手机的基本原理

手机基本原理

培训教材1.概述

我们常用的移动电话按制式有GSM,CDMA,WCDMA,TD-SCDMA,PHS等。由于其基本功能都是进行语音通讯的，所以本文即以移动电话在语音通讯中的基本原理作一个简单介绍。语音通讯包括语音发送和语音接收两个部分，两个相对的过程基本类似，本文主要以发送过程为例讨论。另外不同制式采用的语音编解码及主要接收发射指标基本类似，本文主要以GSM为例来进行讨论。2.基本的电路单元介绍1)

麦克风(Microphone)MIC的基本功能是把语音信号转化为便于传送的电信号，通话中用于接收讲话语音。常用的驻极体麦克风内部有一个场效应管放大器，所以需要提供一个直流工作电压，因此一般的麦克风电路上有一个直流电压通过一个几千欧姆的电阻(下图中R140和R141)加到MIC的输入端用于为麦克风内部电路供电。

同时，由于MIC是直接和外界接触的接口器件，容易接受静电干扰造成基带主芯片损坏，所以在靠近MIC器件位置的两个引脚上都接有ESD器件(图中R142和R120)。一个典型的MIC电路如右图所示。常用MIC的交流阻抗(1KHz)一般为2.2K。2)

扬声器(Speaker)SPK的基本功能是把电信号转化为语音信号便于使人耳听到，主要用于有来电时播放来电铃音、闹钟的铃声以及免提通话时发出语音等，也叫做喇叭。常用的一般为8欧的动圈式定阻扬声器，由于推动扬声器需要的功率较大，所以一般还有一个功率放大芯片，有的机器功放电路集成在基带主芯片或电源管理芯片中。同样在靠近器件位置的两个引脚上都接有ESD器件加以保护。在早期的手机或者一些超低端机上没有Speaker,而采用一个蜂鸣器(Buzzer)发出类似电子琴声的单音音乐来作为提示铃音和闹铃声，当然那就不支持免提功能了。3)

受话器(Receiver)REC的功能也是把电信号转化为语音信号的，主要用于通话时播放对方的话音，一般为一个32欧(1KHz)的耳机，直接接受来自基带主芯片送出来的语音信号。同样在靠近器件位置的两个引脚上也有ESD器件加以保护。4)

天线(Antenna)ANT的基本功能就是发送和接收无线电信号。一般一部手机只有一个天线，通过电子开关和双工器来实现同时完成发送和接收功能。手机的外置天线一般有螺旋天线等，内置天线常见的有平面倒F型(PIFA)天线、PCB天线等。5)

天线开关(Switch)

天线开关实际上是一个单刀多掷的波段开关，通过几个数字信号控制天线切换连接到各个不同的频段和收发状态。下表为常用的CXG1190AEQ-T2天线开关在P609A2项目中的逻辑关系：一般如果需要在时间上存在复用的(TD复用或TD双工等)如GSM/PHS/TD-SCDMA等都需要用到天线开关。Sel1Sel2Sel3天线连接状态HHLGSM900TXHLLGSM1800/1900TXLHHGSM1800RXLHLGSM1900RXLLHGSM900RXLLLWCDMA850RX/TX6)

双工器(Duplex)

如果手机在发射的同时还需要接收信号就必须用到双工器。它实际上相当于一个环形器，连接着天线、接收电路和发射电路三个单元，从天线收到的信号只能进入接收电路而不许进入发射电路，同时从发射电路输入的信号只能送到天线发射出去而不能进入接收电路。

综上可知，如果需要在时间上存在复用的话就需要用到天线开关，而CDMA/WCDMA等手机工作时发射、接收同时进行，所以单靠天线开关不能控制天线的发射、接收不受干扰，所以必须使用双工器，当然如果存在多模共存的手机的则两种器件可能都会用到。总结如下表所示：

收发双工模式频率复用方式天线开关双工器GSMFDD

(频分双工)TDMA

(时分复用)有-WCDMAFDD

(频分双工)CDMA

(码分复用)-有CDMA2000

大灵童

/IS95FDD

(频分双工)CDMA

(码分复用)-有TD-SCDMATDD

(时分双工)CDMA

(码分复用)有-PHSTDD

(时分双工)TDMA

(时分复用)有-7)

定向耦合器(Coupler)

定向耦合器用于检测手机发射的功率大小，它一般在射频功放输出与天线开关或双工器之间，从功放输出的功率基本上全部通过定向耦合器进入天线开关或双工器到达天线发射出去，只有很小的一部分功率从定向耦合器的耦合端口输出送入一个功率检测电路用于检测得到发射的实际功率以便实现功率的闭环控制。8)

声表面波滤波器(SAW)

声表滤波器用于射频信号滤波。它通过一个叉指形换能器结构使射频信号产生一个声表面波，然后通过声表面波的共振传播在输出端再产生出射频信号，借助声表面波的频率选择性实现带通滤波功能。9)

低噪声放大电路(LNA),可变增益放大器(VGA/DVGA)

低噪放电路用于射频信号的前置预放大，它处于接收通路的最前端，也叫高放电路，现在有的机型已经集成在射频接收主芯片内部了。11)ESD和EMI器件

ESD器件是静电放电器件，防止静电对其他器件的损坏，当静电电压低于某一值时器件是不工作的，当静电电压超过该值时器件即相当于对地短路使静电泻放掉从而起到保护作用。EMI器件的作用是防止电磁干扰，通常EMI器件也具有ESD的作用，可以保护一切传导的或者辐射的电磁信号对电路器件的破坏和干扰。12)

晶体振荡器和晶体谐振器(Crystal)

振荡器和谐振器一般是用于产生某一频率的正弦波的，谐振器价格比较便宜，在振荡电路中起选频作用。振荡器本身就是一个振荡电路，加上电压后就可以产生一定频率的信号。晶体压控振荡器(VCO)是输出信号的频率随压控端电压值的大小在一定范围内变化的振荡器，经常用在锁相环路(PLL)中用于产生一个精确频率的信号。10)

功率放大电路(PowerAmplifier,简写PA)

射频功放电路位于发射通路的最末端，用于对发射的射频信号进行功率放大以达到要求的功率值然后通过天线发射出去。一般功放芯片除了各频段的输入输出和电源外还有功率控制及使能等信号，可以满足多个频段的信号放大。13)

锁相环路(PhaseLockLoop)

当手机电路工作在某信道上时必须要产生一个误差不超过0.1PPM的正弦波信号，产生这一信号的频率合成电路其核心就是一个锁相环路(PLL)。基本的锁相环路结构框图如下图所示。压控振荡器输出的频率送到鉴相器输入端和一个精确的输入频率进行鉴相，鉴相器输出的是两个信号的相位之差，如果两个信号的频率有微小差异，通过混频电路可能检测不出来，但在微观上会表现为一个信号的相位慢慢落后于另一个信号，经过一段时间积累，两个信号的相位可能有一定差别，鉴相器会输出这个差异信息经过环路的低通滤波器变成一个直流电压来反馈控制压控振荡器。若输出频率偏小，则反馈控制压控振荡器使Fo变大，反之则控制变小，当环路稳定下来之后则输出频率严格的跟踪输入频率达到完全相同即所谓的环路锁定。基本的锁相环路实际上用处不大，实际中的锁相环路都是基本锁相环的变形和应用。手机电路中的频率合成电路其实就是基于锁相环电路的。F1F014)

频率合成电路手机频率合成电路的基本结构如下图所示。根据前面介绍的基本锁相环原理

所以，改变不同的分频数M和R就可以得到任意分数值的输出合成频率，这就是频率合成电路的基本工作原理。÷M分频器压控振荡器鉴相器低通滤波器÷R分频器基准频率信号源F÷R基准频率F输出频率FoFo÷MF÷R=Fo÷M可知，当环路锁定时，检相器的两路输入频率严格跟踪，即所以得到：Fo=F×M/R15)

编、解码电路语音通过MIC接收送入手机主芯片经过语音放大后仍然还是连续的模拟信号，必须进行数字编码后才能进行传送，编码包括语音编码和信道编码两个过程。在GSM通讯中，语音编码把模拟的语音信号转化成64KBps的二进制数字信号流，然后通过RPE-LTP编码(规则脉冲激励—线性长期预测编码)变成13KBps的数据信号。信道编码先把13KBps的数据信号加上9.8KBps的检错纠错码变成22.8KBps，然后进行交织、加密形成270.833KBps的TDMA帧数据流。解码则是编码的逆过程，在接收部分进行还原语音信号。16)

调制、解调调制和解调互为逆过程，调制是在发射过程中把要发送的语音数据信号调制在相应频点的射频信号上以便通过射频信号发射出去。解调是从接收到的射频信号中还原出发送方调制上去的语音数据信号。

另外还有许多其他电路如：电源管理、存储器(Nand/NorFlash，SRAM等)、LCD驱动、充电电路、SIM卡电路、蓝牙、红外、收音机、摄像处理等，由于本文主要讨论典型的语音通话工作原理，所以不再一一描述。3.手机的多址模式和信道分配

不同制式的手机其频率分配不同，而且由于频谱资源有限，需要在有限的频率带宽上同时为多个用户提供通信，这就需要采取一定的多址技术，所以才产生了TDMA,CDMA,FDMA等不同的多址方式。PowerFrequencyTimeFDMA1)

频分多址(FDMA)FDMA的原理如下图所示，在频率轴上划分出多个信道，每个用户占用一个信道(频率带宽)通信互不干扰。这是一种最基本的多址方式，基本上大部分移动通信设备都采用了信道划分(实际上相当于FDMA)。PowerTimeTDMA/FDMAFrequency2)

时分多址(TDMA)TDMA的原理如下。它采用了时间分割技术，在某一频点上，通过时间轴上分割出多个时隙，一个手机占用其中确定的一个时隙，间隔一定的周期该时隙重复出现，也就是通信数据实际上是在断续发送的。但是由于在发送时隙其数据发送的速率比通话数据的实际速率要快的多，也就是说在一个时隙已经发送了间隙没有发送时积累的所有数据，所以通信数据不会丢失，通话仍然是连续的，不过数据相对于实际产生的信号是有一定时间延迟的。选择合适的时隙间隔，则这种迟后可以忽略，像我们的GSM,PHS,TD-SCDMA都采用了这种技术，不过TD-SCDMA采用的不是各个用户之间的时隙分割，而是上下行信号(发送和接收)之间的时间分割即时分双工模式(TDD)。3)

码分多址(CDMA)CDMA的原理如下。它采用的是一组相互相干性为零的所谓正交码来区分不同用户的数据。可以举一个形象的例子，一个房间里三对人分别互相讲话，一对用汉语，一对用英语，另一对用法语，并且他们任意两对之间语言互相都不相通，那么虽然讲话的声音可以互相听到，但却不会互相影响到别人的讲话。其他人的声音对讲话者来说只是相当于一个不相干的噪音罢了。CDMA和这种情况比较类似，接收方通过用自己唯一的正交地址码进行解码即可得到自己所要接收的语音数据。FrequencyCDMAPowerTime4)

双工方式(DuplexMethods)

双工方式和多址方式完全类似，常用的主要有频分双工(FDD)和时分双工(TDD)，如下图所示。频分双工(FrequencyDivisionDuplex)FrequencyAmplitudeTimeF1F2TxRxF1时分双工(TimeDivisionDuplex)FrequencyTimeTxTxRxRxAmplitudeF1

频分双工对每一个信道需要一组上下行频率对F1和F2，发射、接收各占一个频点，如GSM,CDMA2000,WCDMA就采用了FDD。而时分双工只需要一个频点，在不同的时隙分别进行接收和发射，如TD-SCDMA,PHS就采用了TDD。5)

常用的通信频率通信管理部门对各种不同的通信制式分配了各自的通信频率。常见的有：

(1)GSM，在我国和欧洲主要有900MHz和1800MHz两个频段，在澳大利亚和北美主要采用了850MHz和1900MHz两个频段。具体分配如下：GSM频段划分GSM900发射：890-915MHz;接收：935-960MHz;EGSM(扩展的GSM900)发射：880-915MHz;接收：925-960MHz;GSM1800(DCS)发射：1710-1785MHz;接收：1805-1880MHz;GSM1900(PCN)发射：1850-1910MHz;接收：1930-1990MHz;GSM850发射：824-849MHz;接收：869-894MHz;GSM制式的手机频率分配及信道划分参见附件所示：

(2)WCDMA主要有850MHz和2100MHz两个频段，另外在有些地区还有1900MHz频段。具体频率分配如下：WCDMA频段划分WCDMA850发射:824-849MHz(CH4132-4233);接收:869-894MHz(CH4357-4458);WCDMA2100发射：1920-1980MHz;接收：2110-2170MHz;WCDMA1900发射：1850-1910MHz;接收：1930-1990MHz;

(3)CDMA2000主要有800MHz,450和1900MHz两个频段，频率分配如下：CDMA频段划分CDMA800发射:824-849MHz;接收:869-894MHz;CDMA450发射：450-460MHz;接收：460-480MHz;CDMA1900发射：1850-1910MHz;接收：1930-1990MHz

(4)TD-SCDMA由于采用了时分双工，所以不需要上下行频率对，发射、接收是在同一个频段的，频率分配如下：PHS频段划分PHS发射/接收频段:1900-1915MHz;

(5)PHS也采用了时分双工，频率分配如下：TD-SCDMA

频段划分TD-SCDMA

发射/接收频段:2010-2025MHz;4.手机基本工作原理

本部分将从一个基本的GSM语音通信为例介绍一个完整的语音信号传送过程，从而说明手机通话工作的基本原理。——从基本语音通话中信号的传送过程谈起1)

语音的PCM编码手机麦克风接收到人讲话的语音信号后会将其转化成为一个电信号送入手机主芯片，首先经过语音放大，然后就需要把连续的模拟语音信号转化成数字编码信号了，这个过程主要就是数字AD转换采样即PCM(PulseCodeModulation脉冲编码调制)编码。

人耳能听到的声波频率范围在20Hz-20KHz之间，而一般人讲话所能发出的频率大都在300Hz-3400Hz之间，取最大极限值为4KHz。根据奈特斯奎采样定理，我们只要取最大频率的2倍即8KHz采样即可完全还原所采样的语音信号了。这样按照8bit的量化等级，语音经过PCM编码的数据速率即为64KBit/S，也就是说每秒钟产生64000位的二进制数据。2)RPE-LPT语音编码通过PCM编码得到的速率为64KBps的原始语音数据含有大量的冗余信息，一般都需要经过一定压缩算法的所谓语音编码才能进行发送。关于语音编码本身就是通信领域一门专门的学问，本文不作详细讨论。下表是几种常见的语音编码方法比较。编码方法码速率(kbit)64kbit/sPCM4.332kBIT/sADPCM32kBIT/sCVSD016kBIT/sCVSD13kBIT/sRPE-LPT138kbit/sVSELP82.4kBIT/sLPC-102.4编码质量时延

(ms)Coplexity(MIPS)0.0104.3644.100.13232/3.816/1013.7351003.830302.735

不同的通讯制式采用的语音编码方式不同，如PHS采用的是ADPCM编码CDMA采用的是QCELP和EVRC编码。GSM的上下行相同，采用的是RPE-LPT(规则脉冲激励-线形长期预测)编码，由上可知得到的是速率为13KBps的语音编码数据流，即每秒钟13000位数据，也就是说每20mS有260位二进制数据信息。3)

信道编码——纠错码、卷积码信道编码比较复杂，为了防止传送误码对讲话质量的影响，所以需要加入9.8KBps的纠错码形成22.8KBps的数据流以防止误码出错。这9.8KBps是这样加入的：由于13KBps的数据中每20mS有260位二进制数据，首先按照RPE-LPT编码的原理对这260Bit数据进行分类，其中包括182位“1类”比特和78位“2类”比特，“2类”比特对语音质量影响不大所以不作纠错处理，对余下的182位“1类”比特先加上3个奇偶校验位及4个尾比特共得到189位，然后进行1/2速率信道编码(分组及卷积码)后长度加倍为378bit，再加上未编码的78bit”2类”比特共456Bit。这样数据速率就变成了22.8kbit/S(456bit/20mS=22.8kbps)。经过卷积编码后的数据就具有一定的纠错功能，当出现偶然的误码后，卷积码可以计算出误码并纠正过来。但是对于连续的突发误码则无法恢复，所以才需要进行下面的交织编码用以把连续的突发误码改变为分散的小面积误差以方便用卷积码进行纠错。4)

信道编码——交织码下来每20mS有456Bit的22.8KBps数据流要进行交织编码。交织需要两个连续的20mS共912Bit数据进行。912Bit分成8组114Bit数据，每组的114Bit数据是间隔选出来的，具体是第1、9、17、25、……905Bit为第1组，第2、10、18、26、……906Bit为第2组，第3、11、19、27、……907Bit为第3组，………类推，………第8、16、24、32、……912Bit为第8组。然后每组的114bit分前后两个57bit数据块，共16个57Bit数据块再进行一次前后交错组合形成最后的8组114bit分8个TDMA数据帧发送出去。这些都是在手机主芯片的DSP部分进行高速运算的。交织码实际上相当于每40mS的语音数据信息在顺序上进行了重新排列，前后时段信号交错，使传输中出现的集中性突发误码变换为分散性误码，以便用卷积编码进行纠错。因此，交织本身不提供鉴错与纠错能力，但是通过卷积码的联合作用使得语音质量得到了均衡和提高，如下图示。456bitsfrom20msofspeech456bitsfrom20msofspeech57575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757TCH5)

数据加密(1)

这个过程稍微复杂，由于它与移动电话的鉴权有关，移动电话(以下简写为：MS,即移动台)在建立通话之前先要通过鉴权，鉴权失败是不能通话的。这里我把鉴权与加密过程一起大概描述一下：

a)首先VLR(VisitorLocationRegister,用户位置寄存器，和MSC即业务交换中心集成在一起)产生一个随机数RAND并发送给MS。同时VLR从AC(AuthenticationCentre,鉴权中心)查到该用户的Ki值，该Ki和用户SIM卡中存储的Ki相同(在该卡生产时就做好)。然后VLR和MS双方分别各自按照A3和A8算法算出SRES(SignedResponse,用于发回VLR进行鉴权)和Kc(用于数据加密的一个最主要参数)。计算关系如下：RANDA3KiSRES图1(a)RANDA8KiKc图1(b)6)

数据加密(2)

b)然后MS把算出的SRES发回VLR进行鉴权，如果双方各自计算出的SRES相同，则鉴权成功。由于用户的SIM卡上已存有A3和A8算法，而RAND在下一次通话中又变成了新的随机值，所以这样就实现了不在空中传递Ki却验证了Ki是否是合法的。

c)在通话中的数据加密用的是A5算法，其中的一个重要参数就是上面用A8算法得到的Kc，当然网络收到数据后还要根据VLR算出的同一个Kc值用A5算法还原数据，然后再通过网络传送。加密算法如下：A5KcSRESTDMA帧号语音数据图1(c)7)

数据加密(3)

上图中的计算参数“TDMA帧号”是该TDMA帧在它所处的超高帧(2715648帧为一超高帧，共3小时28分53.760秒，有的资料称为巨帧、高帧等)中的帧号。所以在近三个半小时的通话中对每一帧数据加密的参数都是不同的，有利于语音的保密。①加密后数据长度没有变化，仍为22.8kbps，即每20mS共456bit二进制数据。②这里共提到了A3、A5和A8三个算法，A3是为了鉴权验证SIM是否合法用的；A8是为了求出Kc为数据加密提供参数(密钥)；A5才是真正的加密算法。而A5算法共有三种版本：A5/0，A5/1和A5/2。由于A5/1和A5/2使用要支付高昂的许可费用，所以中国移动和中国联通使用的都是A5/0算法：也就是不加密，A5/0算法的结果就是原始的通信数据。8)

形成TDMA数据帧(1)

这是最关键的一步，因为在这之前的数据流还是22.8kbps连续的，怎样才能把这些连续存在的数据形成TDMA帧发送出去而又要留下7/8的时间给其它用户使用呢？由于GMSK调制传递数字信号的速率是270.83kbps,而语音数据速率只有22.8kbps,相差10多倍，所以是可以实现的。在通话中，MS每4.615mS发送一次数据，平均每次发送时长为0.577mS(8时隙TDMA,4.615/8=0.577)。所以MS必须要能够在这0.577mS内发完整个4.615mS内产生的所有语音数据，实际上MS在在0.577mS内已发完了5mS的114bit数据。因此它发送速度要稍微快一点(每一时隙快出约5-4.615=0.385mS),过13帧就会快出大约一个4.615mS的时间，就必须等待一下。当然GSM的制定者并没有放弃这1帧时间，它规定每26帧为一个复帧，其中多出来的2帧用于传送别的控制信息(SACCH信息)，如下图。当然这样在长时间的通信过程中还不能完全同步，所以才有了高帧、超高帧等得以存在的空间(当然超高帧的编号也有基于保密原因的考虑)。1T2T3T4T5T6T7T89101112131415161718192021222324250TTTTTATTTTTTTTTTTT--SACCHIdle9)

形成TDMA数据帧(2)

按照270.83kbps的速率，每时隙0.577mS可以发送156.25bit的数据,而5mS的数据只有114bit,该114bit分为两个57bit的所谓子时段。它在这156.25bit内是这样安排的：3bit尾比特、57bit子时段、26bit训练序列、57bit子时段及3bit尾比特对称分布，而在两个子时段与26bit训练比特之间分别有1bit称为控制信道信令标志，在最后还有8.25bit的保护时间总共156.25bit。组成了270.83kbps的TDMA帧。如下图：

当然除了上面的称为普通突发(NB)的TDMA帧结构之外,在不同的逻辑信道,根据功能还有其他突发格式。例如下图为同步突发(SB,在SCH信道传送)的TDMA帧结构。57bit26bit3157bit8.2531图(a)39bit64bit38.25339bit图(b)10)

形成TDMA数据帧(3)

还有一点需要说明，由于交织编码需要连续两个20mS的912bit数据，共分8次才能发送完毕，而且这8次的发送顺序与语音数据产生的顺序是不一致的。所以这样一来在接收端也只有将这912bit(共40mS的数据)全部接收完毕才可以还原语音，因此我们在电话中听到的语音总有至少40mS的时延，这也是GSM规范所定义的时延值。当然人的耳朵时听不出来这40mS时延的。这很好解释：声波在空气中的速率是340M/S,这40mS声音可以走过40mS×340M/S=13.6M,换言之40mS的时延相当于声波多走13.6米而已，人耳是感觉不到时延的。11)

数据调制——调制方法分类

语音数据只有加载到射频载波上通过天线发射出去才能达到通讯的目的，所以下面需要讨论调制的原理，我们以GMSK调制(高斯滤波的最小移频键控调制)为例来进行介绍。

相对于模拟信号调制的调频(FM)、调相(PM)和调幅(AM)，数字信号的调制中相应的叫做频移键控(FSK)，相移键控(PSK)和振幅键控(ASK)，其中ASK很少用到，还有联合控制载波振幅及相位的幅度相位调制(QAM)等。数字调制可以分为二进制数字调制和M进制调制。M>2,一般取M=2^k。数字调制还可以分为线性(符合叠加原理)和非线性(不符合叠加原理)调制。按记忆性数字调制还可以分为无记忆调制和有记忆调制。若从数字序列映射为信号波形{si(t)}是有一定的约束条件，即在码元间隔的符号波形取决于一个或多个前面码元间隔发送的波形，则称调制为有记忆的。若无任何约束条件，则此调制为无记忆调制。

按照以上的分类原则，GMSK属于2进制的数字频移键控(2FSK)，又属于有记忆的非线性调制。12)GMSK调制的特点通过GMSK调制的以下特点可以更加清楚的理解它的工作原理。类型特点2FSK(二进制频移键控):二进制信号的频率调制。已调波通过载波频率增大或减小一个频偏量来代表0和1(或记为-1和+1)两种码型。MSK(最小频移键控):调制频偏等于调制信号速率1/2的2FSK调制度为0.5保证了相位的连续（但相位变化轨迹不一定光滑,可能有拐点.即导数不连续）

GMSK(带高斯滤波的最小频移键控):使基带信号先成形为高斯形脉冲，再进行MSK调制,解决了基带脉冲的陡峭沿,相位路径得到平滑,频谱特性更好。调制信号：速率为270.833KbPS的二进制数字信号调制信号经编码后形成114bit的TDMA帧与训练比特、保护比特等组成156.25bit的突发脉冲帧由于时分复用,故只在特定时隙的0.577mS有调制发射，速率为270.833kb/S调制频偏频偏为67.71KHz，即载波频率加、减67.71KHz分别代表数据0和1。其最大最小频差即两倍频偏为135.42KHz正好为码元速率270.833KBps的一半。脉冲成型基于TDMA

时隙分割原因,对突发脉冲的功率/时间包络确定了严格的规范。13)GMSK调制的发射功率控制

由于移动通信组网的远近效应影响，通信过程中必须对手机的发射功率进行动态控制，以便能正常通信且不至于对其他手机干扰。对于GSM手机规定了严格的功率等级，手机发射的功率在每一级功率控制电平上必须满足ETSI规定的功率要求。

对于GSM900MHz频段每一级功率控制电平的标称功率和允许误差如下页表1(对于classⅣ移动台)。

表1GSM900MHz(单位：dBm)功率和误差PoandTOL7±55±59±515±313±317±311±323±321±325±319±331±329±333±227±3功率等级Level1819171415131610119126758

对于DCS1800MHz频段每一级功率控制电平的标称功率和允许误差如下页表2(对于classⅠ移动台)。表2DCS1800MHz(单位：dBm)功率和误差PoandTOL4±52±56±50±512±310±314±38±320±318±322±316±328±326±330±224±3功率等级Level131412159108115647120314)GMSK调制的功率-时间包络

GSM的TDMA时分复用对突发脉冲的功率/时间关系进行了严格的要求以防止对相邻时隙的干扰。下图就是GSM规范对MS发射机要求的功率/时间包络框架。在任一确定的功率等级上手机在发射时隙内的功率必须满足这个要求。+4+1.0-1.00-6-30-70147比特542.81010810108时间(μS)功率(dB)突发成型特性图

图中的功率轴标注的相对功率值(dB)适合各种发射机，对于载频功率小于34dBm(2.5W)的发射机(如手持机)，若-70dB绝对功率电平低于-36dBm，则以-35dBm取代-70dB。。15)

已调射频信号的放大和发射GMSK调制输出的射频突发脉冲需要通过功放(PA)电路进行射频功率放大然后才会送到天线发射出去。下面左图是功放的逻辑结构，由于GSM需要工作在一定的功率等级上，自动功率控制电路(原理类似于接收通路的自动增益控制电路)由功放、功率检测、自动功率控制信号等进行闭环控制。由于时分复用的原因，发射时隙(长度为577uS)的重复周期为4.615mS，所以发射控制信号的重复频率约为217Hz，下面的右图即表示了217Hz的发射控制信号波形。功放发射控制自动功率控制信号输入信号输出Level19---level55dBm----33dBm电源16)GMSK调制的原理

通过前面已经讨论了TDMA数据帧的形成。156.25bit速率为270.833KBit/S的TDMA帧数据流在其确定的时隙(0.577mS)内以GMSK调制方式在相应信道的载波频率上通过天线发射出去，就产生了射频突发脉冲。经过射频放大以后通过天线发射出去的就是这个射频突发信号。

下面GMSK调制的原理删除。直接讲一些常见测试指标的原理和测试。5.几个常见的测试指标介绍

上面详细讨论了一个GSM手机发射通路中从麦克风接收讲话语音到形成射频信号并发射出去的全过程，对于接收过程则完全是发射的逆过程，本文不再详细讨论，有兴趣的可以参见相关资料。其他制式如CDMA，PHS，WCDMA，TD-SCDMA等都基本类似，只不过其语音编码方式、调制方式、速率、双工模式等