手机工作原理介绍
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2. 作为CPU副时钟用于开机 3. 作为睡眠时钟节省手机的功耗. 系统时钟的作用：(13MHz or 19.2MHz） 1. 给CPU提供的主频﹐用于手机的开关机
2. 作为手机锁相环的参考时钟﹐使手机能严格地与 基站之间保持同步。
25
常用专业名词
3GPP DSP 数字信号处理 GMSK 高斯滤波最小频移键控 WCDMA 宽频带码分多址 IMEI 国际移动设备识别码 AGC 自動增益控製 TD-SCDMA 时分同步码分多址 GPRS 通用分组无线业务 EDGE 增强型数据速率GSM 演进技术 ADC 模拟/数字转换器 ARFCH 绝对射频信道 USB 通用串行总线 LNA 低噪声放大器 AMPS 高级移動電話系統 LDO 低压差线性稳压器 I 2C 内部集成电路总线 GPIO 通用输入/输出总线 第三代合作伙伴计划
16
逻辑信道
广播信道 BCH
频率较正 信道FCCH 同步信道 SCH 广播控制 信道BCCH 寻呼信道 PCH 公用控制 信道CCCH
（下行） （下行） （下行） （下行）
控制信道 CH
准许接入信道 （下行） AGCH 随机接入信道 （上行） RACH 独立专用控制 （上/下行） 信道SDCCH
信道分类
下面以DELL手机为例介绍一下逻辑电路的开机步骤。
23
Power on sequence
X601
4
VBATT VBAT
32.768KHz
U1906
1
Camera module
2
V_BUCK3
U901
（PMIC）
8
3 V_LDO_RTC 5MICCO_RESET_IN 6 NBATT_FLT 7 SYS_EN 9 VCC_MVT 10
14
Summary of Multiple Access
FDMA power
TDMA power
CDMA power
15
物理信道
GSM 系统信道分类
为便于系统控制，我们将上/下行频带中分割出的成对的 上/下行频带按照 数字编号，称为物理信道。相应的信道编号称为ARFCN（Absoluteness RF C hannel Number）——绝对射频信道号。一个ARFCN对应着一对上行和下行信 道，这称为GSM系统中的物理信道。 在所有GSM系统中，信道的频率间隔均为200kHz。 GSM850系统的ARFCN为128-251，CH128上行的中心频率为824.2MHz，ARFCN为 n的上行信道的中心频率 fn=f1+(n-1)200kHz。对应的下行信道中心频率需 要加上双工间隔频率，GSM850为45MHz。 GSM900系统的ARFCN为975-1023和0-124，CH975上行信道的中心频率为880.2 MHz，CH0的上行信道的中心频率为890MHz。 DCS系统的ARFCN为512~885，CH512的上行中心频率为1710.2MHz。 PCS系统的ARFCN为512~810，CH512的上行中心频率为1850.2MHz。 需要说明的是DCS和PCS的ARFCN有很多是重合的，这是因为PCS系统仅限于北 美使用，而北美没有DCS系统，也就是说DCS和PCS系统不可能在同一地区存 在，所以ARFCN也就能够重合。
话音业务 宽带业务
5
1G 2G
1G－模拟蜂窝（FDMA） 话音通信
主要系统：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它 2G－数字蜂窝（TDMA、CDMA） 话音通信、低速数据通信：9.6 kbps 主要系统：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDC 2.5G－数据通信（TDMA、CDMA）
20
超外差一次变频接收机框图
天线
RX VCO
射频滤波 器
低噪声放 大器
射频滤波 器
混频器
语音处理
解调电路
中频放大 器
中频滤波 器
受话器
IF VCO
21
发射机结构框图
天线
功率放 大器
发射前 置放大
I/Q 调制
数字语 音处理
发射音 频拾取
发射 射频 处理
分频
RX VCO
22
逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路 与语音处理电路两大部分，它完成手机各电路的控制及 数字与语音信号的处理。逻辑电路部分通常是由中央处 理器(CPU)或被称为ASIC(专用应用集成电路)的器件， 为中心的电路构成。在该电路中,还包含各种存储器电 路：SRAM、EEPROM及FLASH电路,这些存储器在手机电路 中起着不同的作用。
3
典型的移动通信系统
集群通信---警察、出租车调度
蜂窝移动电话---车载、手持机
无线寻呼---数显、汉显、双向 无绳电话---家用、公共无线接入点 卫星移动通信---铱、全球星等 无线局域网(WLAN)---802.11、UWB
个人无线接入系统(WPAN/WVAN)
固定无线接入系统(WMAN)---LMDS
专用控制 信道DCCH 业务信道 TCH
慢速辅助控制 （上/下行） 信道SACCH 快速辅助控制 （上/下行） 信道FACCH
17
GSM数字蜂窝移动电话机原理
移动终端原理框图
18
手机话音通信包含以下几个步骤：
1.人的声音通过麦克风转化成模拟的话音信号； 2.模拟的话音信号转换成数字信号； 3.数字信号转换成射频信号； 4.射频信号通过电磁波进行传输； 5.在接收端将射频信号转换成数字信号； 6.数字信号被还原成模拟的话音信号； 7.模拟的话音信号通过扬声器转化成人能听到的声音。
Distance
0
Distance
12
MS2
d2
BS d1 MS1
功率控制
一个小区中的手机用户可能有很多，当许多用户同时 与基站进行通信的时候，如果发射功率都相同，离基 站近的用户会对离基站远的用户造成阻塞效应；而离 基站较近的用户用大功率发射时电池消耗也比较大， 所以基站必须能够对手机的发射功率进行调整，手机 也应该具备改变发射功率的能力。 GSM规范要求手机必须能够以2dB为单位调整发射功 率。GSM规定的手机发射功率分为5~19共15级，5级 功率等级为33dBm，5级以下的功率每级以2dB的差值 递减。DCS与PCS系统均设0~15共16级功率，最大功 率0级为30dBm，其它功率同样以2dB递减。
VLDO2/VCC_MEM V_LDO3
U401
（CPU）
VCC_VCTCXO
U303
10
VCC_IORF110 VCC_RX_TX GSM_VCC_ANALOG 26MHz
26MHz
U304
13MHz
24
手机实时时钟和系统时钟各自的作用
实时时钟的作用:（32.768KHz)
1. 显示时间和日期信息
6
3G
移动通信系统的组成
VLR/HLR BS BS BS
BSC
PHale Waihona Puke BaiduTN
MSC
BSC
BS BS NMMC MS
MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station , BSC: Base Station Controller
手机工作原理介绍
1
五光十色的通信世界
机场
W-LAN
通信中心 移动 长途台 互联网 住宅区
国际站 微波 市民 大厦
ICT 大厦
国家网
旅店
Enterprises
卫星 微波 网管 微波 网管
局域网
商业
互联网
微波
城域网
城域网
视频会议
通信中心
通信中心
2
何谓移动通信
通信的双 方或一方 处于移动 中的通信 就叫做移 动通信。 移动通信 解决了因 为人的移 动而产生 的动中通 问题。
8
区中的手机都可以与此基站进行通信。基站将对此小区 中手机的通信状态包括频率、功率、时序等参数进行控 制和管理，当手机移动到另外一个小区时，将在基站控 制下进行越区切换。 PSTN-公共交换电话网络 ，负责GSM网络与市话连接。
VLR –访问位置寄存器，VLR中存放着其控制区域内所
有拜访的移动用户信息。 HLR-归属位置寄存器， 是运营者用于管理移动用户的 数据库。存放着该HLR控制的所有移动用户的数据以及 每个移动用户的路由信息和状态信息。
11
何为远近效应？
移动通信是在运动过程 中进行的，移动台之间 会出现近处移动台干扰 远处移动台的现象，称 为远近效应。因此，一 般要求移动台的发射功 率具有自动调整的能 力，同时移动台的接收 机需要具有自动增益控 制的能力，当通信距离 迅速改变时能自动进行 信号调整。
MS2
BS
MS1
Received signal strength
19
数字手机从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、 射频系统、电源系统，3个部分。在手机中，这3个部分 相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各 项功能。 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频 接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能； 射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功 率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有 信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射 频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机 不能进入GSM网络。
9
公用移动通信系统为双向的无线通信系统， 由手机到网络的通信信号称为“Uplink——上 行”通信信号，简称为“TX”。从网络到手机 的通信信号称为“Downlink——下行”通信信 号。简称为“RX”。手机必须能够同时进行双 向的通信，所以上行和下行的射频信号不能在 同一个频率上进行传输。一般的，移动通信系 统的上行和下行信号分别位于互不重叠的两个 频率带中。
2.5G
话音通信、数据通信：115kbps / 144kbps / 153 kbps
主要系统：GPRS、cdma2000 1X 3G－多媒体数据通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA） 话音通信、数据通信、移动多媒体 ：2Mbps 主要系统：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMA
IP
7
MSC-移动交换中心：主要负责整个移动通信系统数据的 传输交换，网络管理以及与其他通信系统的联接等作用， 手机用户的身份确认与位置更新，通信的路由选择等系 统功能也需要MSC完成。
MS-移动台：即手机，用户通过手机来进行通信，手机 可以将用户的基带话音或数据信号转换成为能够传输的 射频信号并能够同时进行反方向的转换。 BSS-基站系统：包括BTS（基站台）与BSC（基站控制器） 基站系统负责将MSC与MS连接起来，基站需要同时具备 与MSC的固定的有线(或无线)联接方式和与MS的移动的 无线联接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，在这个小
13
多址方式
多个用户同时与一个系统进行通信的方式叫多址通信。多址 方式可以分为FDMA、TDMA和CDMA三种方式。 FDMA（Frequency Division Multiple Access）——频分多址 ：多个用户各自在互不相同频带上同时与系统进行通信。此种通 信方式多用于模拟通信系统。 TDMA（Time Division Multiple Access) ——时分多址：多 个用户在同一个频带上按顺序轮流与系统进行通信，在某一时刻 ，只有一个用户与系统进行通信。此种方式主要用于数字通信系 统。 CDMA（Code Division Multiple Access ）——码分多址：多 个用户在同一时间、同一频带内与系统进行通信，但各自发出的 信号编码互不相同，由系统识别各用户的通信内容。此种通信方 式也用于数字系统。
无线广播系统---DAB、DVB
4
移动通信的发展历程
第一代（1G) 上世纪 80年代 第二代（2G) 上世纪 90年代 第三代（3G) 本世纪初期
模拟
数字
(l)
IMT-2000
AMPS
数字技术 模拟技术 TACS NMT 其它
GSM CDMA IS95 TDMA IS-136 PDC UMTS WCDMA cdma 2000 TDSCDMA
10
频带分配
GSM850系统的上行频带分配为824MHz~849MHz；下行频 带为869MHz~894MHz，对于一个通信信道，收发双工间 隔为45MHz。 GSM900系统的上行频带分配为880MHz~915MHz；下行频 带为925MHz~960MHz，对于一个通信信道，收发双工间 隔为45MHz。 DCS系统的上行频带分配为1710MHz~1785MHz；下行频 带为1805MHz~1880MHz，收发双工间隔为95MHz。 PCS系统的上行频带分配为1850MHz~1910MHz；下行频 带为1930MHz~1990MHz，收发双工间隔为85MHz。
2. 作为手机锁相环的参考时钟﹐使手机能严格地与 基站之间保持同步。
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常用专业名词
3GPP DSP 数字信号处理 GMSK 高斯滤波最小频移键控 WCDMA 宽频带码分多址 IMEI 国际移动设备识别码 AGC 自動增益控製 TD-SCDMA 时分同步码分多址 GPRS 通用分组无线业务 EDGE 增强型数据速率GSM 演进技术 ADC 模拟/数字转换器 ARFCH 绝对射频信道 USB 通用串行总线 LNA 低噪声放大器 AMPS 高级移動電話系統 LDO 低压差线性稳压器 I 2C 内部集成电路总线 GPIO 通用输入/输出总线 第三代合作伙伴计划
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逻辑信道
广播信道 BCH
频率较正 信道FCCH 同步信道 SCH 广播控制 信道BCCH 寻呼信道 PCH 公用控制 信道CCCH
（下行） （下行） （下行） （下行）
控制信道 CH
准许接入信道 （下行） AGCH 随机接入信道 （上行） RACH 独立专用控制 （上/下行） 信道SDCCH
信道分类
下面以DELL手机为例介绍一下逻辑电路的开机步骤。
23
Power on sequence
X601
4
VBATT VBAT
32.768KHz
U1906
1
Camera module
2
V_BUCK3
U901
（PMIC）
8
3 V_LDO_RTC 5MICCO_RESET_IN 6 NBATT_FLT 7 SYS_EN 9 VCC_MVT 10
14
Summary of Multiple Access
FDMA power
TDMA power
CDMA power
15
物理信道
GSM 系统信道分类
为便于系统控制，我们将上/下行频带中分割出的成对的 上/下行频带按照 数字编号，称为物理信道。相应的信道编号称为ARFCN（Absoluteness RF C hannel Number）——绝对射频信道号。一个ARFCN对应着一对上行和下行信 道，这称为GSM系统中的物理信道。 在所有GSM系统中，信道的频率间隔均为200kHz。 GSM850系统的ARFCN为128-251，CH128上行的中心频率为824.2MHz，ARFCN为 n的上行信道的中心频率 fn=f1+(n-1)200kHz。对应的下行信道中心频率需 要加上双工间隔频率，GSM850为45MHz。 GSM900系统的ARFCN为975-1023和0-124，CH975上行信道的中心频率为880.2 MHz，CH0的上行信道的中心频率为890MHz。 DCS系统的ARFCN为512~885，CH512的上行中心频率为1710.2MHz。 PCS系统的ARFCN为512~810，CH512的上行中心频率为1850.2MHz。 需要说明的是DCS和PCS的ARFCN有很多是重合的，这是因为PCS系统仅限于北 美使用，而北美没有DCS系统，也就是说DCS和PCS系统不可能在同一地区存 在，所以ARFCN也就能够重合。
话音业务 宽带业务
5
1G 2G
1G－模拟蜂窝（FDMA） 话音通信
主要系统：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它 2G－数字蜂窝（TDMA、CDMA） 话音通信、低速数据通信：9.6 kbps 主要系统：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDC 2.5G－数据通信（TDMA、CDMA）
20
超外差一次变频接收机框图
天线
RX VCO
射频滤波 器
低噪声放 大器
射频滤波 器
混频器
语音处理
解调电路
中频放大 器
中频滤波 器
受话器
IF VCO
21
发射机结构框图
天线
功率放 大器
发射前 置放大
I/Q 调制
数字语 音处理
发射音 频拾取
发射 射频 处理
分频
RX VCO
22
逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路 与语音处理电路两大部分，它完成手机各电路的控制及 数字与语音信号的处理。逻辑电路部分通常是由中央处 理器(CPU)或被称为ASIC(专用应用集成电路)的器件， 为中心的电路构成。在该电路中,还包含各种存储器电 路：SRAM、EEPROM及FLASH电路,这些存储器在手机电路 中起着不同的作用。
3
典型的移动通信系统
集群通信---警察、出租车调度
蜂窝移动电话---车载、手持机
无线寻呼---数显、汉显、双向 无绳电话---家用、公共无线接入点 卫星移动通信---铱、全球星等 无线局域网(WLAN)---802.11、UWB
个人无线接入系统(WPAN/WVAN)
固定无线接入系统(WMAN)---LMDS
专用控制 信道DCCH 业务信道 TCH
慢速辅助控制 （上/下行） 信道SACCH 快速辅助控制 （上/下行） 信道FACCH
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GSM数字蜂窝移动电话机原理
移动终端原理框图
18
手机话音通信包含以下几个步骤：
1.人的声音通过麦克风转化成模拟的话音信号； 2.模拟的话音信号转换成数字信号； 3.数字信号转换成射频信号； 4.射频信号通过电磁波进行传输； 5.在接收端将射频信号转换成数字信号； 6.数字信号被还原成模拟的话音信号； 7.模拟的话音信号通过扬声器转化成人能听到的声音。
Distance
0
Distance
12
MS2
d2
BS d1 MS1
功率控制
一个小区中的手机用户可能有很多，当许多用户同时 与基站进行通信的时候，如果发射功率都相同，离基 站近的用户会对离基站远的用户造成阻塞效应；而离 基站较近的用户用大功率发射时电池消耗也比较大， 所以基站必须能够对手机的发射功率进行调整，手机 也应该具备改变发射功率的能力。 GSM规范要求手机必须能够以2dB为单位调整发射功 率。GSM规定的手机发射功率分为5~19共15级，5级 功率等级为33dBm，5级以下的功率每级以2dB的差值 递减。DCS与PCS系统均设0~15共16级功率，最大功 率0级为30dBm，其它功率同样以2dB递减。
VLDO2/VCC_MEM V_LDO3
U401
（CPU）
VCC_VCTCXO
U303
10
VCC_IORF110 VCC_RX_TX GSM_VCC_ANALOG 26MHz
26MHz
U304
13MHz
24
手机实时时钟和系统时钟各自的作用
实时时钟的作用:（32.768KHz)
1. 显示时间和日期信息
6
3G
移动通信系统的组成
VLR/HLR BS BS BS
BSC
PHale Waihona Puke BaiduTN
MSC
BSC
BS BS NMMC MS
MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station , BSC: Base Station Controller
手机工作原理介绍
1
五光十色的通信世界
机场
W-LAN
通信中心 移动 长途台 互联网 住宅区
国际站 微波 市民 大厦
ICT 大厦
国家网
旅店
Enterprises
卫星 微波 网管 微波 网管
局域网
商业
互联网
微波
城域网
城域网
视频会议
通信中心
通信中心
2
何谓移动通信
通信的双 方或一方 处于移动 中的通信 就叫做移 动通信。 移动通信 解决了因 为人的移 动而产生 的动中通 问题。
8
区中的手机都可以与此基站进行通信。基站将对此小区 中手机的通信状态包括频率、功率、时序等参数进行控 制和管理，当手机移动到另外一个小区时，将在基站控 制下进行越区切换。 PSTN-公共交换电话网络 ，负责GSM网络与市话连接。
VLR –访问位置寄存器，VLR中存放着其控制区域内所
有拜访的移动用户信息。 HLR-归属位置寄存器， 是运营者用于管理移动用户的 数据库。存放着该HLR控制的所有移动用户的数据以及 每个移动用户的路由信息和状态信息。
11
何为远近效应？
移动通信是在运动过程 中进行的，移动台之间 会出现近处移动台干扰 远处移动台的现象，称 为远近效应。因此，一 般要求移动台的发射功 率具有自动调整的能 力，同时移动台的接收 机需要具有自动增益控 制的能力，当通信距离 迅速改变时能自动进行 信号调整。
MS2
BS
MS1
Received signal strength
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数字手机从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、 射频系统、电源系统，3个部分。在手机中，这3个部分 相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各 项功能。 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频 接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能； 射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功 率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有 信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射 频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机 不能进入GSM网络。
9
公用移动通信系统为双向的无线通信系统， 由手机到网络的通信信号称为“Uplink——上 行”通信信号，简称为“TX”。从网络到手机 的通信信号称为“Downlink——下行”通信信 号。简称为“RX”。手机必须能够同时进行双 向的通信，所以上行和下行的射频信号不能在 同一个频率上进行传输。一般的，移动通信系 统的上行和下行信号分别位于互不重叠的两个 频率带中。
2.5G
话音通信、数据通信：115kbps / 144kbps / 153 kbps
主要系统：GPRS、cdma2000 1X 3G－多媒体数据通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA） 话音通信、数据通信、移动多媒体 ：2Mbps 主要系统：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMA
IP
7
MSC-移动交换中心：主要负责整个移动通信系统数据的 传输交换，网络管理以及与其他通信系统的联接等作用， 手机用户的身份确认与位置更新，通信的路由选择等系 统功能也需要MSC完成。
MS-移动台：即手机，用户通过手机来进行通信，手机 可以将用户的基带话音或数据信号转换成为能够传输的 射频信号并能够同时进行反方向的转换。 BSS-基站系统：包括BTS（基站台）与BSC（基站控制器） 基站系统负责将MSC与MS连接起来，基站需要同时具备 与MSC的固定的有线(或无线)联接方式和与MS的移动的 无线联接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，在这个小
13
多址方式
多个用户同时与一个系统进行通信的方式叫多址通信。多址 方式可以分为FDMA、TDMA和CDMA三种方式。 FDMA（Frequency Division Multiple Access）——频分多址 ：多个用户各自在互不相同频带上同时与系统进行通信。此种通 信方式多用于模拟通信系统。 TDMA（Time Division Multiple Access) ——时分多址：多 个用户在同一个频带上按顺序轮流与系统进行通信，在某一时刻 ，只有一个用户与系统进行通信。此种方式主要用于数字通信系 统。 CDMA（Code Division Multiple Access ）——码分多址：多 个用户在同一时间、同一频带内与系统进行通信，但各自发出的 信号编码互不相同，由系统识别各用户的通信内容。此种通信方 式也用于数字系统。
无线广播系统---DAB、DVB
4
移动通信的发展历程
第一代（1G) 上世纪 80年代 第二代（2G) 上世纪 90年代 第三代（3G) 本世纪初期
模拟
数字
(l)
IMT-2000
AMPS
数字技术 模拟技术 TACS NMT 其它
GSM CDMA IS95 TDMA IS-136 PDC UMTS WCDMA cdma 2000 TDSCDMA
10
频带分配
GSM850系统的上行频带分配为824MHz~849MHz；下行频 带为869MHz~894MHz，对于一个通信信道，收发双工间 隔为45MHz。 GSM900系统的上行频带分配为880MHz~915MHz；下行频 带为925MHz~960MHz，对于一个通信信道，收发双工间 隔为45MHz。 DCS系统的上行频带分配为1710MHz~1785MHz；下行频 带为1805MHz~1880MHz，收发双工间隔为95MHz。 PCS系统的上行频带分配为1850MHz~1910MHz；下行频 带为1930MHz~1990MHz，收发双工间隔为85MHz。