手机工作原理介绍

9
公用移动通信系统为双向的无线通信系统， 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 由手机到网络的通信信号称为“Uplink——上 通信信号，简称为“TX”。 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” ——下行 的通信信号称为“Downlink——下行”通信信 简称为“RX”。 号。简称为“RX”。手机必须能够同时进行双 向的通信， 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， 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。 频率带中。
10
频带分配
GSM850系统的上行频带分配为824MHz~849MHz； GSM850系统的上行频带分配为824MHz~849MHz；下行频 系统的上行频带分配为824MHz~849MHz 带为869MHz~894MHz 对于一个通信信道， 869MHz~894MHz， 带为869MHz~894MHz，对于一个通信信道，收发双工间 隔为45MHz 45MHz。 隔为45MHz。 GSM900系统的上行频带分配为880MHz~915MHz； GSM900系统的上行频带分配为880MHz~915MHz；下行频 系统的上行频带分配为880MHz~915MHz 带为925MHz~960MHz 对于一个通信信道， 925MHz~960MHz， 带为925MHz~960MHz，对于一个通信信道，收发双工间 隔为45MHz 45MHz。 隔为45MHz。 DCS系统的上行频带分配为1710MHz~1785MHz； DCS系统的上行频带分配为1710MHz~1785MHz；下行频 系统的上行频带分配为1710MHz~1785MHz 带为1805MHz~1880MHz 收发双工间隔为95MHz 1805MHz~1880MHz， 95MHz。 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； PCS系统的上行频带分配为1850MHz~1910MHz；下行频 系统的上行频带分配为1850MHz~1910MHz 带为1930MHz~1990MHz 收发双工间隔为85MHz 1930MHz~1990MHz， 85MHz。 带为1930MHz~1990MHz，收发双工间隔为85MHz。
3
典型的移动通信系统
集群通信---警察、 集群通信 警察、出租车调度 警察 蜂窝移动电话---车载、 蜂窝移动电话 车载、手持机 车载 无线寻呼---数显、汉显、 无线寻呼 数显、汉显、双向 数显 无绳电话---家用、 无绳电话 家用、公共无线接入点 家用 卫星移动通信---铱 卫星移动通信 铱、全球星等 无线局域网(WLAN)---802.11、UWB 、 无线局域网 个人无线接入系统(WPAN/WVAN) 个人无线接入系统 固定无线接入系统(WMAN)---LMDS 固定无线接入系统 无线广播系统---DAB、DVB 、 无线广播系统
Summary of Multiple AcceLeabharlann Baidus
FDMA power
TDMA power
CDMA power
15
GSM 系统信道分类
物理信道
为便于系统控制，我们将上/ 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 ARFCN（ 数字编号，称为物理信道。相应的信道编号称为ARFCN（Absoluteness RF C Number）——绝对射频信道号 一个ARFCN 绝对射频信道号。 ARFCN对应着一对上行和下行信 hannel Number）——绝对射频信道号。一个ARFCN对应着一对上行和下行信 这称为GSM系统中的物理信道。 GSM系统中的物理信道 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 GSM系统中 200kHz。 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 系统的ARFCN 上行的中心频率为824.2MHz GSM850系统的ARFCN为128-251，CH128上行的中心频率为824.2MHz，ARFCN为 fn=f1+(n-1)×200kHz。 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。 要加上双工间隔频率，GSM850为45MHz。 GSM900系统的ARFCN为975-1023和 124，CH975上行信道的中心频率为 系统的ARFCN 上行信道的中心频率为880.2 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。 的上行信道的中心频率为890MHz 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。 系统的ARFCN 的上行中心频率为1710.2MHz 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。 系统的ARFCN 的上行中心频率为1850.2MHz 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 PCS的ARFCN有很多是重合的 这是因为PCS DCS和 有很多是重合的， PCS系统仅限于北 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 PCS系统不可能在同一地区存 DCS系统 DCS和 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 所以ARFCN也就能够重合。 ARFCN也就能够重合 在，所以ARFCN也就能够重合。
BSC
PSTN
MSC
BSC
BS BS NMMC MS
MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station , BSC: Base Station Controller
IP
7
MSC-移动交换中心： 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， 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， 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。 MSC完成 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， 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。 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） BSS-基站系统：包括BTS（基站台） BSC（基站控制器） BTS 基站系统负责将MSC MS连接起来 MSC与 连接起来， 基站系统负责将MSC与MS连接起来，基站需要同时具备 MSC的固定的有线 或无线)联接方式和与MS 的固定的有线( MS的移动的 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， 无线联接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，在这个小
话音业务 话音业务 话音业务 话音业务 宽带业务
TACS NMT 其它
5
1G 2G
1G－模拟蜂窝（FDMA） －模拟蜂窝（ ） 话音通信 主要系统：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它 主要系统： 、 、 、 、 2G－数字蜂窝（TDMA、CDMA） －数字蜂窝（ 、 ） 话音通信、低速数据通信： 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 主要系统： 、 、 、 2.5G－数据通信（TDMA、CDMA） －数据通信（ 、 ） 话音通信、数据通信： 话音通信、数据通信：115kbps / 144kbps / 153 kbps 主要系统： 主要系统：GPRS、cdma2000 1X 、
11
何为远近效应？ 何为远近效应？
移动通信是在运动过程 中进行的， 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， 远处移动台的现象，称 为远近效应。因此， 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， 制的能力，当通信距离 迅速改变时能自动进行 信号调整。 信号调整。
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、 三种方式。 方式可以分为FDMA、TDMA和CDMA三种方式。 FDMA（ Access）——频分多址 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。 ：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。 信方式多用于模拟通信系统。 TDMA（ ——时分多址 时分多址： 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， 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。 ，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（ Access）——码分多址 码分多址： 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， 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。 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。 式也用于数字系统。 14
8
区中的手机都可以与此基站进行通信。 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、 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 制和管理，当手机移动到另外一个小区时， 制下进行越区切换。 制下进行越区切换。 PSTN负责GSM网络与市话连接。 GSM网络与市话连接 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 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。 有拜访的移动用户信息。 HLR-归属位置寄存器， 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 数据库。存放着该HLR控制的所有移动用户的数据以及 HLR 每个移动用户的路由信息和状态信息。 每个移动用户的路由信息和状态信息。
手机工作原理介绍
1
五光十色的通信世界 五光十色的通信世界 通信
通信中心 机场 移动
W-LAN
长途台
互联网 国际站 微波 市民 大厦
ICT 大厦
住宅区
国家网
旅店 商业 微波
Enterprises
卫星 局域网 互联网 微波 网管
城域网
城域网
微波 网管 通信中心
视频会议 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。 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。 问题。
MS2
BS
MS1
Received signal strength
Distance MS2 d2
0
Distance
12
BS d1 MS1
功率控制
一个小区中的手机用户可能有很多， 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 与基站进行通信的时候，如果发射功率都相同， 站近的用户会对离基站远的用户造成阻塞效应； 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， 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， 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。 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 规范要求手机必须能够以2dB为单位调整发射功 规范要求手机必须能够以 为单位调整发射功 规定的手机发射功率分为5~19共15级，5级 率。GSM规定的手机发射功率分为 规定的手机发射功率分为 共 级 级 功率等级为33dBm，5级以下的功率每级以 级以下的功率每级以2dB的差值 功率等级为 ， 级以下的功率每级以 的差值 递减。 系统均设0~15共16级功率，最大功 级功率， 递减。DCS与PCS系统均设 与 系统均设 共 级功率 级为30dBm，其它功率同样以 递减。 率0级为 级为 ，其它功率同样以2dB递减。 递减
4
移动通信的发展历程
第一代（1G) 第一代（ ) 上世纪 80年代 年代 第二代（2G) 第二代（ ) 上世纪 90年代 年代 第三代（3G) 第三代（ ) 本世纪初期
模拟
数字
(l)
IMT-2000
AMPS 数字技术 数字技术 数字技术 数字技术 模拟技术 模拟技术 模拟技术
GSM CDMA IS95 TDMA IS-136 PDC UMTS WCDMA cdma 2000 TDSCDMA
2.5G
3G
3G－多媒体数据通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA） －多媒体数据通信（ 、 ） 话音通信、数据通信、 话音通信、数据通信、移动多媒体 ：2Mbps 主要系统：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMA 主要系统： 、 、
6
移动通信系统的组成
VLR/HLR BS BS BS