GSM手机原理培训教程

GSM手机原理培训教程凯虹移动通信有限公司2006年8月2日第一章GSM蜂窝移动通信系统简述1.1移动通信的特点1.2GSM移动通信系统组成1.3GSM系统采用的技术第二章GSM手机的基本电路2.1GSM手机常用元器件2.2GSM手机的应用的基本技术第三章A01基本电路原理与常见故障维修3.1详见维修手册第一章GSM蜂窝移动通信系统简述1.1移动通信的特点1.1.1电磁波传播路径微波信号场强是由直射波和反射波叠加而成，这些电磁波尽管是从同一天线辐射发送，但由于传播的路径不同，到达接收终端时的幅度和相位各不相同，加上移动台又以各种不同的速度在移动，方向也在无规则变化。因此，移动台在不同的位置，它接收信号和场强的大小是不同的。这种现象在通信技术中称为多径落衰落，它不仅影响移动通信的通讯质量，严重时会无法接收。1.1.2移动通信的干扰1、互调干扰互调干扰主要是由收发信号设备中元器件的非线性引起，如接收混频、输入回路的选择性不佳时，一些与信号频率接近的干扰信号就会串入混频级，对有用信号造成干扰。这样要求移动通信设备务必具备良好的选择性，尤其是接收电路的高频放大级。2、邻道干扰邻道干扰是相邻或邻近信道之间引起的干扰，其中信道强的信号掩盖信道弱的信号，如同1-1所示：图中A和B用户分别使用K信道和K±1信道，这两个信道间隔分配上是不存在邻道干扰的，用户A距基站很远，用户B距基站很近，加上信道之间的频率间隔有限（高频间隔为25KHz），这就会出现K±1信道接收的场强信号干扰K信道接收的场强信号的现象，这种现象在通信技术中称为邻道干扰。为了解决邻近干扰，在移动通信设备中使用自动功率控制电路。当移动台靠近基站时，系统发射控制功率等级电平指令降低，而与基站距离拉远时，则提升其发射功率，由此来削弱和抑制邻道干扰。K信道K±1信道BA图1-1邻道干扰3、同频干扰同频干扰是指相同载波频率发射台之间的干扰，它是蜂窝式移动通信固有的，类似电视技术中的同频干扰。由于蜂窝系统的各个服务区可以重复使用相同载频，因此移动通信在组建网络时，应作统一全面的规划。1.1.3移动通信的多普勒效应当运动物体达到某一速度时，固定接收台接收的信道载波频率会随速度变化而发生频移，这种现象为多普勒效应。多普勒效应可以用下列关系式定量描述：fd=µ/cos例如：卫星移动通信，卫星在发射前发射机载频为f1，但发射后从太空传送到地面端得到的载频会变成f1±f2；基于卫星速度的不断变化，根据上式fd随着变化，使的地面接受端得到的载频不断变化，要接收到从卫星上发送来的信道，接收机的频率必须同步跟踪。这样导致锁相环技术的崛起，实际上卫星地面站就是一套大型的锁相环接收和发射系统。鉴于数字锁相电路的频率跟踪特性和窄带特性，GSM的移动电话都引入了数字PLL锁相技术，以解决温度、电压等各物理量变化引起的频率漂移。1.1.4用户的移动性由于是移动通信，那么通信的双方位置就不会固定在某一个方位。加上发射机在未通话期间处于关闭状态，又没有一条专用语音信道配备给移动电话机,因此为了实现一个可靠、有效的通信，这就要求移动电话设备必须是有位置分配、越区切换以及漫游访问等各类跟踪交换技术。1.2GSM移动通信系统组成1.2.1GSM移动通信的发展GSM数字蜂窝移动通信系统源于1982年，由欧洲的电信联盟设立移动通信特别小组GSM（GroupSpecialMobile),着手欧洲数字蜂窝移动通信系统的制式标准研究。GSM作为一种国际公共标准，因此在系统覆盖的世界各国之间漫游都是全自动的。GSM提供的业务范围包括高速数据通信、传真、短信业务以及互联网等。1.2.2GSM通信系统主要技术参数GSM通信系统的主要技术参数如下：（1）GSM：移动台SM基地台BS890MHz—915MHz基地台BS移动台MS935MHz—960MHz(2)DCS：移动台MS基地台BS1710MHz—1785MHz基地台BS移动台MS1805MHz—1880MHz（3）双工：频分双FDD（4）载波间隔：20KHz（5）接入方式：时分多址TDMA8时隙/200KHZ（6）调制方式：高斯滤波最小频移键控GMSK调制（7）发射方式：跳频速率217次/S，跳频周期（TDMA帧长）5.515ms（8）信息传输速率：22.8Kbit/S（9）符号传输速率：270.833Kbit/S（10）语言编码：13Kbit/S，规律的脉冲激励，具有长期预测的线性预测编码，即RPE-LPT-LPC（11）数据速率：全速9.6Kbit/S，半速4.8Kbit/S1.2.3频谱分配与信道划分1、GSM900网络GSM体制采用时分多址TDMA窄带标准，其频分双工频谱分配系统如图1-2所示。对移动台来说，同是发射频率较低，接收频率较高，一个发射频率和一个接收频率组成一个频分双工信道双向的频率（双工）间隔为45MHz作为保护频带。在频谱分配上同时小区组网，频率复用的小区分裂。图1—2GSM900频分双工频谱分配MSBSBSMS25MHZ25MHZ双工间隔45MHZ890~915935~960GSM900频段载波频道划分如图1-3所示，在25MHz频带宽度内共划分成124个时分址载波信道，每个载波信道占用带宽200KHz，一般避免使用边缘1号和124号载波信道，因此实际可以使用的最多信道载波数量为122个。2、DCS1800网络为了解决用户递增给GSM网络造成的压力，1995年ETSI正式公GSM/DCS技术协会的文件，支持GSM/DCS多频带技术，DSC投入运作。……25MHZ12123124200K200K200K200K图1-3GSM频段载波频道划分DCS1800频带的频分双工频谱分配如图1-4所示，对移动台来说，同样也是发射频率较低，接收频率较高。一个发射频率和一个接受频率组成一个频分双工信道，双向的间隔频率为95MHZ。DCS1800频段载波频率划分如图1-5所示，在75MHZ的带宽内分成374个TDMA载波信道，每个载波信道占用200KHZ的带宽。……123123MSBSMSBS75MHZ75MHZ95MHZ双工间隔1785MHZ1805MHZ1880MHZ3743741710MHZ图1-5DCS1800频分双工频谱分配1.2.4时分TDMA的帧长GSM数字蜂窝移动通信体系语音帧的时长定为20MS，要求语言帧的传输延迟时间小于65MS，交织处理必须在40MS内完成。根据抗衰落的要求，交织系数取值为8，这样8个时隙的TDMA时帧长度及小于5MS。由此GSM标准TDMA的时帧长度为5.515MS，每个TDMA帧分成8个时隙，每个时隙宽度又为0.578MS，供建立物理信道用。每一个移动电话机只使用其中的一个时隙，这就是时分多址TDMA方式的物理含义。移动台和基地台只要能在时间上严格同步，各个移动电话机之间就不会相互干扰。在一个载波信道中，无论移动电话机在哪一时刻接收还是发射。8只移动话机只有一台进行收发工作，剩余7只则在监测邻近几个基地台的信道场强，为越区切……75MHZ12373374200K200K200K200K图1-6DCS频段载波频道划分换做准备。所有的GSM话机都以间隙方式工作，发射的载波是连续存在的，而移动台发射给基地台的时间是间隙的，即称为突发脉冲序列（DURST），占用一个间隙宽度0.578MS；移动台接收基地台发射来的突发脉冲序列，也是间隙的，且时隙宽度同样为0.578MS，8个时序中的一个结束，下一个0.578MS的时隙就会轮到另一只移动电话机，循环周期为TDMA时帧长5.515MS，话务信道（HCH）的时帧，每26个TDMA时帧组成一个复帧，复帧的帧长为120MS，全速率语音传输时占用24帧，半速率语言传输时只用12帧。1.2.5信道切换在TDMA系统中，时隙就是通信的信道，利用TDMA联接的信道特点，移动台除了在规定的时隙信道中完成收发工作外，还得利用其余时间监视其他时隙信道的信号。移动电话机需要连续扫描邻近小区基站的广播控制信道（BCCH），在每0.5S时间通过伴随控制信道（ACCH）向本服务小区基地台反映邻近小区的信号功率及信道质量。鉴于移动电话机随时随地进行移动，它与基地台的通信距离会随之不断变化，所以移动电话机必须随时不断地调整发射定时和发射功率。时间调整信息则由基地台通过SDCCH（独立专用控制信道）或TCH信道发送给移动台。1.2.6GSM系统的通信服务种类1、承载服务系载服务内容有：受限话音、异步双工数据、同步双工数据、分组组合与分解和同步双工分组数据等。2、电信服务电信服务的内容有：电信通信、短消息、可视图文、图文电视、语言以及传真服务等。3、附加服务号码识别、免费电话服务及移动接入跟踪等多达28项服务。1.2.7GSM系统结构GSM数字移动通信系统包括移动台（MS）、基站系统（BSS）和网络交换子系统（NSS）。1、移动台（MS）一个完整的移动台分成两部分：一部分为包含天线接口由软硬件构成的收发信机；另一部分是用户身份识别模块SIM卡，SIM卡与移动台硬件之间通过SIM-ME接口进行数据交换。SIM卡实质上是带有CPU的一种智能化集成电路芯片，主要由中央处理器CPU，随机存储器RAM，只读存储器ROM，程序存储器EEPROM和串行双向接口组成。它与移动台之间的物理界面包括：串行双向数据数线I/O，复位线RST、时钟线CLK、SIM卡编程电压VPP以及工作电源VDD。SIM卡内部包含所有属于用户的信息，其中几组相当重要的数据为：（1）ICCID（集成电路卡识别）它是SIM卡处理中心对SIM卡进行个人数据处理进程中编制的流水号。（2）PIN是移动电话用户以个人识别码，PIN码有两个，一个是PIN1，另一个是PIN2，PIN1码是用来保护SIM卡的安全。PIN2码也是SIM卡的密码，它与网络计费和SIM卡内部资料的修改有关，所以不公开PIN2码。即使PIN2码被锁也不会影响正常通话，PIN1和PIN2码的初始状态是关闭的。（3）IMEI（国际移动电话身份识别）IMEI码是全球唯一的，只有在归属移动交换服务中心（MSC）将移动电话机的号码同SIM卡中的IMEI码进行比较识别后，移动手机才能正常使用。（4）RI（随机识别码）是SIM卡中的鉴权密匙，用于GSM系统的鉴权，是在SIM卡制作过程中启用启用保密器A3或A8随机生成的，用户无法读出RI码，它由GSM系统的鉴权中心（ANC）来鉴别RI码的参数和密匙，裁决移动台的入网。2、基站子系统BSS基站子系统包含基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）。（BSC）是一个高容量的交换机，负责系统与无线有关的功能，每个（BSC）可以控制多个（BTC）。3、网络交换子系统（NSS）由移动交换中心（MSC）、原籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）五部分组成，核心是（MSC）。MSC负责建立呼叫、路由选择、控制和终止呼叫，负责管理交换区内部的切换和补充业务并且负责计费和帐单信息，用于协调和固定网之间的业务，完成公共信道信令及网络接口。HLR是一种用来存储本地用户位置的数据库。VLR是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。AUC用于存储鉴权信息和加密密匙，用来防止未授权用户接入系统，并对无线接口上的话音、数据、信令信息进行加密保护。EIR存储用于识别移动设备的国际移动台识别码（IMEI）用来检验非授权用户，可以保证网络内所使用的移动台的唯一性和安全性。通常HLR、AUC合设置于一个物理实体中，VLR、MSC和设置一个物理实体中。1.3GSM系统采用的技术GSM数字通信技术主林分成三大类：（1）信道机技术：包括语音编码、信道编码和数字调制技术。（2）数字传输技术：包括分集、交织切换以及扩频技术。（3）网络技术：包括多址、功率控制、越区与漫游信令和网络管理技术。1.3.1数字语音编码语音编码的目的：降低每路所需宽度，在同样的带