《现代手机原理与维修》第1章 移动通信基础

第1章移动通信基础1.1手机概述1.2移动通信网络基础1.3GSM手机结构与工作原理1.4CDMA手机结构与工作原理1.5PAS手机结构与工作原理

1.1手机概述

追溯手机的发展历史，可以让我们更清楚地了解信息交流和沟通技术演变的步伐。

时光倒流回170多年前，美国画家莫尔斯在一次旅欧学习途中，萌发了将电磁学理论用于电报传输的想法。

1844年5月24日，莫尔斯的电报机从华盛顿向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报：“上帝创造了何等奇迹！”

1875年6月2日，贝尔做实验的时候，不小心把硫酸溅到了自己的腿上，他痛得对另一个房间的同事喊道：“沃森特先生，快来帮我啊！”而这句话通过实验中的电话传到了在另一个房间接听的沃森特耳朵里，成为人类通过电话传送的第一句话。

1831年，英国的法拉第发现了电磁感应现象，麦克斯韦进一步用数学公式阐释了法拉第等人的研究成果，并把电磁感应理论推广到了空间，而60多年后赫兹在实验中证实了电磁波的存在。电磁波的发现，成为“有线电通信”向“无线电通信”发展的转折点，也成为整个移动通信的发源点。正如一位科学家说的那样：“手机是踩着电报和电话等的肩膀降生的，没有前人的努力，无线通信无从谈起。”

1973年4月的一天，摩托罗拉公司的工程技术人员马丁·库珀站在纽约街头，掏出一个约有两块砖头大的无线电话，并开始通话。这是世界上第一次移动通话。

20世纪70年代初，贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念，使移动通信进入实用阶段──在这个蜂窝式的网络中，每一个地理范围都有多个基站，并受一个移动电话交换机的控制。在这个区域内任何地点的移动车载台、便携电话都可经由无线信道和交换机联通公用电话网，真正做到随时随地都可以同世界上任何地方的人进行通信。1975年，美国联邦通信委员会(FCC)确定了陆地移动电话通信和大容量蜂窝移动电话的频谱，为移动电话投入商用做好了准备。1979年，日本开放了世界上第一个蜂窝移动电话网。但蜂窝系统很快暴露出了它的不足：在人口密集的大城市，模拟式蜂窝系统出现了频率资源的严重不足，而且蜂窝电话容易被窃听。

1982年，欧洲成立了GSM(移动通信特别组)。这个小组在进行大量的实验后，最后制定了欧洲的数字蜂窝移动通信系统，并以本小组的名字“GSM”命名。新诞生的GSM系统具有频谱利用率高、容量大、易于加密、成本低等优势，受到厂商们的热烈追捧，一度成为“全球移动通信漫游”的代名词。也正是GSM系统的迅速发展，使手机开始成为现代都市人的“标配”。

1985年，第一台现代意义上的、可以商用的移动电话诞生。它将电源和天线放置在一个盒子中，重量达3kg，使用者要像背包那样背着它行走，所以被叫做“肩背电话”。

与现代手机形状接近的手机则诞生于1987年。与“肩背电话”相比，它显得轻巧得多，而且容易携带。尽管如此，其重量仍有大约750g，与今天仅重60g的手机相比，像一块大砖头。

此后，手机的“瘦身”越来越迅速。1991年，手机的重量为250g左右；1996年秋，出现了体积为100cm3、重量为100g的手机。此后又进一步小型化、轻型化,到1999年就轻到了60g以下。也就是说，一部手机比一枚鸡蛋重不了多少。

1997年，小灵通在我国浙江余杭上马。在后来被称为“小灵通之父”的余杭电信局局长徐福新的倡导下，小灵通在当地迅速取得了成功。据权威资料显示，从2003年下半年起，虽然现在的公司更多关注的是3G网络，但随着小灵通机卡分离业务、小灵通短信业务、无线浏览业务、定位业务的实现，小灵通将与其他手机长期并存。时下，手机越来越成为反映用户个性的商品，而不像以前仅仅是一个专业的通信工具。随着无线频谱利用技术的提高，GPRS、EDGE、CDMA2000等技术使得手机第一次超越了语音通话。手机和拥有无限资源的互联网结合了起来，开创出更加广阔的发展天地。计算机、通信和娱乐等不同行业在手机上开始了融合之旅，彩屏、和弦铃声、数码相机、蓝牙、GPS等也逐渐成为手机的“必备”功能，甚至有市场分析公司预测可拍照手机的销量将超过数码相机。智能手机的概念也日益深入人心，手机正逐渐吸纳PDA的一些功能，担负起文档处理、E-mail收发、日程管理等任务。微软Smartphone、Symbian

和Linux等智能手机操作系统在激烈竞争中大大完善了手机的计算功能，而Java和BREW等应用程序的开放运行平台则大大扩充了手机的概念范围，也将运营商和广大的应用程序开发商紧密联系在一起，而进一步催生出移动银行、移动钥匙、移动购物、移动短信等功能，估计连手机发明人库珀也难以理解现在手机的“不伦不类”。1.1.1中国手机发展历程

中国的模拟手机时代，大概可以从1987年中国移动通信集团公司开始运营900MHz模拟移动电话业务算起，到2001年6月30日，中国移动通信集团公司完全停止模拟移动电话网客户的国际、国内漫游业务。模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址(FDMA)技术，属于第一代移动通信技术。凡号码以“9”字开头的手机都属模拟网。模拟蜂窝移动电话通过电波所传输的信号模拟人讲话声音的高低起伏，因此这种通信方式被称为“模拟方式”。模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美，使通话双方能够清晰地听出对方的声音。但模拟移动通信与数字移动通信相比保密性较差，极易被并机盗打；只能实现话音业务，无法提供丰富多彩的增值业务；网络覆盖范围小且漫游功能差；模拟手机体积大、重量沉、样式陈旧，加之手机供应商早已停止生产模拟手机，使模拟手机的维修与更新受到严重制约。表1.1是中国手机发展历程中的诸多“第一款”统计表。表1.1中国手机发展历程中的诸多“第一款”统计表手机从模拟时代走进GSM时代，各大品牌的手机就迅速发展起来，造成竞争激烈，使手机的发展越来越快。这说明了科学技术的不断进步，也印证了邓小平同志所说的“科学技术是第一生产力，科技进步是经济发展的决定性因素。生产力是人类活动的最终决定力量。”虽然现在我国的手机品牌还没有完全得到人们的认同，但我们坚信在未来的时间里，经过大家的努力，一定能够树立世界性的品牌。事实上，手机发展的历史不光代表着科技的进步，同时也是人类文明发展的见证。从模拟到GSM、从GSM到GPRS、从单频到双频、从英文菜单到中文输入、从语音到短信……手机发展的速度与日剧增。表1.1所介绍的几款手机，在手机历史上，特别是中国的手机史上起着分界点的作用，每一项新技术的采用，都对手机的发展起着莫大的推动力，让我们永远记住它们的名字。1.1.2手机的类型

手机的类型，顾名思义就是指手机的外在类型，现在比较常用的分类是把手机分为折叠(翻盖)式(单屏、双屏)、直立式、滑盖式、旋转式等几类。图1.1是各类手机外形图。

折叠式手机是指手机为翻盖式，要翻开盖子才可见到主显示屏或按键。如只有一个屏幕，则这种手机被称为单屏折叠式手机。目前，市场上还推出了双屏折叠式手机，即在翻盖上有另一个副显示屏，这个屏幕通常不大，一般能显示时间、信号、电池、来电号码等。图1.1各类手机外形图直立式手机的手机屏幕和按键在同一平面，手机无翻盖。直立式手机的特点主要是可以直接看到屏幕上所显示的内容。

滑盖式手机要通过抽拉才能见到全部机身。有些机型通过滑动下盖才能看到按键，而另一些则是通过上拉屏幕部分才能看到键盘。从某种程度上说，滑盖式手机是翻盖式手机的一种延伸及创新。

旋转式手机通过旋转上盖才能看到按键。这种手机的特点是直接可以看到屏幕，需要按键时再旋转开上盖，它是直立式手机与翻盖式手机的结合及创新。总体来看，翻盖式手机和直立式手机各有各的优势，见表1.2。当然它们也各有自己的不足之处，例如：翻盖式手机在使用一段时间后，由于反复翻开盖子，对手机本身会造成一定的不良影响。而直立式手机也有其自身的缺陷，即必须随时锁键盘，否则极易在不知情的情况下拨出电话；同时这些直立式手机需要在解开按键锁后才能使用，从某种程度上也无形中增加了手机使用者的工作量。总之，无论什么类型的手机都没有绝对的优势与劣势，关于手机类型的选择多根据个人爱好所决定。表1.2翻盖式与直立式手机的比较按手机工作网络体系又可将其分为GSM、CDMA和PAS手机。其中GSM手机又可分为单频手机、双频手机和三频手机。对于网络运营商，如中国移动通信，具有GSM900和DCS1800两个频段的运营执照，因此中国移动支持双频手机的使用。1.1.3手机制式的发展

目前，手机制式主要包括GSM、CDMA、3G三种。手机自问世至今，经历了第一代模拟制式手机(1G)、第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)、第2.5代移动通信技术CDMA和第三代移动通信技术3G。

1G表示第一代移动通信技术，代表为现已淘汰的模拟移动网。

2G表示第二代移动通信技术，代表为GSM，以数字语音传输技术为核心。

2.5G是基于2G与3G之间的过渡类型，在速度、带宽上比2G有所提高，可使现有GSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入。目前已经进行商业应用的2.5G移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术，它突破了2G电路交换技术对数据传输速率的制约，引入了分组交换技术，从而使数据传输速率有了质的突破，是一种介于2G与3G之间的过渡技术。2.5G的出现主要是由于3G是个相当浩大的工程，所牵扯的层面较多且复杂，要从2G一下迈向3G是不可能马上实现的。2.5G的代表为GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙(Bluetooth)、EPOC等技术。

3G表示第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)，第三代手机一般是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够方便、快捷地处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，为手机融入多媒体元素提供强大的支持。但为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在任何环境中都能够分别支持至少2Mb/s、384kb/s以及144kb/s的传输速度。2G网络提供的带宽是9.6kb/s，2.5G增加到56kb/s。3G具有更宽的带宽，其传输速度可达到100～300kb/s，不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用。

1.2移动通信网络基础

1.2.1GSM移动网络基础知识

1．GSM标准技术规范

在GSM标准中，未对硬件做出规定，只对系统功能、接口等做了详细规定，以便于不同公司的产品可以互连互通。GSM标准共有12项内容，如表l.3所示。表1.3GSM标准技术规范这些技术规范都是由ETSI组建的工作组和专家组编写而成的。为了保证GSM网络内现有的资源和将来的业务开展，制定标准时必须考虑兼容性的要求。

1)网络结构

GSM蜂窝移动通信系统主要由交换网络子系统(NSS)、无线基站子系统(BSS)和移动台(MS)三大部分组成，如图l.2所示。其中NSS与BSS之间的接口为“A接口”，也就是说，交换网络子系统(NSS)和无线基站子系统(BSS)一般采用2.048Mb/sPCM数字传输链路来实现。移动台(MS)可使用不同厂家的设备。图1.2GSM蜂窝移动通信系统的组成从图1.2中可看到，GSM系统可对应于一条链：

PSTN→交换网络子系统→无线基站子系统→移动台(用户)

它的任务是提供传输路径和建立路径的方法。MS、BSS和NSS构成了系统的运行部分，它的控制面是由操作支持子系统(OSS)及运行者组成的控制部分，它包括各种实体，如处理与操作人员人-机接口的终端、管理运行和维护系统所需的专用设备以及业务处理设备的软件。各子系统之间的相互作用构成了GSM蜂窝移动通信系统。

GSM蜂窝移动通信系统的网络结构如图1.3所示。A接口往右是交换网络子系统(NSS)，它包括移动业务交换中心(MSC)、访问位置寄存器(VLR)、原籍位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR)；A接口往左是无线基站子系统(BSS)，它包括基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)。移动台(MS)由移动终端(MS)和客户识别卡(SIM)组成。一个移动业务交换中心(MSC)可管理多达几十个基站控制器(BSC)，一个基站控制器(BSC)最多可控制256个基站收发信台(BTS)。由交换网络子系统(NSS)、无线基站子系统(BSS)和移动台(MS)三大部分组成GSM蜂窝移动通信网，该网络由移动业务交换中心(MSC)与公用交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)和公用数据网(PDN)进行互联。图1.3GSM蜂窝移动通信系统的网络结构

GSM网上还配有短信息业务中心(SC)，既可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高了网络接通率，增强了系统功能。

(1)移动台。移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备，它由两部分组成：移动终端(MS)和用户识别卡(SIM)。移动台类型可分为车载台、便携台和手机。由于手机的尺寸小、轻巧，而且功能也较强，因此其用户将占移动用户的绝大多数。

移动台通过无线接口接入GSM系统，即只有无线传输与处理功能。此外，移动台必须提供其与使用者之间的接口。

(2)无线基站子系统。无线基站子系统(BSS)是GSM系统的基本组成部分，它主要由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)构成。无线基站子系统通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理。另一方面，无线基站子系统与交换网络子系统(NSS)中的移动交换中心(MSC)相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。

(3)交换网络子系统。交换网络子系统(NSS)对GSM移动用户之间通信、移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。其主要完成交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。在NSS内部，基本交换功能由移动交换中心(MSC)完成，MSC的主要功能是协调呼叫GSM用户和来自GSM用户的呼叫建立，它一侧与无线基站子系统(BSS)相连，而另一侧与外部网络相连。交换网络子系统(NSS)由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下。①移动交换中心(MSC)是网络的核心，它提供交换功能，从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。

②原籍用户位置寄存器，即原籍位置寄存器，简称HLR。它可以看做是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。③访问用户位置寄存器，即访问位置寄存器，简称VLR。它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此，VLR可看做是一个动态用户的数据库。访问用户位置寄存器的功能总是在每个移动交换中心中综合实现的，即移动交换中心、访问用户位置寄存器合置于一个物理实体中。④鉴权中心(AUC)。GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链上的语音、数据和信令信息进行保密等。因此，鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证无线通信安全。鉴权中心属于原籍用户位置寄存器的一个功能单元，用于GSM系统的安全性管理。

⑤移动设备识别寄存器(EIR)。移动设备识别寄存器存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是否属于准许使用的，或是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的移动台设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。⑥操作与维护中心(OMC)。操作与维护中心(OMC)负责对全网进行监控与操作。例如，系统的自检、报警与备用设备的激活，系统的故障诊断与处理，话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。

2)操作支持子系统

操作支持子系统(OSS)主要包括三个部分功能：对电信设备的网络操作与维护、注册管理和计费、移动设备管理。其组织结构如图1.4所示。OSS要完成的任务都需要BSS或NSS中的一些或全部基础设施以及提供业务公司之间的相互作用。它通过网络管理中心(NMC)、安全性管理中心(SEMC)、用户识别卡管理个人化中心(PCS)、集中计费管理数据处理系统(DPPS)等功能实体，以实现对移动用户注册管理、收费和记账管理、移动设备管理和网络操作与维护。图1.4操作支持子系统的组织结构

2．GSM系统的无线传输方式

GSM系统为了将源数据转换为初始信号，进行无线电发射，应包括几个连续的过程。相反地，在接收端要近似重现原始数据需要执行一系列相反的过程。对于语音来说，这些工作的顺序如图1.5所示。这个过程对于其他用户数据和信令来说也是一样的。图1.5从语音到无线电波以及从无线电波到语音的转换过程语音变换成数字块后，信道编码附加冗余度；然后数字块被交织和分散成几段，把它们与报头和中间训练系列组合构成突发脉冲；对这些突发脉冲加密，并利用得到的数据调制载波，由发射机发射到无线信道，从而实现从移动台语音到无线电波的转换。同样，在接收端实现相反的变换，即从无线电波到语音的转换。

GSM数字蜂窝通信网的无线接口即Um接口，是系统的主要接口，实现移动台与基站的无线连接。下面将着重讨论GSM系统的无线传输方式及特征。

1)无线传输特征

(1)工作频段和频道间隔。表1.4给出了GSM系统的主要参数。表1.5所示为GSM的工作频段。表1.4GSM数字蜂窝网主要参数表1.5GSM的工作频段移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。如图1.6所示，我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段。

(GSM900)900MHz频段：

上行链路(移动台发、基站收)：890～915MHz；

下行链路(基站发、移动台收)：935～960MHz。

(DCS1800)1800MHz频段：

上行链路(移动台发、基站收)：1710～1785MHz；

下行链路(基站发、移动台收)：1805～1880MHz。图1.6GSM系统频段分配图相邻两频道间隔为200kHz，收、发频率间隔分别为45MHz和95MHz。每个频道采用时分多址接入(TDMA)方式。

(2)频道编号。由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统对整个工作频段900MHz分为124对载频，其频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算。

fi(n)＝(890＋0.2n)MHz(下频段)

fi(n)＝(935＋0.2n)MHz(上频段)

式中，1≤n≤124。例如n＝1时，下频段fi(1) = 890.2MHz，上频段fi(1)＝935.2MHz，其他序号的载频依次类推。在正常情况下，不使用第1和第124频道，因此可用最大频道数为122。

每小区可用频道数都是在可用频段为10MHz的情况下计算出来的，其频道配置如图1.7所示。目前，GSM系统在10MHz可用频段中的频道序号为76～124，共49个频点。其中，4MHz为“中国移动”使用，另6MHz为“中国联通”使用。从频道序号来看，76～95为“中国移动”使用，96～124为“中国联通”使用。图1.7频道配置示意图

(3)调制方式。GSM的调制方式是高斯型最小移频键控(GMSK)方式，BT＝0.3。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性，因此能满足国际无线电咨询委员会(CCIR)提出的邻信道功率电平小于－60dBw的要求。该调制方式基于200kHz的载频间隔及270.833kb/s的信道传输速率。

(4)载频复用与区群结构。在GSM系统中，基站发射功率为每载波500W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。

由于系统采取了多种抗干扰措施(如自适应均衡、跳频和纠错编码等)，因此在业务密集区，通常可采用4小区12扇区或3小区9扇区的区群结构。图1.7所示的是3小区9扇区的区群结构的频道配置示意图。

2)时分多址(TDMA)/频分多址(FDMA)接入方式

在GSM系统中，由若干个小区(3个、4个或7个)构成一个区群，区群内不能使用相同频道，每个小区使用多个载频，每一频点(频道或叫载波)上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，一个频道最多可有8个移动用户同时使用，如图1.8所示。图1.8时分多址(TDMA)/频分多址(FDMA)接入方式

GSM系统采用时分多址、频分多址和频分式双工(TDMA/FDMA/FDD)的接入方式，如图1.9所示。这种多址接入方式在25MHz的频段中共分124个频道，频道间隔200kHz。每一载波上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，每信道占用带宽200kHz/8＝25kHz，8个时隙构成一个TDMA帧，帧长度约为4.615ms。每个时隙含156.25个码元，时隙宽为0.577ms。在时分多址(TDMA)方式的物理信道中，帧的结构或组成是基础。GSM系统各种帧及时隙格式如图1.10所示。图1.9TDMA/FDMA的接入方式图1.10GSM系统各种帧及时隙格式由若干个TDMA帧可构成复帧，复帧的结构有两种：一种是由26帧组成的复帧，这种复帧长120ms，主要用于业务信息的传输，也称做业务复帧；另一种是由51帧组成的复帧，这种复帧长235.385ms，专用于传输控制信息，也称为控制复帧。

由51个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个超帧，超帧的周期为1326个TDMA帧，超帧长51×26×4.615×10－3＝61.2s。

由2048个超帧可组成超高帧，超高帧的周期为2048×l326＝2715648个TDMA帧，即12533.76s，即3h28min53h760ms。帧的编号(fn)以超高帧为周期，从0到2715647s。

在GSM系统中，由于无线接口采用了TDMA技术，那么移动台必须在指配给它的时隙内发送数据，而在其余时间又必须保持寂静，否则它会干扰使用同样载频的不同时隙的另一些移动用户。因为上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，所以上行帧相对于下行帧在时间上推后3个时隙，如图1.11所示。在这3个时隙时间内，移动台可进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。图1.11上行帧号和下行帧号对应的时间关系

3)信道分类

GSM系统的信道分类如图1.12所示。

(1)业务信道。业务信道(TCH)主要传输数字化语音或数据，其次还有少量的随路控制信令。业务信道有全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。

①语音业务信道。载有编码语音数据的业务信道分为全速率语音业务信道(TCH/FS)和半速率语音业务信道(TCH/HS)，两者的总速率分别为22.8Mb/s和11.4Mb/s。

对于全速率语音编码，语音帧长20ms，每帧含260bit语音信息，提供的净速率为13kb/s。图1.12GSM系统的信道分类②数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：9.6kb/s，全速率数据业务信道(TCH/F9.6)；4.8kb/s，全速率数据业务信道(TCH/F4.8)；4.8kb/s，半速率数据业务信道(TCH/H4.8)；≤2.4kb/s，全速率数据业务信道(TCH/F2.4)；≤2.4kb/s，半速率数据业务信道(TCH/H2.4)。

(2)控制信道。控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号。根据所需完成的功能，又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道。①广播信道(BCH)。广播信道是一种“点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。广播信道又分为以下几种信道。

频率校正信道(FCCH)：传输供移动台校正其工作频率的信息。

同步信道(SCH)：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，即基站识别码是在同步信道上传输的。

广播控制信道(BCCH)：传输系统公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)号码以及是否独立专用控制信道(SDCCH)相组合等信息。②公用控制信道(CCCH)。CCCH是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。公用控制信道又分为以下几种信道。

寻呼信道(PCH)：传输基站寻呼移动台的信息。

随机接入信道(RACH)：这是一个上行信道，用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道(SDCCH)。

准许接入信道(AGCH)：这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网申请做出应答，即分配一个独立专用控制信道。③专用控制信道(DCCH)。DCCH是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫持续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。专用控制信道又分为以下几种信息。

独立专用控制信道(SDCCH)：用于在分配业务信道之前传送有关信令。例如，登记、鉴权等信令均在此信道上传输，经鉴权确认后，再分配业务信道(TCH)。慢速辅助控制信道(SACCH)：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息。例如，移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度，以实现“移动台辅助切换功能”。此外，基站对移动台的功率调整、时间调整命令也在此信道上传输，因此SACCH是双向的点对点控制信道。SACCH可与一个业务信道或一个独立专用控制信道一起使用。SACCH安排在业务信道时，以SACCH/T表示；安排在控制信道时，以SACCH/C表示。

快速辅助控制信道(FACCH)：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息，把FACCH插入业务信道，每次占用的时间很短。

4)时隙格式

在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577ms。时分多址(TDMA)信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。根据所传信息的不同，分为如下五种类型。

(1)常规突发(NB)脉冲序列。用于携带TCH以及RACHA、SCH和FCCH以外的控制信道上的信息，如图1.13所示。“57个信息比特”是客户数据或语音，再加“1”个比特用做借用标志。借用标志用于表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用。“26个训练比特”是一串已知比特，用于供均衡器产生信道模型(一种消除时间色散的方法)。图1.13常规突发脉冲序列格式“TB”尾比特总是000，帮助均衡器判断起始位和终止位。“GP”是保护间隔，8.25bit是一个空白空间。由于每载频最多8个用户，因此必须保护各自时隙发射时不相互重叠。尽管使用了时间调整方案，但来自于不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动，因此8.25bit的保护可使发射机在GSM建议许可范围内上下波动。

(2)频率校正突发(FB)脉冲序列。频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单，如图1.13所示。起始和结束的尾比特各占3bit，保护期为8.25bit，它们均与普通突发脉冲序列相同，其余的142bit均置成“0”，相应发送的射频是一个与载频有固定偏移(频偏)的纯正弦波，以便于调整移动台的载频。

(3)同步突发(SB)脉冲序列。同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步，并负责组成包括64bit的位同步信号，以及两段各39bit数据，用于传输TDMA帧号和基站识别码(BSIC)，如图1.13所示。

基站识别码(BSIC)用于移动台进行信号强度测量时区分同一个载频而不同的基站。

(4)接入突发(AB)脉冲序列。接入突发脉冲序列用于上行传输方向，在随机接入信道(RACH)上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。它有一个较长的保护间隔，这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量而设置的。移动台可能远离基站收发信机(BTS)，这意味着初始突发脉冲序列重叠，此突发脉冲序列必须短一些。接入突发脉冲序列的格式如图1.14所示。图1.14接入突发脉冲序列的格式

(5)空闲突发(DB)脉冲序列。此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比特模型的混合

比特。

5)语音和信道编码

数字化语音信号在无线传输时主要面临三个问题：一个是选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求；二是选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；三是选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰。图1.15为GSM系统的语音和信道编码组成方框图。语音编码主要由线性预测编码一长期预测编码一规则脉冲激励编码器(LPC-LTP-RPE编码器)组成，而信道编码归入无线子系统，主要包括纠错码和交织技术。图1.15GSM系统的语音和信道编码组成方框图

GSM系统语音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物——混合编码器，全称为线性预测编码一长期预测编码一规则脉冲激励编码器(LPC-LTP-RPE编码器)，其原理图如图1.16所示。LPC-LTP为声码器，声码器编码可以采用低速率(可以低于5kb/s)，虽然不影响语音的可懂性，但语音的失真很大，很难分辨是谁在讲话。RPE为波形编码器，波形编码器语音质量较高，但要求的比特速率也较高。再通过复用器混合完成模拟语音信号的数字编码，每个语音信道的编码速率为13kb/s。图1.16GSM系统语音编码器原理图在GSM系统中，能够检出和校正接收比特流中的差错。这是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需比特数更多的比特，但可以有效地减少差错。这种方法通过增加一些冗余比特，进行纠错编码，从而形成编码比特流。这种编码方式适用于语音和数据传输。纠错编码的输出速率为9.8kb/s。纠错编码后再进行交织编码，以对抗突发干扰。交织的实质是将突发错误分散开来，以增强系统的抗干扰能力。图1.17所示为GSM编码流程，即把40ms的语音比特(2×456＝912bit)组成8×114矩阵，按水平写入、垂直读出的顺序进行交织，如图1.18所示，获得8个114bit的信息段，每个信息段占用一个时隙且逐帧进行传输。可见，每40ms的语音需要用8帧才能传送完毕。图1.17GSM编码流程图1.18GSM的交织方式

6)跳频和间断传输技术

在GSM标准中，采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性。

跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案(序列)进行跳变，其实现方法是将语音信号进行语音和信道编码形成帧，在跳频序列控制下，由发射机采用不同频率发射。1.2.2CDMA移动网络基础知识

1)码分多址

在码分多址(CDMA)通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各自不同的编码程序来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机可以在多个CDMA信号中选出使用的预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工(FDD)。无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道，但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息，信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道是属于逻辑信道。这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占有相同的频段和时间。一个典型的CDMA频道划分如图1.19所示。图1.19CDMA频道划分方法

CDMA移动通信系统与FDMA模拟蜂窝通信系统或TDMA数字蜂窝移动通信系统相比具有更大的系统容量、更高的语音质量以及抗干扰、保密性好等优点，因而近年来得到各个国家的普遍重视和关注。

2) CDMA系统关键技术

在CDMA蜂窝系统中，为了解决远近效应问题，同时避免对其他用户的干扰，必须有严格的功率控制，包括反向链路开环功率控制和闭环功率控制，以及正向链路的功率控制。

CDMA系统为什么要采用功率控制技术？这是由于移动通信中移动用户是不断地移动的，有时靠近基站，有时远离基站。如果发射功率固定不变，那么离基站距离近时，过大的发射功率不仅浪费，而且会造成对其他用户的干扰，尤其是对离基站较远的移动台发给基站的信号影响较大。所谓远近效应就是当基站同时接收两个距离不同的移动台发来的信号时，由于两个移动台频率相同，则距基站近的(设距离为d1)移动台MS1将对另一移动台MS2(它距离基站距离为d2，d2＞d1)的信号产生严重干扰，如图1.20所示。图1.20远近效应现象由于MS1和MS2发射频率受控制(图中均为fc)，而且移动台设备相同，发射机也相同，因此当基站接收远距离MS2时，必将受到MS1信号的干扰。

假设不实施功率控制，亦即各移动台的发射功率相同，则两移动台至基站的功率电平的差异仅决定于传输损耗之差。由此可见，在移动通信网络中，远近效应问题是普遍存在的，并且十分严重，甚至会影响网络的容量，为此CDMA系统采取功率控制技术。CDMA蜂窝系统的功率控制可用图1.21来表示。图1.21CDMA蜂窝系统功率控制简图

CDMA系列使用反向链路开环功率控制、闭环功率控制和正向链路功率控制。反向链路功率控制使所有移动台的发射信号在到达基站时有相同选定的功率电平。正向链路功率控制使正向链路的发射与信号功率限制到只需满足移动台的接收要求。

(1)正向链路功率控制。基站支撑正向链路功率控制是通过响应移动台提供的测试来调整各用户链路信号的正向链路功率的。若移动台处于静态、离基站近，且受多径衰落和阴影效果或其他小区干扰的影响很小，则基站采用低于标称发射所需信号，以降低对系统正在发送的其他信号的干扰。同时，多余的功率就可以给予那些环境困难或远离基站而错误率高的移动台。这就是正向链路功率控制的目的。正向功率控制过程由两部分组成：第一部分是开环功率控制，在这个过程中，基站能估算正向链路的传输损耗，调节各业务信道的起始功率。在目前实施中，基站为各业务信道分配一个起始的标称功率。第二部分是闭环过程，基站和移动台相结合动态地改变功率。

为了允许基站调节正向业务信道功率，各移动台应监测正向业务信道帧的质量。基站周期性地降低发向用户的功率，而移动台也周期性地向基站报告帧质量计算结果。基站再将此计算结果与一阈值相比较，来确定分配给正向业务信道的功率是增加还是减少。此外，如果次质量的帧数超过某程度,则移动台便自动地报告计算结果,而基站增加分配功率。正向链路功率控制的调节量较小，通常为0.58dB。调节的动态范围约限制在标称功率±6dB之内。调节的速度低于反向链路功控的变化速率。逢每个声码器帧调节一次，或按每15～20ms变更一次。这样，所有的移动台都可保持在预定的可接受的质量水平上。为了使功率放大不饱和，基站需作出是否调节功率的决定。

(2)反向链路开环功率控制。反向链路开环功率控制包含两部分：一为移动台发射功率的开环功率估算；二为基站对估算的误差作闭环纠正。反向链路开环功率控制是基站至移动台的路径损耗。在CDMA多址方法中，一个区域内的所有基站在同样频率上发送导频信号。每个移动台测试与它相连接的基站导频信号功率电平以及移动台所接收的全部基站信号之和的功率电平。监测总功率而不进行信号解调，例如监测导频信号，就不必知道时间、基站识别或路径条件而进行快速估算。

移动台记录下行信号强度并用以调节自己的发射功率。所收信号越强，则移动台的发射功率越低。收到较强的基站信号表明移动台离基站近，或与基站之间有条非常好的传播路径。基于这个测量和由基站提供校正，调节移动台的发射功率以便达到基站的信号是在一个预定的电平上。所有的移动中使用同样的过程，到达基站便带有相等的功率。

(3)反向链路闭环功率控制。在反向链路闭环功率控制中，基站起着重要作用。其目标是对移动台的开环估算提供快速校正，以保持最佳的发射功率。各基站解调器测试各移动台的信噪比，并把它与一个要求的阈值相比较，然后在下行信道上向移动台发送功率上升指令或下降指令。这个功率调节指令与移动台的开环估算相结合，便得到移动台发射功率的最后数值。根据功率调整指令，移动台按预定量(约0.5dB)增加或降低发射功率。受最大容许发射功率的限制，移动台提供的闭环调节范围在其开环估算范围＋24dB以内。功率调节指令以每1.25ms一次的速率发送。功率调节指令的传送速率必须足够高，以允许跟踪上行路径上的瑞利衰落。确定功率控制信号的等待时间是很重要的，并且需保持小的传输过程，以便在控制比特被接收和起作用之前，信道条件无明显变化。经现场测试证明，每1.25ms发送一次指令，对于跟踪衰落过程来说，通常是足够的。

3) CDMA系统的分集接收技术

移动通信信道是一种多径衰落信道。手持机天线收到的信号有直射波、反射波和散射波，随着手持机的移动，它们的幅度、相位时延随时发生变化，所以手持机接收到的信号电平是不稳定的。多径信道经叠加后就会形成衰落，即瑞利衰落。衰落深度可达30～40dB，如果想加大发射功率(1000～10000倍)来克服这种意向是不现实的，而且会造成对其他用户的干扰。分集接收是克服多径衰落的一种有效方法，下面我们具体介绍这种技术的应用和原理。在陆地上进行移动通信时，移动台常常工作在城市建筑群和各种地形地物较为复杂的环境中，其传输信道的特性是随时随地而变化的，因此移动信道是典型的随参信道，在UHF频段(300Hz～300MHz)，电波传播方式有直射波、地面反射波和各种障碍物(包括建筑物、各种车辆)的反射直波(也称做散射波)。在实际移动信道中，各种建筑物、障碍物很多。有时直射波被阻拦，移动台的接收信号完全靠多个反射波来接收，这种情况在市区经常出现。由于多个反射波在接收地点形成干频场，因此使信号产生深度且快速地衰落，如图1.22所示。图中的横坐标可以是时间(以s计)或距离(以m计)，因为距离d与时间有对应关系，即d＝Vt。图中的纵坐标是相对的信号电平(以dB计)。由图可见，信号电平的变动范围可达30dB之多。因此多径效应引起的快速而深度的衰落称为快衰落。其衰落的特性接近数学上的瑞利分布特性，因此多径衰落又称为瑞利衰落。图1.22典型信号的衰落特性在移动信道中，多径现象是普遍存在的现象，它除了对信号网络产生快衰落之外，对较高速率的数字信号传输因多径时散现象将会产生码间干扰，使衰码率增大，通信质量下降。

所谓分集接收是接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一个信息数据流)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。

在移动通信中可能用到两类分集方式：一类称为“宏分集”；另一类称为“微分集”。“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一种减少慢衰落影响的分集技术，其做法是把多个基站设置在不同的地理位置上(如蜂窝小区的对角上)和不同方向上，同时与小区内的一个移动台进行通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)，显然，只要在各个方向上的信号传播不是同时受阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落(基站天线的架设可以防止这种情况发生)，这种办法就能保证通信不会中断。“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统都经常使用。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。

频率分集。由于频率间隔相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，以实现频率分集。CDMA系统信道带宽为l.25MHz，远远大于相关带宽的要求，所以CDMA带宽传输本身就是频率分集。时间分集。快衰落除了具有空间和频率独立性之外，还具有时间独立性，即同一信号在不同的时间、区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。时间分集用于在衰落信道中传输数字信号。采用符号交织、检错和纠错编解码等方法，可起到时间分集的功能。

空间分集。空间分集依据快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所接收信号的衰落是不相关的。空间(多径)分集采用三级RAKE接收和软切换技术，如图1.23所示，图中所示的接收机是数字解调器。可见，它是由三个数字解调器和一个信号搜索单元构成的。搜索单元的作用是搜索所有导频的多径。该电路最多可以有三个多径信号作相关处理。每一个解调输出两种信号，即符号和销定指示。然后在合成器里进行矢量合成，这样可以获得6dB的处理增益。

由于采用了多种分集技术，CDMA手持机的性能明显提高。图1.23CDMA手机三级RAKE接收方框图1.2.3PAS移动网络基础知识

1．PAS系统网络结构组成

PAS是个人通信接入系统，PAS手机辐射小、话费低、功能多且能作为固定电话的补充，所以人们称它为“小灵通”。

PAS是我国电信工程技术人员根据中国国情在GSM、CDMA、无绳电话、无线环路技术等众多通信方式的基础上，选择无线环路技术通过V5.2接口，并充分利用固定电话网的充裕资源来实现的一种个人通信接入手段。每个人都可拥有一个电话号码，无论何时何地，仅通过一只小手机或无线固定单元即可实现彼此之间通电话、发传真、传送数据和图像等。不管在固定地点，还是在移动中进行信息交换均可实现。PAS系统组成如图1.24所示。

PAS系统由移动台(PS)、基站(RP)、基站控制器(RPC)、局端设备(RT)、网络管理系统(NMS)、空中话务控制器(ATC)和市话交换机(LS)等部分组成。图1.24PAS系统组成方框图

(1)移动台。移动台(PS)手持机是PAS系统的无线手持电话，只要在基站的服务区内，即可在室内或室外大范围和区域内进行移动通信。手持机作为系统的终端用户，参与和基站之间的无线通信，机内包括天线、收发部分、语音编码部分和控制单元，并有喇叭、话筒等人机对话接口。如果需要，还可提供一个到PC终端设备的连接器。

(2)基站。基站(RP)通过无线空中接口与用户单元相连，负责管理基站和手机之间的无线通信。基站放在服务区内的重要地点，并通过双绞线与基站控制器(RPC)连接，基站可放在屋内或室外。通过普通双绞线进行线路馈电。由于具有动态信道分配的功能，PAS系统无论何时何地都可通过增加基站数目来实现扩容，而无需增加复杂的频率规划。

PAS系统基站采用组控运行方式，由4个基站组合在一起，构成一个组合基站，每个基站有一个控制信道。采用组控方式的最大优点是比非组控方式的用户量多约2倍。组控方式运行基站的结构如图1.25所示。图1.25PAS系统基站组控运行方式图1.26所示为组控方式和非组控方式下的话务量统计图。由图可见，组控方式下的话务量明显高于非组控方式。

室外基站：可装在电线杆、建筑物、屋顶或路灯杆上，按发射功率不同可分为10mW、200mW和500mW三种型号。

室外基站：可装在单位大楼、住宅内或公共场所，型号为10mW。图1.26PAS系统话务量统计比较图

(3)基站控制器。基站控制器(RPC)通过多达4条E1线链路(注)与局端设备RT相连，控制着各基站服务区的电源分配和语音传送路径的集线处理，并通过局端机向本地交换机发送DTMF信号。基站控制器可与中心局交换机(LE)放在一起，也可通过光纤、铜线或微波综合应用放在远处。每个基站控制器可控制多达32个独立的基站，然后由每个基站在用户端与操作端之间传递通信信息，一个基站控制器可同时处理120个呼叫，可支持1000个用户。

(4)局端设备。局端设备(RT)向中心市话交换机(LE)提供模拟或数字接口，通过链路与基站控制器连接，以E1数字信号及专用信令信息形式传输，还允许局端设备与基站控制器间互相传递控制信息。局端设备是基于电子工业协会(EIA)标准的，PAS系统通过局端设备和公用交换电话网连接。

(5)网络管理系统。网络管理系统(NMS)对整个网络进行集中管理，它监控PAS系统的主要设备RT与空中话务控制器(ATC)及RPC的状态，收集工作状态信息、警告信息、数据传输信息及远程载入更新程序到RPC。

(6)空中话务控制器。空中话务控制器(ATC)是一种可选的交叉连接系统，它通过E1链路可与各覆盖区的基站相连接，为用户提供漫游服务，增强系统的漫游能力，系统的漫游率可达80％。

(7)市话交换机。市话交换机(LS)负责市话交换、连续、计费等功能，使电信局有线市话交换网得以充分利用并可灵活安装有线和无线电话。小灵通用户电话号码可与固定电话号码相同，也可独立。总之，PAS无线市话接入系统主要由局端设备(RT)、基站控制器(RPC)、基站(RP)和为用户提供不同局端设备之间漫游服务的空中话务控制器(ATC)组成。严格地说，PAS系统是市话交换机的一个部分，它是采用V5.2接口或数字环路的方式来实现话音通信或数据传输的，是接入网技术的应用之一。它用微蜂窝基站以无线方式覆盖市区若干区域的电话系统。目前，美国UT斯达康(UTSTARCOM)公司开发生产的PAS无线市话接入系统在我国具有比较大的市场占有率，它从系统组网结构的灵活性、提供业务方式的多样性、终端设备的丰富性方面，以及广大运营商所顾虑的该技术如何与今后移动通信业务的融合过渡和基于日本PHS系统技术本身特点基础上开发的其它增值业务等方面，与目前其它生产供应商相比具有明显的优势。

在数字通信系统中，为了建立可靠的通信和大数据量及相关信令的传送以及便于系统的维护管理，必须要有专门的电话用于相关信令的传送，这些电话简称为链路。

2．PAS系统原理

1) PAS系统的特点

PAS与日本的PHS既有相同之处，也有本质的区别。PAS在PHS基础上有很大的发展，它是固定电话网实现个人通信的最佳手段。但在使用中，PAS存在以下问题：

(1) PAS采用1.9GHz微波频段，所以它的穿透能力比较差，加之基站功率比较小，只有10mW/200mW/500mW，所以室内信号覆盖比较差。

(2) PAS采用微蜂窝技术，每个基站覆盖半径在100～200m之间，因此在移动中通话会感到较多的切换，并有1秒左右的无音，一般它的移动速度不能超过80km/h。

2) PAS系统的频率

PAS系统是在现有的固定网上通过V5.2接口将本地交换机(LS)与“个人手持电话系统—无线本地环路”(PHS-WLL)相连接，再与空中话务控制(ATC)有机地结合在一起，从而实现用固定电话网来发展移动业务的。

PHS系统使用l.9GHz作为其基站和手机的通信频率，频率范围是1895.15～1917.98MHz。在日本，1900MHz频带的频率分配如下：1895～1906.1MHz频率分配给专用网；1906.1～1918.1MHz频率段分配给公众网使用。也可以把整个PHS频段让公众使用。每个载频所占有的带宽是300kHz，整个频段的可用载频数是77个。每个小区站所使用的载频为

F＝1895.1＋0.36×(n－1)MHz式中：n为载频号，范围是1～77；F为空中使用的与n对应的频率。在77个载频中，载频号70～77做控制信道使用，1～69号载频则用于话务信道，不同的运营商使用单独的控制信道，但所有的话音信道可以共用，这样使频率的使用率提高到7倍。在日本，邮政省批准三个PHS运营商经营PHS业务，并将73、75和77号载频分别给三家运营公司作为控制信道使用。71号载频预留给新运营公司，70、72、74、76号载频作为保护频带，当然今后也可以分配给四家新的运营公司作为控制信道。1至69号载频作为话音信道使用，目前由三家运营公司共用使用(最多可供7家运营公司共同使用)。

我国信息产业部规定PHS无线系统使用1900～1915MHz。

3)无线信道及多址技术

PAS系统的无线信道即基站和手机之间使用多载频时分双工模式(TDD)，无线信道基于时分多址(TDMA)结构，在多频率子带中实现给每一基站动态分配一个频率/时间信道(FDMA/TDMA)。PHS带宽22.80MHz，并将整个频带分成77个载波，每个载波间隔为300kHz。每帧划分为8个时隙，周期为5ms，每个时隙为5ms/8 = 0.625ms，其中每个时隙(40比特)的帧结构如下所示：控制160比特校验因此，基站空中接口速率为

＝238kb/s

前4个时隙用于下行链路的通信，后面4个时隙用于上行链路的通信。对一次通信，基站在小区内从77个载频中选择一个合适的载波，手机收发分别占用同一载频中的不同时隙。这样一个载频可提供4对信道，其中1对信道作为控制信道，另外3对信道作为话音信道。在通信繁忙地段，为了解决大话务量问题，可以将2至4个基站捆绑在一起。如将4个基站捆绑在一起，其中1对信道作为控制信道，其余15个信道作为话音信道使用，这种做法不仅提高了基站信道利用率，而且也解决了手机在静态状况下频繁切换的问题。

PHS移动(包括手机和无线固定单元)接入方式采用TDMA/TDD。TDMA方式是把时间分割为周期性不交叠的帧，每个帧再分割成若干个不交叠的时隙，再根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内按指定的时隙发送信号，在接收端按不同时隙来区分不同用户的信息，从而实现了多址信息。

4)调制方式

PAS系统采用的调制方式是采用四相相移键控(QPSK)。这种方式是将数字基带信号作为调制信号，对载波进行相位调制。也就是说，QPSK调制方式是使用载波相位的变化来传送信息的。在QPSK四相调制方式中，共用四种相位状态。每种状态对应一组双比特码。在载波的一个周期内(2π)均匀地分成四种相位。两个相邻已调波和调相相位均为π/2，逻辑电话首先将数字基带信号每两位进行组合，变换成双比特码。例如：串行数字基带信号进制码为1001110011，变化为双比特码为10.01.11.00.11。

已调波初始相位对应代表二位二进制信息码，如表1.6所示。对比特码已调波起始相位φ11010010π/43π/45π/47π/4表1.6初始相位对应代表二位二进制信息码表图1.27是QPSK调相系统相位矢量图，双比特码与中频载波经过±π/4移相后，分别送上、下两路乘法器进行调相，然后由加法器进行双路相加产生QPSK调制信号，如图1.28所示。图1.27相位矢量图图1.28QPSK调相电路方框图

1.3GSM手机结构与工作原理

1.3.1GSM手机结构概述

手机基本电路结构可分为三个系统、三种线。这三个系统包括逻辑系统、射频系统、电源系统，三种线是信号线、电源线、控制线，如图1.29所示。

1)逻辑系统

逻辑系统主要由核心控制模块CPU、存储器、版本、时钟等部分组成。存储器、版本内部存储的资料必须完全正常，手机才能正常工作。图1.29GSM手机电路基本模块结构

2)射频系统

射频系统主要由射频接收和射频发射两部分组成。其电路包括：接收前端、功率控制、本振、射频处理等。

3)电源系统

不同系列手机电源部分都有各自的特点，在维修学习中针对具体的手机具体分析。一般电源系统产生几组电压给接收、发射、逻辑、显示等部分供电，手机电源部分不能正常工作，其相应部分就会出现某种故障。

4)信号线

信号线是信号的流向线，信号在收发信中不断地变化，有频率变化的地方就有波形变换。

5)控制线

控制线是为了保证信号畅通、按时、正确地到达对应的地方而设定的，与手机硬件和软件的搭配有密切关系。相对信号线而言掌握起来更难一点。

6)电源线

凡要用电的元器件都需供给能源，如三极管、场效应管、集成电路等都必须正常地供应电源才可以工作。绝大部分元器件需供给直流电，即直流上叠加的交流成分越小越好，所以当电源供电线正常，常并联有大容量的电容器，这是判断直流供电线的重要依据。

7)手机电源特征

手机是高技术精密产品，供电也越来越精确，目前的新手机供电已精确到小数点后3位(如2.875V等)。各种电源都有电子开关控制电路，一般由三极管、场效应管等作控制开关。当需要某一部分电路工作时，逻辑电路就会送给该电路的控制管一个启动信号，使用控制管导通。1.3.2GSM手机接收通道

1)天线双工器

天线开关是收发共用的，它主要完成两个任务：一是完成RX、TX双工切换。因为GSM系统是时分多址，所以RX和TX不能同时工作在一个时隙，要由控制信号完成RX和TX的分离，控制信号是来自CPU的RX-EN(接收启动)和TX-EN(发射启动)，或由它们转换而得的信号；二是完成双频或三频切换。在接收时完成EGSM(925～960MHz)、DCS

(805～1880MHz)、PCS(1930～1990MHz)的切换；在发射时完成GSM

(880～915MHz)、DCS(1710～1785MHz)、PCS(1850～1910MHz)的切换。使手机在某一频段工作时，其他频段休息，控制信号主要来自切换电路。天线开关连接接收滤波RX-FL和发射滤波TX-FL，目的是：RX工作时，防止TX信号或其他无用信号进入RX，滤除噪波、杂波，得到纯净的RX信号；TX工作时，得到准确的TX信号，防止杂散辐射等。若此电路不正常，将导致手机RX信号差或不发射等故障。摩托罗拉手机和三星手机一般采用天线开关，诺基亚手机则多采用双工滤波器，内含两个带通滤波器：一个接收、一个发射。将接收射频信号与发射射频信号分离，以防止强的发射信号对接收机造成影响。

2)带通滤波器

带通滤波器(BPF)也叫接收滤波，高频放大前后各一个，目的是将空中接收到的信号滤波再滤波，滤除噪波、杂波，只允许GSM或DCS信号进入接收机，得到纯净的射频接收信号送到混频器。

3)低噪声放大器

低噪声放大器(LNA)界于天线与混频器之间，是第一放大器，所以又叫接收前端放大器或高频放大器。它主要完成两个任务：一是对空中接收到的高频调制信号进行第一级放大，以满足混频器对输入的接收信号幅度的要求，提高接收信号的信噪比；二是在放大管的集电极上增加了由电感与电容组成的LC并联谐振回路，称为选频网络或调谐电路，目的是选出我们所需要的频率，滤除我们不需要的频率。

低噪声放大器输入信号路径是一个交流路径，放大管基极与天线之间的接收滤波器使直流不能通过，其输出信号路径也是交流路径。低噪声放大器集电极连接的接收滤波器可以滤除混频偏压中的波纹，使其不致对混频器造成干扰。

4)混频的作用

接收机从天线接收到的信号是很微弱的，必须放大120dB后才能进行其他技术处理。如果将接收到的高频信号直接进行放大，将会出现灵敏度低、选择性差、高低频段信号增益不均匀等问题。而且，这么大的放大量，要用多级调谐放大器，要保证信号稳定，实际上是很难办到的。另外，高频选频放大器的通频带宽很大，当频率改变时，多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，要做到统一调谐，是难以做到的。这就如同划船时，一个人划很容易，而多个人同时划一条龙舟，要做到用力同步就有一定困难。为了克服这些问题，接收机都采用了超外差技术，即利用混频器加以变频，一般是取其差频。混频器实际上是一个频谱搬移电路，它将包含接收信息的射频信号转化为一个固定频率的包含接收信息的中频信号，由于中频信号频率低，而且固定，容易得到比较大而且稳定的增益，因此使接收机的灵敏度、选择性和稳定性都得到很大的提高。

5)混频器的特点

从图l.30可知，混频器由非线性器件(二极管、三极管、场效应管)构成，有以下四个特点：

(1)送到混频器的信号有两个，即两个输入端，一个输出端，输入和输出的均为交流信号。

(2)在非线性器件中混频后，将产生许多新频率：①fi或；②fi＝fi＋；③fi＝fi－；④输入电压频率的二次谐波及直流成分。图1.30混频器方框图及频谱搬移

(3)在多个新的频率中要选出我们所需的频率，所以混频电路都设置有LC并联谐振回路，作用是从各种频率中选出所需频率，而滤去其他频率成分，从而提高混频的抗噪声能力。同时，在三极管的基极都加电抗滤波，目的是消除电源中的纹波。

(4)混频器是频谱搬移电路，它将高频载波已调信号不失真地变换为固定中频的已调信号，而保持原调制规律不变(只改变已调波f，而调制方式和各种参数都不变)。

6)射频换代电路模式与举例

GSM手机的接收机电路都采用超外差式变频接收电路。这种电路制式可把接收的微弱信号进行足够的放大。它可以使用多级宽频带调谐放大器，把各个信道不同频率的信号转换为频率固定的中频信号，通过设置高增益、高稳定度的中频放大器来达到各项技术指标的要求。手机的超外差式变频接收机有三种基本电路程式，一种是超外差一次变频接收电路；一种是超外差二次变频接收电路；还有一种是直接变频线性接收电路。这些电路程式的不同，是指手机的射频电路程式不同。超外差变频式接收电路的核心电路是混频器，根据手机接收电路内混频器的数量，可以确定该接收电路是属于以下三种类型中的哪一种。

(1)超外差一次变频接收电路。在射频接收电路中，只有一级混频电路时，称做超外差一次变频接收电路。该电路的原理方框图如图1.31所示。它包括天线电路(ANT)、低噪声放大器(LNA)、混频器(MIX)、中频放大(IFAMP)、解调电路(DEM)和音频处理电路等。在看电路图时，要辨别该接收机中进行几次频率变换，即设置几级混频电路，设置几级接收中频频率。摩托罗拉手机基本上都采用一次变频电路程式。图1.31超外差一次变频接收方框图如图1.31所示，天线感应到射频信号后，从天线电路、射频滤波器进入接收电路。射频信号经低噪声放大器进行放大，然后，再经射频滤波器送到混频器。在混频器内，射频信号与接收RXVCO本振信号进行混频，取得接收中频信号。中频信号经中频放大后，在中频处理模块内进行RXI/Q解调。解调时所需基准信号来自中频IFVCO电路。该信号(多经过2分频后)再与接收中频信号进行混频，得到67.707kHz的RXI/Q信号。经解调所得RXI/Q信号再送到