GSM手机射频射频收、发机介绍讲解
GSM手机RF工作原理
GSM手机RF工作原理
1.发射：当用户拨号或发送短信时，手机的处理器会根据输入的命令
和数据生成相应的无线信号。
首先，数字音频数据会经过模数转换器（ADC）将其转换为模拟信号。
然后，模拟音频信号经过数字信号处理器（DSP）进行编码和压缩，转换为数字信号。
接下来，数字信号通过基频
合成器生成载波信号，载波信号再经过射频设备进行调制（调制方式通常
为GMSK，即高斯最小频移键控），形成射频信号。
2.天线传输：射频信号通过手机内部连接到天线，天线将信号辐射出去。
这个过程中，射频信号会经过滤波器和放大器进行相应的处理，以增
强信号的传输质量和范围。
3.基站接收：射频信号到达基站后，经过基站的天线接收和放大处理。
接收的射频信号通过滤波器去除一部分噪声和干扰，并进行放大和解调处理，最终得到数字信号。
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！
详解GSM的基带跳频和射频跳频
详解GSM的基带跳频和射频跳频跳频技术源于军事通信，目的是为了获得较好的保密性和抗干扰能力。
跳频分为快速和慢速两种，GSM中的跳频属于慢跳频。
跳频方式从时域概念上分为帧跳频和时隙跳频，从载频实现方式上分为射频跳频和基带跳频。
帧跳频：每个TDMA帧频点变换一次，这种方式下，每一个载频可以看做一个信道，在一个小区中帧跳频时BCCH所在的TRX载频上的TCH不能参与跳频，其它不同的载频应有不同MAIO，它是时隙跳频的特例。
时隙跳频：即每个TDMA帧的每个时隙频点变换一次，时隙跳频时BCCH所在的TRX中的TCH可以参加跳频，但目前只在基带跳频时实现。
射频跳频：TRX的发射TX和接收RX都参与跳频。
小区参与跳频频点数可以超过该小区内的TRX数目。
基带跳频：每个发信机工作在固定的频率上，TX不参与跳频，通过基带信号的切换来实现发射的跳频，但其接收必须参与跳频。
因此小区跳频频点数不可能大于该小区的TRX数。
就ERICSSON的设备来说，有X总线的为基带跳频；基带跳频的频点数与载波数是一样的；而综合跳频（射频跳频）的频点数一般比载波数多。
移动一般为基带跳频，联通一般用的是综合跳频。
联通的可用频点少，在满足容量的基础上面，必须采用综合跳频来降低频点干扰咯。
基带跳频的技术难点在于如何实现信息数据的高速交换，满足217跳/秒的跳频速度及271kbits/s的数据传输速率。
考虑以无线接口时隙为基础进行数据的交换，交换方法可以是空分、时分、数据包交换。
基站在设计中采用了先进的总线技术，以时隙交换为基础实现基带跳频，其具体的实现方法为：每个发射机(TRX)调谐在固定频率，有一个固定的ID号。
收发信机的编码器将下行信号编码，形成突发格式数据，编码器根据跳频算法计算本突发应调制的频道（即TRX号），加上有关功率控制等附加信息形成特定的数据包格式，收发信机的编码器在固定的时间(子时隙)内发出数据包。
调制器对每个子时隙的数据包的TRX号进行检查，如和本TRX的ID号不同，则收下一子时隙；如相同，则将本子时隙的数据包接收下来，延时一时隙再发射到空间接口，实现了基带跳频。
手机射频基础知识
4
射频基础知识
射频= Radio Frequency (RF) → 无线
中波广播 短波广播 RFID 调频广播 (无线)电视 遥控模型 个人移动通信 WLAN, Bluetooth(ISM Band)
530-1700 kHz 5.9-26.1 MHz 13 MHz 88-108 MHz 54-88, 174-220 MHz 72 MHz 900MHz, 1.8, 1.9, 2 GHz 2.4-2.5GHz, 5-6GHz
DCS1800 手机发：1710～1785MHz；手机收：1805～1880MHz。
• GSM的调制方式是BT=0.3的GMSK，调制速率为 270.833千波特，0.3表示了高斯滤波器的带宽和比特率 之间的关系。 • 在GSM中，数据的比特率被选择为正好是频偏的4倍， 这可以减小频谱的扩散，增加信道的有效性。
7
传输线
• 同轴线或同轴电缆(coaxial cable) • 平行双线(twin-lead, two wire) • 微带线(microstrip)
8
波动方程和特性阻抗
9
元器件和寄生参数
– 分立无源元件的高频模型 电阻、电容和电感的阻抗在高频时往往与它们的标称值有很大的 偏差，这时寄生元件造成的，它们降低了元件的品质因数和自谐 振频率 – 自谐振频率 频率高到一定的程度，元件的阻 抗会由原来的感性变成容性或由 容性变成感性，这说明寄生效应 已经占据主导地位，元件无法再 工作。例如右图中一个电感电抗 随频率的变化。
1 复帧 = 26 TDMA帧（120ms） 0 1 24 25 0
1 复帧 = 51 TDMA帧（3060/13ms) 1 49 50
1 TDMA帧 = 8 时隙（120/26 = 4.615ms） 0 1 2 3 4 5 6 7
GSM手机的基本工作原理
GSM手机的基本工作原理发射频率：GSM为935-960M，DCS为1805-1880M；接收频率：GSM为890-915M，DCS为1710-1785M；一、GSM手机的基本组成部分射频部分：天线及天线开关接收部分：接收高频处理（滤波、放大、混频）接收中频处理（滤波、放大、解调）发射部分：发射高频处理（功率放大、滤波）发射中频处理（调制、滤波、放大）频率合成部分：接收本振RXVCO发射本振TXVCO时钟逻辑音频部分： CPU存储器（版本、码片、暂存）音频处理（DSP、音乐IC）供电部分：逻辑供电射频供电其他界面部分：显示屏、SIM（UIM）卡、震动器、振铃、指示器等二、GSM手机的基本工作原理1、发射机（上变频）信号流程：送话器将声音转化为模拟电信号，经过PCM编码，再将其转化为数字信号，经过逻辑音频电路中进行数字语音处理即进行：话音编码、信道编码、交织、加密、突发脉冲形成、TX I/Q 分离。
分离后的四路TX I/Q信号到发射中频TX-IF电路完成I/Q调制，该信号与频率合成器的接收本振RXVCO和发射本振TXVCO的差频进行比较（即混频后经过鉴相），得到一个包含发射数据的脉动直流信号，去控制发射本振的输出频率，控制发射本振频率的精确性，作为最终的信号，经过功率放大，从天线发射。
GSM手机发射电路一般采用以下三种类型的发射机：A、带有发射变换电路的发射机B、带发射上变频电路的发射机C、直接变频发射机发射各部分功能电路（一）发射音频通道：MIC将声音信号转换为模拟电信号，并只允许300-3400Hz 通过。
模拟信号经过A/D转换，变为数字信号，经过语音编码、信道编码、交织、加密、突发脉冲串的形成一系列处理，对带有发射信息、处理好的数字信号进行GMSK编码并分离出4路I/Q信号，送到发射电路。
（二）I/Q调制：经过发射音频通道分离出来的4路I/Q信号在在调制器中被调制在载波上，得到发射中频信号TX-IF。
手机射频介绍(理论实操)
使用频率: GSM900,DCS1800,PCS1900.
✓GSM: Group Special Mobile－－－中国 ✓DCS: Data Communication System－－－中国 ✓PCS: Personal Communication System－－－美国
行业进步
GSM手机知识培训
SEC.SCORE
培训目的：使学员了解手机发展历程和通 讯技术以及GSM手机电路结构分析 培训方式：课程讲授 考核方式：提交培训心得，试题测试
行业进步
1
课程刚要
一： GSM发展历程 二： GSM通讯技术 三： GSM手机组成及原理 四： V3手机电路结构与分析
行业进步
2
一： GSM发展历程
❖
信道数目：GSM：124(1--124)；DCS：374(512--885)
❖ 信道间隔频率：200KHZ
❖ 功率等级GSM：15(5--19)；DCS ：16(0--15)
❖
灵敏度：GSM：-102dBm/BER＜2%；DCS： -100dBm/BER＜2%
❖ 频率误差：＜±0.1ppm
❖ RMS--均方根相位误差：＜5°
❖ 峰值相位误差：＜20°
行业进步
24
二、手机原理
❖1. 开机原理 ❖2. 接收原理 ❖3. 发射原理
行业进步
25
1. 开机原理
❖ 当接上电池或电源供电时，电源管理器得到稳定的工作电压，32KHz开始 振荡，只要后备电池有足够的供电电压，32KHz就会一直处于工作状态， 按下开机键，电源管理器的一脚得到一个持续的高电平，内部检测到该电 平做出开机动作送出各路的工作，13MHz得到这个电压开始工作输出 13MHz信号，经过中频处理器整形放大后送往CPU，CPU得到13MHz后通 过串行总线控制电源输出复位信号对CPU、FLASH、和弦进行复位，CPU 复位以后会先访问内部ROM并根据内部ROM的程序发出一路信号至I/O连
GSM手机射频指标介绍
1.4开关频谱（Spectrum Due to 1.4开关频谱（ 开关频谱 Switching） Switching）
1.5频率误差（Frequency Error） 1.5频率误差（ Error） 频率误差
• 定义 GSM调制方案是高斯最小移频键控（GMSK），归一化 带宽BT＝0.3。测量发射信号的频率和相位误差是检验发 信机调制信号的质量。 频率误差定义为考虑了调制和相位误差的影响以后，发射 信号的频率与该绝对射频频道号对应的标称频率之间的差。 它可通过对相位误差做线性回归，计算该回归线的斜率即 可得到频率误差。 • 目的 通过测量发射信号的频率误差可以检验发射机调制信号的 质量和频率稳定度。频率误差小，则表示频率合成器能很 快切换频率，并且产生出来的信号足够稳定。只有信号频 率稳定，手机才能与基站保持同步。若频率稳定达不到要 求（±0.1ppm），手机将出现信号弱甚至无信号的故障， 若基准频率调节范围不够，还会出现在某一地方可以通话 但在另一地方不能正常通话的故障。
2.1接收灵敏度（Rx Sensitivity） 2.1接收灵敏度（ Sensitivity） 接收灵敏度
• 目的 测量接收机的接收灵敏度是为了检验接收 机射频电路，中频电路及解调、解码电路 的性能。提高接收灵敏度，也就是从本质 上提高手机接收信号能力，从而提高手机 通话质量，所以在各个公司，提高手机接 收灵敏度都是重要任务之一。
1.3 调制频谱（Spectrum Due to 调制频谱（ Modulation） Modulation）
• 目的 防止带外频谱辐射，以免引起邻到干扰 （指本频道对邻频道产生的干扰）。
1.3 调制频谱（Spectrum Due to 调制频谱（ Modulation） Modulation）
GSM手机射频原理与电路分析
GSM手机射频原理与电路分析GSM手机的射频原理主要涉及射频信号的接收和发送。
在接收信号方面，手机的射频接收器接收到来自基站的无线信号，经过一系列的处理后，转换成数字信号供手机处理和显示。
在发送信号方面，手机的射频发射器将数字信号转换成无线射频信号，并发送给基站进行处理。
在射频接收方面，手机的射频接收器主要包括低噪声放大器（LNA）、混频器（Mixer）和中频放大器（IF Amplifier）。
LNA的作用是放大微弱的射频信号，使其能够被后续的处理电路处理。
混频器的作用是将高频射频信号与本地振荡器产生的信号进行混频，得到中频信号。
中频放大器对中频信号进行放大，以供后续处理。
在射频发送方面，手机的射频发射器主要包括数字到模拟转换器（DAC）和功率放大器（Power Amplifier，PA）。
DAC将数字信号转换成模拟信号，供功率放大器进行放大。
功率放大器将模拟信号进一步放大，以便发送给基站。
GSM手机的射频电路是一个复杂的系统，涉及到多个电路元件的协同工作。
为了保证射频信号质量，需要进行射频功率控制和频率合成。
射频功率控制主要通过调整功率放大器的工作状态来实现，以保证发送信号的强度和稳定性。
频率合成则通过频率合成器（Frequency Synthesizer）来实现，它能够产生精确的射频信号频率。
除了射频电路，GSM手机还涉及到其他电路，如基带电路和数字信号处理电路。
基带电路主要负责数字信号的调制和解调，将数字信号转换成模拟信号供射频电路处理，或将接收到的射频信号转换成数字信号供数字信号处理电路处理。
数字信号处理电路则负责对数字信号进行处理和解码，以实现手机通信功能。
总之，GSM手机的射频原理与电路是手机通信功能的核心。
射频接收器负责接收来自基站的无线信号，将其转换成数字信号供手机处理。
射频发射器则将数字信号转换成无线射频信号发送给基站。
射频电路涉及到多个电路元件的协同工作，如低噪声放大器、混频器、中频放大器、功率放大器等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 手机射频单元包括以下部分：
1.收发信单元
2.功率放大单元
3.开关单元
4.天线单元
手机射频系统模块示意图（以常用AD6548为例）
收发信单元是手机射频的核心处理单元，包括收信单元和发信单元。
收信单元完成对接收信号的放大、滤波和下变频最终输出基带信号。
发信单元完成对基带信号的上变频、滤波、放大。
在手机接收机电路中,主要有以下几个不同的功能电路，组合而成。 接收天线(ANT)：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。
双工滤波器：作用是将接收射频信号与发射射频信号分离,以防止强的发射信号对接收机造成 影响。双工滤波器包含一个接收滤波器和一个发射滤波器,它们都是带通射频滤波器。
天线开关：作用同双工滤波器，由于GSM手机使用了TDMA技术,接收机与发射机间歇工作, 天线开关在逻辑电路的控制下,在适当的时隙内接向接收机或发射机通道。
PA的作用是将Transceiver调制好的信号加大功率发射出去。 SAW
声表滤波器处于接收回路之中，主要是对接收信号作隔离，起选频的作用。 crystal
晶体和Transceiver内部的电路共同组成在晶体振荡器，产生26MHz 信号，作为系 统的主时钟，以及频率合成器的参考信号。 LDO
LDO是low dropout voltage regulator的缩写，DC-DC变换器，提供高精度的电压 输出，主要作用是给Transceiver供电。 3-wire
x(dB) 10 lg( x1 ) x2
dBm 表示dB毫瓦，是绝对功率单位
x(dBm) 10lg( p ) 1mW
2.GSM频谱规划 GSM工作在850MHz、 900MHz频段、1800MHz、1900MHz频段，
具体频谱划分如下表
上行 下行 绝对频道 收发间隔
GSM850 824~849MHz 869~894MHz 128~251 45MHz
EGSM 880~915MHz
DCS
PCS
1710~1785MHz 1850~1910 MHz
925~960MHz 1805~1880MHz 1930~1990 MHz
0~124/975~1023 512~885
45MHz
95MHz
512～810 80 MHz
3. 变频 变频分为上变频和下变频，上变频是将较低频率的信号变换为较高
二次变频 零中频变频 低中频变频
二次变频 优点：技术成熟，现代无线接收机的经典结构 缺点：结构复杂，不便于集成，成本高
RF 输入 带 通 滤 波
低噪声 放大
第一次 变频
中频 滤波
可变增 益放大
I
第二次 变频
Q
零中频变频 优点：结构简单，便于集成，成本低 缺点：存在直流漂移干扰问题
RF 输入 带 通 滤 波
低噪声 放大
变频
低通 滤波
I
可变增 益放大
Q
数字低中频变频 优点：抗邻信道干扰能力强，消除了直流漂移干扰问题，结构简单，
便于集成 缺点： 对变频器要求较高
RF 输入
带通滤 波滤波
可变增 益放大
模数转 换
I
数字变频
数字滤波
数模
转换
Q
5.噪声与杂散
噪声和杂散是电子系统存在的干扰的两种表现形式
GSM手机射频射频 收、发机介绍
一、基本概念
.基本概念： 1. dB、dBm 2. GSM频谱规划 3. 变频 4. 噪声与杂散 5. 信噪比 6. 参考灵敏度、耦合灵敏度
1. dB、dBm dB 一个信号的参量与另一个信号的参量的比值的对数表示，是一个相 对值
如果x1=10W，x2=5W，则x1比x2大3dB
因素的影响： 1. 天线的性能 2. 手机主板的参考灵敏度 3. 手机的结构设计 4. 屏、FPC、电池等其他附件
二、手机射频系统
•
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。
接收部分包括LNA、Mixer、PGA、LPF、DCOC（DC offset correct）、LO。主要 作用是将射频信号下变频到基带信号。
发射部分由上变频器和本地振荡器组成。其作用是将基带型号变频到RF信号。
频率合成部分包括有PFD、LPF、VCO，主要给变频提供精确的本振信号。
晶振部分由两个部分组成，一部分是Crystal，另一部分电路在Transceiver内部，晶 振部分产生的信号作为整个系统的主时钟，以及频率合成器的参考信号。 PA
7.参考灵敏度与整机灵敏度 参考灵敏度是描述手机在没有外来干扰的情况下接收信号能力
的指标，通常通过电缆连接来测试，主要受以下几方面因素的影响： 1. 基带编码的抗干扰能力 2. 射频对噪声的抑制能力 3. 射频对有用信号的衰减量 4. 信道带宽 整机灵敏度是描述手机整机接收信号能力的指标，主要受以下
噪声频谱是连续的，是无法完全消除的
杂散频谱是非连续的，是可以消除的
P(dBm)
杂散
噪声
f(MHz)
发射电路上重点抑制杂散；接收电路上重点抑制噪声
6.信噪比 信噪比（S/N）顾名思义是指有用信号和噪声的比值，一定的信噪
比是手机能正确解调出来自基站信息的必要条件。接收机中射频设计的 目标之一就是尽可能地抑制噪声同时提高有用信号功率，从而保证输入 基带的信号有最大的信噪比
频率的射频信号；下变频则相反，上变频用于发射，下变频用于接收， 变频的基本原理表示如下
cos f1
(1 / 2) cos f1 f 0 cos f1 f 0
cos f0
变频分类 射频与基带信号间可以通过多次频率变换实现相互转换，发射机
通常采用二次变频的方式实现，接收机则有三种方式实现射频变换到基 带
3-wire是一种串行外围设备接口，是BB用于控制射频部分器件的接口。BB通过3wire总线接口控制RF电路部分的频率变换、接收增益等。在这里，BSI数据寄存器和 TDMA事件寄存器一样是double-buffered的。数据写入write buffer中，当有 TDMS_EVTVAL信号脉冲的时候，数据有由write buffer传送到active buffer中。