GSM 通信系统的组成

GSM 通信系统的组成 GSM 通信系统的组成 1.1​ GSM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，如下图所示。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 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，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 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，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 GSM手机的电路结构 手机的电路结构可分为三部分，即射频处理，逻辑/音频以及输入输出接口。 射频部分一般指手机电路的模拟射频，中频处理部 分，包括天线系统，发射通路，接受通路，模拟调制，解调以及进行新到调谐用的频率合成器等。射频部分包含发送部分，接收部分与频率合成器。 1、​ 发送部分 发送部分包括代通滤波器，GMSK调制器，射频功率放大器，天线开关等。 具体的调制方式大致分为两种： 1）​ 调制音频信号线条知道某一中频，再经过一次上变频，变换到GSM射频信道上。 2）​ 调制音频信号直接上变频到GSM射频信道上 二、 接收部分 包括天线开关，射频滤波，射频放大，混频，中频滤波和中频放大等，其接收的频率对应 900MHz GSM规定频点，经过下边频道中频，中频多为100MHz附近的目个固定值。之所以采用中频为射频信号处理的过渡环节。 是为了得到更好的灵敏度和稳定性。解调大都在中频处理集成电路内完成，解调后得到频率为67.71KHz的同相正交信号，然后进入逻辑/音频处理部分进行后级的处理。 三、逻辑音频部分 逻辑/音频部分可分为两个子不部分：音频信号处理和系统逻辑控制。音频信号处理子部分对数字信号进行一系列处理：发送通道的脉马调制，话音编码，信道分离，交织，加密，TDMA帧形成，接收通道的自适应新到均衡，信道分离，解密，信道解码和语音解码，音频放大等。基带信号哦处理控制对整个手机的工作进行控制和管理，包括开机操作，定时控制，数字系统控制射频部分控制以及外部接口，键盘，显示器控制等。 逻辑音频部分包括 中央处理器：相当于单片机的处理核心，作用是射频部分控 制，键盘控制其他集成电路的控制及相互之间的数据传送。 RAM：随机存储器，作用是存储手机工作是的数据。 ROM：（1）EPROM 存放手机工作时的数据。 （2）EEROM 存放功率控制表，数模转换表，自动频率控制表，自动增益控制表等。 （3）段消息业务存放码表，显示控制程序。 接口： （1）总线接口负责同外部设备的通信，包括A/D， D/A。 （2）射频接口负责将模拟信号（I/Q）转换成数字信 号将数字转换成模拟信号（I/Q）。 I/Q设备：键盘输入、功能翻盖开关输入、话筒输入、液晶显 示屏输出、听筒输出、振铃输出手机状态指示灯输出 这些都是人与手机之间的I/O。射频部分的接收通路 （RX）和发送通路（TX）是手机与基站间的I/O。 其它的集成电路都是为这五大类服务。有电源、同步时钟等。 输入输出接口部分 输入输出接口部分由模拟接口、数字接口、人机接口三部分 话音模拟接口：包括A/D、D/A变换等。 数字接口：主要是数字终端适配器。 人机接口：包括显示器、键盘、振铃器、听筒、话筒。 手机原理方框图如下页，概括了GSM手机全部的工作原理 手机结构图 射频部分 逻辑/音频部分 频 数字接口 双频手机射频电路技术参数 1、​ GSM900/DCS1800双频手机的特点 双频手机与现阶段普及型的单频手机相比，有下面的特点：根据基站的控制信令，双频手机即可以工作在900MHz频段网络，也可以工作在1800MHz频段网格，当一个网络繁忙或信号质量差时，双频手机可自动切换到另一个频段的网络上工作，而且这种切换基本上不影响话音质量。另外，从近来国际上手机的发展趋势和FTA(full type approval)认证的情况来看，双频手机在将来会是主流产品。双频手机在两个不同的工作频段上，其基带部分信源编码 、信道编码的算法和处理、信令处理的方法和帧格式、调制解调方式、信道间隔等均相同，与单频手基在电路结构上的差别在于射频前段和相对应的控制软件。 二、GSM900/1800双频手机RF部分的主要技术指标和 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 要求 死类机，阶段2增强型（class IV phase II phase）E---GSM900MHz部分的主要RF指标如下： 工作方式： TDMA-----TDD 工作频率： 上行Tx (反向) 880MHz---915MHz,下行Rx（正向）925MHz---960MHz 双工频率间隔： 45MHz，载波间隔：200KHz 每载波时系数： 8（当前全速率）/16（今后半速率） 每帧长度： 4.615ms,每时隙长：577us 传输速率： 270.833kbps (即在每时隙上传156.25bits) 调制方式： 采用I/Q正交GMSK调制 静态参考灵敏度： 由于-102Db/RBER (Resiodual BER)<2% 动态范围： -47dBm-----110dBm 频率误差： <1*10-7,相位误差的均方根值<5度，相差峰值：<20度 射频输出功率： 5级（33dBm）----19级（5dBm）,级差： =2Db,共有15个功率等级。 DCS1800二类手机（class II）部分的主要RF指标： 工作频率: 上行Tx： 1710MHz----1785MHz, 下行Rx：1805MHz----1880MHz, 首发频率间隔： 95MHz 静态接收参考灵敏度：-100dBm/RBER<2% 发射单元频率误差： Fe<1*10-7,相位误差均方根值<5度，峰值<200 射频输出功率： 3级（24dBm）----15级（0dBm）,共有13级功率；步进 =2Db 其余设计要求与GSM900相同。 2、​ 双频手机RF部分基本工作原理 3.1 RF部分基本组成部分框图 3.2 GSM900下行链路接收机单元 　有蜂窝小区基站发出的已调载波通过Um无线接口，传到手机天线端。在接收时隙接收到的信号先通过首发隔离器，在经过GSM900MHz的LNA（低噪声放大器），将微伏量级的弱信号放大。放大后的信号经过GSN900的第一RF混频器接收机选择性指标。然后信号经过具有AGC功能的第一中屏信号进行窄带（200KHz）滤波，以虑除带外噪声，保证接收机选择性指标。然后信号经过具有AGC功能的第一中频放大器放大，再经过第二混频器和第二中频滤波器。在这之后，输出的信号又具有AGC功能的第二中频放大器进行放大。放大后的信号进入I/Q正交解调器解调，正交解调后的模拟I 、Q信号平衡输出到后面的基带、音频部分等待作进一步的信道译码和倍源译码处理。 DCS1800MHz频段接收单元的信号处理过程与GSM900相同，只时工作频段不同而已。接收机中AGC的作用是：当条线端的RF信号电平在大范围内变化时，保证I/Q输出信号的电平基本不变；在监听时隙探测相邻小区基站的下行广播信号强度，配合完成越区切换功能。 3.3 上行链路发射单元 由基带部分传输过来的I、Q正交模拟基带信号，在发射时隙期间双端平衡输入到中频I/Q正交调制器，调制后的中频信号经a过发射中频声表面（SAM）窄带滤波器（200kHz），滤波后的信号经过上变频后，再经过35MHz，带宽的900MHz发射滤波器输出的信号先通过功激励级放大以达到末级RF功放（PA）所需的激励电平。最后再经过功率放大器PA和收发隔离器，通过天线把已调载波发射出去。PA部分APC控制电路的作用是：保证RF功率电平等级满足5dBm-33dBm的变化要求，以避免在多用户组网时发生“远近”干扰。 DCS1800MHz频段发射单元的信号处理过程与GSM900相同，只是工作频段不同而已。 3．4 频率合成器单元 该单元与FM电台中采用的频合器相类似，主要差别在于增加了AFC电路。 四、接受单元电路设计 在满足技术要求的前提下，可以有几种不同的接收机RF解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ： （1）​ 3次变频方案：采用此法频率合成器实现复杂，中频频点多，容易产生组合干扰，一般不采用。 （2）​ 2次变频方案：为简化电路，第2中频频点选取手机的基准时钟频率13MHz或其2分频6.5MHz。这种方案在早期的接收机中广泛采用。例：摩托罗拉GC87、诺基亚8110、爱立信GH/G5388、摩托罗拉8200。该方案复杂程度适中，而且还可获得高的选择性，中频放大器的增益分配比较容易实现，不易产生自激。 （3）​ 一次变频方案：随着IC器件和SAW滤波器指标的提高，这种方案在目前的手机电路中广泛采用。它可以简化电路，从而降低制造成本，而选择性指标仍可满足技术要求。目前许多双频手机采用了这种方案。 （4）​ 零中频直接解调的方案：因为目前AD变换器和DSP的技术水平还不能满足实时处理数百MHz高频信号的要求，而且噪声、选择性和功耗指标也难以保证，所以，在目前采用这种方案是不现实的。 4．1计算机理论灵敏度和估算实用灵敏度 根据噪声功率的计算公式： PN=KTB (w) 上式中：K为波尔兹曼常数，其值为：1.3810-23；T为工作温度（K），一般取常温3000K（27C）；B 为带宽（Hz），对于GSM体制，取200KHz。 结果为：噪声功率：1gPN/1Mw=101gPN+30=-121dBm 上述 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 处结果为在理想情况下的噪声功率，在实际应用中，还要考虑前端失配的影响（约1dB），收发隔离器的影响（约2dB），接收机NF（约2dB），基带部分的解调门限（约9dB/RBER<2%=。基于上述考虑，我们可以估算出约为： 实用灵敏度=-121+1+2+2+9=-107dBm 对于DCS1800频段，它的实用灵敏度约为：DCS1800频段的实用灵敏度=- 121+1+2+2+9=-105dBm 4．2下行链路接收机增益分配计算 ETS GSM11.10技术规范中要求手机的参考灵敏度为-102dBm /RBER<2%（ DCS1800）。从生产的角度考虑手机的设计者应将该项指标略为提高，可分别选为-106dBm和104dBm，将模拟I/Q路单端输出的交流电平值设计为500mVpp(177mV有效值)，这样，整个GSM接收通道的电压增益为： GP total=201g177/2241g-1(-106/20) =201g（177/0.00112）=104dB 各单元增益分配的结果如下（已包含SAW滤波器）：前端LNA放大器为16dB，第一混频器为8dB，IF放大器和解调器为80dB（AGC控制范围约70dB）。 对于DCS1800频段，由于工作频率上升，RF前端的噪声系数和增益指标会变得差一些，这时接收机各单元的增益分配如下：LNA的增益为14dB，第一混频器为8dB，IF放大器和解调器增益为80dB，整个DCS1800接收通道的增益为102dB。 4．3 LNA（低噪声放大器）技术要求 ⑴NF： 1.5dB-2.5dB ⑵GP： 15dB--20dB，LNA一般由一级放大器来完成，其增益不能太高，否则，整机抗阻 塞和互调指标难以达到。 ⑶功耗：4mA(FET管)，1-2mA（双极型管）。 ⑷具有键控式AGC控制功能（通过偏置控制来实现）。 LNA的NF、CP和输入、输出阻抗匹配对于收机整机指标将产生决定性影响。 4.4第一混频器技术要求 （1）​ 要采用RF平衡输入，IF平衡输出的有源混频器，以提供足够的增益降低串话的干扰。 （2）​ ？？？？？6dB--8dB？GP？8dB （3）​ 本振电平：-5dBm-0dBm，过高的本振电平会产生手机功耗加大，EMC性能变差的问题。 4．5 第1中频频点和IF SAW滤波器选择时应考虑的因素 （1）​ 高阶组合干扰频率点数越少越好，有利于抑制镜像干扰频率（选高本振、高中频）； （2）​ 同时兼顾GSM900和DCS1800频的要求 IF频率点选得过低时，易产生本振干扰有用信号；IF频率点选得过高时，中放增益难以保证，易自激、不稳定； （3）​ IF SAW 滤波器的技术指标，一般IF频点在200MHz-400MHz之间选取； （4）​ IF SAW滤波器插损小于8db、带宽200KHZ 4．6中频放大器设计技术要求 （1）​ 功率增益：约70Db； （2）​ AGC可控范围：约70dB、步进间隔2Db,AGC的控制范围和控制斜率会影响手机的越区切换； （3）​ 双端输入阻抗能与IF SAW 滤波器的输出阻抗相匹配。 4．7 I/Q正交解调器设计要求 （1）​ 平衡输入、输出； （2）​ 输出直流偏置电平：1V，交流电平：1Vpp； （3）​ I/Q路输出幅度平衡： +/- 1.5dB，I/Q路输出相位平衡：小于4； （4）​ 具有差分直流偏置校正功能； 五 发射单元方案设计 发射单元可以采用几种不同的电路方案： （1）​ 采用双中频：该方案的优点是选择性指标容易保证，带外抑制指标比较高，频差Fe和相差Pe指标比较好，缺点是PLL 要复杂一些，易产生互调干扰。 （2）​ 采用单中频：这种方案的优点是PLL电路简单，不易产生互调干扰，Fe和Pe指标比较好，缺点是选择性指标比采用双中频的方案要差一些。 （3）​ 采用直接调制到RF的方案（即无中频）：该方案的优点是电路简单，缺点是选择性指标比较差，Fe和Pe指标难以保证。 （4）​ 末级Tx-VCO采用上变频：其优点是电路相对简单，缺点是Fe和Pe指标稍差。 （5）​ 末级TX-VCO采用PLL-VCO：其优点是Fe和Pe指标容易保证，缺点是电路要相对复杂一些. （6）​ 采用开环控制的PA：此方案的优点是可以省去定向耦合器、功率检测和比较电路，外围电路相对简单一些。该方法的缺点是要在PA的供电回路中采用一个大电流（1dmax>6A）的MOS开关管（其作用是相当于一个有源降压电阻），而该管在使用中的故障率比较高，从而造成手机无法开机的故障。 （7）​ 采用闭环控制的PA：优点是PA直接和电池连接，而不用MOS管，故稳定性、可靠性比较高，缺点是需要用定向耦合器、功率检测和比较电路，电路要复杂一点。 采用发射单中频，末级TX-VCO采用PLL-VCO，PA闭环控制的方案较为理想。 5．1 中频正交I/Q调制器技术要求 （1）​ 中频频点选择200MHZ-400MHZ之间； （2）​ Q输入直流偏置电平：1V-1.5VI/Q输入交流电平：1VPP（平衡输入）； （3）​ 调制后，I、Q路的幅度平衡小于+/- 0.3dB,相位平衡度小于4； （4）​ IF输出电平：0DBM-5dbm 5.2RF 变频器和PA 设计技术要求 （1）​ 供电电压：DC：3，1V—4。5V（标称工作电压：DC3，6V）； （2）​ RF变频吕本振电平：-3dBm--+3dBm; （3） PA效率：PAE(power added efficiency)：45%---50%，APC控制方式：闭环 检测控制； （4） 调制频谱、开关频谱、功率等级指标均应满足ETS GSMII.10技术规范中的要求； （5）​ PA输出I/Q幅度平衡度：±0.5Db，相位误差均方根值：<5,峰值<20; （6）​ PA最大设频输出功率：考虑到后面的定向耦合器和收发隔离器的影响，对于GSM900四类机颖能达到35Db,对于DCS1800二类机应能达到26dBm。 六、频率合成器设计 基于前面的考虑，收发信机均采用一次变频技术获得较高的性能价格比。再采用这种方法的条件下，又有下面的几种方案可供选择： GSM900和DCS1800辆频段的手法信机采用不同的中频频点：缺点是PLL电路复杂，两频段的中放部分不能共用，一般不宜采用。 再同一频段内（同在GS,900或DCS1800）接受中频和发射中频采用不同的频点：采用此法PIL电路和控制相对复杂一些。 GSM900和DCS1800辆频段的收发信机共用中频部分：采用此法可使电路简化，降低成本，提高可靠性。 在不同的频段内，收发中频频点均相同：采用此法的理论依据是GSM900/DCS1800均采用TDMA体制。采用该法可使整个PLL电路和控制最为简单、实用。 6.1 IF和RF频率合成器鉴相频率的选择 因为RF是一个固定的频点，故IF鉴相频率可取得比较高，可在几百kHz到几MHz之间选择，以提高IF批率合成器的频谱质量。RF频率合成器的鉴相频率应答于信道载波间隔，对于GSM 而言，鉴相频率可取200KHz(ΔCH)获100KMz(0.5ΔCH),一般取200KMz。 6.2 锁定时间 根据GSM通信体制的要求，锁定时间需同时满足下列两个条件： （1）按帧（时隙不变）进行跳频：217跳/秒，根据GSM TDMA的帧结构，要求Tlock