单元内部功能电路的运算程序和执行通信协议的运行程序。程序和执行通信协议的运行程序。CDMACDMA手机的主要特点手机的主要特点 语音质量好。主要有以下原因：语音质量好。主要有以下原因：a a采用了伪随机序列进行扩频解扩，使得手机特别是在强背景噪声采用了伪随机序列进行扩频解扩，使得手机特别是在强背景噪声环境中，语音质量不亚于固定电话。环境中，语音质量不亚于固定电话。b b采用了采用了R
23、AKERAKE接收来减轻传播衰落的影响，将多径分量有效合并起到接收来减轻传播衰落的影响，将多径分量有效合并起到增加接收信号能量的作用，而不是如窄带传输时靠破坏性的合并来起到增加接收信号能量的作用，而不是如窄带传输时靠破坏性的合并来起到增强接收信号能量的作用。增强接收信号能量的作用。c c采用了各种软切换技术，使得移动环境中越区切换的掉话率大大降采用了各种软切换技术，使得移动环境中越区切换的掉话率大大降低，从而使通信品质比低，从而使通信品质比GSMGSM要好得多。要好得多。符合环保要求。符合环保要求。CDMACDMA手机的发射功率低，平均发射功率保持在几十毫瓦，因此不仅对手机的发射功率低，平均发射功率保持在几十毫瓦，因此不仅对人体的辐射小，而且对其他设备，如部分医疗设备、计算机、电视机等人体的辐射小，而且对其他设备，如部分医疗设备、计算机、电视机等的影响远小于的影响远小于GSMGSM终端。同时，发射功率低不仅对人体的辐射小，而且终端。同时，发射功率低不仅对人体的辐射小，而且还可以延长手机电池的使用时间。还可以延长手机电池的使用时间。可提供数据业务。可提供数据业务。无线高速分组数据业务或实时数据业务的接入手段，无线高速分组数据业务或实时数据业务的接入手段，为移动无线与因特网的融合提供了更好的技术条件。为移动无线与因特网的融合提供了更好的技术条件。
