GSM 模块比较好的原理图
GSM数字手机原理射频PPT课件
DC Compensaton
x2
/2
TRF6150
射频主芯片
Local Oscillator
射频压控振荡器
数字低中频接收机模型
天线
双工器
带通滤波
低噪音放大
A/D转换 基带处理
低通滤波
混频
声表面滤波
100KHz 低中频
本振频率
数字低中频的形象理解
（北京 嘉兴 宁波）
北
京
飞机
925-960MHZ
嘉
宁
一、频率合成器
定义： 把基准频率信号进行变换，输出多种频 率的信号，供射频部分调制、解调、混频 所用。
13MHZ
300MHZ 1.8GHZ 45MHZ
1 锁相环工作原理
锁相环电路是频率合成器的核心电路，主 要作用是：由频稳性很强的基准信号得到 另一个频率与其同样稳定频率信号
f1
电压差
电压差
鉴相器
#43、#44
#22 #23 #21
#5
#3 #45 #41
#13、#14、#15 #8 #9 #10 #11
#20
超外差二次变频机模型
双工器
BPF
中频放大器
中频放大器
I
Mixer
Mixer
LN
PG
PG
A
A
A
Q
中频滤波器
中频滤波器
Demodulator
接收下变频时两次混频 机型：8180、G100 （相应中频225MHZ、45MHZ）
数字低中频：
利用超外差的效能优势意即直接转换技术的低成本 和功能整合优势，避免“直流位移”的影响，基频无须 进行滤波，提高接收灵敏度！
GSM系统原理与结构-鼎利PPT
CME20系统的技术特点
1、采用AXE-10交换系统的技术。CME 20系统实际上是 AXE的一个应用系统，是通过在AXE-10交换机根底上增 加和减少相应的子系统、功能块来实现的，这样做的好 处是移动通信系统可共享AXE技术的成熟和进步。
1986 NMT900 Nordic Mobile Telephone
1991 GSM
Global System for Mobile
Communication
1991 D-AMPS Digital - AMPS
1992 DCS1800 Digital Cellular System
1994 PDC
公共陆地移动 通信网
GPRS网关支 持节点
GPRS业务支 持节点
GGSN SGSN
GPRS
IP Network
通用分组 无线业务
SS
MSC关口局
AUC
短信网关
GMSC
归属位置 寄存器
THLR
SMS-GMSC SMS-IWMSC
MSC VLR EIR
短信中心
SC OSS
BSS
移动业务交 拜访位置
换中心
爱立信公司的主要产品
Year Standard Mobile Telephone System
1981 NMT450 Nordic Mobile Telephony
1983 AMPS Advanced Mobile Phone System
1985 TACS Total Access Communication System
GSM系统原理-PPT精品文档130页
1
中安 2019/11/18
移动台MS,
（MOBILE STATION）
根据通信业务的需要，移动台还可包括各种终 端设备（TE, Terminal Equipment）或是它们的 组合以及终端适配器（TE, Terminal Adaptor） 等。
2
中安 2019/11/18
关口局GMSC
(Gateway MSC)
为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网 应知道该移动台当前在哪个MSC服务区内。当固定网 不能查询归属位置寄存器（HLR）时，该呼叫就被接 续到某个MSC。这个MSC将查询有关的HLR，并建立 至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。具有这种功能 的MSC称为信关MSC（GMSC），GMSC具有与固定 网和其他NSS实体互通的接口，也叫入口MSC，即关 口局。根据网的实际结构，可以选择部分或全部MSC 作为GMSC。
VLR容量 指登记在MSC下的用户数
交换容量 指交换机的处理能力：根据话务量计算，包括交换距阵、 E1端口、信令、总线等的配置
2
移动业务交换中心MSC 中安 2019/11/18
北京现运营移动交换机房18处： 西单： MSC1，2 木樨园： MSC3，4 西客站： MSC6，8，32，34 幸福大街： MSC 5，7，9 四季青： MSC10，20 南沙滩： MSC11 皂君庙： MSC16，18，30 鲁古： MSC12，14 望京： MSC15，17，29，31，33 高碑店：MSC13，19
年开通的数字移动通信系统。 北京于1994年开通GSM 900M系统，2019年
开通DCS 1800M。
5
通信原理GSM系统构成教学课件PPT
•（5）设备识别寄存器（EIR） （6）操作与维护中心（OMC）
MSC的功能
MSC 从 三 种 数 据 库 —— 归 属 位 置 寄 存 器 （HLR）、拜访位置寄存器（VLR）和鉴权 中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需 的全部数据，同时MSC根据其最新数据更新 数据库。 MSC为用户提供一系列服务： 电信业务，如：电话、传真、紧急呼叫； 承载业务； 补充业务，如：呼叫转移、呼叫限制、会 议电话。
GSM的主要特点之二
3. 话音质量好： 鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有 关空中接口和话音编码的定义，在门限值 以上，话音质量总是可以达到相应的水平 而与无线传输质量无关。
4. 接口开放： GSM标准提供的开放性接口，如Um接口和A 接口。
GSM的主要特点之三
5. 安全性保密性好： 通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。 鉴权是用来证实用户的入网权利，从网络向MS发送一个质 疑信号，然后MS端的SIM卡按照其密钥计算出一个签字响 应发回鉴权中心，该密钥也存在于网络中，网络鉴权中心 比较两个签字响应，若一致则通过，否则取消。 加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI 是一个由业务网络给用户制定的临时识别号，以防止有人 跟踪而泄露其地理位置。
鉴权中心AUC的功能
AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM 系统的安全性管理。鉴权中心（AUC）存储 着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴 权及对无线接口上的话音、数据、信令信 号进行加密，防止无权用户接入和保证移 动用户通信安全。
移动设备识别寄存器EIR的功能
• EIR存贮着移动设备的国际移动设备识别号 （IMEI），通过核查白色清单、黑色清单、 灰色清单这三种表格，分别列出准许使用、 出现故障需监视、失窃不准使用的移动设 备识别号（IMEI）。
GSM手机原理框图
蜂窝移动通信系统GSM系统概述GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。
蜂窝系统的概念和理论在二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。
直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic 移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。
蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。
其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围。
GSM系统的组成蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
图1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框图如图2，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），A接口往左Um接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
GSM基本原理
– 载频频率 – 传播速度 – 传播地形：地平面的吸收、反射；曲率地面的绕射；地面上建筑物
产生的传输损耗
47
信号在无线路径上的衰落
• 自由空间：相对介电参数和相对导磁率为1的均匀介质的空间
– 自由空间是一个理想空间 – 损耗由能量扩散而引起 – 损耗公式：Pr=Pt*（λ/4 π d）2G1G2 – d:接收机和发射机之间的距离 – G1 G2：接收机和发射机天线的增益
– 一个HLR可以覆盖几个交换区或整个移动网 – 为MSC呼叫提供所需的路由信息等相关数据
13
AUC-鉴权中心
• 功能：
– 存储用户的加密信息，保护用户合法地位 – AUC受严格保护 – 物理实体上与HLR一体 – 产生鉴权与加密的客户三参数：RAND（随机
码）、响应数（SRES）、密钥（Kc）
14
909 915
西北五省AMPS
西北五省AMPS
移动GSM 联通GSM GSM 下行
935
954 960
ETACS TACS
ETACS TACS
880 890
905
925 935
950
我国移动通信工作频段
19
工作频段的分配-DCS1800
DCS 上行
1710
1785
DCS 下行
1805
1880
DCS-1800工作频段
20
频道间隔
• 功能：
– 相邻二频道间隔为200KHz – 每个频道采用TDMA方式，每个频道分成8个
时隙（Slot），即8个信道 – 每个信道占用带宽25KHz – 上下行间隔45MHz
21
频道配置
• 频道序号：76~124，49个频点
STM32控制GSM模块原理图
V3.3 C109 100nF U102 RS232_TXD0 RS232_RXD3 UTXD STM_TXD3
C
16
Loud_SPK
VCC
13 8 11 10 1 3 4 5 2 6
R1IN R2IN T1IN T2IN C1+ C1C2+ C2V+ V-
R1OUT R2OUT T1OUT T2OUT
4
复位
3
NRST
NRST
C227 100n
C
摄像头电源
U206 Vin_5V R211 10K
2
S D 3
Vcamera_5V
SD卡电路
V3.3
1
cam_pwr_on_P25 R212 U207 390R 9013
蜂鸣器和指示灯
VBAT J204 V3.3
J205 V3.3 SD_CS SP2_MOSI SP2_CLK D202 C229 SP2_MISO 100n
GPRS模块唤醒电路
V3.3
Y202 8MHZ C226 33p
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
VDD_3 VSS_3 PB9/TIM4_CH4 PB8/TIM4_CH3 BOOT0 PB7/I2C1_SDA PB6/I2C1_SCL PB5/I2C1_SMBA PB4/NJTRST PB3/JTDO PA15/JTDI PA14/SWCLK
1
1
VCC
LX2 LX1 GND2 GND1 INFB
8 7 3 4
C114 100nF
J100
2
C102
SCP
6 5
OCP2020 100n/10V (X5R) R103 1K C103 2.2nF
GSM数字手机原理(基带部分)
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
开机方式
1、按键开机 2、充电开机 3、闹铃开机 4、软件测试开机
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
开机流程
1、电池电压VBAT大于3.6v、VINT=2.7V、 电池电压VBAT大于 大于3.6v、VINT=2.7V、
32.768KHz晶体起振 32.768KHz晶体起振 2、按开机键、电源管理芯片输出电压、 按开机键、电源管理芯片输出电压、
V10手机 V10手机CPU内部结构框图 手机CPU内部结构框图
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
DSP处理 DSP处理
接 收 机 发 射 机
D/A
解调
解密
突发脉冲 格式化
去交 织
信道 解码
信源 解码
话音
A/D
调制
加密
突发脉冲 格式化
交织
信道 编码
信源 编码
话音
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
以 v10 为例
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
二、音频部分
1、麦克风
L1 MICP C92 C94 L3
C91
C97
麦克风实物图
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
麦克风传送电路
麦克风信号传送电路
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
2、听筒
听筒
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
V10手机相关芯片引脚分布 V10手机相关芯片引脚分布
15 12
1 A R
1 A
H
GSM数字手机原理 GSM数字手机原理
GSM数字手机基带部分 GSM数字手机基带部分
GSM 手机电路及原理介绍
Eick Zeng
935-9O 1160-1185MHZ
IF 225MHZ
/2
2IF 45MHZ
AGC
RX SAW
270MHZ
I&Q Demo
45MHZ
I Q
90 deg Shift/2
PLL2
AFC
Ant S/W
参考振荡 13MHZ
PLL1
/6
540MHZ IF VCO
Base Band
90 deg Shift/2
LPF
890-915MHZ PA
270MHZ 270MHZ
270MHZ
TX SAW
TX VCO
Phase Detector
I&Q Mod
I Q
1
三星SGH600手机射频电路方框图
双频手机中的天线开关
RX表示接收，DCS是1800MHZ 系统，说明该端口是1800MHZ接收 射频信号的输出端，该端口所接是 DCS接收机电路 天线 端口 9 7 RX(DCS) TX(DCS) 11 1 RX(GSM) 该端口的标注说明 该端口所接是GSM 接收电路
参考 振荡 低通 滤波器
鉴相器
f2/N
VCO f2
f1
程控分频器
SYNDAT，SYNCLK，SYNEN
设参考振荡信号为f1，VCO输出的信号为f2， 分频器的分频比为N，分频器输出的信号为f2/N。 环路最终目的：f1=f2/N
4
IF VCO频率合成 系统方框图
参考 振荡 低通 滤波器
鉴相器
VCO
VC3 VC2 VC4 VC1
该端口的标注 说明该端口所接是 DCS发射电路
GSM短信模块的定位跟踪系统设计原理图
GSM短信模块的定位跟踪系统设计原理图目前大多GPS设备只能接收GPS信息，不能实现GPS信息转发。
而本文介绍了一种基于GSM短信模块的定位跟踪系统设计方案，实现了通过GSM网络传输GPS信息功能。
该系统主要由Atmega16单片机、GPS接收机GR-87、以及GSM短信模块TC35i组成。
系统能够及时准确地将GPS获得的信息传送给GPS设备，在紧急情况下能够实现短信报警。
GPS作为成熟实用的全球精密测时、测距、导航、定位系统在诸多领域均有广泛的应用。
目前市面多数GPS设备只有单向通信能力，只能接收GPS信息，而不能将GPS信息转发。
一旦持有GPS设备的人员发生意外，他人不能及时了解当事人状况。
而本文设计实现的系统不仅能够定时接收全球卫星定位信号，并且能通过GSM网络向未持有GPS设备的用户按需发送信息；同时在意外发生时能够及时将包含地理信息的报警短信发送到特定手机号码进行报警操作。
1硬件系统设计基于GSM短信模块的定位跟踪系统硬件系统主要有GPS信息接收机、单片机控制控制模块（主机、从机）、信息发送模块、手机接收测试部分及其他外围电路组成（见图1）。
GPS信息接收机接收到的GPS信息经过串口发送到单片机控制模块中的主机部分；主机将选择出来的信息通过同步串行接口（SPI接口）传送给MCU控制模块的从机部分；从机对信息进行编码；编码后的消息经过短信发送模块发送到指定的手机。
图1系统硬件逻辑框图1.1定位跟踪模块GPS全球定位系统包括GPS网络和专业的地面接收设备。
接收设备可以显示出当前地理信息、时间信息等；如果将当前的信息发送给信息管理中心，便可以接受管理中心的统一调度。
基于GSM短信模块的定位追踪系统便是基于后一种理论进行设计实现的。
GPS模块接收来自GPS卫星系统的C/A码，单片机控制模块根据信息码计算得到当前的地理信息位置和时间信息等。
GPS接收模块的硬件主要包含接收天线、接收机、电平转换电路以及进行GPS信息数据处理的单片机控制模块中的主机部分（见图2）。
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图1 TC35功能框图
3. 外围应用电路
TC35模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合。
TC35共有40个引脚，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接。
如图2所示，
图2 TC35 的外围电路连接
3.1 电源及启动电路
电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供3.6V工作电电压，同时产生MAX3238所需要的高电平；TI公司的三端电源模块UA7806将外部＋12V直流电源转换为＋6V，连到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35提供＋6V、500mA的充电电压。
启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。
模块上电10ms后(电池电压须大于3V)，为使之正常工作，必须在15脚(/IGT)加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。
启动后，15脚的信号应保持高电平。
下图所示，为启动电路产生的信号，从中可以看出10ms的延时和100ms的低电平。
图3 采集到的启动信号降沿
3.2 数据通信电路
数据通信电路主要完成短消息收发、与PC 机通信、软件流控制等功能。
TC35的数据接口采用串行异步收发，符合ITU-T RS-232接口电路标准，工作在CMOS 电平(2.65V)。
数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可以在300bps ～115kbps 的波特率下运行，支持的自动波特率为4.8kbps ～115kbps （14.4kbps 和28.8kbps 除外）。
TC35模块还支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF 的软件流控制。
数据通信电路以TI 公司的MAX3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。
TI 公司的MAX3238芯片供电电压为3～5.5V ，符合TIA/EIA-232-F 和ITU v.28标准。
具有独特的±15KV 人体静电保护措施，兼容5V 逻辑输入，内含3路接收、5路发送串行通信接口，最大数据传输速率可达250 kbps 。
该芯片的最大特点是，在串行口无数据输入的情况下，可以灵活的进行电源管理，即当FORCEON(13脚)为低电平、/FORCEOFF (14脚)为高电平时，Auto-Powerdown Plus 功能有效。
在正常运行模式下，约30秒事件内若芯片在接收和发送引脚没有检测到有效信号，将自动进入Powerdown 模式，此时耗电1uA 。
如果FORCEON 和/FORCEOFF 引脚均为高电平，那么Auto-Powerdown Plus 功能失效。
在Auto-Powerdown Plus 功能有效的时，如果检测到接收或发送引脚有信号输入，该芯片自动被激活，转入正常工作状态。
如果任一接收通道的输入电压高于2.7V 或小于-2.7V ，或者位于-0.3V ～0.3V 的时间小于30uS ，则/INVALID(15脚)引脚为高电平(数据有效)。
如果所有接收通道的输入电压位于-0.3V ～0.3V 的时间大于30uS ，则/INVALID(15脚)引脚为低电平(数据无效)。
表1 输出控制真值表
该芯片的以上特性，满足了TC35作为移动终端的3路接收、5路发送电路连接要求。
在MAX3238与ZIF 连接器相应引
FORCEON /FORCEOFF Auto-
PowerdownPlus OPERATION STATUS T_OUT R_OUT R1OUTB
×
0×Powerdown(Forced Off)High-Z High-Z Active 1
1×Normal Operation(Forced On)Active Active Active 01<30s Normal Operation(Auto-
Powerdown Plus)Active Active Active
01>30s Powerdown(Auto-Powerdown
Plus)Active Active Active
脚连接时，要注意发送、接收引脚连接正确。
MAX3238还需要连接4个0.1uF的电容配合，才能完成电平转换功能。
TC35模块通过RS-232接口各引脚输出的信号有RxD0、CTS0、DSR0、DCD0、RING0，输入的信号为TxD0、RTS0、DTR0。
由于TC35的接口电路使用了9针串口的全部引脚，使TC35可以获得DTR0、DSR0、DCD0和RING0控制信号。
信号RING0用来向蜂窝设备指示接收到Unsolicited Result Code (URC)。
通过AT指令，可以设置TC35的不同运行模式。
3.3 语音通信电路
由于TC35的GSM基带处理器内集成了音频滤波、ADC、DAC、语音合成等部分，所以模块语音接口的外围电路连接相对简单。
TC35有两个语音接口，每个接口均有模拟麦克输入和模拟耳机输出。
为了适合不同的外设，模块共有6种语音模式，可通过指令AT^SNFS选择。
第一个语音接口的默认配置为Votronic HH-SI-30.3/V1.1/0手持话筒，语音模式为1(默认)、4、5，其中模式1参数固定。
第二个语音接口为头戴式耳机和麦克设置，语音模式为2、3、6。
为了防止从麦克风和耳机导线引入高频干扰，影响TC35的正常运行。
设计电路时，在麦克风、耳机、以及手持听筒的插孔处都接有电感。
此外，考虑到静电保护的因素，所有语音信号输入端都通过电容与GND耦合。
3.4 SIM卡电路
基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。
为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。
在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。
当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。
但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路时将引脚CCIN与CCVCC相连。
在设计中为SIM卡布线时，发现了一个值得引起注意问题：如果将SIM卡的第四脚CCGND直接与印刷电路板的GND相连，不作任何信号的隔离保护，则通话时音量很小。
考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素，为了达到最佳的通话效果，采用在SIM支架下，即印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网，该层敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连，CCGND和电路板的GND之间通过两个并联的电容和电感耦合。
此举为SIM卡构成了一个隔离地，屏蔽了其他信号线对SIM卡的干扰。
再进行语音通话时，话音清晰。
4. 结束语
由Siemens公司的GSM模块TC35及其外围电路构成的移动终端，可以很好的完成短消息收发、数据和语音通信。
该移动终端结合Rockwell公司的Jupiter GPS OEM板，并由单片机控制而组成的车载移动单元，可以很好的完成利用GSM短消息传送车辆定位信息的工作。
参考文献
1 Siemens TC35/TC37 Hardware Interface Description Vision 04.00, 2002.5.29
2 Cellular Engine TC35 Audio Interface Vision 02.00, 2001.11.21
3 GSM11.11 Vision 6.2.0, 1999.5
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