手機工作原理介紹

1、1手機工作原理介紹手機工作原理介紹2五五光光十十色色微波微波網管網管移動移動 微波微波衛(wèi)星衛(wèi)星 微波微波 W-LAN機場機場通信中心通信中心微波微波網管網管住宅區(qū)住宅區(qū)互聯(lián)網互聯(lián)網互聯(lián)網互聯(lián)網Enterprises長途臺長途臺旅店旅店局域網局域網市民市民大廈大廈通信中心通信中心ICT大廈大廈商業(yè)商業(yè)視頻會議視頻會議國際站國際站城域網城域網通信中心通信中心城域城域網網國家網國家網3通信的雙通信的雙方或一方方或一方處于移動處于移動中的通信中的通信就叫做移就叫做移動通信。動通信。移動通信移動通信解決了因解決了因為人的移為人的移動而產生動而產生的動中通的動中通問題。問題。4n集群通信集群通信-警察、出

2、租車調度警察、出租車調度 n蜂窩移動電話蜂窩移動電話-車載、手持機車載、手持機n無線尋呼無線尋呼-數顯、漢顯、雙向數顯、漢顯、雙向n無繩電話無繩電話-家用、公共無線接入點家用、公共無線接入點n衛(wèi)星移動通信衛(wèi)星移動通信-銥、全球星等銥、全球星等n無線局域網無線局域網(WLAN)-802.11、UWBn個人無線接入系統(tǒng)個人無線接入系統(tǒng)(WPAN/WVAN)n固定無線接入系統(tǒng)固定無線接入系統(tǒng)(WMAN)-LMDSn無線廣播系統(tǒng)無線廣播系統(tǒng)-DAB、DVB5AMPSTACSNMT其它其它第一代（第一代（1G) )上世紀上世紀 80年代年代模擬模擬模擬技術模擬技術(l) GSMCDMA IS95TDMA

3、IS-136PDC第二代（第二代（2G) )上世紀上世紀 90年代年代數字數字數字技術數字技術話音業(yè)務話音業(yè)務 第三代（第三代（3G) )本世紀初期本世紀初期IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000TD-SCDMA寬帶業(yè)務寬帶業(yè)務 63G1G2G2.5Gl話音通信話音通信l主要系統(tǒng)：主要系統(tǒng)：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它、其它n 1G模擬蜂窩（模擬蜂窩（FDMA）l話音通信、低速數據通信：話音通信、低速數據通信：9.6 kbpsl主要系統(tǒng)：主要系統(tǒng)：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDCn 2G數字蜂窩（數字蜂窩（TDMA、CDMA）l話音通信

4、、數據通信：話音通信、數據通信：115kbps / 144kbps / 153 kbpsl主要系統(tǒng)：主要系統(tǒng)：GPRS、cdma2000 1Xn 2.5G數據通信（數據通信（TDMA、CDMA）l話音通信、數據通信、移動多媒體話音通信、數據通信、移動多媒體 ：2Mbpsl主要系統(tǒng)：主要系統(tǒng)：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMAn 3G多媒體數據通信（多媒體數據通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA）7移移動動通通信信MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station

5、 , BSC: Base Station ControllerIPPSTNBSBSBSBSBSBSCBSCMSMSCVLR/HLRNMMC8n MSC-MSC-移動交換中心：主要負責整個移動通信系統(tǒng)數據的移動交換中心：主要負責整個移動通信系統(tǒng)數據的傳輸交換，網絡管理以及與其他通信系統(tǒng)的聯(lián)接等作用，傳輸交換，網絡管理以及與其他通信系統(tǒng)的聯(lián)接等作用，手機用戶的身份確認與位置更新，通信的路由選擇等系手機用戶的身份確認與位置更新，通信的路由選擇等系統(tǒng)功能也需要統(tǒng)功能也需要MSCMSC完成。完成。n MS-MS-移動臺：即手機，用戶通過手機來進行通信，手機移動臺：即手機，用戶通過手機來進行通信，手機可以

6、將用戶的基帶話音或數據信號轉換成為能夠傳輸的可以將用戶的基帶話音或數據信號轉換成為能夠傳輸的射頻信號并能夠同時進行反方向的轉換。射頻信號并能夠同時進行反方向的轉換。n BSS-BSS-基站系統(tǒng)：包括基站系統(tǒng)：包括BTSBTS（基站臺）與（基站臺）與BSCBSC（基站控制器）（基站控制器）基站系統(tǒng)負責將基站系統(tǒng)負責將MSCMSC與與MSMS連接起來，基站需要同時具備連接起來，基站需要同時具備與與MSCMSC的固定的有線的固定的有線( (或無線或無線) )聯(lián)接方式和與聯(lián)接方式和與MSMS的移動的的移動的無線聯(lián)接方式。每個基站覆蓋一個蜂窩小區(qū)，在這個小無線聯(lián)接方式。每個基站覆蓋一個蜂窩小區(qū)，在這個小

7、9 區(qū)中的手機都可以與此基站進行通信?；緦Υ诵^(qū)區(qū)中的手機都可以與此基站進行通信。基站將對此小區(qū)中手機的通信狀態(tài)包括頻率、功率、時序等參數進行控中手機的通信狀態(tài)包括頻率、功率、時序等參數進行控制和管理，當手機移動到另外一個小區(qū)時，將在基站控制和管理，當手機移動到另外一個小區(qū)時，將在基站控制下進行越區(qū)切換。制下進行越區(qū)切換。n PSTN-PSTN-公共交換電話網絡公共交換電話網絡 ，負責，負責GSMGSM網絡與市話連接。網絡與市話連接。n VLR VLR 訪問位置寄存器，訪問位置寄存器，VLRVLR中存放著其控制區(qū)域內所中存放著其控制區(qū)域內所 有拜訪的移動用戶信息。有拜訪的移動用戶信息。n

8、HLR-HLR-歸屬位置寄存器，歸屬位置寄存器， 是運營者用于管理移動用戶的是運營者用于管理移動用戶的 數據庫。存放著該數據庫。存放著該HLRHLR控制的所有移動用戶的數據以及控制的所有移動用戶的數據以及 每個移動用戶的路由信息和狀態(tài)信息。每個移動用戶的路由信息和狀態(tài)信息。10 公用移動通信系統(tǒng)為雙向的無線通信系統(tǒng)，公用移動通信系統(tǒng)為雙向的無線通信系統(tǒng)，由手機到網絡的通信信號稱為由手機到網絡的通信信號稱為“UplinkUplink上上行行”通信信號，簡稱為通信信號，簡稱為“TX”TX”。從網絡到手機。從網絡到手機的通信信號稱為的通信信號稱為“DownlinkDownlink下行下行”通信信通信

9、信號。簡稱為號。簡稱為“RX”RX”。手機必須能夠同時進行雙。手機必須能夠同時進行雙向的通信，所以上行和下行的射頻信號不能在向的通信，所以上行和下行的射頻信號不能在同一個頻率上進行傳輸。一般的，移動通信系同一個頻率上進行傳輸。一般的，移動通信系統(tǒng)的上行和下行信號分別位于互不重疊的兩個統(tǒng)的上行和下行信號分別位于互不重疊的兩個頻率帶中。頻率帶中。11n GSM850GSM850系統(tǒng)的上行頻帶分配為系統(tǒng)的上行頻帶分配為824MHz849MHz824MHz849MHz；下行頻；下行頻帶為帶為869MHz894MHz869MHz894MHz，對于一個通信信道，收發(fā)雙工間，對于一個通信信道，收發(fā)雙工間隔為

10、隔為45MHz45MHz。n GSM900GSM900系統(tǒng)的上行頻帶分配為系統(tǒng)的上行頻帶分配為880MHz915MHz880MHz915MHz；下行頻；下行頻帶為帶為925MHz960MHz925MHz960MHz，對于一個通信信道，收發(fā)雙工間，對于一個通信信道，收發(fā)雙工間隔為隔為45MHz45MHz。n DCSDCS系統(tǒng)的上行頻帶分配為系統(tǒng)的上行頻帶分配為1710MHz1785MHz1710MHz1785MHz；下行頻；下行頻帶為帶為1805MHz1880MHz1805MHz1880MHz，收發(fā)雙工間隔為，收發(fā)雙工間隔為95MHz95MHz。n PCSPCS系統(tǒng)的上行頻帶分配為系統(tǒng)的上行頻帶

11、分配為1850MHz1910MHz1850MHz1910MHz；下行頻；下行頻帶為帶為1930MHz1990MHz1930MHz1990MHz，收發(fā)雙工間隔為，收發(fā)雙工間隔為85MHz85MHz。頻帶分配頻帶分配12移動通信是在運動過程移動通信是在運動過程中進行的，移動臺之間中進行的，移動臺之間會出現近處移動臺干擾會出現近處移動臺干擾遠處移動臺的現象，稱遠處移動臺的現象，稱為遠近效應。因此，一為遠近效應。因此，一般要求移動臺的發(fā)射功般要求移動臺的發(fā)射功率具有自動調整的能率具有自動調整的能力，同時移動臺的接收力，同時移動臺的接收機需要具有自動增益控機需要具有自動增益控制的能力，當通信距離制的能力

12、，當通信距離迅速改變時能自動進行迅速改變時能自動進行信號調整。信號調整。MS1MS2BSDistanceDistance0d2d1Received signal strengthMS1MS2BS13n 一個小區(qū)中的手機用戶可能有很多，當許多用戶同時一個小區(qū)中的手機用戶可能有很多，當許多用戶同時與基站進行通信的時候，如果發(fā)射功率都相同，離基與基站進行通信的時候，如果發(fā)射功率都相同，離基站近的用戶會對離基站遠的用戶造成阻塞效應；而離站近的用戶會對離基站遠的用戶造成阻塞效應；而離基站較近的用戶用大功率發(fā)射時電池消耗也比較大，基站較近的用戶用大功率發(fā)射時電池消耗也比較大，所以基站必須能夠對手機的發(fā)射功

13、率進行調整，手機所以基站必須能夠對手機的發(fā)射功率進行調整，手機也應該具備改變發(fā)射功率的能力。也應該具備改變發(fā)射功率的能力。n GSM規(guī)范要求手機必須能夠以規(guī)范要求手機必須能夠以2dB為單位調整發(fā)射功為單位調整發(fā)射功率。率。GSM規(guī)定的手機發(fā)射功率分為規(guī)定的手機發(fā)射功率分為519共共15級，級，5級級功率等級為功率等級為33dBm，5級以下的功率每級以級以下的功率每級以2dB的差值的差值遞減。遞減。DCS與與PCS系統(tǒng)均設系統(tǒng)均設015共共16級功率，最大功級功率，最大功率率0級為級為30dBm，其它功率同樣以，其它功率同樣以2dB遞減。遞減。14 多個用戶同時與一個系統(tǒng)進行通信的方式叫多址通信

14、。多址多個用戶同時與一個系統(tǒng)進行通信的方式叫多址通信。多址方式可以分為方式可以分為FDMAFDMA、TDMATDMA和和CDMACDMA三種方式。三種方式。 FDMA FDMA（Frequency Division Multiple AccessFrequency Division Multiple Access）頻分多址頻分多址：多個用戶各自在互不相同頻帶上同時與系統(tǒng)進行通信。此種通：多個用戶各自在互不相同頻帶上同時與系統(tǒng)進行通信。此種通信方式多用于模擬通信系統(tǒng)。信方式多用于模擬通信系統(tǒng)。 TDMA TDMA（Time Division Multiple Access) Time Divis

15、ion Multiple Access) 時分多址：多時分多址：多個用戶在同一個頻帶上按順序輪流與系統(tǒng)進行通信，在某一時刻個用戶在同一個頻帶上按順序輪流與系統(tǒng)進行通信，在某一時刻，只有一個用戶與系統(tǒng)進行通信。此種方式主要用于數字通信系，只有一個用戶與系統(tǒng)進行通信。此種方式主要用于數字通信系統(tǒng)。統(tǒng)。 CDMA CDMA（Code Division Multiple AccessCode Division Multiple Access）碼分多址：多碼分多址：多個用戶在同一時間、同一頻帶內與系統(tǒng)進行通信，但各自發(fā)出的個用戶在同一時間、同一頻帶內與系統(tǒng)進行通信，但各自發(fā)出的信號編碼互不相同，由系統(tǒng)識

16、別各用戶的通信內容。此種通信方信號編碼互不相同，由系統(tǒng)識別各用戶的通信內容。此種通信方式也用于數字系統(tǒng)。式也用于數字系統(tǒng)。多址方式多址方式15Summary of MusFDMATDMACDMAtimetimetimepowerpowerpowerfrequencyfrequencyfrequency16n為便于系統(tǒng)控制，我們將上為便于系統(tǒng)控制，我們將上/ /下行頻帶中分割出的成對的下行頻帶中分割出的成對的 上上/ /下行頻帶按照下行頻帶按照數字編號，稱為物理信道。相應的信道編號稱為數字編號，稱為物理信道。相應的信道編號稱為ARFCNARFCN（Absoluteness RF Absolute

17、ness RF Channel NumberChannel Number）絕對射頻信道號。一個絕對射頻信道號。一個ARFCNARFCN對應著一對上行和下行對應著一對上行和下行信道，這稱為信道，這稱為GSMGSM系統(tǒng)中的物理信道。系統(tǒng)中的物理信道。n在所有在所有GSMGSM系統(tǒng)中，信道的頻率間隔均為系統(tǒng)中，信道的頻率間隔均為200kHz200kHz。nGSM850GSM850系統(tǒng)的系統(tǒng)的ARFCNARFCN為為128-251128-251，CH128CH128上行的中心頻率為上行的中心頻率為824.2MHz824.2MHz，ARFCNARFCN為為n n的上行信道的中心頻率的上行信道的中心頻率

18、fn=f1+(n-1)fn=f1+(n-1) 200kHz200kHz。對應的下行信道中心頻率需。對應的下行信道中心頻率需要加上雙工間隔頻率，要加上雙工間隔頻率，GSM850GSM850為為45MHz45MHz。nGSM900GSM900系統(tǒng)的系統(tǒng)的ARFCNARFCN為為975-1023975-1023和和0-1240-124，CH975CH975上行信道的中心頻率為上行信道的中心頻率為880.2MHz880.2MHz，CH0CH0的上行信道的中心頻率為的上行信道的中心頻率為890MHz890MHz。nDCSDCS系統(tǒng)的系統(tǒng)的ARFCNARFCN為為512885512885，CH512CH5

19、12的上行中心頻率為的上行中心頻率為1710.2MHz1710.2MHz。nPCSPCS系統(tǒng)的系統(tǒng)的ARFCNARFCN為為512810512810，CH512CH512的上行中心頻率為的上行中心頻率為1850.2MHz1850.2MHz。n需要說明的是需要說明的是DCSDCS和和PCSPCS的的ARFCNARFCN有很多是重合的，這是因為有很多是重合的，這是因為PCSPCS系統(tǒng)僅限于北系統(tǒng)僅限于北美使用，而北美沒有美使用，而北美沒有DCSDCS系統(tǒng)，也就是說系統(tǒng)，也就是說DCSDCS和和PCSPCS系統(tǒng)不可能在同一地區(qū)存系統(tǒng)不可能在同一地區(qū)存在，所以在，所以ARFCNARFCN也就能夠重合。

20、也就能夠重合。 物理信道物理信道17邏輯信道邏輯信道18移動終端原理框圖移動終端原理框圖 191.人的聲音通過麥克風轉化成模擬的話音信號；人的聲音通過麥克風轉化成模擬的話音信號；2.模擬的話音信號轉換成數字信號；模擬的話音信號轉換成數字信號；3.數字信號轉換成射頻信號；數字信號轉換成射頻信號；4.射頻信號通過電磁波進行傳輸；射頻信號通過電磁波進行傳輸；5.在接收端將射頻信號轉換成數字信號；在接收端將射頻信號轉換成數字信號；6.數字信號被還原成模擬的話音信號；數字信號被還原成模擬的話音信號；7.模擬的話音信號通過揚聲器轉化成人能聽到的聲音。模擬的話音信號通過揚聲器轉化成人能聽到的聲音。20 數字

21、手機從印刷電路板的結構一般分為：邏輯系統(tǒng)、數字手機從印刷電路板的結構一般分為：邏輯系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)，射頻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)，3 3個部分。在手機中，這個部分。在手機中，這3 3個部分個部分相互配合，在邏輯控制系統(tǒng)統(tǒng)一指揮下，完成手機的各相互配合，在邏輯控制系統(tǒng)統(tǒng)一指揮下，完成手機的各項功能。項功能。 射頻系統(tǒng)由射頻接收和射頻發(fā)射兩部分組成。射頻射頻系統(tǒng)由射頻接收和射頻發(fā)射兩部分組成。射頻接收電路完成接收信號的濾波、信號放大、解調等功能；接收電路完成接收信號的濾波、信號放大、解調等功能；射頻發(fā)射電路主要完成語音基帶信號的調制、變頻、功射頻發(fā)射電路主要完成語音基帶信號的調制、變頻、功率放大等功

22、能。手機要得到率放大等功能。手機要得到GSMGSM系統(tǒng)的服務系統(tǒng)的服務, ,首先必須有首先必須有信號強度指示信號強度指示, ,能夠進入能夠進入GSMGSM網絡。手機電路中不管是射網絡。手機電路中不管是射頻接收系統(tǒng)還是射頻發(fā)射系統(tǒng)出現故障頻接收系統(tǒng)還是射頻發(fā)射系統(tǒng)出現故障, ,都能導致手機都能導致手機不能進入不能進入GSMGSM網絡。網絡。 21超外差一次變頻接收機框圖超外差一次變頻接收機框圖射頻濾波器低噪聲放大器射頻濾波器中頻濾波器解調電路語音處理 受話器天線混頻器IF VCO中頻放大器RX VCO22發(fā)射機結構框圖發(fā)射機結構框圖發(fā)射前置放大數字語音處理發(fā)射音頻拾取功率放大器分頻I/Q 調制R

23、X VCO發(fā)射射頻處理天線23 邏輯電路分為手機系統(tǒng)邏輯電路控制及存儲器電路邏輯電路分為手機系統(tǒng)邏輯電路控制及存儲器電路與語音處理電路兩大部分，它完成手機各電路的控制及與語音處理電路兩大部分，它完成手機各電路的控制及數字與語音信號的處理。邏輯電路部分通常是由中央處數字與語音信號的處理。邏輯電路部分通常是由中央處理器理器(CPU)(CPU)或被稱為或被稱為ASIC(ASIC(專用應用集成電路專用應用集成電路) )的器件，的器件，為中心的電路構成。在該電路中為中心的電路構成。在該電路中, ,還包含各種存儲器電還包含各種存儲器電路：路：SRAMSRAM、EEPROMEEPROM及及FLASHFLAS

24、H電路電路, ,這些存儲器在手機電路這些存儲器在手機電路中起著不同的作用。中起著不同的作用。 下面以下面以DELLDELL手機為例介紹一下邏輯電路的開機步驟。手機為例介紹一下邏輯電路的開機步驟。24U901（PMIC）U401（CPU）U1906VBATTVBATX60132.768KHzMICCO_RESET_INV_LDO_RTCNBATT_FLTSYS_ENVCC_MVTV_BUCK3U303Camera moduleU304GSM_VCC_ANALOGVCC_VCTCXOVCC_IORF1VCC_RX_TXVLDO2/VCC_MEMV_LDO312354678910101026MHz26MHz13MHz25n 實時時鐘的作用實時時鐘的作用:（32.768KHz) 1. 顯示時間和日期信息顯示時間和日期信息 2