数码手机组成概述

    一、移动设备的组成

    手机( MS)由移动设备（ME，即机体）和SIM卡组合而成。

    二、SIM卡内的硬件组成

    1．认卡不认机的道理

   SIM卡在GSM网络中代表用户，网络经营者对用户的管理实际上是对SIM卡的管理。手机开机后就将SIM卡内存储的本地系统信息、用户个人信息等发送到基站，然后由基站送到移动网络交换中心MSC，移动网络交换中心的存储器中已存储的内容（相当于档案室）与用户个人SIM卡的信息是相对应的。MSC将收到的信息与已存储的信息进行比较，这个过程实际上就是对SIM卡进行鉴权。因此，认卡不认机就是这个道理。

    2．SIM卡的个人化设置

    为保护SIM卡不被他人随便挪用，可以在手机菜单内进行SIM卡的个人化设置，初始值为1234，也可以设置其他的数码。以后每次把SIM卡插入手机中，用户必须在手机显示提示下键入正确的PIN码，如输入PIN码累计出错三次，SIM卡将被闭锁，将会导致“锁卡”现象，这时SIM卡无法使用。如要使SIM卡解除闭锁，此时只能输入PUK码来解锁，使得SIM卡恢复正常工作。PUK码累计输错十次会销卡，需要重新补卡。

    3．SIM卡的硬件组成

   SIM卡的硬件是一个单片微机，包括CPU、ROM、RAM、EEPROM和串行单元。在与外部连接时，最少要4个端口，即电源( SIM  VCC)、时钟(SIM  CLK)、数据(SIM DATA或SIM  I/O)、复位(SIM  RST)。

    三、SIM卡内存储器的内容

   SIM卡包含了所有属于本用户的信息。它是一张符合ISO标准的“智慧卡”，包含了与用户有关的、被存储用户无线接口一边的信息，具体如下：

   1)国际移动用户识别码（IMSI码）。

   2)临时移动用户识别信令(LAI)，为漫游作区域识别标记。

   3)本地系统信息、控制信道。

   4)用户个人信息（就是手机设置的服务功能信息）。

   5)个人识别码（PIN码）及PUK解锁码。

   6)呼叫限制码。

   7) A3、A8加密算法。

    四、GSM数码手机整机功能图概述

    1．整机电路结构

   GSM数码手机整机由电源电路、射频电路、逻辑处理电路、逻辑控制与接口电路四大部分组成，它的整机功能图如图3-1所示。整机电路结构的概述如下：

    图3-1    GSM数码手机整机功能图

   (1)电源电路按下开机键，启动电源电路，产生各路电压送给射频、逻辑处理等电路。在本课题第三节中将对手机电源电路的几种设计形式作详细介绍。

   (2)射频电路手机的射频处理部分主要包括发送（也称发信）部分、接收（也称收信）部分及PLL频率合成器三部分。其中，发送部分包括带通滤波、中频调制或射频调制、射频功率放大器、功率控制、发射滤波器、双工器或天线开关等。调制上变频的方式大致有两种：一种是直接调制（即上变）到GSM频道上；另一种是先调制到某一中间频率，再经过一次上变频才到GSM频道上（也称间接上变频）。接收部分包括双工器或天线开关、高频接收滤波器（即输入回路）、高频放大、变频、中频滤波和中频放大等。输入信号频率通过“收信”模块下变到中频，以便取得更大的增益和稳定性，中频多为数十兆赫兹到一百余兆赫兹，且大部分机型的解调在中频模块（也称射频模块或双工模块）内完成。

   (3)逻辑处理电路接收过程的逻辑处理是对射频接收电路送来的RXIQ接收基带信号进行GMSK解调等一系列处理，包括均衡、信道分离、解密、去交织、信道解码、语音解码等。发送过程的逻辑处理包括语音编码、信道编码、交织、加密、均衡处理，最终形成TD-MA帧，然后进行GMSK调制。

   (4)逻辑控制与接口电路  包括语音模拟接口、数字接口及人机接口。语音模拟接口包括PCM A/D转换器、D/A转换器、送话器和受话器等。数字接口主要是数字终端适配器（如底部接口等）。人机接口主要有显示器和键盘等。

    2．数码手机整机工作流程

   (1)整机接收流程  天线→天线开关或合路器→高频放大→一变频→一中放→二变频→二中放→鉴频→GMSK解调→均衡处理、解密、去交织→信道解码→语音解码→PCM D/A转换器→受话音频放大→受话器。

    天线感应的射频信号经天线、天线开关电路进入接收机电路。将接收到的信号通过高频滤波器滤除杂波，选出所需要的接收频率信号(935~960MHz)，首先由高频放大器（也叫低噪声放大器）进行高频放大，放大后的高频信号再经过高频滤波器滤除杂波，被送到接收第一混频电路。在第一混频电路中，高频放大电路放大后的高频信号与第一本机振荡信号RXVCO进行混频，得到接收第一中频信号。第一中频信号经过第一中频滤波器滤除杂波，然后送到一中频放大电路进行中频放大。放大后的第一中频信号被送到接收第二混频电路，与接收第二本机振荡信号混频，得到接收第二中频信号。接收第二中频信号经过第二中频滤波、二中频放大器放大后，到逻辑处理电路进行解调（有的机型在射频IC内完成解调）。

    这个解调电路实际上就是鉴频电路，在数字手机中，把鉴频输出的信号称为接收基带RXIQ信号（频率为0±67. 708kHz）。RXIQ信号送到逻辑音频处理电路进行GMSK解调、均衡、解密、去交织、信道解码（就是将控制、纠错信号与语音信号分开）、语音解码（将13 kbit/s形成64kbit/s的数字信号）、PCM D/A转换等处理，还原出模拟的语音信号，再经过受话音频放大器进行放大，从而推动受话器发出声音。

   (2)整机发射流程  话筒→送话音频放大→PCMA/D转换器→语音编码→信道编码→交织→加密→均衡处理→GMSK数字调制→FM中频调制→发射偏移调制器→高频功率放大→发射带通滤波器→双工器→天线。

    发送时，语音经话筒进行声/电转换后，获取到微弱的语音电信号，然后经过送话音频放大器放大后得到适合于通信的语音电信号。经放大后的语音电信号送入多模PCM A/D（模/数）转换器，形成64kbit/s的数字语音信号。此数字语音信号进行语音压缩编码( RPE-LTP)，形成13 kbit/s的数字信号，再进行信道编码，在CPU内部加上9.8kbit/s的纠错码元，以防止在传输过程中受到干扰而令语音失真，最后进行交织、加密、均衡处理。然后经过GMSK数字调制后输出TXIP、TXIN、TXQP、TXQN四路发射基带信号(频率也为0±67. 708kHz)，再送到射频发射通道进行发射调制。

    数字音频处理（逻辑音频处理）电路产生的TXIQ基带信号被送到发送射频通道中的TXIQ中频调制电路。TXIQ中频已调波（调频）信号被送到鉴相器(PD)。发射混频电路（即第一本机振荡信号与TXVCO信号混频）得到发射参考中频信号，也送到TXVCO锁相环电路中的鉴相器。两个信号在鉴相器中进行比较，得到一个包含发送数据的脉动直流信号。鉴相器输出的脉动直流电压信号送到TXVCO振荡器，控制压控振荡器TXVCO的频率。TX-VCO产生的发射频率对应在GSM 890.2~914. 8MHz(DCS 1710~1785MHz)的某一个载频上，然后送到高频功率放大器进行足够的功率放大。最后经过天线开关或合路器选出我们所需的高频已调信号，由天线发射出去。

    3．各品牌手机电路结构设计的异同点

    各品牌或各阶段的手机电路结构在设计原理上基本一致。硬件的不同主要表现在集成度和工艺上的不一样，仅一些外在的形式不同而已。这里主要讲述一下集成度的问题，参照图3-1所示的分立型整机功能图，与下面的摩托罗拉系列手机功能图来对比分析，让大家明白各种手机的硬件情况。早期的摩托罗拉系列手机（如M308/M328）整机功能图和中期的摩托罗拉系列V998手机整机功能图分别如图3-2及图3-3所示。这两个阶段手机集成度功能的对比情况如下：

    图3-2    早期的摩托罗拉系列手机(M308/M328)整机功能图

    图3-3    中期的摩托罗拉系列V998手机整机功能图

   (1)早期的摩托罗拉手机整机功能图概述从整体电路上看，早期的摩托罗拉系列手机（如M328）将GMSK解调与GMSK调制等做成一块芯片，取名为调制解调器，如图3-2所示的U501。将均衡、解密、加密、交织、去交织、信道编码与解码、运算器及控制器等做成一块芯片，取名为CPU，如图3-2所示的U701。将语音编码与语音解码等做成一块芯片，取名为语音IC（也称语音编解码器），如图3-2所示的U801。将PCM D/A和PCM A/D转换等做成一块芯片，取名为多模，如图3-2所示的U803。为了协助CPU工作，还采用了一块数字接口IC  U703（也称协处理器），内部包含了SIM卡接口、对开机的识别与控制接口电路等。中频模块U201内部集成了接收鉴频（解调）及接收基带RXIQ滤波和放大、TXIQ中频调制及放大、一本振和二本振VCOPLL、13MHz主时钟电路、射频供电电源（也称二次电源）、分频器等。

   (2)中期的摩托罗拉手机整机功能图概述  自从BGA封装得到广泛应用以后，如摩托罗拉系列V998 (8088)手机问世以来，集成度发生了很大变化，一块中频模块U913除包含了M328中频IC的所有功能以外，还相当于把M328的调制解调器U501也做在了此IC内部。电源模块U900除了具备M328的所有功能以外，还相当于把M328的语音IC  U801、多模U803和数字接口IC U703也做在了此IC内部。字库U701内部包含了码片，相当于把M328的码片U705和字库U702结合在一起。

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