数字手机的结构和原理详解

1.数字手机的结构

GSM手机的电路结构可分为射频部分、逻辑/音频部分和输入输出接口电路。

（1）射频部分 射频部分一般指手机电路的模拟射频、中频处理部分，它主要完成接收信号的下变频，得到模拟基带信号，以及完成发射模拟基带信号的上变频，得到发射高频信号。按照电路结构划分，射频部分又可以分为接收机、发射机和频率合成电路。

1）接收机包括天线开关、高频滤波器、高频放大器、一混频器、二混频器、中频滤波器、中频放大器等。它将935～960MHz的射频信号不断下变频，最后得到67.768kHz的模拟基带信号。

2）发射机包括带通滤波器、发射混频器、发射压控振荡器、功率放大器、功率控制器、天线开关等。它将67.768kHz的模拟基带信号上变频为890～915MHz的发射信号，并且进行功率放大，使信号从天线发射出去。

3）频率合成电路为接收机和发射机的混频电路提供本振频率，本振信号从基准时钟获得基准频率，然后采用锁相环技术实现频率合成。一部手机一般至少需要两个本振频率，即一本振和二本振。有的手机则需要4个本振频率，即接收一本振、接收二本振、发射一本振、发射二本振，分别提供给接收一、二混频和发射一、二混频电路。对于双频手机，频率合成电路更加复杂，它的一本振和发射二本振往往需要提供GSM900和DCS1800需要的两种频率。例如，CD928型GSM手机的一本振为GSM 720～745MHz或DCS 1590～1665MHz，其发射中频本振为GSM 170MHz或DCS 120MHz。

（2）逻辑/音频处理部分 逻辑/音频处理部分可以分为逻辑控制和音频信号处理两个部分。它完成对数字信号的处理及对整机工作的管理和控制。

1）逻辑控制部分由中央处理器CPU和存储器组组成。存储器组一般包括3个不同类型的存储器：静态随机存储器SRAM、电可擦写只读存储器EEPROM和闪速只读存储器FLASH。

● CPU与存储器组之间通过总线和控制线相连接。CPU就是在这些存储器的支持下，才能够发挥其繁杂多样的功能，如果没有存储器或其中某些部分出错，手机就会出现软件故障。CPU对音频部分和射频部分的控制处理是通过控制线完成的，这些控制信号一般包括静音MUTE、显示屏使能LCDEN、发光控制LIGHT、充电控制CHARGE、接收使能RXEN、发送使能TXEN、频率合成器信道数据SYNDAT、频率合成器使能SYNEN、频率合成器时钟SYNCLK等，这些控制信号从CPU伸展到音频部分和射频部分，在各种各样的模块和电路相应的部分去完成整机复杂的工作。

● 所有电路的工作都需要两个基本因素：时钟和电源。时钟的产生因机型的不同而不同，有的从射频部分产生，再供给逻辑部分，有的从逻辑部分产生，供给射频部分。整个系统在时钟的同步下，完成各种操作，这个系统时钟一般都为13MHz。有时可以见到其他频率的系统时钟，如26MHz等，在内部进行分频后再使用。另外还有一块实时时钟晶体，它的频率一般为32.768kHz，它为显示屏提供正确的时间显示。当然，有些机型中没有这块晶体，所以没有时间显示。

● CPU在供电和时钟配合的情况下，从存储器内调出初始化程序，对整机的工作进行自检，这样的自检包括逻辑部分自检、显示屏开机画面显示自检、振铃器或振荡器自检、背景灯自检等。如果自检正常，CPU将会给出开机维持信号，在不同的机型中，这个维持信号的实现是不同的。(www.xing528.com)

2）音频信号处理部分分为接收音频信号处理和发射音频信号处理，一般包括数字信号处理器、调制解调器、PCM编解码器和中央处理器。

● 接收时，音频部分对射频部分送来的模拟基带信号进行GMSK解调、解密和去交织，得到22.8kbit/s的数据流，接着进行信道解码，得到13kbit/s数据流，经过语音解码后，得到64kbit/s数字信号，最后进行PCM解码，产生模拟语音信号，驱动扬声器发声。

● 发射时，送话器送来的模拟语音信号在音频部分进行PCM编码，得到64kbit/s的数字信号，该信号先后进行语音编码、信道编码、加密、交织、GMSK调制，最后得到67.768kHz的模拟基带信号，送到射频部分进行上变频的处理。

（3）输入输出接口电路 输入输出接口电路包括模拟语音接口、数字接口和人机接口三部分。模拟语音接口包括A-D、D-A转换电路；数字接口主要是数字终端适配器；人机接口有显示器、键盘、扬声器、送话器、振铃器、振动器、背景灯和状态指示灯等。

2.数字手机的基本工作原理

手机开机CPU工作后，运行开机程序，包括各芯片的自检。若运行正常，则CPU送出维持开机信号，并在下行信道即基站发送给手机方向的124个信道上开始搜索控制信道BCCH的载频。因为系统随时向小区中的用户发出广播控制信息，手机搜索到最强的BCCH所对应的载频频率后，读取频率校正信道FCCH，使手机MS的频率与之同步。所以每一个用户的手机在同一个小区的载频是固定的，它是由GSM网络运营商组网时确定的，而不是由用户的GSM手机来决定。手机在处理呼叫前要读取系统的信息，如邻近小区的情况、现在所处小区的使用频率以及小区是否可以使用移动系统的国家号码和网络号码等，这些信息都可从BCCH上得到。

手机根据接收到信号的强弱把124个信道排列成一张表，并检查它是不是广播信道BCCH。一旦手机发现了最强的广播信道BCCH，它就会根据广播信道复帧中FCCH和SCH信号调整内部的频率和时序，使自己在频率上和时间上与BCCH同步，然后检查这个BCCH信号是否来自该手机SIM卡运营商的公用陆地移动网PLMN，例如，139或130分别属于不同公司的公用陆地移动网，这是手机通过比较事先存储在SIM卡上的网络号、国家号与BCCH信道发出的相应信息是否一致来实现的。

图4-9 手机开机的工作流程

手机开机的工作流程如图4-9所示。在手机开机过程中，若出现自检不正常，会显示“手机坏，请送修”、“联系服务商”、“软件坏”等，一般为软件故障，此时需用编程器将码片或字库进行重写，也可用软件检修仪进行重写；若出现“插入SIM卡”、“检查SIM卡”，一般为卡故障，需检修相关电路；若找不到网络，则说明手机射频电路有故障，由于手机入网时既要接收信号，又要向网络登记，所以，不入网的故障发生在接收和发射部分的可能性都存在。