我国GSM手机占用频段主要是900MHZ和1800MHZ。实质上1800MHZ也是由于手机用户数量 的激增，造成了手机通信网络系统处于超负荷运转状态，最终导致了手机在通信时很容易出现类似于 掉线、串音、话音质量不好、难以上网等故障现象。为了解决这些故障现象，越来越多的手机运营商 和生产商开始意识到解决这个问题的迫切性，并不断采取相关措施来进一步扩容手机网络系统，于是 GSM1800Mhz便应运而生了，又被称为DCS1800（数字蜂窝系统），它的出现，使基于GSM900、1800的 双频网络变为现实。

使用GSM900/GSM1800双频手机，用户可以在GSM900与GSM1800之间自由切换，可以有效地避免以 往掉话，通话难和音质差等问题，较以前只使用GSM900网的通话更加方便。

1.1.2 GSM三频

所谓的“三频”就是包含3个工作频率，这三个工作频率就是GSM900Mhz、DCS1800Mhz以及 PCS1900Mhz，依此类推，所谓的“三频手机”就是指手机可以同时接收GSM900M、DCS1800Mhz以及 PCS1900Mhz这三个频率段的信号，从中做出选择，那一频段的的信号强，就选择那一基站的信号， 如果一方接不通，可以自由转到别一个频段的信号上。它实际上就是扩大了手机的接通率。在一些手 机用户比较集中的地区，尤其合适使用三频手机，因为三频手机能够灵活地在GSM900、DCS1800和 PCS1900之间进行切换，以便始终保持通话不断及通话质量。PCS1900兆网，是北美地区（美国、 加拿大）及欧洲国家通信网络领域普遍使用的网段。

由于三频手机能同时工作在三个不同频率的网段之中，因此三频手机无疑具有这三种网络的特点。 从技术角度而言，GSM1800因为频段高，使得信号穿透能力强，因此在高楼林立的复杂环境中能带来 良好的通话质量和通信覆盖；而PCS1900频道，在北美地区（美国、加拿大）及欧洲地区有着良好的 通信能力，这无疑为那些频繁来往于洲际间的人士提供了他们所需要的服务。

对于运营商而言，三频段网络的构筑，则彻底地缓解了GSM900所存在的频段与容量的问题，使得 网络进一步优化，热点地区的话务量高峰得到有效缓解，接通率更高，从而使业务量大大提升。

最大发送功率：GSM：33±2dBm

DCS：30±2dBm

PCS：30±2dBm

均方相位误差：<5°

峰值相位误差：<20°

（3）接收机性能指标

接收参考灵敏度：－102dBm

误码率(ClassⅡRBER)：2%

（4）电源

标称工作电压：3.0～4.2V

通话电流：平均值﹤250mA

守候电流：3～10mA

电池：常用电池有镍氢电池、锂离子电池和锂聚合物电池。

GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。世界上主要的两大GSM系统为GSM 900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。前者发展的时间较早，使用的国家较多，后者发展的时间较晚，使用的国家也较少。物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，而手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而后者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长。

① 频段：双频手机用户可以在GSM900MHz和DCS1800MHz频段网络区内自动切换，三频手机用户还可以在北美地区选择PCS1 900MHz频段。

② 支持GPRS。

③ 显示：单屏、双屏。

④ 中文输入法：T9、Zi等。

⑤ 电话本和通话记录：可存储电话号码，并可在话机和SIM卡之间移动、复制；可按姓名和位置查找；显示已拨、已接、未接的电话号码。

⑥ 来电提示：不同来电用不同的提示音，不同来电用不同颜色的背光闪烁。

⑦ 短消息：支持SMS和增强型短消息(EMS)，即支持短消息的输入、存储、发送和接收，广播短消息，短消息服务功能设定以及语音信箱。

⑧ 通话管理：通话时间提示、紧急呼叫、通话计费、多方通话、呼叫保持、呼入等待、设置本机号码限制、通话和传真、呼叫转移、呼叫限制。

⑨ 话机设置：铃声大小设置，SIM卡PIN1、PIN2管理，电话锁(4～8位数字)，设置时间和日期，网络选择，振铃音，语言选择，振动选择，翻盖接听，自动接听，任意键应答，低压告警。

⑩ 附件：闹铃、定时开关机、世界时间、记事本、电子词典、计算器、计时器、秒表、游戏。

红外传输：可互传名片或数据资料。

上网。

STK：支持中文SIM卡增值服务。

MP3播放、收音、实物摄像。

录音、语音拨号。

手机制式主要包括GSM、CDMA、3G三种，手机自问世至今，经历了第一代模拟制式手机（1G） 、第二代GSM、TDMA等数字手机（2G）、第2.5代移动通信技术CDMA和第三代移动通信技术3G。

模拟网：模拟网的信号以模拟方式进行调制，其模拟级数采用的是频分多址。(移动通信规定的频段 为905—915MHZ，每25KHZ为个信道，支持一对用户通话)。中国的模拟网有A网(Motorola设备)及B网 (Ericsson设备)之分，两网己实现互通。

模拟网信号失真度小，因而音质可与有线电话媲美。且由于建设较早，覆盖完善，全国大部分县级 城市均有覆盖。模拟网的缺点是其信道数量相对较少，保密性差。

GSM数字网：GSM：GSM(Global System For Mobile Communication)网即全球移动通信系统，又称 “全球通”，很多公司参与了标准的制定工作。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和 制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。我国自1994年底开始， 在十多个省市筹建GSM蜂窝移动通信网，其发展势头世人皆叹，GSM数字网已覆盖全国30多个省 (区、市)，300多个地区和2000多个县市，并可与40多个国家实现漫游。

GSM采用的是数字调制技术，其关键技术之一是时分多址(每个用户在某一时隙上选用载频且只能在特 定时间下收信息)，GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、号码资源丰富、通话清晰、 稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低等。因此其话音清晰，保密容易，能提 供的数据传输服务较多。GSM网能支持的用户数量为模拟网的1.8-2倍。

由于GSM发展极快，在其900MHZ频段满以后，又开辟了GSMl800频段，手机工作在900MHZ和1．8GHZ频 段以及GSM1900MHz等几个频段。

GPRS：GPRS是General Packet Radio Service的英文简称，中文为通用无线分组业务，是一种基于 GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对原来GSM的拨号方式的电路 交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、 “高速传输”、“自如切换”的优点。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组” 的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信过渡的过渡技术，但是 它在许多方面都具有显著的优势。

由于使用了“分组”技术，用户上网相对稳定，避免了不必要的断线带来的困扰。此外，使用GPRS上 网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用该电 话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行。从技术上来说，声音的传送(即通话)继 续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。 而且发展GPRS技术也十分“经济”，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛， 包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。

TDMA：TDMA是Time Division Multiple Access的缩写，这是一种用Time－Division Multiplexing （时分多址）来提供无线数字服务的技术，它代表的是一种移动电话系统的数字信号传输技术。TDMA 把一个射频分成多个时隙，再把这些时隙分给多组通话。这样，一个射频可以同时支持多个数据频道， 该技术已成为今天的D-AMPS和SM系统的基础。

图1所示是手机总体框图，手机是由射频、基带、软件和人机接口等单元组成的。

下面按射频、基带、人机接口、软件、SIM卡五部分进行叙述。

4.2.1 射频单元

射频单元的组成如图1所示。

发射机将基带单元送来的已调基带信号与频率合成器产生的本振信号混频，变换为射频发射频率，经功率放大器将已调射频信号放大到所需功率，再经双工器馈送到手机天线上发射出去。

手机接收机将天线上所收到的来自基站发射机的微弱已调射频信号，经双工器送到低噪声放大器放大到所需电平，与频率合成器产生的本振信号混频，变换为基带信号送往基带单元。

频率合成器以高精度晶体振荡器作为基准，通过合成技术能产生一系列具有一定频率间隔的高精度频率源。合成方式有直接合成和锁相环合成两种。

双工器是允许利用同一天线同时发射和接收的一种装置，实质上它是一组滤波器，以避免发射的强信号干扰接收的弱信号，早期的双工器是陶瓷双工滤波器，体积较大。为了减少手机的尺寸，通常的做法是采用电子开关加上必要的TX低通滤波器和RX—SAW滤波器，并集成封装在一个模块中，实现双工开关的功能。

以下介绍的射频设计是一套适用于GSM900/ DCS1 800双频手机射频设计方案，它与以往的手机解决方案有所不同，使用了零中频技术，接收时不再需要中频滤波器，对减小手机体积、降低成本都是非常有利的。下面简述射频部分的工作原理。

a．接收机

接收机原理如图2所示。

在该接收机中，主要功能由零中频收发器(U4)完成，它包括一个GSM低噪声放大器(LNA)、两个正交混频器(GSM频段和DCS频段)、一个本振信号发生器和两个有源滤波器。

接收机工作时，接收信号通过天线进入前端模块(前端模块包括收发开关、低通滤波器和RX滤波器)，之后，信号分别送入DCS通路或GSM通路。对于GSM通路只需把从前端模块送出GSM_RF和GSM_RFB送入U4下变频处理即可；而对于DCS频段必须外接LNA(U2)和BALUN(U3)，将经过前端滤波之后的信号转换为DCS_RF和DCS_RFB双端平衡信号，然后送入U4进行混频处理。系统频率合成器产生的本振信号在U4内分频后，与接收信号一次混频直接得到零中频I、Q信号，此I、Q信号经过低通滤波器滤除阻塞干扰和邻道干扰后，被送入基带电路进行解调处理。

外部LNA(U2)电压增益、U4内LNA、混频器和内部的基带放大器增益，都可以通过串行接口实现可编程增益控制(AGC)。

GSM手机的AGC是根据基带检测到的接收信号强度来调节接收机的增益，使接收机输出的基带信号幅度峰峰值保持在要求的数值上，以满足接收机动态范围的要求。AGC控制信号由基带单元送出。

b．发射机

发射机主要由调制环路、功放(PA)和前端模块组成。调制环路集成在零中频收发器U4中，它包括正交调制器、分频器、高速相位—频率检测器和下变频混频器，与外接的发射压控振荡器(TXVCO)共同完成传递调制。

发射机原理如图3所示。发射通路的工作过程：从基带电路送来的I、Q信号进入U4，U4内部产生一个正交调制的IF信号，再利用传递环技术将信号通过TXVCO变到最终的TX频率上(GSM为890～915MHz，DCS为1710～1785MHz)，之后TXVCO输出的射频信号送入功率放大器(U7)进行放大，再送入前端模块(U1)滤波后经天线发射出去。由于TXVCO输出频谱好，所以只需要在前端模块集成一个低通滤波器滤除发射谐波。

简单地说，传递环技术就是一个在反馈环路中带有一个下变频器的锁相环，它起到跟踪带通滤波器的作用，不但发射噪声小，同时还可以消除寄生调制。

U7的功率控制是通过一片IC(U6)实现闭环控制。一方面要让输出功率在每一个工作时隙中保持稳定，满足GSM标准的要求，另一方面用来自基带的功率等级控制信号TX_RAMP控制手机输出功率的大小，在不需要最大发射功率就能达到较好传输质量的情况下，降低手机的发射功率，减少对其他通信的干扰，同时可以延长手机电池的使用时间。

功率控制的过程是：手机通过上行链路报告所测量的接收信号强度和信号质量，GSM系统通过下行链路下达手机功率控制指令，确定增加或减少手机的发射功率，手机软件根据系统指令选择后，送出TX_RAMP信号去调节功放所需的输出功率。

自动功率控制(APC)原理框图如图4所示。

APC的实现过程如下：U7输出经过定向耦合器耦合一部分信号，把这部分信号的电压V1送入比较器(U6)一个输入端，与来自基带的控制信号TX_RAMP的电压进行比较，产生的电压差被送入U7的电压控制脚，自动控制输出功率。

c．频率合成器

该方案频率合成器主要包括13MHz参考晶振(VCTCXO)、小数分频锁相环(PLL)和射频压控振荡器(RFVCO)，具体的工作过程见图5。

自动频率控制(AFC)信号控制VCTCXO的频率，为PLL提供参考频率。RFVCO产生的频率送入PLL，经过分频处理后与13MHz频率比较，比较所产生的误差电压CP再送入RFVCO 中，进一步控制RFVCO的频率，直到其频率值达到要求。

RFVCO是宽频段、低相位噪声的振荡器，它在不同工作方式下的频率见表1。

表1 RFVCO不同工作方式下的频率

射频VCO覆盖GSM/DCS双频段，实现并不困难，但是由于手机是低电压工作的，又要求PLL的锁定时间很快(对GPRS<250μs)，相位噪声低，所以在环路中采用充电泵来改善压控振荡器的控制速度，同时U1是小数分频PLL，环路比相频率可以选高一些，使锁定时间加快。U1内部包括了Σ—Δ调制器、加法器、高频前置分频器、低噪声的相位检测器和充电泵。

通常情况下，VCTCXO技术指标为：标称中心频率f0=13MHz；常温条件下的频率误差为±5×f0×10；温度稳定度为±2.5×f0×10。

从参考频率振荡器的技术参数可以看出：若不采用AFC，显然不能满足GSM11.10技术规范中对手机频率误差0.1×f0×10的要求，因此，必须采用AFC。

为了完成AFC，首先要有一个以基站频率为基准的频率校正信号，它是由BS在下行的慢速相关控制信道(SACCH)上发出的。手机接收到由BS发来的频率校正数据后，经DAC变换再滤波，产生一个AFC控制信号，加到手机参考频率源U11的AFC脚，使手机的参考频率作出调整，从而可以微调手机发射的工作频率。手机的发射频率经由BS接收后，再由BS判断，若误差超过标准，由BS经SACCH信道重新作出调整，直到手机的发射频率误差在正常和极限条件下均可满足要求为止。

d．接口

射频电路与基带电路之间有许多接口，包括模拟的和数字的。主要的接口如下。

I、Q接口：接收通路产生的I、Q信号送入基带进行解调，并最终变成语音信号，而发送通路所需的I、Q信号则来自基带，经过射频电路的调制并加载波后发射出去。

SEN、SDATA、SCLK接口：这3个接口是基带电路和射频电路之间的数字控制接口，能实现对射频电路很多功能的控制，包括对接收机增益及频率合成器的控制。

AFC接口：来自基带电路，实现对VCTCXO的频率控制。

RF_CLK接口：与基带电路相接，为基带电路提供精确的参考时钟。

TX_RAMP接口：来自基带电路，与来自耦合器的信号进行比较，以实现对功放的功率控制。

4.2.2基带单元

在无线通信系统中，基带信号构成发射机的调制信号。GSM系统中所传输的是二进制数字信号，发射时有信源编码、信道编码、交织、突发脉冲格式化、加密和调制，通过这些处理将模拟信源信号变换为数字基带信号；接收时有解调、解密、突发脉冲格式化、去交织、信道解码和信源解码，经过与发射相反的信号处理，将数字基带信号变换为模拟信源信号。这些处理过程如图6所示。

手机的基带部分采用专用芯片设计，专用芯片是以微处理器、微控制器和基带接口芯片为核心的大规模集成电路。数字信号处理器实现手机语音编解码、自适应均衡、加密和解密算法；微控制器实现对手机操作和通信协议运行的控制；基带接口芯片实现基带信号调制/解调和A/D、D/A转换。基带还提供语音、数据接口和人机对话等所必要的配套能力，作为个人通信标志的SIM卡，也配置在基带。全部系统软件和应用软件存储在基带的快闪存储器(Flash ROM)内。

下面介绍一种手机基带设计方案，该方案可以支持GPRS。

本方案基带单元的工作是围绕两个主要芯片进行的：GSM处理器U1和基带接口U2。

图7为基带部分的原理框图。框图中有两个晶振，其中13MHz晶振为手机的参考频率，要求频率精度比较高。而32kHz的晶振主要是为各部分的省电模式提供基准频率。

a．微处理器U1功能介绍

U1主要由16bit 数字信号处理器(DSP)、32bit微处理器(MCU)和外围接口三部分组成，功能框图如图8所示。

Ⅰ．数字信号处理器（DSP）

DSP专门实现语音编解码、信道均衡和信道编解码以及信号强度测量等功能。实现这些功能的代码通常存储于外部快闪存储器，并根据需要动态下载到DSP的程序RAM和缓存。

DSP集成了两个协处理器以及缓存/程序控制系统。运算协处理器的主要工作任务是进行加密/解密的运算。维特比协处理器的主要任务是完成信道均衡和信道编解码。缓存/程序控制作为DSP与内部、外部的存储单元之间通信的中介和控制系统，提供足够的地址空间，完成各部分功能的时序控制。

DSP可以通过缓存系统对存储在快闪或内部RAM中的代码进行访问，缓存系统可以自动地下载需要的代码。

Ⅱ．FMCU

在GSM系统中，MCU子系统的主要功能是执行GSM协议层软件、人机界面软件和其他用户应用软件。它由ARM7中央处理器、内部ROM、时钟发生器和存取控制模块构成。与ARM相连的总线管理模块控制ARM直接与外围总线、系统RAM总线或外部总线中的一个进行存取。

Ⅲ．外围接口

U1外围接口包括键盘、存储器、显示驱动、SIM数据接口以及它进行各种处理所需要的通信接口。

b．音频接口芯片U2功能介绍

U2功能如图9所示。它主要由基带处理(信号调制/解调)、辅助处理和音频处理三大部分组成，每一部分与微处理器之间的通信是通过串行总线进行的，其中：基带串口处理与RF接口的I、Q信号；辅助串口处理所有与编解码有关的控制信号、ADC数据以及DAC数据；音频串口处理语音信号。

Ⅰ．基带处理部分从头至尾始终是模拟信号，它为话筒和扬声器直接提供驱动接口；提供免提和外部汽车设备接口；提供独立的输入输出信道。输入输出增益为用户提供最大灵活性的可编程特性。

发射通路将基带串口接收的上行I、Q信号送入GMSK调制器，调制后送进两个高速DAC，再送入射频发射机，基带处理的调制/解调器为双信道。

其接收通路将射频接收机送来的平衡I、Q信号首先被取样，然后送入两个Σ—Δ调制器以减少量化噪声，ADC之后的I、Q信号经过高性能数字滤波器以滤除邻道噪声和量化噪声。

Ⅱ．辅助处理部分主要包括控制寄存器、ADC’S、DAC’S。

Ⅲ．音频处理部分主要处理音频信号的变换。

c．电源管理及充电

手机电源系统通常采用电源管理模块集中控制，该方案电源管理模块提供4个LDO，这4个LDO根据电路特点和实际需要均进行了性能上的优化，每个LDO都有各自的特点。

数字LDO：数字LDO在开机后始终需要开启，因此LDO对低负载时的静态电流进行了优化。

模拟LDO：模拟LDO同样始终开启，因此对静态电流要求也很高。同时，由于需要与射频部分进行连接，所以要加强低频纹波滤除。

晶振LDO：晶振LDO要求具有良好的噪音特性。

实时钟LDO：实时钟LDO为备用电池充电，即使在关机时它都要工作。

手机充电可以采用线性充电模块，外部用一个PMOS管作为开关管。充电的前一段时间为恒流，当电池电压达到4.1V/4.2V时，变为恒压充电。该方案的充电电路集成在电源管理模块中。

d．显示接口

LCD的接口模式有并行和串行两种，本方案中LCD与MCU的接口为串行模式，在每个时钟的上升沿输入一位串行数据。在8位串行数据都进入之后，串行数据转变为8位的并行数据在驱动模块中进行下一步处理。驱动模块内置显示RAM，一个RAM位和一个LCD的点相对应，这样就可以通过改变这个RAM位的内容而改变LCD的点的状态。

e．射频与系统接口

Ⅰ．基带与射频部分的接口：

基带I/Q接口信号，如IP、IN、QP和QN；

串行数据信号，如SYNTHDATA、SYNTHEN和SYNTHCLK，是基带部分为RF提供控制信号的串行通信接口；

射频时钟及控制信号，如RF_CLK、AFC、TX_RAMP；

温度检测信号，如TEMP_SENSE。

Ⅱ．基带部分的系统接口：地(GND)、数字电源、模拟电压、通用系统接口0～6(USC 0～6)、耳机接口、充电器电源接口。

4.2.3 人机接口

人机接口是进行移动通信的人与提供移动通信服务的手机之间交往的界面，如图10所示。它包括硬件和软件：硬件有键盘、显示屏、话筒、扬声器和SIM卡等；软件有菜单与电话簿功能、公众移动网功能、用户SIM卡功能、基本人机界面功能。

4.2.4 软件

参见图11，GSM软件包括基带单元内部功能电路的运算程序和执行通信协议的第一、二、三层的运行程序。图中虚线左方是基本的GSM软件，右方是增加GPRS功能的软件部分。

4.2.5 SIM卡

SIM卡是由一块大规模集成电路芯片制成的。在GSM数字移动通信网中，每一位用户都有一张SIM卡，必须将其插入手机，用户才能进行通话。没有插入SIM卡的手机，仅可发出紧急呼叫，其他所有功能都不能使用。在GSM移动通信中采用了SIM卡技术，使无线电通信从不保密的处境中解放出来。

SIM卡有两种：一种称为大卡，尺寸为85mm×54mm；另一种称为小卡，尺寸为25mm×15mm。不管大卡或小卡，所装的集成电路都一样。有些大卡上嵌装小卡，可将小卡拆下使用。通用的是小卡。随着网络增值业务的不断开通，STK卡也开始流行，它可以提供银行等多种业务，同时卡的容量也大于一般的大、小卡，STK卡可以存储100个电话号码。

SIM卡有客户与手机分离(人机分开)、通信安全可靠、成本低而结实耐用等特点。

SIM卡存储的内容包括：a. 用户识别号码，即代表用户的电话号码。b. 用户密钥和保密算法。它们既能鉴别用户身份，防止非法进入网络，又能使无线信道上传送的用户数据不会被窃取，从而杜绝了“孖机”现象。c. 个人识别码(PIN码)和SIM卡个人开锁码(PUK码)。PIN码是SIM卡的个人密码，可防止他人擅用SIM卡；当PIN码按错后，可亲自用PUK码来开锁。d. 用户使用的存储空间。用户可将一些固定短消息，电话号码本等个人信息存入SIM卡中。

GSM数字手机的话音是被数字化之后才在无线信道上传送的，它不像模拟移动电话那样容易被干扰， 因此通话时话音清晰、干扰小。但是，因传送的是数字化的话音，也存在话音有些失真的缺点。机时 模拟手机的话音失真度比GSM数字机要好。有关部门正在研究开发更先进的话音数字化编码技 术，以降低GSM手机的话音失真度。

CDMA数字网：CDMA是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access），它是在数字技术的分 支－－扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。它能够满足市场对移动通信容量 和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆 盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。

业内运营者们正努力在他们的系统中增加用户数量，降低每位用户的费用，创造更大的利润并积极加 强市场渗透。码分多址技术就是解决这一问题的数字通信技术之一。

GSM手机的优势为：

高效的频带利用率和更大的网络容量

简化网络规化

提高通话质量

增强保密性

提高覆盖特性

延长用户通话时间

软音量和“软”切换

上网速度更快