GSM手机原理简介 && WCDMA频段 && LTE cat表和BAND表 && 射频校准原理简介 && SIM卡原理及常用AT命令

       GSM是采用FDMA（频分）与TDMA（时分）制式相结合的一种通信技术，其网络中所有用户分时使用不同的频率进行通信。而CDMA是采用码分多址技术的一种通信系统，在这个系统中所有用户都使用同一频率。FDMA、TDMA及CDMA的比较如下图：

            
      GSM系统是第二代数字蜂窝移动通信系统，它采用900MHz频段，在后期又加入了1800MHz频段及1900MHz频段，为便于区别，分别称为GSM900、DCS1800及PCS1900。
      GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接；现在GPRS已经发展出来了加强型的GPRS了也叫EDGE，传输速度比教快一般成为2.75代网络。下图是一个GSM的源编码与信道编码示意图。

            

     GSM手机原理框图，如下：

           

      移动电话(以下均称手机)电路结构可分为四个部分:无线部分、传输处理部分、接口部分、电源部分。其电路原理可归纳为两大部分：射频电路和基带电路。
1．无线部分
      包括天线回路、发送、接收、调制解调和振荡器等高频系统。其中发送部分由射频功率放大器、带通滤波器组成。接收部分由高频滤波、高频放大、变频及中频滤波器组成，调制解调器采用GMSK。

2．传输处理
2.1发送通道的处理包括语音编码、信道编码、加密、TDMA帧形成。
  1）语音编码：用户的话音通过MIC转化成电信号，这个电信号通过ADC转化成数字的、代表语音的13Kbitps的信息流。
  2）信道编码：为了检测甚至纠正传输期间产生的差错，在数据流中引入冗余码，通过从信源数据计算得到的信息来提高其速率。信道编码的结果是一个码字流。
  3）交织：将几个码字的比特混合起来，使得在已调制信号中相互靠近的比特能扩展到几个码字上。由于调制流中连续出错的可能性是紧密相关的，而且由于当差错被去相关后，信道编码性能会改善，交织以后信息流就成了信息块的序列。
  4）突发脉冲格式化：为有助于接收信号的同步和均衡，向加密的信息块中增加一些二进制信息使其成为二进制信息块。
  5）加密：通过仅由移动台和基站收发台知道的加密方式修改这些信息块的内容。
  6）调制：使用GMSK调制技术，在适当时刻将数码信号转变为合适的频率的模拟信号；然后通过射频电路的处理，以无线电波的形式发射出去。
2.2接收通道的处理包括均衡、信道分离、解密、信道解码和语音解码。
  1）解调：无线电波被天线接收以后，接收机根据多址规则接收相应的信息。在突发脉冲格式化期间引入的附加信息的帮助下对这部分信号进行解调，结果为二进制信息块的序列。
  2）均衡：采用均衡解调的目的是校正因复杂地形引起的无线电信号失真。
  3）解密：通过与加密相反的方法修改这些比特。
  4）去交织：为了重建码字，把不同的突发脉冲的比特放回原位。
  5）信道解码：利用附加的冗余码，检测或纠正解调器输出中可能的差错，从解调器的输出中恢复信源信息。
  6）语音解码：通过译码器DAC将数字语音信息还原成模拟的语音信号。
       控制部分对移动电话进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、天线系统控制以及人机接口控制等。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。控制器采用微处理器。
3．接口部分 
      包括模拟语音接口、数字接口及人机接口三个部分。模拟语音接口包括A/D、D/A变换、话筒和扬声器。数字接口主要是数字终端适配器，人机接口主要有显示器和键盘。
4．电源部分
      电源部分包括电池直接供电的电路和由电池供电通过专用集成电源IC转换成各路直流电压的电路。

5 . 相关的几个概念

  1）MS --- 移动站，相对于基站而言，可以说就是指整个手机。BS --- 基站，相对于移动站而言，每个基站发射和接收GSM的无线信号，并覆盖一定的范围。MS和BS是一对相对的概念，如下所示：      BS ---radio channel--- MS
  2）ME --- 移动设备，主要是GSM实现机卡分离后和SIM相对的概念，ME运行GSM协议栈和MMI应用。SIM --- 就是SIM卡，主要是GSM实现机卡分离后和ME相对的概念，SIM卡中保存了用户的信息和鉴权密码等信息。ME和SIM是一对相对的概念，如下所示。

ME ---R/W interface--- SIM

  3）TE --- 终端设备，相对于TA而言的概念，在双CPU方案中指由主CPU组成的系统，运行MMI应用和其他应用。TA --- 终端适配器，相对于TE而言的概念，在双CPU方案中指由从CPU组成的运行协议栈(PS)的系统。AT --- TE和TA间进行通讯的指令，ATtention的意思。
MMI --- 人机交互界面，AT命令一般人很难使用，很不友好，因此需要一个友善的用户界面。现在大部分手机软件设计人员将所有上层应用称为MMI，我的对MMI的理解是指和GSM协议相关的应用。TE和TA是一对相对的概念，如下所示。         
           TE ---AT command--- TA
           MMI                          PS

================================WCDMA频段=====================================================

          WCDMA的频段表，常用的有1/2/5/8，不会同时用到所有的频段

================================LTE cat表和BAND表============================================================

LTE CAT全名LTEUE-Category，拆开来解释:LTE指的是4GLTE网络、UE是指用户设备、Category翻译为等级。通顺解释就是用户设备能够支持的4GLTE网络传输速率

的等级，也可以说成是4G网络速度的一个技术标准。

         

LTE频段表

=====================================射频校准原理简介=======================================================

（1）生产线对每一个PCBA进行射频参数校准的必要性：由于PCBA元器件之间的硬件偏差导致的射频接收发射参数的偏差，GSM规范苛刻的射频指标要求，包括接收电平、发射功率、频率误差等。
（2）校准基本原理：利用软件参数的方法来补偿硬件一致性偏差带来的射频参数偏差。MTK软件提供可以用来存储射频校准参数的数据结构(对应CAL.ini文件）和校准软件工具ATE。手机在实际网络工作的时候会调用这些已经校准的参数来优化射频的性能。
（3）手机射频参数校准的内容和合格范围：手机的射频包括接收机、发射机和频率合成器电路，软件校准也是针对这三部分的硬件参数进行校准的。

         A，AFC校准：由锁相环的原理知道，在锁相环锁定以后RF VCO的输出频率：Fvco＝26M/N ，即RFVCO的频率稳定度和频率精度由26MHz晶体振荡器的频率精度决定，所以校准射频频率合成器的频率精度就等于是校准26MHz晶体振荡器的频率精度。GSM规范要求手机的发射和接收信道频率精确度要在0.1ppm之内，手机通过接收基站的频率校准信道的信息，然后通过AFC去控制射频的VCTCXO可以将射频的频率误差控制在0.1ppm之内。可是每个TCXO之间存在着硬件偏差，所以需要校准。
        B，RXLEV校准：接收机校准。GSM手机接收机应能对接收到的基站信号强度进行测量并且在可用的输入信号电平范围内应能通过SACCH向基站汇报接收到的信号强度。  RXLEV跟接收信号强度的对应关系如下表：

          RXLEV = 0                              RX < -110 dBm
          RXLEV = 1        -110 dBm =< RX < -109 dBm
          RXLEV = 2        -109 dBm =< RX < -108 dBm      
          RXLEV = 3        -108 dBm =< RX < -107 dBm
                 …                           …
          RXLEV = 61       -50  dBm =< RX <  -49 dBm
          RXLEV = 62       -49  dBm =< RX <= -48 dBm
          RXLEV = 63                             RX >  -48 dBm

接收机RXLEV校准主要是校准Transceiver内部中频放大器PGA的增益设置，以抵消接收机前端无源器件（包括天线开关和Saw filter）的路径损耗，让手机向基站汇报的接收电平为手机天线端实际接收到的RXLEV，MTK平台对接收电平RXLEV的校准叫做 RX PATH LOSS校准。

        C，APC校准：GSM由于采用发射机动态功率控制机制，手机在通话过程中其发射功率随着其离基站远近而自动由基站调整，GSM900手机的发射功率有5~19一共15级,功率电平控制分别对应于33~5dBm。DCS1800手机发射功率有0~15一共16级，功率电平控制分别对应于30~0dBm，每增加一级电平，手机发射功率下降2dB。功率级别由基站控制完成。

        在满足功率容限的前提下，二相邻功率等级的功率差应大于0.5dB且小于3.5dB。发射功率APC校准的目的是让手机在每个发射功率等级天线的输出功率等于GSM的标称输出功率，MTK平台APC校准主要是校准每个功率等级的PA APC DAC值，并把它存到手机NVRAM里面。

        D，ADC校准：ADC校准用于校准基带ADC（模数转换器）对模拟电压测量的精度，校准分电池通道和充电器。

（4）校准文件介绍 
         利用ATE对手机进行射频和ADC校准需要用到如下一些文件：
 NVRAM Database：Flash的Nvram区用于存储手机的一些基带和射频参数，Nvram database相当于定义了这些参数存储的数据结构；
setup.ini   例如：CROCODILE_8960_Setup _060914.ini
Cal.ini  例如：Crocodile_Cal_ 060914.ini
Cfg.cfg  例如：CROCODILE_CFG _060914.cfg

         Setup.ini文件是系统设置文件，用于校准终测时对系统测试仪器设置和初始化，包括终测仪，电源的GPIP地址，串行通信口，其它相关校准文件的路径，终测时呼叫建立的信道设置，cell power功率设置，测试项目设置，校准设置，cable loss设置等。
         Cal.ini文件为手机校准之前的缺省参数，包括射频接收Path loss参数，AFC参数，发射power level DAC值和ramp profile参数，ADC参数，这些缺省参数在手机校准之前校准程序会先把它写到手机的NVRAM里面，然后在这些缺省参数的基础上进行校准。其中ramp profile参数是手机发射突发脉冲的PvT参数，只是在校准的时候写到手机里面，程序不会对这些参数进行校准，这些参数在研发的时候会根据PA的类型预先调好。只要PA是一样的ramp profile参数就是一样的，不同类型的PA这些参数不一样。
         Cfg.cfg文件为校准的配置文件，内容包括综测仪GPIB地址和cable loss设置（只有用META校准的时候才用这些参数，用ATE校准的时候cable loss是在setup.ini文件读取），校准的频段和每个频段用来校准的信道设置，RX path loss的limit范围设置，AFC limit范围设置，发射各个功率等级的目标功率以及limit 范围设置，ADC的limit 范围设置等。校准结果是Pass还是fail程序就是靠检测校准结果有没有落在cfg文件的limit设置范围内来判断的。

（5）各频段的功率参数

==================================SIM卡原理及常用AT命令=====================================

        SIM卡是带有微处理器的芯片卡，内有5个模块，每个模块对应一个功能：CPU（8位）、程序存储器ROM（6-16kbit）、工作存储器RAM（128-256kbit）、数据存储器EEPROM（2-8kbit）和串行通信单元，这5个模块集成在一块集成电路中。SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线：电源（Vcc），时钟（CLK） ，数据I/O口（Data），复位（RST），接地端（GND）。

如果是dongle，如何测试AT命令，因为dongle是采用的USB转串口，诸如ttyUSB2，有如下图示，一个是echo ttyUSB2窗口，一个是cat ttyUSB2窗口。

（0）AT，返回OK，这个是最简单的测试AT通路的命令。

（1）AT+CSQ Signal quality，检查网络信号强度

命令格式：AT+CSQ
命令返回：+CSQ:  **, ##           其中：**应在 0 到 31 之间（99表示无信号），数值越大表明信号质量越好；##为误码率，值在 0 到 99 之间。否则应检查天线或 SIM 卡是否正确安装。
测试结果：AT+CSQ
                     +CSQ: 31, 99

详情参见：http://velep.com/archives/1147.html

（2）AT+CIMI Request international mobile subscriber identity

AT+CIMI
460010222028133
OK

前五位是MCC+MNC
（3）AT+COPS Operator selection

AT+COPS?
+COPS: 0,0,"China Mobile Com",0
OK

（4）AT*BAND

设置网络模式Set command controls parameters for GSM/UMTS/LTE user mode and optionally band settings.The new parameters will be saved in NVM,UE will be reset to apply the new settings.

: integer type
0 – GSM network
1 – UMTS network
2 – Dual mode(GSM and UMTS) (auto)
3 – Dual mode(GSM and UMTS) (GSM preferred)
4 – Dual mode(GSM and UMTS) (UMTS preferred)
5 – LTE network
6 – Dual mode(GSM and LTE)(auto)
7 – Dual mode(GSM and LTE)( GSM preferred)
8 – Dual mode(GSM and LTE)(LTE preferred)
9 – Dual mode(UMTS and LTE)(auto)
10 – Dual mode(UMTS and LTE)(UMTS preferred)
11 – Dual mode(UMTS and LTE)(LTE preferred)
12 – Trip mode(auto)
13 – Trip mode(GSM preferred)
14 – Trip mode(TD preferred)
15 – Trip mode(LTE preferred)

（5）AT+CFUN

设置功能性Set command selects the level of functionality in the MT.

:
0: minimum functionality
1: full functionality
3: disable phone receive RF circuits.
4: disable phone both transmit and receive RF circuits
5: disable SIM
6: turn off full secondary receive.

（6）AT+CREG

          AT+CGREG

返回网络注册状态The set command controls the presentation of an unsolicited result for package network registration status

（7）AT+CESQ

Execution command returns received signal quality parameters，跟CSQ有啥差别？主要关注信号强度

: integer type, received signal strength level (see 3GPP TS 45.008 [20]
subclause 8.1.4).
0  rssi < -110 dBm
1  -110 dBm ≤ rssi < -109 dBm
2  -109 dBm ≤ rssi < -108 dBm
:  :  :  :
61  -50 dBm ≤ rssi < -49 dBm
62  -49 dBm ≤ rssi < -48 dBm
63  -48 dBm ≤ rssi
99  not known or not detectable

参考原文：http://blog.csdn.net/flyfish30/archive/2007/06/09/1644901.aspx

参考原文：http://www.ourac.net/read.php?tid=43512

参考原文： http://blog.csdn.net/chenyt2007/article/details/4399774