手机工作原理介绍资料.ppt

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1、1手机工作原理介绍手机工作原理介绍2五光十色的五光十色的通信通信世界世界微波微波网管网管移移动动 微波微波卫卫星星 微波微波 W-LAN机机场场通信中心通信中心微波微波网管网管住宅区住宅区互互联联网网互互联联网网Enterprises长长途台途台旅店旅店局域网局域网市民市民大厦大厦通信中心通信中心ICT大厦大厦商商业业视频视频会会议议国国际际站站城域网城域网通信中心通信中心城域网城域网国家网国家网3何谓移动通信何谓移动通信通信的双通信的双方或一方方或一方处于移动处于移动中的通信中的通信就叫做移就叫做移动通信。动通信。移动通信移动通信解决了因解决了因为人的移为人的移动而产生动而产生的动中通的动中

2、通问题。问题。4典型的移动通信系统典型的移动通信系统n集群通信集群通信-警察、出租车调度警察、出租车调度 n蜂窝移动电话蜂窝移动电话-车载、手持机车载、手持机n无线寻呼无线寻呼-数显、汉显、双向数显、汉显、双向n无绳电话无绳电话-家用、公共无线接入点家用、公共无线接入点n卫星移动通信卫星移动通信-铱、全球星等铱、全球星等n无线局域网无线局域网(WLAN)-802.11、UWBn个人无线接入系统个人无线接入系统(WPAN/WVAN)n固定无线接入系统固定无线接入系统(WMAN)-LMDSn无线广播系统无线广播系统-DAB、DVB5移动通信的发展历程移动通信的发展历程AMPSTACSNMT其它其它

3、第一代（第一代（1G)上世纪上世纪 80年代年代模拟模拟模模拟技技术(l)GSMGSMCDMA CDMA IS95IS95TDMATDMAIS-136IS-136PDCPDC第二代（第二代（2G)上世纪上世纪 90年代年代数字数字数字技数字技术话音音业务 第三代（第三代（3G)本世本世纪初期初期IMT-2000UMTSUMTSWCDMAWCDMAcdmacdma20002000TD-TD-SCDMASCDMA宽带业务 63G1G2G2.5Gl话音通信话音通信l主要系统：主要系统：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它、其它n 1G模拟蜂窝（模拟蜂窝（FDMA）l话音通信、低速数据通信：

4、话音通信、低速数据通信：9.6 kbpsl主要系统：主要系统：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDCn 2G数字蜂窝（数字蜂窝（TDMA、CDMA）l话音通信、数据通信：话音通信、数据通信：115kbps/144kbps/153 kbpsl主要系统：主要系统：GPRS、cdma2000 1Xn 2.5G数据通信（数据通信（TDMA、CDMA）l话音通信、数据通信、移动多媒体话音通信、数据通信、移动多媒体：2Mbpsl主要系统：主要系统：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMAn 3G多媒体数据通信（多媒体数据通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA）7移

5、动通信系统的组成移动通信系统的组成MSC:Mobile Service and Switching Centre,BS:Base Station,MS:Mobile Station,BSC:Base Station ControllerIPPSTNBSBSBSBSBSBSCBSCMSMSCVLR/HLRNMMC8nMSC-MSC-移动交换中心：主要负责整个移动通信系统数据的移动交换中心：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，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手机用户的身份确认与位置更新，通

6、信的路由选择等系统功能也需要统功能也需要MSCMSC完成。完成。nMS-MS-移动台：即手机，用户通过手机来进行通信，手机可移动台：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。频信号并能够同时进行反方向的转换。nBSS-BSS-基站系统：包括基站系统：包括BTSBTS（基站台）与（基站台）与BSCBSC（基站控制器）（基站控制器）基站系统负责将基站系统负责将MSCMSC与与MSMS连接起来，基站需要同时具备与连接起来，基站需要同时具备与MSCMSC的固定的有线的固定的有线

7、(或无线或无线)联接方式和与联接方式和与MSMS的移动的无线的移动的无线联接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，在这个小联接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，在这个小9 区中的手机都可以与此基站进行通信。基站将对此小区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。制下进行越区切换。nPSTN-PSTN-公共交换电话网络公共交换电话网络 ，负责，负责GSMGSM网络与市话连接。网络与市话连接。

8、nVLR VLR 访问位置寄存器，访问位置寄存器，VLRVLR中存放着其控制区域内所中存放着其控制区域内所 有拜访的移动用户信息。有拜访的移动用户信息。nHLR-HLR-归属位置寄存器，归属位置寄存器，是运营者用于管理移动用户的是运营者用于管理移动用户的 数据库。存放着该数据库。存放着该HLRHLR控制的所有移动用户的数据以及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。每个移动用户的路由信息和状态信息。10 公用移动通信系统为双向的无线通信系统，公用移动通信系统为双向的无线通信系统，由手机到网络的通信信号称为由手机到网络的通信信号称为“UplinkUplink上行上行”通信

9、信号，简称为通信信号，简称为“TXTX”。从网络到手机的通。从网络到手机的通信信号称为信信号称为“DownlinkDownlink下行下行”通信信号。简通信信号。简称为称为“RXRX”。手机必须能够同时进行双向的通信，。手机必须能够同时进行双向的通信，所以上行和下行的射频信号不能在同一个频率上所以上行和下行的射频信号不能在同一个频率上进行传输。一般的，移动通信系统的上行和下行进行传输。一般的，移动通信系统的上行和下行信号分别位于互不重叠的两个频率带中。信号分别位于互不重叠的两个频率带中。11nGSM850GSM850系统的上行频带分配为系统的上行频带分配为824MHz849MHz824MHz8

10、49MHz；下行频；下行频带为带为869MHz894MHz869MHz894MHz，对于一个通信信道，收发双工间，对于一个通信信道，收发双工间隔为隔为45MHz45MHz。nGSM900GSM900系统的上行频带分配为系统的上行频带分配为880MHz915MHz880MHz915MHz；下行频；下行频带为带为925MHz960MHz925MHz960MHz，对于一个通信信道，收发双工间，对于一个通信信道，收发双工间隔为隔为45MHz45MHz。nDCSDCS系统的上行频带分配为系统的上行频带分配为1710MHz1785MHz1710MHz1785MHz；下行频；下行频带为带为1805MHz18

11、80MHz1805MHz1880MHz，收发双工间隔为，收发双工间隔为95MHz95MHz。nPCSPCS系统的上行频带分配为系统的上行频带分配为1850MHz1910MHz1850MHz1910MHz；下行频；下行频带为带为1930MHz1990MHz1930MHz1990MHz，收发双工间隔为，收发双工间隔为85MHz85MHz。频带分配频带分配12何为远近效应？何为远近效应？移动通信是在运动过程移动通信是在运动过程中进行的，移动台之间中进行的，移动台之间会出现近处移动台干扰会出现近处移动台干扰远处移动台的现象，称远处移动台的现象，称为远近效应。因此，一为远近效应。因此，一般要求移动台的发

12、射功般要求移动台的发射功率具有自动调整的能率具有自动调整的能力，同时移动台的接收力，同时移动台的接收机需要具有自动增益控机需要具有自动增益控制的能力，当通信距离制的能力，当通信距离迅速改变时能自动进行迅速改变时能自动进行信号调整。信号调整。MS1MS2BSDistanceDistance0d2d1Received signal strengthMS1MS2BS13功率控制功率控制n一个小区中的手机用户可能有很多，当许多用户同时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

13、阻塞效应；而离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，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。也应该具备改变发射功率的能力。nGSM规范要求手机必须能够以规范要求手机必须能够以2dB为单位调整发射功为单位调整发射功率。率。GSM规定的手机发射功率分为规定的手机发射功率分为519共共15级，级，5级功级功率等级为率等级为33dBm，5级以下的功率每级以级以下的功率每级以2dB的差值递的差值递减。减。DCS与与PCS系统

14、均设系统均设015共共16级功率，最大功率级功率，最大功率0级为级为30dBm，其它功率同样以，其它功率同样以2dB递减。递减。14 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。多址方式可以分为方式可以分为FDMAFDMA、TDMATDMA和和CDMACDMA三种方式。三种方式。FDMA FDMA（Frequency Division Multiple AccessFrequency Division Multiple Access）频分多址：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。此种通信多个用户各自在互不相同频带上同

15、时与系统进行通信。此种通信方式多用于模拟通信系统。方式多用于模拟通信系统。TDMA TDMA（Time Division Multiple Access)Time Division Multiple Access)时分多址：多时分多址：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，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。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 CDMA（Code Division Multiple AccessCode Division Multiple Acc

16、ess）码分多址：多码分多址：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。式也用于数字系统。多址方式多址方式15Summary of Multiple AccessFDMATDMACDMAtimetimetimepowerpowerpowerfrequencyfrequencyfrequency16n为便于系统控制，我们将上为便于系统控制，我们将上/下行频带中分割出的成对的下行频带中分割出的成对的

17、 上上/下行频带按照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数字编号，称为物理信道。相应的信道编号称为ARFCNARFCN（Absoluteness RF Absoluteness RF Channel NumberChannel Number）绝对射频信道号。一个绝对射频信道号。一个ARFCNARFCN对应着一对上行和下行对应着一对上行和下行信道，这称为信道，这称为GSMGSM系统中的物理信道。系统中的物理信道。n在所有在所有GSMGSM系统中，信道的频率间隔均为系统中，信道的频率间隔均为200kHz200kHz。nGSM850GSM850系统的系统的ARFCNARFCN为为1

18、28-251128-251，CH128CH128上行的中心频率为上行的中心频率为824.2MHz824.2MHz，ARFCNARFCN为为n n的上行信道的中心频率的上行信道的中心频率 fn=f1+(n-1)fn=f1+(n-1)200kHz200kHz。对应的下行信道中心频率。对应的下行信道中心频率需要加上双工间隔频率，需要加上双工间隔频率，GSM850GSM850为为45MHz45MHz。nGSM900GSM900系统的系统的ARFCNARFCN为为975-1023975-1023和和0-1240-124，CH975CH975上行信道的中心频率为上行信道的中心频率为880.2MHz880.

19、2MHz，CH0CH0的上行信道的中心频率为的上行信道的中心频率为890MHz890MHz。nDCSDCS系统的系统的ARFCNARFCN为为512885512885，CH512CH512的上行中心频率为的上行中心频率为1710.2MHz1710.2MHz。nPCSPCS系统的系统的ARFCNARFCN为为512810512810，CH512CH512的上行中心频率为的上行中心频率为1850.2MHz1850.2MHz。n需要说明的是需要说明的是DCSDCS和和PCSPCS的的ARFCNARFCN有很多是重合的，这是因为有很多是重合的，这是因为PCSPCS系统仅限于北系统仅限于北美使用，而北美

20、没有美使用，而北美没有DCSDCS系统，也就是说系统，也就是说DCSDCS和和PCSPCS系统不可能在同一地区存系统不可能在同一地区存在，所以在，所以ARFCNARFCN也就能够重合。也就能够重合。物理信道物理信道GSM 系统信道分类系统信道分类17逻辑信道逻辑信道18GSM数字蜂窝移动电话机原理数字蜂窝移动电话机原理移动终端原理框图移动终端原理框图 19手机话音通信包含以下几个步骤：手机话音通信包含以下几个步骤：手机话音通信包含以下几个步骤：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；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；模拟

21、的话音信号转换成数字信号；3.数字信号转换成射频信号；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；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；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；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。模拟的话音信号通过扬声器转化成人能听到的声音。20 数字手机从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、数字手机从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、射频系统、电源系统，射频系统、电源系统，3 3个部分。在手机中，这个部分。在手机中，这3 3个部分个部分相互配合，在逻辑控制系统

22、统一指挥下，完成手机的各相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。项功能。射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机要得到率放大等功能。手机要得到GSMGSM系统的服务系统的服务,首先必须有首先必须有信号强度指示信号强度指示,能够进入能够进入GSMGSM网络。手机电路中不管是射网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系

23、统出现故障频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机都能导致手机不能进入不能进入GSMGSM网络。网络。21超外差一次变频接收机框图超外差一次变频接收机框图射频滤波器低噪声放大器射频滤波器中频滤波器解调电路语音处理 受话器天线混频器IF VCO中频放大器RX VCO22发射机结构框图发射机结构框图发射前置放大数字语音处理发射音频拾取功率放大器分频I/Q 调制RX VCO发射射频处理天线23 逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路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

24、处理。逻辑电路部分通常是由中央处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理器(CPU)(CPU)或被称为或被称为ASIC(ASIC(专用应用集成电路专用应用集成电路)的器件，的器件，为中心的电路构成。在该电路中为中心的电路构成。在该电路中,还包含各种存储器电还包含各种存储器电路：路：SRAMSRAM、EEPROMEEPROM及及FLASHFLASH电路电路,这些存储器在手机电路这些存储器在手机电路中起着不同的作用。中起着不同的作用。下面以下面以DELLDELL手机为例介绍一下逻辑电路的开机步骤。手机为例介绍一下逻辑电路的开机步骤。24U901（PMIC）U401（CPU）U1906

25、VBATTVBATX60132.768KHzMICCO_RESET_INV_LDO_RTCNBATT_FLTSYS_ENVCC_MVTV_BUCK3U303Camera moduleU304GSM_VCC_ANALOGVCC_VCTCXOVCC_IORF1VCC_RX_TXVLDO2/VCC_MEMV_LDO312354678910101026MHz26MHz13MHzPower on sequence25手机实时时钟和系统时钟各自的作用手机实时时钟和系统时钟各自的作用n实时时钟的作用实时时钟的作用:（32.768KHz)1.显示时间和日期信息显示时间和日期信息 2.作为作为CPU副时钟用于开

26、机副时钟用于开机 3.作为睡眠时钟节省手机的功耗作为睡眠时钟节省手机的功耗.n系统时钟的作用：系统时钟的作用：(13MHz or 19.2MHz）1.给给CPU提供的主频提供的主频用于手用于手机的开关机机的开关机 2.作作为手机锁相环为手机锁相环的的参考时钟参考时钟使使手机能严格手机能严格地地与与基基站之站之间间保持同步保持同步。263GPP 3GPP 第三代合作伙伴计划第三代合作伙伴计划 GMSK GMSK 高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控AGCAGC 自動增益控製自動增益控製GPRS GPRS 通用分组无线业务通用分组无线业务 ADC ADC 模拟模拟/数字转换器数字转换器USB

27、USB 通用串行总线通用串行总线 AMPSAMPS 高级高级移動電話系統移動電話系統 I I2 2C C 内部集成电路总线内部集成电路总线DSPDSP 数字信号处理数字信号处理WCDMAWCDMA 宽频带码分多址宽频带码分多址IMEIIMEI 国际移动设备识别国际移动设备识别码码 TD-SCDMATD-SCDMA时分同步码分多时分同步码分多址址 EDGE EDGE 增强型数据速率增强型数据速率GSMGSM演进技术演进技术ARFCHARFCH 绝对射频信道绝对射频信道 LNA LNA 低噪声放大器低噪声放大器LDO LDO 低压差线性稳压器低压差线性稳压器 GPIO GPIO 通用输入通用输入/

28、输出总线输出总线常用专业名词常用专业名词27思考训练思考训练 相同的手机和电池，在装上相同的手机和电池，在装上SIM卡和不装卡和不装SIM卡两种情况卡两种情况下，哪个待机时间更长？为什么？下，哪个待机时间更长？为什么？28SIM卡是（卡是（Subscriber Identity Module 客户识别模客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡，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。它在数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息，加一电脑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

29、容，可供密的密钥以及用户的电话簿等内容，可供GSM网络网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。行加密。29nPIN码和码和PUK码码 n中国移动中国移动SIM卡密码分为卡密码分为PIN码、码、PIN2码，码，PUK码和码和PUK2码共码共四种，这四种密码的初始码都是由提供四种，这四种密码的初始码都是由提供SIM卡的运营商中国移动卡的运营商中国移动提供的，四种密码的关系如下：提供的，四种密码的关系如下：nPIN码码(PIN1)就是就是SIM卡的个人识别密码。如果未经使用者修改，卡的个人识别密码。如果未经使用者修改，运营商设置的原始密码是

30、运营商设置的原始密码是1234或或0000。如果启用了开机。如果启用了开机PIN码，码，那么每次开机后就要输入那么每次开机后就要输入4位数位数PIN码，码，PIN码是可以修改的，用码是可以修改的，用来保护自己的来保护自己的SIM卡不被他人使用。需要注意的是，如果输入三卡不被他人使用。需要注意的是，如果输入三次次PIN码错误，手机便会自动锁卡，并提示输入码错误，手机便会自动锁卡，并提示输入PUK码解锁，这码解锁，这个时候已经接近了危险的边缘，因此，如果擅自修改了个时候已经接近了危险的边缘，因此，如果擅自修改了PIN码，码，一定要牢记。一定要牢记。30nPIN2码是设定手机计费时使用的。如果输入三

31、次码是设定手机计费时使用的。如果输入三次错误，手机会需要用错误，手机会需要用PUK2码解锁，过程与先前码解锁，过程与先前介绍的介绍的PIN码、码、PUK码相同。不过这两种密码与码相同。不过这两种密码与网络计费及网络计费及SIM卡内部资料的修改有关，所以不卡内部资料的修改有关，所以不会公开，而且即便会公开，而且即便PIN2密码锁死，也不会影响手密码锁死，也不会影响手机的正常使用。因此，机的正常使用。因此，PIN2码和码和PUK2码不必去码不必去刻意理会。刻意理会。31nPUK码码(PUK1)由由8位数字组成，这是用户无法更改的。位数字组成，这是用户无法更改的。当手机当手机PIN码被锁，并提示输入

32、码被锁，并提示输入PUK码时，千万不要轻码时，千万不要轻举妄动，因为举妄动，因为PUK码只有码只有10次输入机会，次输入机会，10次都输错的次都输错的话，话，SIM卡将会被永久锁死，也就是报废。部分卡将会被永久锁死，也就是报废。部分SIM卡卡的的PUK码是用户在购卡时随卡附带的，如中国移动的神码是用户在购卡时随卡附带的，如中国移动的神州行等，而另一部分则需要向网络运营商索龋如果你的州行等，而另一部分则需要向网络运营商索龋如果你的PIN码被锁且不知道码被锁且不知道PUK码，千万不要随便输入，此时码，千万不要随便输入，此时正确的做法应该是致电正确的做法应该是致电SIM卡所属运营商的服务热线，卡所属运营商的服务热线，在经过简单的用户资料核对后，即可获取在经过简单的用户资料核对后，即可获取PUK码，解开码，解开手机锁，该项服务是免费的。手机锁，该项服务是免费的。