GSM-matkapuhelin

1. Tärkeimmät tekniset indikaattorit

1.1 Yleiset ominaisuusilmaisimet

Massani matkapuhelimien yleisesti käyttämät taajuuskaistat sisältävät pääasiassa CDMA1X- ja 800 MHz:n taajuuskaistat, jotka ovat CDMA-matkapuhelimien käytössä. GSM-matkapuhelinten käyttämät 900/1800 MHz taajuuskaistat; 900/1800 MHz:n taajuuskaistan GSM1X-kaksoistila; 1900/2000/2100 MHz:n taajuuskaista 3G:n käytössä.

Työtaajuus: GSMTx: 890～915MHz

Rx: 935～960 MHz

DCSTx: 1710–1785 MHz

Rx: 1805 - 1880 MHz

PCSTx: 1850,2-1909,8MHz

Rx: 1930,2 - 1989,8 MHz

Taajuusvirhe: ±0,1×f₀×10

Käyttölämpötila: -10～+55°C

Viitetaajuuden lähde: VCTCXO13MHz

1.1.1GSM-kaksoistaajuus

GSM-matkapuhelinten käyttämät taajuuskaistat Kiinassa ovat pääasiassa 900 MHz ja 1800 MHz. Itse asiassa 1800MHZ johtuu myös matkapuhelimen käyttäjien määrän nopeasta kasvusta, joka on aiheuttanut matkaviestinverkkojärjestelmän ylikuormituksen ja lopulta aiheuttanut matkapuhelimen alttiuden häiriöille, kuten puheluiden katkeamiselle. , ylikuuluminen, huono äänenlaatu ja vaikeudet päästä Internetiin. Ilmiö. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi yhä useammat matkapuhelinoperaattorit ja valmistajat alkavat ymmärtää tämän ongelman ratkaisemisen kiireellisyyden ja jatkavat asianmukaisten toimenpiteiden toteuttamista matkapuhelinverkkojärjestelmän laajentamiseksi edelleen, joten syntyi GSM1800Mhz, joka tunnetaan myös nimellä DCS1800:na (Digital Cellular System) sen ulkonäkö tekee GSM900- ja 1800-pohjaisista kaksitaajuisista verkoista todellisuutta.

Käyttämällä GSM900/GSM1800-kaksikaistaista matkapuhelinta käyttäjät voivat vaihtaa vapaasti GSM900:n ja GSM1800:n välillä, mikä voi tehokkaasti välttää puhelujen katkeamisen, vaikeiden puheluiden ja huonon äänenlaadun aiheuttamat ongelmat. Verrattuna aikaisempiin puheluihin vain GSM900-verkkoa käyttämällä Kätevämpi.

1.1.2GSM-kolmitaajuus

Ns. "kolmikaistainen" sisältää kolme työtaajuutta, nämä kolme työtaajuutta ovat GSM900Mhz, DCS1800Mhz ja PCS1900Mhz ja niin edelleen, niin sanottu "kolmikaistainen matkapuhelin" tarkoittaa, että matkapuhelin voi vastaanottaa kolmen taajuuskaistan GSM900M, DCS1800Mhz ja PCS1900Mhz signaalit samanaikaisesti ja valitse niistä. Jos kyseisen taajuuskaistan signaali on voimakas, valitaan tukiaseman signaali. Jos jompaakumpaa niistä ei voida yhdistää, voit vapaasti vaihtaa toisen taajuuskaistan signaaliin. Se itse asiassa lisää matkapuhelimen yhteysnopeutta. Joillakin alueilla, joilla matkapuhelinten käyttäjät ovat suhteellisen keskittyneitä, on erityisen sopivaa käyttää kolmikaistaisia ​​matkapuhelimia, koska kolmikaistaiset matkapuhelimet voivat vaihtaa joustavasti GSM900, DCS1800 ja PCS1900 välillä, jotta puhelut ja puhelun laatu säilyvät aina jatkuvana. PCS1900 megaverkko on verkkosegmentti, jota käytetään yleisesti viestintäverkkojen alalla Pohjois-Amerikassa (Yhdysvallat, Kanada) ja Euroopan maissa.

Koska kolmitaajuusmatkapuhelimet voivat toimia kolmessa verkkosegmentissä eri taajuuksilla samanaikaisesti, kolmitaajuusmatkapuhelimilla on epäilemättä näiden kolmen verkon ominaisuudet. Teknisestä näkökulmasta korkean taajuuskaistan vuoksi GSM1800:lla on vahva signaalinläpäisykyky, joten se voi tarjota hyvän puhelun laadun ja viestintäpeiton monimutkaisessa ympäristössä, jossa on korkeita rakennuksia; kun taas PCS1900-kanava on Pohjois-Amerikassa (Yhdysvallat, Kanada) ja Euroopan alueella on hyvät viestintäominaisuudet, mikä epäilemättä tarjoaa usein mantereiden välillä matkustaville tarvitsemansa palvelut.

Operaattoreille kolmikaistaisen verkon rakentaminen on täysin helpottanut GSM900:n taajuuskaista- ja kapasiteettiongelmia, mikä on optimoinut verkkoa entisestään ja lieventänyt tehokkaasti kuormituspisteiden huippuliikennettä. Yhteysnopeus on korkeampi, mikä lisää huomattavasti liiketoiminnan volyymia.

1.2 Lähettimen suorituskykyilmaisimet

Maksimilähetysteho: GSM: 33±2dBm

DCS: 30±2dBm

Kpl: 30 ± 2dBm

Keskimääräinen neliövaihevirhe: <5°

Huippuvaihevirhe: <20°

(3) Vastaanottimen suorituskykyindeksi

Vastaanoton referenssiherkkyys: -102 dBm

Bittivirheprosentti (luokkaⅡRBER): 2 %

(4) Virtalähde

Nimelliskäyttöjännite: 3,0 ～ 4,2 V

Kutsuvirta: keskiarvo ﹤250 mA

Odotusvirta: 3～10mA

Akku: Yleisesti käytettyjä akkuja ovat nikkelimetallihydridiakut, litiumioniakut ja litiumpolymeeriakut.

1.3-järjestelmä

GSM-järjestelmässä on useita tärkeitä ominaisuuksia: hyvä varkaudenesto-kopiointiominaisuus, suuri verkkokapasiteetti, runsaat matkapuhelinnumeroresurssit, selkeät puhelut, vahva vakaus, häiriönkestävyys ja arkaluontoiset tiedot , Vähemmän kuollutta tilaa puheluille, matkapuhelimien alhainen virrankulutus. Kaksi tärkeintä GSM-järjestelmää maailmassa ovat GSM900 ja GSM1800. Eri taajuuksien vuoksi sovellettavat matkapuhelimet eivät ole samoja. Ensimmäinen kehittyi aikaisemmin ja käytti enemmän maita, kun taas jälkimmäinen kehittyi myöhemmin ja käytti vähemmän maita. Fyysisten ominaisuuksien osalta ensimmäisellä on pienempi taajuusspektri, pidempi aallonpituus ja huono läpäisy, mutta sen lähetysetäisyys on pidempi, kun taas matkapuhelimilla on vahvempi lähetysteho ja suurempi virrankulutus, joten valmiusaika on lyhyempi; kun taas jälkimmäisellä on pidempi spektri. Korkea, lyhyt aallonpituus, hyvä läpäisy, mutta lähetysetäisyys on lyhyt, sen matkapuhelimen lähetysteho on pieni ja valmiusaika vastaavasti pidempi.

2. Perusominaisuudet

① Taajuuskaista: Kaksikaistaisten matkapuhelinten käyttäjät voivat automaattisesti vaihtaa GSM900MHz:n ja DCS1800MHz:n taajuuskaistan verkkoalueiden välillä, ja kolmikaistaisten matkapuhelinten käyttäjät voivat myös valita PCS1900MHz:n taajuuskaistan Pohjois-Amerikassa.

②Tukee GPRS:ää.

③Näyttö: yksi näyttö, kaksi näyttöä.

④Kiinalainen syöttötapa: T9, Zi jne.

⑤Puhelinluettelo ja puhelutiedot: puhelinnumeroita voidaan tallentaa, siirtää ja kopioida puhelimen ja SIM-kortin välillä; voidaan etsiä nimen ja sijainnin mukaan; soitetut, vastatut ja vastaamattomat puhelut voidaan näyttää Numero.

⑥Saapuvien puhelujen muistutus: Eri saapuvat puhelut käyttävät eri ääniä ja eri saapuvat puhelut käyttävät eri värisiä taustavaloja.

⑦Short message: Tukee tekstiviestejä ja laajennettuja lyhytsanomia (EMS), eli tukee tekstiviestien, yleislähetystekstien, tekstiviestipalvelun toimintoasetusten ja puhepostin syöttöä, tallennusta, lähettämistä ja vastaanottamista.

⑧Puhelujen hallinta: soittoajan muistutus, hätäpuhelu, puhelun laskutus, usean osapuolen puhelu, pidossa oleva puhelu, koputus, paikallisen numeron rajoituksen asettaminen, puhelu ja faksi, puhelun siirto, puhelun esto.

⑨Puhelimen asetukset: soittokoon asetus, SIM-kortin PIN1, PIN2-hallinta, puhelimen lukitus (4-8 numeroa), kellonajan ja päivämäärän asetus, verkon valinta, soittoääni, kielen valinta, värinävalinta, käännettävä kansi vastataksesi, automaattinen vastaus , mikä tahansa näppäinvastaus, matalajännitehälytys.

⑩Lisävarusteet: herätyskello, ajastinkytkin, maailmanaika, muistilehtiö, elektroninen sanakirja, laskin, ajastin, sekuntikello, peli.

Infrapunasiirto: voivat lähettää käyntikortteja tai tietoja toisilleen.

Siirry verkkoon.

STK: Tue kiinalaisen SIM-kortin lisäarvopalveluita.

MP3-soitin, radio, fyysinen kamera.

Tallennus, äänivalinta.

3. Matkapuhelinstandardit

Matkapuhelinstandardeja ovat pääasiassa GSM, CDMA ja 3G. Matkapuhelinten tulon jälkeen se on kokenut ensimmäisen sukupolven analogiset matkapuhelimet (1G) ja toisen sukupolven. Digitaaliset matkapuhelimet (2G), kuten GSM ja TDMA, 2,5 sukupolven matkaviestintekniikka CDMA ja kolmannen sukupolven matkaviestintekniikka 3G.

Analoginen verkko: Analogisen verkon signaalia moduloidaan analogisesti, ja sen analoginen sarja ottaa käyttöön taajuusjakoisen monipääsyn. (Matkaviestinnän määrittelemä taajuuskaista on 905-915MHZ ja jokainen 25KHZ on kanava, joka tukee käyttäjien paria puhumaan). Kiinan analoginen verkko on jaettu A-verkkoon (Motorola-laitteet) ja B-verkkoon (Ericsson-laitteet), ja nämä kaksi verkkoa ovat olleet yhteentoimivia.

Analogisen verkon signaalin vääristymä on pieni, joten äänenlaatua voidaan verrata langallisiin puhelimiin. Lisäksi aikaisemman rakentamisen ja täydellisen kattavuuden vuoksi useimmat maakuntatason kaupungit eri puolilla maata ovat kattaneet. Analogisen verkon haittana on, että kanavien määrä on suhteellisen pieni ja luottamuksellisuus huono.

Digitaalinen GSM-verkko: GSM: GSM (GlobalSystemForMobileCommunication) -verkko on maailmanlaajuinen matkaviestintäjärjestelmä, joka tunnetaan myös nimellä "Global Communication", ja monet yritykset ovat osallistuneet standardien muotoiluun. Digitaalisen GSM-matkaviestinjärjestelmän on suunnitellut suurista eurooppalaisista teleoperaattoreista ja valmistajista koostuva standardointikomitea, ja se kehitettiin solukkojärjestelmän pohjalta. Vuoden 1994 lopusta lähtien kotimaani on valmistautunut rakentamaan GSM-matkapuhelinverkkoa yli kymmeneen maakuntaan ja kaupunkiin. Sen kehitysvauhtia huokaa maailma. Digitaalinen GSM-verkko on kattanut yli 30 maakuntaa (aluetta, kaupunkia), yli 300 aluetta ja yli 2000. Maakunnat ja kaupungit, ja ne voivat vaeltaa yli 40 maan kanssa.

GSM käyttää digitaalista modulaatiotekniikkaa. Yksi sen keskeisistä teknologioista on aikajakoinen monikäyttö (jokainen käyttäjä valitsee kantoaaltotaajuuden tietyssä aikavälissä ja voi vastaanottaa tietoja vain tiettynä aikana). GSM-järjestelmässä on useita tärkeitä ominaisuuksia: hyvä varkaudenesto kopiointikyky, suuri verkkokapasiteetti, runsaat numeroresurssit, selkeät puhelut, vahva vakaus ja häiriönkestävyys, arkaluontoiset tiedot, vähemmän kuolleita kohtia puheluille ja matkapuhelimien alhainen virrankulutus. Siksi ääni on selkeää, luottamuksellisuus on helppoa ja tiedonsiirtopalveluita voidaan tarjota enemmän. GSM-verkon tukemien käyttäjien määrä on 1,8-2-kertainen analogiseen verkkoon verrattuna.

GSM:n nopean kehityksen vuoksi sen 900 MHz:n taajuuskaistan täyttymisen jälkeen GSM1800-taajuuskaista avattiin, ja matkapuhelin toimi useilla taajuusalueilla, kuten 900 MHz ja 1,8 GHz taajuusalueella sekä GSM1900 MHz.

GPRS: GPRS on englanninkielinen lyhenne sanoista GeneralPacketRadioService ja kiinaksi General Packet Radio Service. Se on GSM-järjestelmään perustuva langaton pakettikytkentätekniikka, joka tarjoaa päästä-päähän laajan alueen langattoman IP-yhteyden. Verrattuna alkuperäiseen GSM-dial-up-piirikytkentäiseen tiedonsiirtomenetelmään, GPRS on pakettikytkentäinen tekniikka, jonka edut ovat "reaaliaikainen online-tilassa", "maksu-as-you-go", "nopea sisäänkirjautuminen", "korkea". -nopeusvaihteisto" ja "vapaa kytkentä". Maallikon termein GPRS on nopea tiedonkäsittelytekniikka. Menetelmä on lähettää dataa käyttäjille "pakettien" muodossa. Vaikka GPRS on siirtymätekniikka siirryttäessä olemassa olevasta GSM-verkosta kolmannen sukupolven matkaviestintään, sillä on merkittäviä etuja monin tavoin.

"Ryhmitys"-tekniikan käytön ansiosta käyttäjät ovat suhteellisen vakaita Internetissä, mikä välttää tarpeettomia katkaisuja. Lisäksi tapa käyttää GPRS:ää Internetissä on erilainen kuin WAP. WAP:n käyttäminen Internetissä on kuin Internetin surffailu kotona. Ensin "puhelinverkkoyhteys" ja sitten et voi käyttää puhelinlinjaa samanaikaisesti. Samanaikaisesti. Teknisesti puheensiirto (eli puhelu) jatkaa GSM:n käyttöä, kun taas tiedonsiirto voi käyttää GPRS:ää. Tällä tavoin matkapuhelimien sovellus päivitetään korkeammalle tasolle. Lisäksi GPRS-teknologian kehittäminen on myös erittäin "taloudellista", koska sen tarvitsee vain käyttää olemassa olevaa GSM-verkkoa kehittämiseen. GPRS:llä on monia käyttötarkoituksia, kuten sähköpostien lähettäminen ja vastaanottaminen matkapuhelimilla sekä Internetin selaaminen.

TDMA: TDMA on lyhenne sanoista TimeDivisionMultipleAccess, joka on tekniikka, joka käyttää aikajakomultipleksointia langattomien digitaalisten palvelujen tarjoamiseen. Se edustaa digitaalista signaalinsiirtotekniikkaa matkapuhelinjärjestelmiin. TDMA jakaa radiotaajuuden useisiin aikaväleihin ja jakaa sitten nämä aikavälit useisiin puheluryhmiin. Tällä tavalla radio voi tukea useita datakanavia samanaikaisesti, ja tästä tekniikasta on tullut nykypäivän D-AMPS- ja SM-järjestelmien perusta.

4. Kokonaiskoostumus ja perustoimintaperiaate

4.1 GSM-matkapuhelimen rakenne

Kuva 1 esittää matkapuhelimen kokonaislohkokaavion. Matkapuhelin koostuu radiotaajuudesta, kantataajuudesta, se koostuu ohjelmistosta ja ihmisen ja koneen välisestä rajapinnasta.

4.2 GSM-matkapuhelimen toimintaperiaate

Seuraava on kuvattu viidessä osassa: radiotaajuus, kantataajuus, ihmisen ja koneen välinen rajapinta, ohjelmisto ja SIM-kortti.

4.2.1 Radiotaajuusyksikkö

Radiotaajuusyksikön koostumus on esitetty kuvassa 1.

Lähetin sekoittaa kantataajuusyksikön lähettämän moduloidun kantataajuisen signaalin taajuussyntetisaattorin generoimaan paikallisoskillaattorisignaaliin, muuntaa sen radiotaajuiseksi lähetystaajuudeksi ja vahvistaa moduloidun radiotaajuisen signaalin tarvittavaan tehoon tehovahvistimella. , Ja sitten syötetään matkapuhelimen antenniin duplekserin kautta lähetystä varten.

Matkapuhelimen vastaanotin lähettää tukiaseman lähettimestä antennilla vastaanotetun heikon moduloidun radiotaajuisen signaalin duplekserin kautta matalakohinaiseen vahvistimeen vahvistaakseen sen vaaditulle tasolle, ja taajuussyntetisaattori tuottaa Paikallisoskillaattorin signaali sekoitetaan , muunnetaan kantataajuussignaaliksi ja lähetetään kantataajuusyksikköön.

Taajuussyntetisaattori perustuu erittäin tarkkaan kideoskillaattoriin, ja se voi synteesitekniikan avulla luoda sarjan erittäin tarkkoja taajuuslähteitä tietyllä taajuusvälillä. Synteesi on kaksi tapaa: suora synteesi ja vaihelukittu silmukkasynteesi.

Duplexer on laite, joka mahdollistaa samanaikaisen lähetyksen ja vastaanoton samalla antennilla. Pohjimmiltaan se on joukko suodattimia, joilla estetään vahva signaali häiritsemästä vastaanotettua heikkoa signaalia. Varhaiset duplekserit Se on keraaminen kaksipuolinen suodatin, jolla on suurempi tilavuus. Matkapuhelimen koon pienentämiseksi tavallinen lähestymistapa on käyttää elektronista kytkintä sekä tarvittavaa TX-alipäästösuodatinta ja RX-SAW-suodatinta ja integroida se moduuliksi, joka toteuttaa duplex-kytkimen toiminnan.

Alla esitelty radiotaajuussuunnittelu on joukko radiotaajuuksien suunnittelumalleja, jotka soveltuvat GSM900/DCS1800-kaksitaajuisille matkapuhelimille. Se eroaa aiemmista matkapuhelinratkaisuista. Se käyttää nolla-IF-tekniikkaa eikä enää tarvitse välitaajuutta vastaanottaessaan. Suodattimet ovat erittäin hyödyllisiä matkapuhelimien koon ja kustannusten pienentämisessä. Radiotaajuusosan toimintaperiaate kuvataan lyhyesti alla.

a. Vastaanotin

Vastaanottimen periaate on esitetty kuvassa 2.

Tässä vastaanottimessa päätoiminnon täydentää nolla-IF-lähetin-vastaanotin (U4), joka sisältää matalakohinaisen GSM-vahvistimen (LNA) ja kaksi kvadratuurisekoitinta (GSM-taajuuskaista ja DCS-taajuusalue), paikallisoskillaattori. signaaligeneraattori ja kaksi aktiivista suodatinta.

Kun vastaanotin toimii, vastaanotettu signaali tulee etupään moduuliin antennin kautta (etupäämoduuli sisältää lähetin-vastaanottimen kytkimen, alipäästösuodattimen ja RX-suodattimen), ja sitten signaali lähetetään DCS:ään. kanavalle tai GSM-kanavalle. GSM-kanavalle vain etupäämoduulista lähetetyt GSM_RF ja GSM_RFB lähetetään U4:lle alasmuunnoskäsittelyä varten; DCS-taajuuskaistaa varten LNA (U2) ja BALUN (U3) on liitettävä etupään suodatetun signaalin muuntamiseksi DCS_RF:ksi ja DCS_RFB:ksi. Kaksipäinen balansoitu signaali lähetetään sitten U4:ään sekoittamista varten. Sen jälkeen kun järjestelmän taajuussyntetisaattorin generoima paikallisoskillaattorisignaali on jaettu U4:ään, se sekoitetaan vastaanotettuun signaaliin, jotta saadaan suoraan nollavälitaajuuden I- ja Q-signaalit. I- ja Q-signaalit suodatetaan alipäästösuodattimen läpi estohäiriöiden ja viereisten kanavien häiriöiden poistamiseksi. , Lähetetään kantataajuuspiirille demodulaatiokäsittelyä varten.

Ulkoinen LNA (U2) -jännitevahvistus, U4 sisäinen LNA, mikseri ja sisäinen kantataajuusvahvistin, kaikki voivat toteuttaa ohjelmoitavan vahvistuksen säädön (AGC) sarjaliitännän kautta.

GSM-matkapuhelimen AGC säätää vastaanottimen vahvistusta kantataajuuden havaitseman vastaanotetun signaalin voimakkuuden mukaan siten, että vastaanottimen lähettämän kantataajuuden signaalin huipusta huippuun -amplitudi pysyy vaaditussa arvossa. Vastaanottimen vaatimusten täyttämiseksi. AGC-ohjaussignaalin lähettää kantataajuusyksikkö.

b. Lähetin

Lähetin koostuu pääasiassa modulaatiosilmukasta, tehovahvistimesta (PA) ja etumoduulista. Modulaatiosilmukka on integroitu nolla-IF-lähetin-vastaanottimeen U4, joka sisältää kvadratuurimodulaattorin, taajuudenjakajan, nopean vaihe-taajuusilmaisimen ja alasmuuntosekoittimen, ja se täydentää lähetyksen yhdessä ulkoisen lähetysjännitteen kanssa. ohjattu oskillaattori (TXVCO) modulaatio.

Lähettimen periaate on esitetty kuvassa 3. Siirtopolun toimintaprosessi: kantataajuuspiiristä lähetetyt I- ja Q-signaalit tulevat U4:ään, U4 generoi kvadratuurimoduloidun IF-signaalin ja käyttää sitten siirtosilmukkatekniikkaa muuttaa signaali lopulliselle lähetystaajuudelle TXVCO:n kautta (GSM on 890 ~ ​​915 MHz, DCS on 1 710 ~ 1 785 MHz), ja sitten TXVCO:n RF-signaali lähetetään tehovahvistimeen (U7) vahvistusta varten ja lähetetään sitten etumoduuli (U1) suodatusta varten ja sitten antennin lähettämä. Koska TXVCO-ulostulospektri on hyvä, sen tarvitsee vain integroida alipäästösuodatin etupään moduuliin suodattaakseen pois lähetetyt harmoniset.

Yksinkertaisesti sanottuna siirtosilmukkatekniikka on vaihelukittu silmukka, jonka takaisinkytkentäsilmukassa on alas-muunnin, joka toimii seurantakaistanpäästösuodattimena, joka ei ainoastaan ​​lähetä alhaista kohinaa, vaan voi myös poistaa loisia. modulaatio.

U7:n tehonsäätö on suljetun silmukan ohjaus IC:n (U6) kautta. Toisaalta on välttämätöntä pitää lähtöteho vakaana jokaisessa työaikavälissä GSM-standardin vaatimusten täyttämiseksi. Toisaalta käytä kantataajuuden tehotason ohjaussignaalia TX_RAMP ohjaamaan matkapuhelimen lähtötehoa, mikä voidaan saavuttaa ilman maksimilähetystehoa. Jos lähetyslaatu on parempi, vähennä matkapuhelimen lähetystehoa, vähennä häiriöitä muuhun tietoliikenteeseen ja pidennä matkapuhelimen akun käyttöikää.

Tehonsäätöprosessi on seuraava: matkapuhelin raportoi mitatun vastaanotetun signaalin voimakkuuden ja signaalin laadun nousevan siirtotien kautta, ja GSM-järjestelmä antaa matkapuhelimen tehonsäätökomentoja laskevan siirtotien kautta määrittääkseen, lisätäänkö vai vähennetäänkö matkapuhelimen lähetystä. tehoa. Kun matkapuhelinohjelmisto on valinnut järjestelmän ohjeiden mukaisesti, se lähettää TX_RAMP-signaalin säätääkseen tehovahvistimen tarvitsemaa lähtötehoa.

Automaattisen tehonsäädön (APC) periaatelohkokaavio on esitetty kuvassa 4.

APC:n toteutusprosessi on seuraava: U7-lähtö kytkee osan signaalista suuntakytkimen kautta ja lähettää tämän signaalin osan jännitteen V1 komparaattorin (U6) sisäänmenoon ja ohjaussignaali TX_RAMP kantataajuudesta Vertailun vuoksi generoitu jännite-ero lähetetään U7:n jännitteensäätönastalle automaattisesti ohjaamaan lähtötehoa.

c. Taajuussyntetisaattori

Ohjelmataajuussyntetisaattori sisältää pääasiassa 13 MHz referenssikideoskillaattorin (VCTCXO), murtotaajuuden vaihelukitun silmukan (PLL) ja radiotaajuisen jänniteohjatun oskillaattorin (RFVCO). Erityinen työprosessi on esitetty kuvassa 5. .

Automaattinen taajuudensäätösignaali (AFC) ohjaa VCTCXO:n taajuutta ja tarjoaa referenssitaajuuden PLL:lle. RFVCO:n tuottama taajuus lähetetään PLL:lle, ja taajuusjakokäsittelyn jälkeen sitä verrataan 13 MHz:n taajuuteen ja vertailun synnyttämä virhejännite CP lähetetään RFVCO:lle ohjaamaan edelleen RFVCO:n taajuutta, kunnes taajuuden arvo saavuttaa vaatimuksen.

RFVCO on laajakaistainen, pienivaihekohinainen oskillaattori, jonka taajuudet eri toimintatiloissa on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1 RFVCO:n taajuus eri työtiloissa

Radiotaajuus VCO kattaa GSM/DCS-kaksoistaajuuden Se ei ole vaikeaa, mutta koska matkapuhelin toimii matalalla jännitteellä, se vaatii myös nopean PLL-lukitusajan (GPRS< 250μs) ja matala vaihekohina. Siksi silmukassa käytetään latauspumppua jänniteohjatun oskillaattorin ohjausnopeuden parantamiseksi. U1 on murto-osataajuus PLL, ja silmukan vaihetaajuus voidaan valita suuremmaksi lukitusajan nopeuttamiseksi. U1 sisältää sigma-delta-modulaattorin, summaimen, suurtaajuisen esiskaalaimen, hiljaisen vaiheilmaisimen ja latauspumpun.

Normaaleissa olosuhteissa VCTCXO:n tekniset indikaattorit ovat: nimellinen keskitaajuus f₀=13MHz; taajuusvirhe normaaleissa lämpötilaolosuhteissa on ±5×f₀×10; lämpötilastabiilisuus on ±2,5×f₀×10.

Se näkyy referenssitaajuusoskillaattorin teknisistä parametreista: Jos AFC:tä ei käytetä, se ei tietenkään voi täyttää matkapuhelimen taajuusvirhettä 0,1×f ₀×10 vaatimukset, joten AFC on otettava käyttöön.

Jotta AFC voidaan suorittaa loppuun, on ensin oltava tukiaseman taajuuteen perustuva taajuudenkorjaussignaali, jonka BS lähettää laskevan siirtosuunnan SACCH-kanavalla (Slow Correlation Control Channel). Kun matkapuhelin vastaanottaa BS:n lähettämät taajuudenkorjaustiedot, DAC muuntaa ja suodattaa sen AFC-ohjaussignaalin muodostamiseksi, joka lisätään matkapuhelimen referenssitaajuuslähteen U11 AFC-nastan säätämiseksi matkapuhelimeen, jotta voidaan hienosäätää matkapuhelimen lähetystä. työtaajuutta. Kun BS on vastaanottanut matkapuhelimen lähetystaajuuden, BS arvioi sen. Jos virhe ylittää standardin, BS säätää uudelleen SACCH-kanavan kautta, kunnes matkapuhelimen lähetystaajuusvirhe voi täyttää vaatimukset normaaleissa ja äärimmäisissä olosuhteissa.

d. Käyttöliittymä

Radiotaajuuspiirin ja kantataajuuspiirin välillä on monia rajapintoja, mukaan lukien analogiset ja digitaaliset. Päärajapinnat ovat seuraavat.

I, Q-liitäntä: Vastaanottopolun generoimat I- ja Q-signaalit lähetetään kantataajuudelle demoduloitavaksi, ja niistä tulee lopulta äänisignaaleja, kun taas siirtotien vaatimat I- ja Q-signaalit tulevat kantataajilta ja kulkevat sen läpi. radiotaajuutta. Piiri moduloidaan ja ladataan aalloilla ja sitten lähetetään.

SEN-, SDATA-, SCLK-liitännät: nämä 3 rajapintaa ovat digitaalisia ohjausliitäntöjä kantataajuuspiirin ja radiotaajuuspiirin välillä, joilla voidaan ohjata monia radiotaajuuspiirin toimintoja, mukaan lukien vastaanottimen vahvistus ja taajuussyntetisaattorin ohjaus.

AFC-liitäntä: tulee kantataajuuspiiristä VCTCXO:n taajuuden ohjauksen toteuttamiseksi.

RF_CLK-liitäntä: muodostaa yhteyden kantataajuuspiiriin ja tarjoaa tarkan referenssikellon kantataajuuspiirille.

TX_RAMP-liitäntä: verrataan kantataajuisesta piiristä kytkimen signaaliin tehovahvistimen tehonsäädön toteuttamiseksi.

4.2.2 Kantataajuusyksikkö

Langattomassa viestintäjärjestelmässä kantataajuussignaali muodostaa lähettimen moduloidun signaalin. GSM-järjestelmässä välitetään binääristä digitaalista signaalia. Lähetettäessä on lähdekoodausta, kanavakoodausta, lomitusta, purskemuotoilua, salausta ja modulointia. Näiden prosessien avulla analoginen lähdesignaali muunnetaan digitaaliseksi kantataajuussignaaliksi; Demodulointi, salauksen purku, purskemuotoilu, lomituksen purkaminen, kanavadekoodaus ja lähdedekoodaus, digitaalinen kantataajuinen signaali muunnetaan analogiseksi lähdesignaaliksi signaalinkäsittelyllä, joka on vastakkainen lähetykseen. Nämä prosessit on esitetty kuvassa 6.

Matkapuhelimen kantataajuusosa on suunniteltu erillisellä sirulla. Dedikoitu siru on laajamittainen integroitu piiri, jonka ytimenä on mikroprosessori, mikro-ohjain ja kantataajuusliitäntäsiru. Digitaalinen signaaliprosessori toteuttaa matkapuhelimen puhekoodekin, mukautuvan taajuuskorjauksen, salauksen ja salauksen purkualgoritmit; mikro-ohjain toteuttaa matkapuhelimen toiminnan ja viestintäprotokollan toiminnan ohjauksen; kantataajuinen liitäntäsiru toteuttaa kantataajuisen signaalin modulaation/demoduloinnin ja A/D, D/A muunnoksen. Kantataajuus tarjoaa myös tarvittavat tukiominaisuudet, kuten äänen, datarajapinnan ja ihmisen ja koneen välisen dialogin. SIM-kortti, joka on henkilökohtainen viestintäsymboli, on myös konfiguroitu kantataajuudelle. Kaikki järjestelmäohjelmistot ja sovellusohjelmistot on tallennettu kantataajuiseen flash-muistiin (FlashROM).

Seuraavassa esitellään matkapuhelimen kantataajuussuunnittelumalli, joka voi tukea GPRS:ää.

Tämän järjestelmän kantataajuusyksikön työ tapahtuu kahden pääpiirin ympärillä: GSM-prosessori U1 ja kantataajuusliitäntä U2.

Kuva 7 on lohkokaavio kantataajuusosasta. Lohkokaaviossa on kaksi kideoskillaattoria. 13MHz:n kideoskillaattori on matkapuhelimen referenssitaajuus, joka vaatii korkean taajuuden tarkkuutta. 32 kHz:n kideoskillaattori tarjoaa pääasiassa referenssitaajuuden kunkin osan virransäästötilalle.

a. Mikroprosessori U1 -toiminnon esittely

U1 koostuu pääasiassa kolmesta osasta: 16-bittinen digitaalinen signaaliprosessori (DSP), 32-bittinen mikroprosessori (MCU) ja oheisliitäntä. Toiminnallinen lohkokaavio on esitetty kuvassa 8.

Ⅰ. Digitaalinen signaaliprosessori (DSP)

DSP on erikoistunut toimintoihin, kuten äänen koodaukseen ja dekoodaukseen, kanavan tasaukseen, kanavakoodaukseen ja -dekoodaukseen sekä signaalin voimakkuuden mittaukseen. Koodi näiden toimintojen toteuttamiseksi tallennetaan yleensä ulkoiseen flash-muistiin ja ladataan dynaamisesti DSP:n ohjelman RAM-muistiin ja välimuistiin tarpeen mukaan.

DSP integroi kaksi apuprosessoria ja välimuistin/ohjelman ohjausjärjestelmän. Laskennan apuprosessorin päätehtävä on suorittaa salaus/salauksenpurkutoimintoja. Viterbi-apuprosessorin päätehtävänä on suorittaa kanavan tasaus ja kanavakoodaus ja dekoodaus. Välimuistin/ohjelman ohjaus toimii välittäjänä ja ohjausjärjestelmänä DSP:n ja sisäisten ja ulkoisten tallennusyksiköiden välisessä tiedonsiirrossa, tarjoten riittävästi osoitetilaa toiminnon kunkin osan ajoituksen ohjaamiseen.

DSP voi käyttää flash-muistiin tai sisäiseen RAM-muistiin tallennettua koodia välimuistijärjestelmän kautta, ja välimuistijärjestelmä voi ladata tarvittavan koodin automaattisesti.

Ⅱ. FMCU

GSM-järjestelmässä MCU-alijärjestelmän päätehtävä on suorittaa GSM-protokollakerroksen ohjelmistoja, ihmisen ja koneen välistä rajapintaohjelmistoa ja muita käyttäjän sovellusohjelmistoja. Se koostuu ARM7-keskusyksiköstä, sisäisestä ROM-muistista, kellogeneraattorista ja kulunvalvontamoduulista. ARM:iin kytketty väylänhallintamoduuli ohjaa ARM:ää pääsemään suoraan yhteen oheisväylästä, järjestelmän RAM-väylästä tai ulkoisesta väylästä.

Ⅲ. Oheisliitäntä

U1-oheisliitäntä sisältää näppäimistön, muistin, näytönohjaimen, SIM-tietoliitännän ja eri käsittelyyn tarvittavan tiedonsiirtoliitännän.

b. Ääniliitäntäsirun U2-toiminnon esittely

U2:n toiminto on esitetty kuvassa 9. Se koostuu pääasiassa kolmesta osasta: kantataajuuskäsittelystä (signaalin modulaatio/demodulointi), apukäsittelystä ja äänenkäsittelystä. Kunkin osan ja mikroprosessorin välinen tiedonsiirto tapahtuu sarjaväylän kautta, johon kuuluu: kantataajuinen sarjaportin käsittely ja RF-liitännän I ja Q signaalit; apusarjaportti käsittelee kaikkia koodaukseen ja dekoodaukseen liittyviä ohjaussignaaleja, ADC-dataa ja DAC-dataa; äänen sarjaportti käsittelee äänisignaaleja.

Ⅰ. Kantataajuinen prosessointiosa on aina analoginen signaali alusta loppuun, joka tarjoaa suoraan käyttöliitännät mikrofoneille ja kaiuttimille; tarjoaa handsfree- ja ulkoisten autolaitteiden liitännät; ja tarjoaa itsenäiset tulo- ja lähtökanavat. Tulo- ja lähtövahvistukset tarjoavat käyttäjille ohjelmoitavia ominaisuuksia mahdollisimman joustavasti.

Lähetyspolku lähettää kantataajuisen sarjaportin vastaanottamat uplink-I- ja Q-signaalit GMSK-modulaattorille, modulaation jälkeen se lähettää ne kahdelle nopealle DAC:lle ja sitten RF-lähettimelle. Kantataajuisen käsittelyn modulaattori/demodulaattori on kaksikanavainen.

RF-vastaanottimen lähettämät tasapainotetut I- ja Q-signaalit näytteistetään vastaanottotiellä ja lähetetään sitten kahdelle Σ-Δ-modulaattorille kvantisointikohinan vähentämiseksi. ADC:n jälkeiset I- ja Q-signaalit käyvät läpi korkean suorituskyvyn digitaalisen suodattimen viereisen kanavan kohinan ja kvantisointikohinan suodattamiseksi.

Ⅱ. Apukäsittelyosa sisältää pääasiassa ohjausrekistereitä, ADC'S, DAC'S.

Ⅲ. Äänenkäsittelyosa käsittelee pääasiassa äänisignaalien muuntamista.

c. Virranhallinta ja lataus

Matkapuhelimen virtajärjestelmä käyttää yleensä virranhallintamoduulin keskitettyä ohjausta. Tämän ratkaisun virranhallintamoduuli tarjoaa 4 LDO:ta. Näiden neljän LDO:n suorituskyky on optimoitu piirin ominaisuuksien ja todellisten tarpeiden mukaan. Jokaisella LDO:lla on omat ominaisuutensa.

Digitaalinen LDO: Digitaalinen LDO on aina kytkettävä päälle virran kytkemisen jälkeen, joten LDO optimoi lepovirran alhaisella kuormituksella.

Analoginen LDO: Analoginen LDO on myös aina päällä, joten myös lepovirran tarve on erittäin korkea. Samalla, koska se on kytkettävä radiotaajuusosaan, on tarpeen vahvistaa matalataajuista aaltoilusuodatusta.

Crystal oscillator LDO: Crystal oscillator LDO vaatii hyvät meluominaisuudet.

Reaaliaikainen kello LDO: Reaaliaikainen kello LDO lataa vara-akun, ja se toimii myös sammutettaessa.

Matkapuhelimen latauksessa voidaan käyttää lineaarista latausmoduulia, ja PMOS-putkea käytetään kytkinputkena. Ajanjakso ennen latausta on vakiovirtaa, kun akun jännite saavuttaa 4,1V/4,2V, siitä tulee vakiojännitelataus. Tämän järjestelmän latauspiiri on integroitu virranhallintamoduuliin.

d. Näytön käyttöliittymä

On kaksi LCD-liitäntätilaa: rinnakkainen ja sarja. Tässä ratkaisussa LCD-näytön ja MCU:n välinen liitäntä on sarjamuotoinen ja yksi bitti sarjadataa syötetään kunkin kellon nousevaan reunaan. Kun kaikki 8 bittiä sarjatietoa on syötetty, sarjadata muunnetaan 8 bitiksi rinnakkaisdataksi taajuusmuuttajamoduulin seuraavaa vaihetta varten. Taajuusmuuttajamoduulissa on sisäänrakennettu näyttö-RAM. Yksi RAM-bitti vastaa yhtä LCD-pistettä, joten LCD-pisteen tilaa voidaan muuttaa muuttamalla tämän RAM-bitin sisältöä.

e. Radiotaajuus ja järjestelmäliitäntä

Ⅰ. Baseband- ja RF-osaliitäntä:

Kantataajuiset I/Q-liitäntäsignaalit, kuten IP, IN, QP ja QN;

Sarjadatasignaalit, kuten SYNTHDATA, SYNTHEN ja SYNTHCLK, ovat kantataajuusosa tarjoaa sarjaliikennerajapinnan RF-ohjaussignaaleille;

RF-kello- ja ohjaussignaalit, kuten RF_CLK, AFC, TX_RAMP;

Lämpötilan tunnistussignaalit, kuten TEMP_SENSE.

Ⅱ. Kantataajuisen osan järjestelmäliitäntä: maadoitus (GND), digitaalinen teho, analoginen jännite, yleinen järjestelmäliitäntä 0～6 (USC0～6), kuulokeliitäntä, laturin virtaliitäntä.

4.2.3 Ihmisen ja koneen välinen käyttöliittymä

Ihmisen ja koneen välinen rajapinta on rajapinta matkaviestintä suorittavan henkilön ja matkapuhelinpalveluita tarjoavan matkapuhelimen välillä, kuten kuvassa 10. Se sisältää laitteiston ja ohjelmiston: laitteistoon kuuluvat näppäimistö, näyttö, mikrofoni, kaiutin ja SIM-kortti. kortti jne.; Ohjelmistossa on valikko- ja puhelinluettelotoiminnot, yleisen matkaviestinverkon toimintoja, käyttäjän SIM-korttitoimintoja sekä perustoimintoja ihmisen ja koneen välillä.

4.2.4 Ohjelmisto

Katso kuva 11, GSM-ohjelmisto sisältää kantataajuusyksikön sisäisen toimintopiirin toimintaohjelman ja tietoliikenneprotokollan ensimmäisen, toisen ja kolmannen kerroksen toimintaohjelman. Kuvan katkoviivan vasen puoli on GSM-perusohjelmisto ja oikealla GPRS-toimintoja lisäävä osa ohjelmistosta.

4.2.5SIM-kortti

SIM-kortti on valmistettu laajamittaisesta integroidusta piiristä. Digitaalisessa GSM-matkaviestinverkossa jokaisella käyttäjällä on SIM-kortti, joka on asetettava matkapuhelimeen ennen kuin käyttäjä voi soittaa puhelun. Matkapuhelimella ilman SIM-korttia voidaan soittaa vain hätäpuheluja, eikä muita toimintoja voi käyttää. GSM-matkaviestinnässä käytetään SIM-korttitekniikkaa, joka vapauttaa radioviestinnän turvattomasta tilanteesta.

SIM-kortteja on kahdenlaisia: toista kutsutaan suureksi kortiksi, jonka koko on 85 mm × 54 mm; toista kutsutaan pieneksi kortiksi, jonka koko on 25 mm × 15 mm. Riippumatta siitä, onko kyseessä suuri vai pieni kortti, asennetut integroidut piirit ovat samat. Jotkut suuret kortit on upotettu pienillä korteilla, jotka voidaan poistaa ja käyttää. Universaali on pieni kortti. Verkon lisäarvopalveluiden jatkuvan viestinnän myötä myös STK-kortit ovat tulleet suosituiksi. He voivat tarjota pankki- ja muita palveluita. Samanaikaisesti kortin kapasiteetti on suurempi kuin tavalliset suuret ja pienet kortit. STK-korttiin mahtuu 100 puhelinnumeroa.

SIM-kortilla on asiakkaan ja matkapuhelimen erottamisen ominaisuudet (ihmisen ja koneen erottaminen), turvallinen ja luotettava viestintä, alhainen hinta ja kestävyys.

SIM-kortille tallennettu sisältö: a. Käyttäjätunnus, joka edustaa käyttäjän puhelinnumeroa. b. Käyttäjäavain ja salainen algoritmi. Ne eivät ainoastaan ​​pysty tunnistamaan käyttäjän henkilöllisyyttä, estämään laitonta pääsyä verkkoon, vaan myös estämään langattomalla kanavalla siirrettyjen käyttäjätietojen varastamisen, mikä eliminoi "kaksoiskoneen" ilmiön. c. Henkilökohtainen tunnuskoodi (PIN-koodi) ja SIM-kortin henkilökohtainen lukituksen avauskoodi (PUK-koodi). PIN-koodi on SIM-kortin henkilökohtainen salasana, joka voi estää muita käyttämästä SIM-korttia luvatta; kun PIN-koodia painetaan väärin, PUK-koodia voidaan käyttää lukituksen avaamiseen. d. Käyttäjien käyttämä tallennustila. Käyttäjät voivat tallentaa SIM-kortille henkilökohtaisia ​​tietoja, kuten kiinteät tekstiviestit ja puhelinluettelon.

5. Kontrasti

Digitaalisen GSM-matkapuhelimen ääni välitetään langattomalla kanavalla digitoinnin jälkeen. Se ei häiriinny yhtä helposti kuin analoginen matkapuhelin, joten ääni on selkeä puhelun aikana, Pieni häiriö. Koska lähetetty ääni on kuitenkin digitoitu, on myös se haittapuoli, että ääni on jonkin verran vääristynyt. Analogisten matkapuhelimien äänen vääristymä on parempi kuin digitaalisten GSM-puhelimien. Asianomaiset osastot tutkivat ja kehittävät edistyneempää äänen digitaalista koodaustekniikkaa vähentääkseen GSM-matkapuhelimien äänen vääristymiä.

Digitaalinen CDMA-verkko: CDMA on englanninkielinen lyhenne sanoista Code Division Multiple Access (CodeDivision Multiple Access), joka on uusi ja kypsä langaton viestintätekniikka, joka on kehitetty digitaalisen teknologian hajaspektriviestintätekniikan alalla. Se voi täyttää markkinoiden korkeat matkaviestintäkapasiteetin ja -laadun vaatimukset. Sillä on korkea spektrin käyttöaste, hyvä äänenlaatu, vahva luottamuksellisuus, alhainen puhelun katkeamisnopeus, alhainen sähkömagneettinen säteily, suuri kapasiteetti ja laaja peitto. Se voi merkittävästi vähentää investointeja ja vähentää käyttökustannuksia.

Alan toimijat työskentelevät lujasti lisätäkseen käyttäjien määrää järjestelmissään, alentaakseen kunkin käyttäjän kustannuksia, luodakseen suurempia voittoja ja vahvistaakseen aktiivisesti markkinaosuutta. Koodijakomonipääsytekniikka on yksi digitaalisista viestintätekniikoista tämän ongelman ratkaisemiseksi.

GSM-matkapuhelimien edut ovat:

Tehokas taajuuskaistan käyttö ja suurempi verkkokapasiteetti

Yksinkertaista verkon suunnittelua

Paranna puhelun laatua

Paranna luottamuksellisuutta

Paranna peittoominaisuuksia

Pidennä käyttäjän puheaikaa

Pehmeä äänenvoimakkuus ja "pehmeä" vaihto

Internet-nopeus on nopeampi