手機(jī)通話原理是什么?

手機(jī)通話原理是什么?

手機(jī)之所以能夠打電話是由于它背后有一個(gè)龐大的系統(tǒng)在支持著它。在我國(guó)，模擬手機(jī)屬模擬網(wǎng)或稱ETACS系統(tǒng)，GSM數(shù)字手機(jī)屬GSM數(shù)字網(wǎng)或稱GSM系統(tǒng)。模擬ETACS系統(tǒng)的每個(gè)信道都有不同的頻率，當(dāng)基站發(fā)出信號(hào)，指示一個(gè)移動(dòng)電話發(fā)射指定頻率上網(wǎng)時(shí)，這個(gè)用戶便占用了這一條信道，另外的用戶就無法占用同一條信道了；GSM系統(tǒng)采用的是TDMA的選址方式，同一頻率的信道分為8個(gè)時(shí)隙，可以在不同時(shí)段由不同的用戶占用，各用戶之間的信號(hào)通過基站分配的一定協(xié)議加以區(qū)分。這使得GSM手機(jī)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，抗干擾能力更強(qiáng)。

??? 話音信號(hào)又稱語(yǔ)音信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)的頻率通常在300～3400Hz之間，要將它變成脈沖信號(hào)負(fù)載在載波上傳送，首先要將這一低頻語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化。抽樣是模／數(shù)轉(zhuǎn)換中常用的技術(shù)，如圖1所示。模擬信號(hào)是一個(gè)連續(xù)的正弦或余弦波，要用一系列的脈沖信號(hào)對(duì)它進(jìn)行基本不失真的再現(xiàn)，那么抽樣的頻率就要足夠高，這樣才能使信號(hào)得到還原。依據(jù)抽樣的定律，抽樣頻率應(yīng)大等于兩倍的抽樣信號(hào)頻率，才能不失真。在目前的數(shù)字手機(jī)中，抽樣頻率都采用8kHz，這個(gè)抽樣率是足可以保證信號(hào)的可信度的。數(shù)字脈沖信號(hào)只有0和1兩種。經(jīng)過抽樣后的脈沖波，其振幅有大有小，要對(duì)一個(gè)脈沖波進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，就要有對(duì)它的“高度”也有一個(gè)定義，這就是量化的過程。每個(gè)采樣值經(jīng)編碼成為8bit碼，形成為8k×8bit／s ＝64kbit／s的信號(hào)。這就是話音信號(hào)成為數(shù)字信號(hào)的第一步，即模／數(shù)轉(zhuǎn)換（A／D）。但是64kbit／s的信號(hào)所占的頻帶太寬，無疑是一種浪費(fèi)。因此，需要將該信號(hào)進(jìn)行壓縮，通過語(yǔ)音壓縮技術(shù)我們將64kbit／s的信號(hào)變?yōu)?3kbit／s的信號(hào)，大大節(jié)省了頻帶。從抽樣、量化到壓縮的這一系列過程，稱之為語(yǔ)音編碼。

圖1? 抽樣頻率

語(yǔ)音編碼后，我們得到的是一組連貫地反映話音信息的13kbit／s脈沖信號(hào)，這組信號(hào)將被重新分組，分解出重要bit碼、次重要bit碼和不重要bit碼，然后將他們不按次序地插入碼群中，這就是分間插入。為什么要這樣做呢？因?yàn)闊o線信號(hào)在空中傳送會(huì)遇到各種各樣的干擾，而且這些干擾都是隨機(jī)的。如果將語(yǔ)音編碼器送來的13kbit／s信號(hào)順次負(fù)載在載波上加以傳送而不進(jìn)行重新組合分間插入的話，那么在一段時(shí)間內(nèi)受到干擾時(shí)就會(huì)造成這一段時(shí)間的所有資料的丟失，由于沒有這段時(shí)間的相關(guān)資料，恢復(fù)這些信號(hào)也就不可能了。而采用了分間插入的技術(shù)，即使一段時(shí)間的資料被破壞，也僅是一組語(yǔ)音群中的一小部份被破壞，完全可以根據(jù)其他脈沖群對(duì)它進(jìn)行恢復(fù)。

當(dāng)然，根據(jù)相關(guān)脈沖恢復(fù)受損的脈沖，是需要通過在編碼時(shí)加入一些碼元來辨別的。這種編碼方式可以由加入塊卷積碼、糾錯(cuò)碼和奇偶校驗(yàn)碼幾種形式來實(shí)現(xiàn)。上面所述的過程，就是信道編碼和交織的過程。

??? GSM手機(jī)較ETACS手機(jī)的一項(xiàng)十分先進(jìn)的技術(shù)就是其保密性的極大提高。GSM手機(jī)加密采取多種方式，如在手機(jī)開機(jī)登記入網(wǎng)時(shí)，要傳送IMSI號(hào)及MIN號(hào)等每個(gè)用戶特有的入網(wǎng)號(hào)，這些號(hào)碼在空中傳送要經(jīng)過了一個(gè)存儲(chǔ)在SIM卡上的ki值的運(yùn)算，這一運(yùn)算要與交換機(jī)相對(duì)應(yīng)，因此要在空中截取和破獲這一信息基本上是不可能的。另外，GSM系統(tǒng)還有跳頻的功能。顧名思義，就是載頻的頻率不斷變化，以起到保護(hù)信息不被盜取的作用。這一過程，我們稱之為加密。
??? 經(jīng)過了以上一系列對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的處理，便形成了Burst，即幀信號(hào)。通過0．3高斯最小移頻鑒控即0．3GMSK技術(shù)，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換成為一個(gè)低頻調(diào)制信號(hào)，從而把它負(fù)載到載波上以電磁波的形式傳送出去，這就是調(diào)制過程。
??? 以上只是對(duì)GSM手機(jī)語(yǔ)音編碼的一個(gè)大致描述，這對(duì)于維修人員的實(shí)際意義在于，有了概括的印象，對(duì)手機(jī)硬件部分各個(gè)集成塊的作用就會(huì)比較明確，有利于維修時(shí)對(duì)故障起因的判定。下面是用更直觀的方式對(duì)以上敘述加以概括，見圖2。

圖2 語(yǔ)音信號(hào)處理流程