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通信终端设备GSM数字移动电话机,目的:通过GSM数字移动电话机理论学习 1.了解蜂窝移动通信系统发展，3G移动通信的特点及蜂窝移动通信系统的发展趋势 2.熟悉GSM数字蜂窝移动通信系统的主要技术指标要求 3.掌握GSM数字移动电话机特点、组成，熟悉组成部分的功能作用及电路原理、工作过程 4.学会识图、用图方法，GSM移动电话机、分析方法，熟悉所需仪表正确使用和各种波形、参数的测量方法 5.简单分析手机常见电路故障。授课主要内容:1.移动通信概述 2.GSM移动通信系统的相关技术 3.GSM数字蜂窝移动通信系统 4.GSM移动电话机 5.GSM移动电话机功能电路及作用 6.西门子3508型数字移动电话机主要电路原理及工作过程,第一章 移动通信概述 1.1 移 动 通 信 概 念,移动通信是指通信的双方至少有一方是在运动中进行信息的传输和交换。例如在运动中的人与汽车、轮船、飞机等移动体之间的通信，分别构成陆地、海上和空中的移动通信。移动通信系统是指包括通信双方设备在内的整体。移动通信网是现代通信的重要组成部分。它不仅可以传送语音信息，而且还具有数据终端功能，能够快速而可靠地进行多种信息交换，如数据、传真、图像等通信业务。作为现代通信领域的一种新兴通信手段，移动通信系统具有的可移动性优势是其他通信系统(如固定电话网)无法比拟的。移动通信系统主要有:公用陆地蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、集群移动通信系统和卫星移动通信系统等。移动通信采用无线接入技术，无线电通信是移动通信的基础。现代移动通信技术集中了无线通信和有线通信的最新技术成果，其进步和发展基于计算机、新材料和新工艺等技术的发展，集合了当前最前沿的技术并还在不断研究发展。,第一章 移动通信概述 1.2 移 动 通 信 的 主 要 特 点,移动通信必须利用无线电波进行信息传输（通常是发送时，将信息流上变频，转换为电磁波信号；接收时，将电磁波信号转换为电信号，下变频,还原信息）。移动通信是在复杂的干扰环境中运行（受到天电、工业、广播电台、电视台及本系统邻道信号、其它使用不同多址技术通信系统相互干扰和射频信号在传播时的快、慢衰落等）。移动通信可利用的频谱资源有限，而移动通信业务量需求却与日俱增（要在频率的利用上采用新的技术如多址技术、调制技术等）。移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效（如本地网、省网、国家网、地区（域）网、国际系统网等）。移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动的（如温度、湿度、粉尘、冲击、振动和光线变化、电磁环境巨列波动等）环境中使用。,第一章 移动通信概述 1.3 移动通信发展阶段及技术标准划分,移动通信在20世纪80年代以前是指采用大区制的公用汽车电话系统。移动通信系统的发展和应用技术体制划分，从引进蜂窝技术开始，被分成以下几代移动通信系统：第一代移动通信系统（简称1G）：采用调频信号进行通话，以模拟式蜂窝网为主要特征。20世纪70年代中期至80年代初开始商用化，北美AMPS、欧洲TACS两大系统，另外还有北欧NMT及日本的HCMTS。使用无线频段为800/900MHz（早期曾使用450MHz）。重点是解决用户扩容问题。第二代移动通信系统(简称2G）：以数字化通话为主，兼顾低速数据通信，以数字蜂窝网为主要特征。20世纪90年代初正式走向商用。其中最具代表性的有欧洲时分多址（TDMA）GSM和北美的码分多址（CDMA）IS95两大系统，能传输9.6Kb/S以下的数据业务。第三代移动通信系统(简称3G)：数字宽带、高速率传输，提供移动多煤体业务，比2G有更大的系统容量、更好的通信质量。是国际电信联盟（ITU）于1997年至1999年组织制定的国际移动通信系统（IMT2000）标准，本世纪初投入商用,目前全球已有上亿用户。第四代移动通信系统（4G或称为“后3G”，新一代移动通信系统）：为解决系统更大大容量、更高速数据传输、更大宽带和更高频谱利用率为主要特征.采用的QAM、OFMA、智能天线等主要技术。,第一章 移动通信概述 1.4 95年以前世界主要数字移动技术标准,第一章 移动通信概述 1.5 中 国 移 动 通 信 的 发 展,我国民用移动通信事业起步于军事移动通信，其发展可大致分以下几个阶段:第一阶段（1987年-2001年底）建设和使用移动模拟电话网时期：自1987年始，各省（市自治区）先后分别引进摩托罗拉（称A网系统）和爱立信（称B网系统）两大公司生产的、TACS体制的窄带模拟蜂窝移动通信系统。第二阶段（从1994年起）建设和使用GSM数字移动电话网时期：GSM数字移动电话，也称“全球通”移动通信系统。由于其规化早，网络覆盖范围广和密度大，移动用户如今发展到近4亿,约占全国总移动用户数的80%，是移动通信最主要系统。国内GSM网络工作在900MHz（简称G网）和1800MHz（也称DCS网络，简称D网）两个无线频带。GSM系统由“中国移动”和“中国联通”两家通信公司运营。中国移动公司同时使用900MHz和1800MHz两个无线频段，使用电话号段为134139；中国联合通信集团公司目前仅使用GSM系统900MHz无线频段，使用电话号段130132。第三阶段（从2001年底）为建设和投入使用IS-95b技术标准CDMA移动电话网时期：IS-95b技术标准的CDMA移动电话也称cdma One或窄带CDMA（简称C网）。它是一种直接序列扩频通信系统，系统带宽为1.25MHz，无线工作频率800MHz，由“中国联通”独家运营，使用电话号段为133。开发和使用2.5G阶段(2003年始)：是针对2G的GSM和CDMA窄带数字移动通信系统，数据传输数率低（9.6kb/s)，不能适应高速数据、图像等通信传输要求，逐步提高数据传输速率，向3G的过渡阶段。基于2G系统，GSM系统采用分组交换（GPRS）技术（理论数据传输速率可以达到115.2Kbps）；CDMA系统采用增加带宽的CDMA 1x技术（其理论数据可达到153.6 Kbps）来提高信息的传输速率，以满足部分高速数据通信的需求。因采用GPRS和CDMA 1x技术后的数据传输速率高于2G而低于3G故被称为2.5G。,第一章 移动通信概述 1.6 3G 三个技术标准比较（一）,WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA都提供在静止状态下2Mb/s数据传输速率,同属宽带CDMA技术,在一个更宽的频带上扩展信号,从而减少多径和衰减带来传播问题,具有更大的容量,具有较强的抗衰落和抗干扰能力。但三者一些关键技术仍存在较大差别，在性能上也有所区别。双工模式 WCDMA与CDMA2000采用FDD模式，上行和下行传输使用两个对称频带，在用于非对称的分组交换数据业务（如互联网）时频谱利用率低。TD-SCDMA采用TDD模式，上行和下行传输使用同一频带，上下行时隙在话音与数据传输时可进行成对或非成对的灵活分配，频谱利用率高。FDD模式较TDD模式抗衰落和抗多普勒性能好，支持移动终端在250Km/h正常通信，而TDD只能维持120Km正常通信。码片速率与载波带宽 WCDMA码片速率为3.84Mchip/s,具有5MHz载波带宽;CDMA2000 1x(单载波,码片速率1.2288Mchip/s)与CDMA2000 3x(三载波,码片1.22883=3.6864Mchip/s)区别在载波不同,分别有1.25MHz和3.75MHz带宽;TD-SCDMA 单载波码片速率1.28Mchip/s,采用三载波设计,每载波具有1.6MHz带宽。载波带宽越高，支持用户数就越多，网塞可能性越小，WCDMA具有较好的优势。,第一章 移动通信概述 1.6 3G 三个技术标准比较（二）,智能天线技术 TD-SCDMA上采用。是一组安装在基站的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可同时获取基站和移动台之间各个链路方向特性。可减小小区间及小区内的干扰。越区切换技术 WCDMA与CDMA2000采用越区“软切换”（即越区是先与新基站连通，后与原基站中断）技术。对信道占用资源较大；TD-SCDMA采用越区“接力切换”技术，通过智能天线定位的用户方位和距离信息判断出用户进入切换区时，由所在基站控制器通信切换基站做好准备，完成接力切换。接力切换是一种改进的硬切换技术，可提高切换成功率，与软切换相比可减少切换时对邻近基站信道占用时间。与2G兼容性 WCDMA由GSM网络过渡而来，虽然可保留GSM核心网络，但须重建WCDMA接入网，并不可重用GSM基站设备。CDMA2000 3x从CDMAIS-95、CDMA1x过渡而来，可以保留原有CDMAIS-95设备。TD-SCDMA系统建设只需在GSM网络上增加TD-SCDMA设备即可。WCDMA在升级过程中成本最高。,第一章 移动通信概述 1.7 数 字 移 动 电 话 机,作为通信的重要终端，移动电话机是构成移动通信系统三大（交换、基站、移动台）子系统中不可缺少的移动台部分。数字移动电话机是一种重要的个人用通信工具。是集现代通信技术、计算机技术、新材料和新制造工艺为一体的完美结合。通过移动电话机除可以完成接打电话、发短（彩）信、上网、下载、语音服务等多项通信功能外，还能提供电话簿、和弦铃声、拍照、游戏、和PAD个人数字助理办公及娱乐、多煤体等服务。按使用环境和体积大小的不同，可分为车载机、便携机和手持机三种。而手持机（简称手机）是被使用最多的一种移动电话机。根据使用网络：可分为模拟单模与数字单模手机、模数双模与数数双模（卡）手机；按使用显示屏：可分为单色屏和彩色屏、单屏和双屏；按面板外形结构：可分为直板式、翻盖式和滑盖式手机；按操作方式：可分为按键式、触屏式手机；按工作频率：可分为单频、双频与多频手机；按其使用功能：可分为以话音为主，能发短信功能简单的普通机；带拍摄、彩信传送和多合弦放送音乐的中挡机；集通信、多煤体与商务通功能于一体的智能高挡手机。,第一章 移动通信概述 1.8 移动电话机发展趋势,手机电脑与电脑手机区别越来越模糊，电脑及其强大功能在手机中的嵌入和运用将大大扩展移动电话机的用途，极大提升移动电话的功能和和作用。移动电话机内的处理器运行速度将更快（已经从AMR7内核进化到AMR9，甚至AMR11（还有采用双核机）处理速度超过台式电脑的奔2，达到300MHz）；存储器容量将更大，（达到2G）；功能将越来越强大，通话主要功能将迅速下降，而非话业务功能的作用将日益增强，蓝牙通信、GPS卫星定位、对MP3、MP4和USB接口支持、多煤体存储卡的支持、微型硬盘、摄像、手机电视等。手机芯片的集成度更高，已经开发出单芯片手机，依靠不同功能芯片开发多功能、多模式的手机速度越来越快。随着3G移动系统的推出，随着带宽增大，数据传输速加快，射频信号处理方式、逻辑电路处理能力都有较大变化。高端与低端手机并存，新颖、高端、多功能和智能化的移动电话机与功能简单或单一用于通话的的低端移动电话将并存。在体积上超轻、超薄、超小型化或可观看视频图像的大屏幕、个性化的移动电话机将会日渐增多.,第一章思考与练习题,1.现代移动通信主要是采用什么信号进行通信?它采用了哪些技术?2.移动通信的主要特点?3.移动通信技术标准的划分及主要特征？4.中国现有几个移动运营商?分别可提供哪些网络业务?其无线工作频率是多少?5.第三代移动通信系统采用的什么多址方式？有几个主要技术标准？6.无线通信的接入方式有几种?,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.1 多 址 技 术,频分多址（FDMA）,时分多址（TDMA）,码分多址（CDMA）,多址技术是指无线接入的方式，简单讲是指移动通信存在多个系统时，移动台区分外系统而只与本系统基站产生呼叫联络或基站区分外系统移动台而只与本系统移动台间产生呼联时，发生在无线频段的一种寻址方式。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.2 GSM移动电话采用的数字调制技术,数字调制的目的是把数字信号变换成模拟信号,在移动通信中将其上变频,以便在在无线信道中传输。数字调制是指用数字基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使的载波参量随数字基带信号的变化而变化。数字调制根据已调信号的结构形式可分为线性调制和恒定包络调制两种。线性调制，已调信号为基带信号与载波信号的乘积，已调信号频谱结构和基带信号结构相同，只是搬移了一个频率位置；非线性(恒定包络)调制中，已调信号的频谱结构和基带信号的频谱结构不再相同，这时的已调信号通常不能简单表示为基带信号与载波信号的乘积关系，其频谱也不再是简单的频谱搬移。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.3 移动通信系统对数字调制技术的要求,必须具有优良的频谱特性和抗干扰、抗衰落性能即在衰落条件下获得所要求的误码率（BER），载噪比（C/N）和载干比（C/I）。采用恒定包络数字调制技术（避开线性要求，可使用高效率C类放大器即可获得较大的射频输出又可降低移动台的功耗）。为减小信号占用带宽和防止对相邻信道干扰，功率谱要具有快速高频滚降频谱特性（即功率谱除要压缩主辨宽度外，旁辨要很小，保证带外辐射必须降低到所需-60 至-70db）。在规定频带内提供高传输速率（以（b/s）Hz-1为单位（以提高频带利用率）。成本低，易于实现。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.4 数字调制功率谱图要求,要求：已调波功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量，且波瓣窄，具有 快速滚降特性；另外要求带外衰减大：旁瓣小，这样对其他通路干扰就小。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.5 2FSK调制信号的产生与波形,图中，开关K受二进制信号“0”和“1”控制，当来“1”电平时，K置于上端，载波f1 输出。当来“0”电平时，K置于下端，载波f2输出。二进制信号“0”和“1”类似于键控制着开关K 的转换，可不断输出对应的两个不同频率载波信号。但输出的两个不同载波信号f1 与f2在相邻处存在着相位连续或不连续两种可能性，即会出现下图所示的相位不连续DP2FSK与相位连续CP2FSK。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.6 CP2FSK与DP2FSK波形,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.7 相位不连续DP2FSK功率谱及带宽,结论:相位不连续DP2FSK功率谱直接通过基带信号频谱在频率轴上搬移描述,带宽B2FSK较大,在考虑带通滤波器时,为基带信号B带宽的(5-7)倍,频带利用率较低,每Hz只有1/(57）（Baud/Hz）。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.8 相位连续CP2FSK功率谱及带宽,RB=B是基带信号的带宽，c=(1+2)/2称为标称频率;h=|2-1|/RB为调制指数,第二章 数字移动通信系统的相关技术 几种调制信号带宽比较表,从中可以发现,相位连续2FSK信号在选择较小的调制指数h时,信号所占的频带较窄,甚至有可能小于2ASK信号频带,说明此时频带利用率较高。这种小频偏的2FSK方式，广泛用于窄带信道系统数字移动无线电台中。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.9 最小移频键控(MSK),MSK是2FSK(连续相位CPFSK时)的一种改进形式，是调制指数h=0.5，载波相位在相邻码元的交界处保持连续的相位键控调制的特殊情况。在电路结构形式上是两路正交连续相位2FSK调制的叠加，且正交信号有最小频差。对于给定频带，它能给2FSK传输更高速的数据，频带利用率高，又称快速移频键控(FFSK)。MSK的波形表达式 SMSK(t)=cosc+k kTbt(k+1)Tb（23）式中:为附加相位函数；Tb是码元宽度；ak是第K个码元中的数据（双极性码）,取值为1;k是第K个码元的相位常数,在时间kTbt(k+1)Tb 中保持不变（即在相邻码元交替时相位连续)。表达式中 为直线方程中斜率;k为直线方程中截距，k=n。为了方便，假定：相位常数(0)=0,“+”号对应于“1”码，“一”号对应于“O”码。当t0时，附加相位函数(t）可写为,(Tb)-(0)=,(t)=,（24）,+k,得出后MSK相位网格图,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.10 MSK相位网格图,相位网格图中，正斜率直线表示传“1”码时的相位轨迹，负斜率直线表示传0”码时的相位轨迹。在每一码元时间内，相对于前一码元载波相位不是增加,2，就是,减少/2。在Tb的奇数倍上取 2两个值，偶数倍上取O、。例如，图中粗线路径所对应的信息序列为11010100。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.11 MSK调制器方框图,利用三角等式并注意到sink=0 时，式（2-3）可写为SMSK(t)=AaI(t)cos()cosct-aQ(t)sin()sinct=AI(t)cosct-Q(t)sinct（25）其中:I(t)=aI(t)cos（）；Q(t)=aQ(t)sin（）；aI(t)=cosk；aQ(t)=akcosk 得出下框图,MSK调制器波形图,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.12 MSK信号波形图,例:GSM系统的GMSK调制器数字调制信号速率为270.833Kp/s,求频偏(即模拟I/Q基带信号带宽)是多少?答：因标称频率c=(1+2)/2；rb=RB为传输速率；调制指数h=|2-1|/RB=2fd/rb=0.5 频偏fd=rb/4=1/（4Tb）代入fd=rb/4=1/（4Tb）=270.833Kb/4=67.708KHz,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.13 MSK信号功率谱图与频偏的计算,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.14 高斯最小频移键控(GMSK)调制,GMSK是为了解决MSK使信号带外辐射功率高（如在归一化频率(C)/TB=1.5时，MSK功率谱密度大约在-30db),不能降至-60 至-70db，消除对相邻信道(用户)干扰影响,进行改进的MSK。即在MSK调制器输入端接入高斯低通滤波器对输入数据进行平滑处理。与GSM相比，主辨功率增大，旁辨功率减小，输出不用带通滤波器，可获得非常好的恒包络调制信号。,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.15 GMSK信号功率谱图,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.16 语音编码技术,语音编码为信(息)源编码，是将模拟语音信号转变为数字信号，以便在信道中传输。语音编码的目的，是在保持一定的复杂算法和通信时延的前提下，占用尽可能少的信道容量，传送尽可能高质量的语音。依据编码技术的不同，语音编码可分为波形编码、参量编码和混合编码三大类。1.波形编码:是对模拟语音波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字语音信号。波形编码需要较高的编码速率一般在1664kb/s。能提供相当好的话音质量；缺点是占用频带较宽，多用于有线通信中。2.参量编码:又称信源(或声源)编码，利用发声器官的特性，给以简化，找出表征语音的特征参量并对特征参量进行编码的种方法。在接收端，根据所接收的语音特征参量信息，恢复出原来的语音。参量编码只需传送语音特征参数，可实现低速率的语音编码，一般在1.24.8kb/s。3.混合编码:混合编码又称软声码器，是基于参量编码和波形编码发展的类新的编码技术。在混合编码的信号中既含有若干语音特征参量又含有部分波形编码信息。兼有参量编码低速率与波形编码高质量的优点,速率般在416kb/s。由于语音质量可达到商用语音通信标准的要求,在数字移动通信中得到了广泛应用。GSM系统编码采用(RPELTP)规则脉冲激励长期预测编码。CDMA 2G和3G系统语音编码采用(CELP)码激励线性预测编码。,常用数字移动通信系统语音编、解码器类型,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.17 GSM(RPELTP)语音编码器原理框图,第二章 数字移动通信系统的相关技术 2.18 信道编码技术,信道编码是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰，而专门设计的一类抗干扰技术和方法。它根据一定的（监督）规律在待发送的信息码元中（人为的）加入一些必要的（监督）码元，在接收端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。信道编码的目的是试图以最少的冗余监督码元为代价，以换取可靠性的提高。在数字移动通信中，信道编码的差错控制编码常采用分组编码和卷积编码。在GSM系统中，上述两种编码方法均在使用。首先对一些信息比特进行分组编码，构成“信息分组+奇偶(检验)比特”的形式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成编码比特。这两次编码适用于语音和数据二者，但它们的编码方案略有差异。采用“两种”编码的好处是：在有差错时，能检测的检测(利用分组编码特性)；能校正的校正(利用卷积编码特性)。在移动通信中，为防止突发干扰，增强系统的抗干扰能力，往往还采用交织编码和跳频技术。在GSM数字通信系统中采用了交织编码和跳频技术，采用交织编（解）码的目的是将突发干扰造成的成串连续错码分散为个别的随机错码，再经过信道解码进行纠错。,第二章思考与练习题,1.数字移动通信系统在无线频段传输的是什么信号，与模拟系统传输的信号有什么不同?2.数字移动通信系统有哪些相关的主要技术?GSM使用的主要相关技术?3.第一、二、三代蜂窝移动通信系统分别采用的是什么样的多址接入技术?4.在现代移动通信系统中为什么使用语音编码与信道编码技术?GSM系统采用哪些主要技术？5.什么是MSK调制技术,它有些什么特点?GMSK呢?在GSM系统的具体运用中其数字调制速率与输出的I/Q信号的频偏(模拟基带信号)带宽是多少?6.GSM系统采用哪些主要技术在GSM系统中采用的什么语音编码器和信道编码？7.CDMA（窄带）、小灵通各采用什么多址与数字调制和语音编码技术。,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.1 GSM系统主要技术指标和参数,频段：935960MHz基站发，890915MHz移动台发频带宽度：25MHz通信方式：全双工载波间隔：200kHz信道分配：TDMA每载波8时隙，全速信道8个，半速信道16个信道总速率：270.83kbit/s调制方式：GMSK调制指数0.3话音：RPELTPl3kbit/s规则脉冲激励线性预测编码数据：9.6kbit/s分集接收：跳频217跳/s，交错信道编码，自适应均衡，判决反馈自适应均衡器(16s以上)每个时隙信道比特率：22.8kbit/s,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.2 GSM蜂窝网络结构,移动通信蜂窝网络组成示意图,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 蜂 窝 小 区 的 分 类,1.CDMA移动通信系统采用扩频方式，扩展后的频谱比信源频带宽得多，用户可通过不同的地址码来加以选择基站信号，在相邻蜂窝小区，基站可使用相同频率。2.GSM移动通信系统是采用基于频分的时分多址接入方式进行不同用户通话，为防止错误识别和干扰，相邻蜂窝基站选择要靠不同频率来加以区分，故相邻蜂窝基站不能使用相同频率。3.移动通信工具允许移动速度与蜂窝小区类型相关。,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.3 网络系统的组成,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.4 语音与信道编码,语音编码器有两类输出比特，1.对语音质量有显著影响的“1类”比特有182个，3个错误检测奇偶检验比特，4个尾比特和一个1/2速率卷码保护，产生378个信道比特序列。2.对语音质量没有显著影响有“2类”比特78个未经过保护的比特组，经信道编码后合成总比特率378+78=456bit/20ms22.8kbit/s。,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.5 GSM语音编码流程图,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.6 GSM系统帧结构图,GSM系统的帧结构分为超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧、超帧=51复帧=1326TDMA帧、复帧=26TDMA帧（120ms）、TDMA帧=8 时隙（4.615ms）、每时隙持续时间为577s(156.26比特)。在26个复帧中，除有2个用户信息帧用来传送系统控制信息外，24 帧用来传送业务信息，每帧中的8个时隙分配给不同的移动用户。,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.7 GSM系统无线工作信道,GSM系统是基于FDMA技术，在每载波信道上使用TDMA技术来增扩网络容量，采用频分双工(FDD)技术将收发信道分开进行双向通信。中国GSM系统使用双工作（GSM 900与DCS 1800两个）频段,移动台使用收高发低双向通信方式。,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.8 上下行TDMA帧对应关系,由于上行传输（移动台对基站）所用的帧号和下行传输（基站对移动台）所用的帧号相同，同一TDMA帧号的上行帧相对于下行帧，在时间上滞后3个时隙。,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.9 GSM系统信道分类,第三章 GSM数字峰窝移动通信系统 3.10 跳频和间断传输技术,1.跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案(序列)进行跳变，其实现方法是将语音信号进行语音和信道编码形成帧，在跳频序列控制下，由发射机采用不同频率发射。,2.间断传输(DTx)(语音激活)技术的基本原则是只在有语音时才打开发射机,这样可以减小干扰，使频率复用面减小，提高系统容量。,第三章思考与练习题,1.频率再用技术可用于解决移动通信系统中的什么问题?GSM移动通信系统与 CDMA移动通信系统的相邻蜂窝小区基站无线频率设置有什么不同?2.GSM网络系统的由哪几部分组成?主要功能是什么？3.画出语音编码流程图4.写出GSM系统900MHz收发无线工作频段范围?判断中国该系统94号与99号信道分属哪个移动运行公司工作频率?5.计算信道号88与100的无线收发工作频率分别各是多少?6.根据上下行TDMA帧时间对应关系判断GSM移动台收发信的工作时间顺序上哪种状态在先?7.为什么要采用跳频?GSM系统跳频实现基本过程是怎样的?可达到每秒多少跳?8.间断传输有什么特点?怎样实现?,第四章 GSM移动电话机 4.1 移动台的基本组成框图,第四章 GSM移动电话机 4.2 移动台的基本组成和功能,移动电话机(也称移动台或手机)，是移动通信系统用户终端设备。移动台由射频单元、基带（或称逻辑/音频）单元、控制单元和电源单元四部分组成。射频单元主要功能是对移动台中的模拟射频信号进行处理，主要完成：a.将经过带通滤波器选择出并放大的接收信号下变频，得到模拟基带信号,送到GMSK进行解调,转换成数字基带信号。b.将GMSK转换得到的发射模拟基带信号上变频，送到功率放大器放大后,送到天线发射。基带（或称逻辑/音频）单元主要完成对语音、数字和模拟基带信号处理。控制单元完成对移动电话机的整机工作进行管理和控制。电源单元是将单一的移动电话机电池电压转换为内部不同电路所需要的极性不同、数值不同的稳定电压，以满足移动电话机正常工作要求。在数字手机中CPU往往担负着对通话的数字信号处理和对移动电话机管理、控制的双重任务。,第四章 GSM移动电话机 4.3 GSM移动台的技术特征,频率稳定度：1X10-7语音编码：规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)，语音编码速率13kb/s跳频速率：217 跳/秒调制方式：高斯滤波最小移频键控(GMSK)输出功率可控GSM双频移动电话机的输出功率和通信距离 900MHzGSM移动电话机功率电平定义最大33dBm（2W），通话蜂窝半径可达35km;典型1800MHzGSM手机功率电平为30dBm（或1W）。由于1800MHz无线信号衰减几乎是900MHz的两倍，因此GSMl800有限的工作距离(100m一4km)。,第四章 GSM移动电话机 4.4 GSM移动台的基本工作过程,1移动电话机开机后与基站的联络沟通过程 当移动电话机刚开机时，在基站发送给手机方向下行的信道上搜索所在和相邻共7个基站的广播信道(BCH)信号。根据接收到所在和相邻基站BCH信号的强弱，依次列表，选定信号最强(BCH)广播信道。根据广播信道复帧中频率校正信道（FCCH）和同步信道（SCH）信号，调整（校准）移动电话机内部的主时钟频率和时序（同步时间）。然后检查广播控制（BCCH）信号，比较存储在移动电话机SIM卡上的网络号、国家号与BCCH信道发出的相应信息是否一致（即判断是否来自移动电话机SIM卡运营商的公用陆地移动网(PLMN)）来实现入网 2移动电话机通话过程(1)移动电话机用户作为被叫系统通过公共控制信道(CCCH)中的寻呼信道(PCH)呼叫移动电话机用户，移动电话机在随机接入信道(RACH)上对寻呼进行应答。得到寻呼回应后的系统通过准许接入信道(AGCH)为手机分配一个独立专用控制信道(SDCCH)。系统与手机交换鉴权、加密等必要信息，并在逐一识别处理之后，给移动电话机分配一个业务信道(TCH)，这时就可以在TCH上进行通话(2)移动电话机作为主叫移动电话机在随机接入信道（RACH）上发送寻呼请求信息，系统接收到手机的呼叫请求信息后，通过准许接入信道(AGCH)为移动电话机分配一个独立专用控制信道(SDCCH)，在SDCCH上(同被叫过程一样)与系统交换信息。接着在慢速随机控制信道(SACCH)上交换控制信息，最后移动电话机在分配的业务信道(TCH)上开始通话。,第四章 GSM移动电话机 4.5 GSM移动台的基本工作过程,3.移动电话机开机后的工作过程,第四章 GSM移动电话机 4.6 SIM卡及基本组成,SIM卡与移动电话机共同构成移动通信终端设备,GSM移动电话机的正常使用离不开SIM卡。SIM卡是一块集成IC卡，也称“用户识别卡”、“用户识别模块”。在卡中存储了“用户识别、为用户提供服务的网络、地区、密码、以及其它特定用户信息”。使用SIM卡可以插入任何GSM手机，实现“电话号码随卡不随机的功能”，增加了使用GSM手机的灵活性 SIM是带微处理器的芯片卡，由中央处理器、工作存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、数据存储器（EEPROM）和串行通信单元，五个模块组成并集成在一块IC电路中。SIM卡在与手机连接时，最少需要五条连接线，即：电源（VCC）、时钟（CLK）、数据（I/O或DATA）、复位（RST）和接地端（GND）。,SIM卡座脚位功能图,第四章 GSM移动电话机 4.7 SIM卡内保存的数据及类型,可以归纳为以下四种类型：1类：由SIM卡生产厂商存入的系统原始数据。2类：由网络运营部门或者其它经营部门在将卡发放给用户时输入的网络参数和用户数据，包括：鉴权和加密信息Ki（Kc算法之一的密匙号）国际移动用户号（IMSI）A3：IMSI认证算法 A5：加密密匙生成算法 A8：密匙（Kc）生成前，用户密匙（Kc）生成算法3类：由用户自己存入的数据。如短消息，固定拨号，缩位拨号，性能参数等。4类：用户在用卡过程中自动存入和更新的网络接续和用户信息类数据，包括最近一次位置登记时的手机所在位置区识别号（LAI），设置的周期性位置更新间隔时间，临时移动用户号（TMSI）等。,第四章思考与练习题,1.GSM移动电话机基本组成(框图)和功能？2.移动电话机开机后与基站的联络沟通过程？3.SIM卡及基本组成？,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析,一、电源IC 电源电路是将单一电池(或外供电)的直流3.6V电压一是转换为多路不同电压值的直流正电压或负电压供给内部不同电路（如射频、逻辑、显示、振铃、SIM卡等）工作，二是在不同时间（隙）给不同电路供电。按电路结构可分为集中、分散与集中为主,辅以分散三种供电方式。第一、三种供电方式均采用电源集成IC，分散供电则采用降压稳压电源模块。,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 台港联发科技公司MTK电源管理芯片,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 西门子3508型电源IC电路原理图,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析 二、供电切换与电池检测电路,M机V998手机电源切换电路原理图,M机V998手机电池信息检测电路原理图,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析,三、开机信号触发电路,四、升压电路,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析,五、受控电源与非受控电源供电电路,非受控电源输出电路,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析,六、机内充电器,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.1 电源电路分析,3508型手机充电电路原理图,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.2 移动电话开机电路原理,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.3 数字手机接收机的三种基本框架结构,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.4 数字手机发射机的三种基本框架结构,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.5 频率合成电路(1),第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.5 频率合成电路(2),第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.6 功率放大器(PA)与功率控制电路(PAC),第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.7 移动电话机的显示电路,显示器的主要作用是反映移动电话机工作状况与相关信息，进行人机对话。数字移动电话机大多使用单色液晶（LCD）和彩色液晶（LCD）显示器。其优点是体积小和耗电省，能较好的显示文字、符号、图形和图像。由于液晶屏使用矩阵阵列，为减少与外部CPU连线，显示器通常是一个模组（内有字符存储器、点阵驱动器和控制器等），用专门芯片驱动。常用导电排线或金属弹片（或导电橡胶）将显示器模组连接到CPU。,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 CPU控制LCD并行方式,CPU输出8位并行数据线和DP-EN（显示使能）、R/W（读或写信号控制）、AO（地址）三根控制线、地址线到LCD的模组。数据线用以传送显示信息，控制线传送CPU控制指令，地址线用于选择。通过LCD的模组内字符存储器、点阵驱动器和控制器进行屏显示。,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 CPU控制LCD串行方式,CPU通过串行数据、时钟、使能控制、复位、对比度控制等线到显示屏模组，连接电路结构较简单，缺点是显示速度较慢。,彩色液晶显示器,彩色液晶显示器也称彩屏，分为STN-LCD、TFT-LC、TFD-LCD和UFB-LCD四种类型。STN（Super Twisted Nematic）-LCD.(超扭向列液晶彩屏)。其最高能显示256色的色彩，具有制造成本低和耗电量小优点；缺点是图像清晰度与色彩鲜艳度较差。TFT（Thin Film Transistor）-LCD（薄膜晶体管驱动型液晶彩屏)。具有高对比度、反映速度快和色彩鲜艳优点，可显示65536色的色彩；TFD（Thin Film Diode）-LCD.（薄膜二极管驱动型液晶彩屏）。即有TFT一样的清晰度和色彩鲜艳度，又具有和STN一样的省电性，其性能要优于TFT；UFB（Ultra Fine And Bright）-LCD:高亮度超精细显示彩屏.除具有上述三种彩屏所具备优点外，还有着液晶屏更蒲、更高亮度和更小的耗电量，色彩可达到26.2万色。TFT、TFD和UFB LCD是真正的彩屏，都可显示65536以上色彩，在各种中高挡移动电话机普遍使用。而STN-LCD.因色彩鲜艳度较差，称为假彩色，多在低挡电话机作为主屏或在高挡机中作为副屏使用。,第五章 GSM数字移动电话机功能电路 5.8 GSM数字电话机逻辑控制,GSM 数字移动电话机逻辑电路示意图,数字电话机电路图的识图及用图,移动电话机常用电路图分为方框图、电路原理图和PCB图三种 识别各种电路图特点 一、方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。一般分为整机电路方框图、系统电路方框图和集成电路内部方框图三种。二、电路原理图是用来体现电子电路工作原理的一种电路详图。三、印刷电路板（PCB）图，也称元件分布图用代号标明各元器件或相关测试点在电话机电路板上实际位置。视情况选择用图 1.用图的一般原则：先框图，后原理图再PCB图。先系统（局部），后整机，化整为零。2.欲了解、分析或比较不同移动电话机电路工作原理或相关系统间连接关系或具体电气连线时，可查看整机电路方框图和整