手机射频介绍

1、GSM手机知识培训培训目的：使学员了解手机发展历程和通讯技术以及GSM手机电路结构分析培训方式：课程讲授考核方式：提交培训心得，试题测试SEC.SCORE课程刚要一： GSM发展历程二： GSM通讯技术三： GSM手机组成及原理四： V3手机电路结构与分析一： GSM发展历程GSM系统概述vGSM最早是由欧洲邮政部门与电信管理联合移动特别小组提出的一种通信协议.由于其技术相对成熟而被大部分国家采用。v1989年GSM被接納入ETSI組織在ETSI組織的領導下GSM系統被改名為(Global System for mobile communication).称为全球通.nGSM的系统:u使用频率

2、: GSM900,DCS1800,PCS1900.GSM: Group Special Mobile中国DCS: Data Communication System中国PCS: Personal Communication System美国GSM系统概述uGSM(900M)频率与信道:GSM上下行频率各占25MHz,Total124Channel 范围1-124.Channel间隔200KHz,收发间隔45MHz.TX(上行链路):890.2-915.2MHz. 915.2-890.2=25MRX(下行链路):935.2-960.2MHz. 935.2-860.2=25MuEGSM(900M)

3、频率与信道:(Extended GSM)Channel 范围:975-1023. Total 49 Channel.TX(上行):880-915MHz. 880-915=35MRX(下行):925-960MHz. 925-960=35MGSM系统概述uDCS(1800M)频率与信道:DCS上下行频率各占75MHz,Total374Channel 范围512-885 Channel间隔200KHz,收发间隔95MHz.TX(上行):1710.2-1784.8MHz.RX(下行):1805.2-1879.8MHz.uPCS(1900M):频率与信道:(部分与DCS重叠)PCS上下行频率各占60MH

4、z,Total300Channel范 围512-810 Channel间隔200KHz,收发间隔80MHz.TX:1850-1910MHz. RX:1930-1990MHz.二:GSM通讯技术v1. GSM网络v2. GSM空中接口v3. GSM小区v4. GSM通讯技术GSM网络NMCOMCEIRAUCHLRVLRVLROMCMSCMSCBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSSBSS其它网络接口MSMSOSSNSS系统接口A A接口：接口：MSCMSC与与BSCBSC间的接口间的接口AbisAbis接口：接口：BSCBSC与与BTSBTS间的接口间的接口UmUm接口：接口：BTSBT

5、S与与MSMS间的接口间的接口C C接口：接口：MSCMSC与与HLRHLR间的接口间的接口D D接口：接口：HLRHLR与与VLRVLR间的接口间的接口E E接口：接口：MSCMSC与与MSCMSC间的接口间的接口G G接口：接口：VLRVLR与与VLRVLR间的接口间的接口l上行链路和下行链路使用单独的频段上行链路和下行链路使用单独的频段lTDMA 和和 FDMA 复用复用124 个物理信道 (ARFCN) GSM900频段200kHz 信道带宽按照TDMA 方式，8个手机共用 RFCN l0.3 GMSK 调制调制270.833 kbits/sec. 速率l手机发射功率和时间可变手机发射

6、功率和时间可变GSM 空中接口一个 GSM 小区Control CHannelTraffic CHannelUPLINKDOWNLINKBTSAbis InterfaceTo BSCCCHTCHUPLINKDOWNLINK GSM的主要通信技术多址接入技术: (FDMA,TDMA,CDMA)频分多址:(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坐标轴）Level (Y坐标轴)GSM的主要通信技术TDMASlot 1Slot 2时分多址时分多址:(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坐标轴）Frequence (Z坐标轴)Level (Y坐标轴)Total 8 slot (slot 0 to slot 7)GSM的主要通信技术C D M A0101110101 0101110101 0101110101 01011101010101110101码分多址码分多址:(CDMA) 是以擴頻技術為基礎，利用不同碼型實現不同用戶的信息傳輸。擴頻技術是一種經過偽隨機序列調制的寬帶信號，其帶寬通常比原始信號

8、帶寬高幾個量級。nGSM采用FDMA & TDMA技术.（目前采用（目前采用 )Algorithms(运算法则）GSM关键技术：关键技术：TDMA 与与 FDMA1234567345670 12TimeFrequencyAmplitudeARFCNTimeslot物理信道是由ARFCN 和 Timeslot组成 GSM Burst（脉冲）FrequencyAmplitudeTimeGSM TDMA Power Burst（功率脉冲）+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一个时隙（约577us，156.25个比特）TX Levels（发射等级）Tx LevelPower dBm533631729*14151513Path LossDownlink SACCHTCH语音编码器lRPE-LTP 编码器l屏蔽部分语音以降低数据速率l将20ms 的语音转化为 260 Bitsl输出 13 kbit/s20 ms BlocksSpeech CoderBits Ordered260 Bits260 Bits13278Important BitsOther B

10、its50Very Important Bits三： GSM手机组成结构v一、手机结构v二、手机的性能参数v三、手机工作原理一、手机结构v手机起初设计基本的功能是移动通话由于现代社会的信息需求，手机的发展成多样话，甚至有预言手机可以取代电脑，电视，摄象机等等。v我们现在最基本的手机不可缺少的就是通话，能够完成其通话功能的需要最基本的有：v 1、能源：电池（或者稳压电源）v 2、沟通：按键，显示器（LCD） v 3、传输：天线，数据传输接口，SIM卡v 麦克风（MIC），听筒；v 4、系统控制：单板v 5、 连接：外壳及相应连接器 v 6、 附加：马达，耳机，扬声器，多媒体设备，v 蓝牙设备，红

11、外设备等RX SAW I&QDemoLPFTXSAWPhaseDetectorI&QModPLL1PLL2 /690 degShift/2/290 degShift/2BaseBandIQIQAnt S/W935-960MHZ参考振荡13MHZ RF VCO1160-1185MHZ540MHZIF VCO270MHZ270MHZ270MHZ270MHZ45MHZIF225MHZ2IF45MHZ TX VCOLNAPA890-915MHZAGCAFC1主板（功能电路）的组成：主板（功能电路）的组成：v1、射频部分、射频部分v2、基带部分、基带部分v3、传输连接设备、传输连接设备v

12、 1、射频包括：v 发射部分，接收部分，频率合成v 2、基带包括：v 逻辑电路：CPU（系统中央处理单元），v FLASH（存储器，学名字库）v 电源管理电路：电源IC，充电IC等v 其他振铃电路，振子电路，键盘电路，背景灯电路，v 键盘灯电路，服务指示灯电路，显示电路，SM卡电路v 和实时时钟电路等等。v 3、传输连接设备包括：v 数据接口，耳机接口，LCD接口等等。2、手机的性能参数v1、手机的性能参数v蜂窝系统：GSM900 & DCS1800 & PCS1900v 接收频带：GSM ：935-960MHz；DCS：1805-1880MHzv 发射频带：GSM ：890-

13、915MHz； DCS：1710-1785MHzv 输出功率：GSM：5-33/3.2mW-2W；DCS： 0-30/1mW-1Wv 上、下行频率间隔宽度：GSM：45M；DCS：95M v 信道数目：GSM：124(1-124)；DCS：374(512-885)v信道间隔频率：200KHZv功率等级GSM：15(5-19)；DCS ：16(0-15)v 灵敏度：GSM：-102dBm/BER2%；DCS： -100dBm/BER2%v频率误差：0.1ppmvRMS-均方根相位误差：5v峰值相位误差：20二、手机原理v1. 开机原理开机原理v2. 接收原理v3. 发射原理1. 开机原理开机原理

14、v当接上电池或电源供电时，电源管理器得到稳定的工作电压，32KHz开始振荡，只要后备电池有足够的供电电压，32KHz就会一直处于工作状态，按下开机键，电源管理器的一脚得到一个持续的高电平，内部检测到该电平做出开机动作送出各路的工作，13MHz得到这个电压开始工作输出13MHz信号，经过中频处理器整形放大后送往CPU，CPU得到13MHz后通过串行总线控制电源输出复位信号对CPU、FLASH、和弦进行复位，CPU复位以后会先访问内部ROM并根据内部ROM的程序发出一路信号至I/O连接器，检测是否有数据线连接到电脑程序，如果有，程序会自动回复信号给I/O连接器并传送给CPU，没有数据线连接和电脑程

15、序连接的情况下CPU会发出片选信号给FLASH，FLASH开始工作并通过总线与CPU进行通信，手机打开键盘灯、LCD完成开机过程v 综上所述，手机正常开机必须要满足CPU、FLASH，13MHz和正常的工作这四大充分条件，复位信号现在基本上集成在CPU上，可以不做考虑v 手机的开机方式基本上有闹铃、充电、备忘录、程序设置自动开机和按键开机五种，因开机方式的不同会进入不同的工作。除按键开机以外的几种主要是通过对程序的控制，使得CPU强行输出高电平给电源管理器来实现的，另外，在有加电池的情况下，给测试点加6V电压，手机也可开机，即插入充电器的过程，这种开机形式只能启动手机部分电路功能，在生产测试中

16、，手机处于测试状态，主要就是采用这种开机方式来完成开机过程的 2. 接收原理v由天线接受的高频信号经过阻抗匹配电路后送到射频接口的一端，再从另一端出来送往天线开关，天线开关具有GSM和DCS两种工作频段和RX、TX两种工作方式，天线开关的工作频段和工作方式完全取决于控制信号，控制信号TX1800RX900、TX900RX1800是由CPU产生的，为状态0时工作在GSM-RX，为状态1时工作在DCS-RX状态经天线开关滤波后的900MHz RX和1800MHz RX信号分别送往900 MHz和1800 MHz带通滤波器，经过不平衡变换出来两路相位相差180度的差分信号进入中频处理器 中频处理器对

17、RX信号进行混频、解调，差分RX信号在内部进行低噪声放大，然后与送进来的RF-VCO信号进行混频，下变频到360 MHz后送到中频滤波器滤波，滤波后的信号再次进入中频处理器，中频处理器对其进行二次混频并解调出67.768 KHz的I/Q信号送往CPU进行解码、A/D转换、可编程增益放大后送到受话器3. 发射原理v声音信号通过送话器进行声电变换，变换的电信号输入CPU，送话器的工作电压由CPU提供，CPU内部将送进来的信号进行A/D转换、编码，再调制成I/Q信号，送入中频处理器 由CPU送来的I/Q信号在中频处理器内进行调制上变频到到424 MHz中频，再经过外部滤波器滤波，该中频作为锁相环的基

18、准频率再通过锁相环上变频到发射频率 锁相环是由压控振荡器和中频处理器内部电路组成的，滤波后的中频信号，在经过中频处理器的处理，生成一路信号控制外部的TX-VCO调制，直接产生相应需要发射的频率 由TX-VCO产生的GSM和DCS进入功放进行放大，放大后的两路信号送入耦合器，经过处理后的发射信号送到天线开关，再通过控制信号的变换分别发射 同时耦合器的反馈信号会送到功控，当手机收到基站发出的功率级别要求，在CPU的控制下，从FLASH的功率表中读出相应的功率级别值经A/D转换成控制功率电平，与功控返回的手机实际发射的功率值相比较，产生控制电平去调节功放增益和突发时间，从而使手机的发射功率调整到要求

19、的功率级别和时隙内，四： V3手机电路结构与分析v1. V3手机规格说明v2. V3手机EMU接口v3. V3手机芯片组v4. V3手机模块电路图v5. V3手机电路分析1. V3手机规格说明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手机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手机芯片组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手机模块电路图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