[信息与通信]联想手机中级维修工程师认证教材中级050927.doc
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1、联想手机维修认证LMCRE(中级) 联想手机维修工程师认证教材(中级)V2.0 基础分册联想移动通信科技有限公司(内部资料 翻版必究)前 言2004年7月份,联想手机维修工程师认证在全国范围内首次推行,并与2005年1月进行了首次的中级工程师的认证工作。各维修站在技术水平以及维修规范上得到了巩固和加强,取得了良好的成效。本教材是在联想手机维修认证教材(中级)的基础上进行了修订,加强了手机维修方面的规范类的要求,同时将V1.0版本中的基础部分和机型原理部分分离,分为两册。便于工程师日常学习和掌握。本教材适用于取得联想手机初级认证资格的、对联想手机有一定层次了解的维修人员使用。我们衷心希望并相信,
2、这套教材能够帮助大家在维修技术上有所突破。本书由联想移动技术支持处黄跃宗、宋学敏、卓文虎、洪滨卿、叶加林共同执笔完成。此书编撰过程中,还得到了品管、北京上海厦门三地R&D很多同事的支持和帮助,在此表示诚挚的感谢。对于本书错误之处,谨请大家批评指正。 联想移动质量服务部技术支持处 2005年9月于厦门目 录一 、 移动通信原理41、 GSM原理42、 GPRS原理173、 MMS原理24二、维修仪器的使用311、 综测仪和示波器的使用312、 自动校准系统的使用39三、手机维修基础431、 手机常用元器件性能作用介绍432、 手机各功能电路的组成与分析543、 检修手机故障的思路步骤方法654、
3、 手机故障的分类、判断和定位73附一:手机电路图中英文对照表77附二:主板主要电气性能检验判定标准84第一章 移动通信原理第一节 GSM原理 在初级工程师认证教材中,我们简要的介绍了GSM的发展历程和系统组成部分及工作原理,在中级的认证教材中,我们需要对移动通信的几个关键技术加以阐述。回顾:GSM系统的典型结构如图1-1所示。由图可见,GSM系统是由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统(BSS)在移动台(MS)和网络子系统(NSS)之间提供和管理传输通路,特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务,保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信,
4、也就是说NSS不直接与MS互通,BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统(OSS)则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。OSS:操作支持子系统 BSS:基站子系统NSS:网路子系统NMC:网路管理中心 DPPS:数据后处理系统SEMC:安全性管理中心PCS:用户识别卡个人化中心OMC:操作维护中心 MSC:移动业务交换中心VLR:来访用户位置寄存器HLR:归属用户位置寄存器AUC:鉴权中心EIR:移动设备识别寄存器BSC:基站控制器BTS:基站收发信台PDN:公用数据网PSTN:公用电话网ISDN:综合业务数字网MS:移动台图图1
5、-1 GSM系统结构1.1 多址方式使用多址方式旨在使许多移动用户同时分享有限的信道资源(如无线电频谱资源),即将可用的资源(如可用的信道数目)同时分配给众多用户共同使用,以达到较高的系统容量。多址系统的设计主要有两个问题:一是多路复用,也就是将一条通路变成多个物理信道;二是信道分配,即将单个用户分配到某一具体信道上去。在移动通信系统中,常用的多址方式有:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)以及它们的混合应用方式等。下面对它们的原理作简要介绍。1. 频分多址(FDMA)FDMA是按照频率的不同给每个用户分配单独的物理信道,这些信道根据用户的需求进行分配。在用户通话期
6、间,其它用户不能使用该物理信道。在频分全双工(FDD)情形下,分配给用户的物理信道是一对信道(占用两段频段),一段频段用作前向信道,另一段频段用于反向信道。在频分多址方式中,N个信道在频率上严格分割,但在时间和空间上是可以重叠的,如图1-2所示。TACS系统和AMPS系统均采用FDMA/FDD方式工作。图1-2 FDMA示意图FDMA方式有以下的特点:(A) FDMA信道的带宽相对较窄(2530kHz),但相邻信道间要留有防护带。(B) 同TDMA系统相比,FDMA移动通信系统的复杂度较低,容易实现。(C) FDMA系统采用单路单载波(SCPC)设计,需要使用高性能的射频(RF)带通滤波器来减
7、少邻道干扰,因而成本较高。FDMA的成本较TDMA系统高。2. 时分多址(TDMA)TDMA系统把每个无线载波按时间划分成若干时隙,每个时隙仅允许一个用户发射或接收信号。每个用户占用一个周期性重复的时隙,如图1-3所示。每条物理信道可以看作是每一帧中的特定时隙。在TDMA系统中N个时隙组成一帧,每帧由前置码、消息码和尾比特组成,如图1-4所示。在TDMA/FDD系统中,相同或相似的帧结构单独用于前向(下行)或反向(上行)传输。一般情况下,前向(下行)信道和反向(上行)信道的载波频率不同。图1-3 TDMA示意图图1-4 TDMA帧结构在一个TDMA的帧中,前置码中包括地址和同步信息,以便基站和
8、用户都能彼此识别对方信号。采用保护时间后可使接收机在不同时隙和帧之间同步。TDMA有如下一些特点: TDMA系统中几个用户共享单一的载频,其中,每个用户使用彼此互不重叠的时隙。每帧中的时隙数取决于几个因素,例如调制方式、可用带宽等等。 TDMA系统中的数据发射不是连续的,各移动台发送的是周期性突发信号,而基站发送的是时分复用信号。由于用户发射机可以在不用的时间(绝大部分时间)关掉,因而耗电较少。 由于TDMA系统发射是不连续的,移动台可以在空闲的时隙里监听其它基站,从而使其越区切换过程大为简化。通过移动台在TDMA帧中的空闲时隙监听,可以给移动台增加链路控制功能,如使之提供移动台辅助越区切换(
9、MAHO,mobile assisted handoff)等。 同FDMA信道相比,TDMA系统的传输速率一般较高,故需要采用自适应均衡,用以补偿传输失真。 TDMA必须留有一定的保护时间(或相应的保护比特)。但是,如果为了缩短保护时间而使时隙边缘的发送信号压缩过快,则发射频谱将展宽,并将对相邻信道构成干扰。 由于采用突发式发射,TDMA系统需要更大的同步报头。TDMA的发射是分时隙的,这就要求接收机对每个数据突发脉冲串保持同步。此外,TDMA需要有保护时隙来分隔用户,这使其与FDMA系统相比有更大的报头。 TDMA系统的一个优点是在每帧中可以分配不同的时隙数给不同的用户。这样,通过基于优先级
10、对时隙进行链接或重新分配,可以满足不同用户的带宽需求。3. 码分多址(CDMA)在码分多址(CDMA)系统中,所有移动台使用相同载频,并可以同时发射,如图1-5所示。每个移动台都有自己的地址码,与其他移动台的地址码近似正交。接收机则进行时间相关操作以检测期望的特定地址码,而其它地址码字均被接收机当作噪声。图1-5 CDMA示意图在CDMA系统中,接收机接收的多个用户功率决定了去相关后的噪声大小。如果在一个小区内不对每个用户的功率加以控制,那么它们在基站接收机处是功率不等的,这将会产生远近效应。所以,CDMA系统中,必须采用严格的功率控制技术。1.2 均衡与分集技术移动通信系统需采用一些信号处理
11、技术以改善通信质量,均衡、分集是两种比较重要的技术。1. 均衡由于实际的传输信道特性的不理想而引起数字信号的线性畸变,可以对信道的频域或时域的某些特性进行补偿来尽量减小这种线性畸变。而这就是均衡的基本概念。均衡器可分为频域均衡器和时域均衡器,也可分为人工均衡器和自动均衡器(自适应均衡器)。2. 分集分集是为了减小由于衰落而造成通信质量恶化的一种技术。分集通常分为显分集和隐分集两大类。前者主要有空间分集、角分集、极化分集、频率分集、时间分集等;后者主要通过一些抗衰落(主要是抗频率选择性衰落)的编码调制技术,如时频相编码等来实现。目前应用最为广泛而效果较好的是空间分集。所谓空间分集就是采用两付以上
12、的天线,相隔一定距离,分别进行接收,然后把收到的互相独立的信号进行合并,从而改善接收信号的质量。1.3 调制解调技术调制是使信息载体的某些特性随信息变化的过程,并能使所要传送的信息适合于信道的特性,达到最有效和最可靠的传输。就话音业务而言,经过话音编码所得到的数字信号必须经过调制才能实际传输。在无线通信系统中是利用载波来携带话音编码信号,即利用话音编码后的数字信号对载波进行调制。当载波的频率按照数字信号“1”、“0”变化而对应地变化,这称为移频键控(FSK);相应地,若载波相位按照数字信号“1”、“0”变化而对应地变化则称之为移相键控(PSK);若载波的振幅按照数字信号“1”、“0”变化而对应
13、地变化,则称之为振幅键控(ASK)。然而通常的FSK在频率转换点上的相位一般并不连续,这会使载波信号的功率谱产生较大的旁瓣分量。为克服这一缺点,一些专家先后提出了一些改进的调制方式,其中有代表性的调制方式是最小移频键控(MSK)和高斯预滤波最小移频键控(GMSK)。众所周知,移动通信必须占用一定的频带,然而可供使用的频率资源却非常有限。因此,在移动通信中,有效地利用频率资源是至关重要的。为了提高频率资源的利用率,除采用频率再用技术外,通过改善调制技术而提高频谱利用率也是我们必须慎重考虑的一个问题。鉴于移动通信的电波传播条件极其恶劣,衰落导致接收信号电平的急剧变化,移动通信中的干扰问题也特别严重
14、,除邻道干扰外,还有同频道干扰和互调干扰,所以移动通信中的数字调制技术必须具有优良的频谱特性和抗干扰、抗衰落性能。目前在数字移动通信系统中广泛使用的调制技术,主要有以下二大类。1. 连续相位调制技术这种调制技术的射频已调波信号具有确定的相位关系且包络恒定,也称之为恒包络调制技术。它具有频谱旁瓣分量低、误码性能好、可以使用高效率的C类功率放大器等特点。属于这一类的调制技术有平滑调频(TFM)、最小移频键控(MSK)和高斯预滤波最小移频键控(GMSK)。其中高斯预滤波最小移频键控(GMSK)的频谱旁瓣低,频谱利用率高,而其误码性能与差分移相键控(DPSK)差不多。因而得到了广泛的应用。2. 线性调
15、制技术这包括二相移相键控(BPSK)、四相移相键控(QPSK)和正交调幅(QAM)等。这类调制技术频谱利用率较高但对调制器和功率放大器的线性要求非常高,因此设计难度和成本较高。近年来,由于放大器设计技术的发展,实现了高效而实用的线性放大器,这才使得线性调制技术在移动通信中得到实际应用。上述两类调制技术在数字移动通信系统中都有应用,欧洲的GSM系统采用的是GMSK调制技术。在GMSK系统中,MSK已调信号通过Gaussian滤波器后,频率的迅速变化被平滑,这样就会减小信码的能量扩散到相邻信道。在前向信道上传输信号的一部分是我们所需的用户信码,其处在指配的时隙TS和射频帧号上。利用突发数据序列中的
16、提供的同步数据,先确定对应的TS,然后再进行解调,解调输出的二进制信号再进行解密、去交织,信道解码,最后还原成话音信号。1.4 话音编码通信系统中的话音编码在很大程度上决定着话音的质量和系统的容量,因此,具有十分重要的地位。标准的有线传输采用脉冲编码调制(PCM),每秒钟抽样8000次,每次抽样值用8bit来表示,总的码率是64kbps。由于PCM对抽样值之间的关系不作任何假设性分析,因此包含许多冗余信息,编码效率较低。在移动通信系统中,频率资源是非常宝贵的,话音信号编码的速率越低,则在给定频带内可容纳的话音信道就越多。为了满足带宽受限的移动通信系统的要求。人们利用语音过程本身的冗余度、听力特
17、性等知识提出许多高效话音编码方法,这些话音编码的目的都是尽可能减小传输速率和提高话音质量。目前话音编码大致可以分成两大类,即波形编码和参数编码。常用的波形编码有脉冲编码调制(PCM)、增量调制(DM)和自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)等。参数编码主要有线性预测编码及其改进型(如规则脉冲激励长期预测编码RPE-LTP、矢量和激励线性预测编码VSELP等)。GSM声码器采用规则脉冲激励长期线性预测编码(RPE-LPC),声码器将话音分成20ms的块,每块共有260比特,传输速率为13kbit/s。80年代后期,经过对各种不同声码器的综合性能评估,选定了这种类型的声码器。对半速率声码器也作了预先
18、考虑,也包括在GSM规范内。GSM采用声码器是利用了这样一个实际情况,在一般私人谈话中,每人平均讲话时间少于总时间的40。在声码器中,利用话音激活检测(VAD)和不连续发送(DTX)功能,这样可延长移动台电池工作寿命,又由于GSM系统发射机在寂静期不工作,可降低瞬时无线电干扰。GSM采用舒适噪声子系统(comfortable noise subsystem)可在接收机末端产生背景噪声来补偿由于DTX而形成的静寂。1.5 信道编码信道编码就是在所传送的数字信号流中增加一些冗余比特,进行纠错编码,以减小传输过程中所产生的比特差错率。通常用于信道编码的纠错编码方式有两种,即分组码和卷积码。按传统方式
19、在进行信道编码时一般不考虑所要采用的调制方式,即信道编码与调制方式分开改虑,但新出现的网格编码调制方法则将编码与调制放在一起来考虑,可实现较大的编码增益。1. TCH/FS、SACCH及FACCH信道编码为改善话音质量,对声码器输出的信码再进行信道编码。在1帧260比特中,最重要的有50比特,称为Ia类比特,外加3比特校验位作保护。这样,在接收机中错误检查很方便。紧接着第一个53比特(50个Ia类比特3奇偶校验比特)的132重要比特,被重新排序,并在其尾部加入4个零比特,形成一个189比特的数据块。对这数据块,进行码率为1/2,约束长度为5的卷积编码,得到一个378比特的序列。最不重要的78比
20、特不加任何保护,直接传输,这样,在20ms的1帧内,形成456比特的数据块。对声码器输出的信码再进行信道编码改善了GSM话音信号的质量,但经过信道编码,其速率变为22.8kbit/s。具体的信道编码方式见图1-6。图1-6 GSM全速率话音的纠错编码2. 数据信道的信道编码GSM全速数据信道按修改后的ITU-T V.110协议,对60比特的用户信码进行5 ms交织。240比特的用户信码加上4个尾比特后,进行码率为1/2,约束长度为456比特的信道编码,并将之分成4个114比特的突发码块,用于连续时隙的交织。3. 控制信道编码GSM控制信道信码的长度为184比特,先利用截矩Fire循环码进行编码
21、,然后再进行半速卷积编码,编码所用的生成多项式为G5(X) =(X23+1)(X17+X3+1)= X40+X26+X23+X17+X3+1,产生184比特的信码和40比特的校验码。再加上4位的尾比特产生228比特的数据块。然后,再对其进行k5的半速卷积编码(CC(2,1,5),卷积编码的生成多项式为G0(X) =1+X3+X4和G1(X) =1+X+X3+X4(和Ia类TCH数据编码所用的多项式一致)。卷积编码后得到的456比特,再利用同样方法得到的其它8个连续帧内的TCH信码进行交织。1.6 交织、加密和跳频1. 交织为了使突发误码对接收信号的影响尽量降低,采用交织技术使误码离散化,使突发
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