手机工作原理介绍.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)本世纪初期本世纪初期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

5、移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传输移动交换中心：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机用户的身份确认与位置更新

6、，通信的路由选择等系统功能也需要功能也需要MSCMSC完成。完成。nMS-MS-移动台：即手机，用户通过手机来进行通信，手机可以移动台：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。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（基站控制器）基站系统负责将站系统负责将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MSMSC C的固定的有线的固定的

7、有线(或无线或无线)联接方式和与联接方式和与MSMS的移动的无线联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

8、接。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，由手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机到网络的通信信号称为“UplinkUplink上行上行”

9、通信信号，简称为通信信号，简称为“TXTX”。从网络到手机。从网络到手机的通信信号称为的通信信号称为“DownlinkDownlink下行下行”通信信号。简称为通信信号。简称为“RXRX”。手机必须能够。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进行传输。一般的，移动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信号分别位于互不重叠的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。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824MHz849MHz824MH

10、z849MHz；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1805MHz

11、1880MHz1805MHz1880MHz，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

12、的发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

13、造成阻塞效应；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

14、系统均设系统均设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

15、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。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 A

16、ccess）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

17、对的 上上/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ARFCNARFCN（AbAbsoluteness RF Channel Numbersoluteness RF Channel 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信道，这称为对应着一对上行和下行信道，这称为GSMGSM系统中系统中的物理信道。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

18、为128-128-251251，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-fn=f1+(n-1)1)200kHz200kHz。对应的下行信道中心频率需要加上双工间隔频率，。对应的下行信道中心频率需要加上双工间隔频率，GSM850GSM850为为4545MHzMHz。nGSM900GSM900系统的系统的ARFCNARFCN为为975-1023975-1023和和0-0-124124，CH975CH975上行信道的中心频率为上行信道的中心频率为880.2MHz88

19、0.2MHz，CH0CH0的上行信道的中心频率为的上行信道的中心频率为8 890MHz90MHz。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，

20、而北美没有美使用，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

21、；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；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、射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，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个部分相个部分相互配合，在逻辑

22、控制系统统一指挥下，完成手机的各项互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。功能。射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收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；射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、功率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,首先必须有信首先必须有信号强度指示号强度指示,能够进入能够进入GSMGSM网络。手机电路中不管是射频网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射

23、频发射系统出现故障接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不都能导致手机不能进入能进入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与语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音处理电路两大部分，它完成手机各电路的控制及数字与

24、语音信号的处理。逻辑电路部分通常是由中央处理器与语音信号的处理。逻辑电路部分通常是由中央处理器(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，为中的器件，为中心的电路构成。在该电路中心的电路构成。在该电路中,还包含各种存储器电路：还包含各种存储器电路：S SRAMRAM、EEPROMEEPROM及及FLASHFLASH电路电路,这些存储器在手机电路中起这些存储器在手机电路中起着不同的作用。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）U

25、1906VBATTVBATX60132.768KHzMICCO_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

26、钟用于开机副时钟用于开机 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站之基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

27、USB 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/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 1.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卡两种卡两种情况下，哪个待机时间更长？为什么？情况下，哪个待机时间更长？为什么？2.手机电路中的手机电路中的0欧姆的电阻起什么作用？欧姆的电阻起什么作用？3.目前中国移动和联通使用的频段各是多少？目前中国移动和联通使用的频段各是多少？