手機射頻介紹

1、GSM手機知識培訓培訓目的：使學員了解手機發(fā)展歷程和通訊技術(shù)以及GSM手機電路結(jié)構(gòu)分析培訓方式：課程講授考核方式：提交培訓心得，試題測試SEC.SCORE課程剛要一： GSM發(fā)展歷程二： GSM通訊技術(shù)三： GSM手機組成及原理四： V3手機電路結(jié)構(gòu)與分析一： GSM發(fā)展歷程GSM系統(tǒng)概述vGSM最早是由歐洲郵政部門與電信管理聯(lián)合移動特別小組提出的一種通信協(xié)議.由于其技術(shù)相對成熟而被大部分國家采用。v1989年GSM被接納入ETSI組織在ETSI組織的領(lǐng)導下GSM系統(tǒng)被改名為(Global System for mobile communication).稱為全球通.nGSM的系統(tǒng):u使用頻率

2、: GSM900,DCS1800,PCS1900.GSM: Group Special Mobile中國DCS: Data Communication System中國PCS: Personal Communication System美國GSM系統(tǒng)概述uGSM(900M)頻率與信道:GSM上下行頻率各占25MHz,Total124Channel 范圍1-124.Channel間隔200KHz,收發(fā)間隔45MHz.TX(上行鏈路):890.2-915.2MHz. 915.2-890.2=25MRX(下行鏈路):935.2-960.2MHz. 935.2-860.2=25MuEGSM(900M)

3、頻率與信道:(Extended GSM)Channel 范圍:975-1023. Total 49 Channel.TX(上行):880-915MHz. 880-915=35MRX(下行):925-960MHz. 925-960=35MGSM系統(tǒng)概述uDCS(1800M)頻率與信道:DCS上下行頻率各占75MHz,Total374Channel 范圍512-885 Channel間隔200KHz,收發(fā)間隔95MHz.TX(上行):1710.2-1784.8MHz.RX(下行):1805.2-1879.8MHz.uPCS(1900M):頻率與信道:(部分與DCS重疊)PCS上下行頻率各占60MH

4、z,Total300Channel范 圍512-810 Channel間隔200KHz,收發(fā)間隔80MHz.TX:1850-1910MHz. RX:1930-1990MHz.二:GSM通訊技術(shù)v1. GSM網(wǎng)絡v2. GSM空中接口v3. GSM小區(qū)v4. GSM通訊技術(shù)GSM網(wǎng)絡NMCOMCEIRAUCHLRVLRVLROMCMSCMSCBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSSBSS其它網(wǎng)絡接口MSMSOSSNSS系統(tǒng)接口A A接口：接口：MSCMSC與與BSCBSC間的接口間的接口AbisAbis接口：接口：BSCBSC與與BTSBTS間的接口間的接口UmUm接口：接口：BTSBT

5、S與與MSMS間的接口間的接口C C接口：接口：MSCMSC與與HLRHLR間的接口間的接口D D接口：接口：HLRHLR與與VLRVLR間的接口間的接口E E接口：接口：MSCMSC與與MSCMSC間的接口間的接口G G接口：接口：VLRVLR與與VLRVLR間的接口間的接口l上行鏈路和下行鏈路使用單獨的頻段上行鏈路和下行鏈路使用單獨的頻段lTDMA 和和 FDMA 復用復用124 個物理信道 (ARFCN) GSM900頻段200kHz 信道帶寬按照TDMA 方式，8個手機共用 RFCN l0.3 GMSK 調(diào)制調(diào)制270.833 kbits/sec. 速率l手機發(fā)射功率和時間可變手機發(fā)射

6、功率和時間可變GSM 空中接口一個 GSM 小區(qū)Control CHannelTraffic CHannelUPLINKDOWNLINKBTSAbis InterfaceTo BSCCCHTCHUPLINKDOWNLINK GSM的主要通信技術(shù)多址接入技術(shù): (FDMA,TDMA,CDMA)頻分多址:(FDMA)是將給定的頻譜資源劃分為若干個等間隔的頻道(或稱信道)供不同的用戶使用。FDMACH0CH1CH2Frequence (X坐標軸）Level (Y坐標軸)GSM的主要通信技術(shù)TDMASlot 1Slot 2時分多址時分多址:(TDMA)是把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙

7、(無論幀或時隙都時互不重疊的)在頻分雙工(FDD)方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上。在時分雙工(TDD)方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀都在相同的頻率上。Time (X坐標軸）Frequence (Z坐標軸)Level (Y坐標軸)Total 8 slot (slot 0 to slot 7)GSM的主要通信技術(shù)C D M A0101110101 0101110101 0101110101 01011101010101110101碼分多址碼分多址:(CDMA) 是以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)，利用不同碼型實現(xiàn)不同用戶的信息傳輸。擴頻技術(shù)是一種經(jīng)過偽隨機序列調(diào)制的寬帶信號，其帶寬通常比原始信號

8、帶寬高幾個量級。nGSM采用FDMA & TDMA技術(shù).（目前采用（目前采用 )Algorithms(運算法則）GSM關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)：TDMA 與與 FDMA1234567345670 12TimeFrequencyAmplitudeARFCNTimeslot物理信道是由ARFCN 和 Timeslot組成 GSM Burst（脈沖）FrequencyAmplitudeTimeGSM TDMA Power Burst（功率脈沖）+1.0 dB-1.0 dB+4 dB-6 dB-30 dB-70 dB-6 dB-30 dB-70 dB147 Useful Bits542.8 s148

9、 Active Bits, 546.42s357126157310s 8s 10s10s10s8sPowerTime一個時隙（約577us，156.25個比特）TX Levels（發(fā)射等級）Tx LevelPower dBm533631729*14151513Path LossDownlink SACCHTCH語音編碼器lRPE-LTP 編碼器l屏蔽部分語音以降低數(shù)據(jù)速率l將20ms 的語音轉(zhuǎn)化為 260 Bitsl輸出 13 kbit/s20 ms BlocksSpeech CoderBits Ordered260 Bits260 Bits13278Important BitsOther B

10、its50Very Important Bits三： GSM手機組成結(jié)構(gòu)v一、手機結(jié)構(gòu)v二、手機的性能參數(shù)v三、手機工作原理一、手機結(jié)構(gòu)v手機起初設(shè)計基本的功能是移動通話由于現(xiàn)代社會的信息需求，手機的發(fā)展成多樣話，甚至有預言手機可以取代電腦，電視，攝象機等等。v我們現(xiàn)在最基本的手機不可缺少的就是通話，能夠完成其通話功能的需要最基本的有：v 1、能源：電池（或者穩(wěn)壓電源）v 2、溝通：按鍵，顯示器（LCD） v 3、傳輸：天線，數(shù)據(jù)傳輸接口，SIM卡v 麥克風（MIC），聽筒；v 4、系統(tǒng)控制：單板v 5、 連接：外殼及相應連接器 v 6、 附加：馬達，耳機，揚聲器，多媒體設(shè)備，v 藍牙設(shè)備，紅

11、外設(shè)備等RX SAW I&QDemoLPFTXSAWPhaseDetectorI&QModPLL1PLL2 /690 degShift/2/290 degShift/2BaseBandIQIQAnt S/W935-960MHZ參考振蕩13MHZ RF VCO1160-1185MHZ540MHZIF VCO270MHZ270MHZ270MHZ270MHZ45MHZIF225MHZ2IF45MHZ TX VCOLNAPA890-915MHZAGCAFC1主板（功能電路）的組成：主板（功能電路）的組成：v1、射頻部分、射頻部分v2、基帶部分、基帶部分v3、傳輸連接設(shè)備、傳輸連接設(shè)備v

12、 1、射頻包括：v 發(fā)射部分，接收部分，頻率合成v 2、基帶包括：v 邏輯電路：CPU（系統(tǒng)中央處理單元），v FLASH（存儲器，學名字庫）v 電源管理電路：電源IC，充電IC等v 其他振鈴電路，振子電路，鍵盤電路，背景燈電路，v 鍵盤燈電路，服務指示燈電路，顯示電路，SM卡電路v 和實時時鐘電路等等。v 3、傳輸連接設(shè)備包括：v 數(shù)據(jù)接口，耳機接口，LCD接口等等。2、手機的性能參數(shù)v1、手機的性能參數(shù)v蜂窩系統(tǒng)：GSM900 & DCS1800 & PCS1900v 接收頻帶：GSM ：935-960MHz；DCS：1805-1880MHzv 發(fā)射頻帶：GSM ：890-

13、915MHz； DCS：1710-1785MHzv 輸出功率：GSM：5-33/3.2mW-2W；DCS： 0-30/1mW-1Wv 上、下行頻率間隔寬度：GSM：45M；DCS：95M v 信道數(shù)目：GSM：124(1-124)；DCS：374(512-885)v信道間隔頻率：200KHZv功率等級GSM：15(5-19)；DCS ：16(0-15)v 靈敏度：GSM：-102dBm/BER2%；DCS： -100dBm/BER2%v頻率誤差：0.1ppmvRMS-均方根相位誤差：5v峰值相位誤差：20二、手機原理v1. 開機原理開機原理v2. 接收原理v3. 發(fā)射原理1. 開機原理開機原理

14、v當接上電池或電源供電時，電源管理器得到穩(wěn)定的工作電壓，32KHz開始振蕩，只要后備電池有足夠的供電電壓，32KHz就會一直處于工作狀態(tài)，按下開機鍵，電源管理器的一腳得到一個持續(xù)的高電平，內(nèi)部檢測到該電平做出開機動作送出各路的工作，13MHz得到這個電壓開始工作輸出13MHz信號，經(jīng)過中頻處理器整形放大后送往CPU，CPU得到13MHz后通過串行總線控制電源輸出復位信號對CPU、FLASH、和弦進行復位，CPU復位以后會先訪問內(nèi)部ROM并根據(jù)內(nèi)部ROM的程序發(fā)出一路信號至I/O連接器，檢測是否有數(shù)據(jù)線連接到電腦程序，如果有，程序會自動回復信號給I/O連接器并傳送給CPU，沒有數(shù)據(jù)線連接和電腦程

15、序連接的情況下CPU會發(fā)出片選信號給FLASH，F(xiàn)LASH開始工作并通過總線與CPU進行通信，手機打開鍵盤燈、LCD完成開機過程v 綜上所述，手機正常開機必須要滿足CPU、FLASH，13MHz和正常的工作這四大充分條件，復位信號現(xiàn)在基本上集成在CPU上，可以不做考慮v 手機的開機方式基本上有鬧鈴、充電、備忘錄、程序設(shè)置自動開機和按鍵開機五種，因開機方式的不同會進入不同的工作。除按鍵開機以外的幾種主要是通過對程序的控制，使得CPU強行輸出高電平給電源管理器來實現(xiàn)的，另外，在有加電池的情況下，給測試點加6V電壓，手機也可開機，即插入充電器的過程，這種開機形式只能啟動手機部分電路功能，在生產(chǎn)測試中

16、，手機處于測試狀態(tài)，主要就是采用這種開機方式來完成開機過程的 2. 接收原理v由天線接受的高頻信號經(jīng)過阻抗匹配電路后送到射頻接口的一端，再從另一端出來送往天線開關(guān)，天線開關(guān)具有GSM和DCS兩種工作頻段和RX、TX兩種工作方式，天線開關(guān)的工作頻段和工作方式完全取決于控制信號，控制信號TX1800RX900、TX900RX1800是由CPU產(chǎn)生的，為狀態(tài)0時工作在GSM-RX，為狀態(tài)1時工作在DCS-RX狀態(tài)經(jīng)天線開關(guān)濾波后的900MHz RX和1800MHz RX信號分別送往900 MHz和1800 MHz帶通濾波器，經(jīng)過不平衡變換出來兩路相位相差180度的差分信號進入中頻處理器 中頻處理器對

17、RX信號進行混頻、解調(diào)，差分RX信號在內(nèi)部進行低噪聲放大，然后與送進來的RF-VCO信號進行混頻，下變頻到360 MHz后送到中頻濾波器濾波，濾波后的信號再次進入中頻處理器，中頻處理器對其進行二次混頻并解調(diào)出67.768 KHz的I/Q信號送往CPU進行解碼、A/D轉(zhuǎn)換、可編程增益放大后送到受話器3. 發(fā)射原理v聲音信號通過送話器進行聲電變換，變換的電信號輸入CPU，送話器的工作電壓由CPU提供，CPU內(nèi)部將送進來的信號進行A/D轉(zhuǎn)換、編碼，再調(diào)制成I/Q信號，送入中頻處理器 由CPU送來的I/Q信號在中頻處理器內(nèi)進行調(diào)制上變頻到到424 MHz中頻，再經(jīng)過外部濾波器濾波，該中頻作為鎖相環(huán)的基

18、準頻率再通過鎖相環(huán)上變頻到發(fā)射頻率 鎖相環(huán)是由壓控振蕩器和中頻處理器內(nèi)部電路組成的，濾波后的中頻信號，在經(jīng)過中頻處理器的處理，生成一路信號控制外部的TX-VCO調(diào)制，直接產(chǎn)生相應需要發(fā)射的頻率 由TX-VCO產(chǎn)生的GSM和DCS進入功放進行放大，放大后的兩路信號送入耦合器，經(jīng)過處理后的發(fā)射信號送到天線開關(guān)，再通過控制信號的變換分別發(fā)射 同時耦合器的反饋信號會送到功控，當手機收到基站發(fā)出的功率級別要求，在CPU的控制下，從FLASH的功率表中讀出相應的功率級別值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成控制功率電平，與功控返回的手機實際發(fā)射的功率值相比較，產(chǎn)生控制電平去調(diào)節(jié)功放增益和突發(fā)時間，從而使手機的發(fā)射功率調(diào)整到要求

19、的功率級別和時隙內(nèi)，四： V3手機電路結(jié)構(gòu)與分析v1. V3手機規(guī)格說明v2. V3手機EMU接口v3. V3手機芯片組v4. V3手機模塊電路圖v5. V3手機電路分析1. V3手機規(guī)格說明v SA Date:Q3 2004vForm Factor:ClamshellvFinish:Tri-coated paint, colour TBDvBands/Modes:GSM : 850/900/1800/1900 GPRS Class 10 vSize: 63 ccvWeight:90g vDimensions:98 x 53 x 15 vDisplay:176 x 220 64K TFT in

20、ternalv 96 x 80 4K CSTN externalvAntenna:InternalvTT/SB Time:TBD (700mAh Battery)vAudioMIDI (24Ch/22Khz), v MP3 Ring tones 2. V3手機EMU接口vEMU = Enhanced Mini Universal Serial BusvConetion = MINI USBvSupport = Charging mid/full rate, Audio, Data, Factory Modev The internal EMU circuit indicate the acce

21、ssory or test modes over the USB Data lines and the ID line.v The multiplex switch the USB Data line to the internal Data or Audio linesEMUEMUEMU Multiplex013. V3手機芯片組vU150 “Algae”(Frontend IC, RX/TX VCO)vU50 “Eagle” (RX/TX Switch, PA + Matching, PAC IC, Switch Control)vU800 “Neptune”(DSP, De/ Modul

22、ation, VCO driver)vU900 “PCAP 3”(Stereo dec.,power sup., over Voltage interface)vU700 “Flash” (5MB user memory)vU300 “Bluetooth”Top SideU50EagleU900PCAP3J USBY90032,768KHzJ BATTJ VIBJ SIMBot SideFL100SAWU150AlgaeJ 41MICU800NeptuneU700Flash/EEPROM/SRAMJ KeyboardU300BTY80526MHz4. V3手機模塊電路圖I,Q722-915 M

23、HzDualA2DDigitalFiltersDSP MemoryXRAM 20K16YRAM 20K16XROM 24K16YROM 24K16PRAM 3.5K24PROM 104K24DSPONYXu104MHzDSP PeripheralsViterbi accelerator, L1 encryption, DSPtimer, DSP InterruptsMCU PeripheralsL1 Timer, RTC, SPI,Keypad Controler, GPRSEncryption, SIM Card,Timers, Exterrnal memorycontroler, Vect

24、oredInterrupts, Watch pointsMCU MemoryRAM 438K8ROM 3.1M8MCUARM752MHzSharedMemory6K16Debug/Patch SRAM(MCU) 32K32or(DSP) 32K24DMATX & RXChargePumpsPhaseDetectorFractionalDividerPrescaler5/6RFSynthesizerRX ControlTX ControlAudioCodecGeneralPurposeA2DTXPowerControl1 2 34 5 67 8 9*0 #SIMCARD32MBFLASH4MBRAM26MHzDisplayNeptuneUSB(requiresUSBtransceiver)Commodity ItemsSupplied by Motorola SPSSupplied by National SemiconductorMicBiasOn/OffControlRegulatorsBat