《手机原理与维修》教学教案

中等职业教育电子信息类专业“双证课程”培养方案配套教学教案《手机原理与维修》中国职业技术教育学会CEAC信息化培训认证管理办公室2007年03月国家信息化计算机教育认证《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室2目录第一章移动电话基础知识............................................................3第二章手机功能电路原理分析..................................................21第三章手机维修技术基础..........................................................58第四章GSM手机电路分析与故障检修....................................85第五章手机的性能测试方法....................................................109《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室3第一章移动电话基础知识课题第一节移动电话网络结构第二节移动通信的电波传播特性课型新课授课班级授课时数2教学目标1．了解电话网络结构的基本构成。2．了解移动电话网的两种制式。3．了解在移动环境下无线电波的传播特性。教学重点掌握电话网络整体构成以及各部分功能。教学难点理解双工信道的工作原理。学情分析教学效果教后记《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室4新授课A、引入移动电话通讯，就是指通信用户在移动中进行无线通话。整个系统包括移动交换局、基站、手机等无线或有线连接的移动通信网络。本章将对移动电话通信系统作一般性的介绍。Ｂ、新授课第一节移动电话网络结构一、移动电话系统的基本构成移动电话系统包括：手机（MS）、机站（BS）、和移动交换局（MSC）组成，移动交换局通过中继线与有线市话网互联，如图所示。1．基站基站是与手机进行无限通信的设备，通常通过有线电缆与移动交换局连接，起到中继作用。移动电话系统中通常包括多个基站，每个基站覆盖一个区域。基站包括：天线系统、基站控制器、无限接收和发射设备及电源。图示为基站功能单元图。在城市，基站设备安装在楼房中，天线架设于楼房顶；在郊外，基站设备可安装在室外的集装箱内，天线架设于地形高处。2．手机手机的主要结构：接收单元、发射单元、逻辑控制单元、操作部分及电源等组成。手机的制式：数字式（GSM）和码分多址式（CDMA）两大类。（举例引入）（参照演示图讲解）（举例或照片演示）（可用实物分部介绍）《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室5模拟手机基本淘汰，目前以GSM手机用户占大多数。3．移动交换局核心：移动电话交换机。它是移动电话网与市话网之间的接口。功能：①信道的管理与分配。②呼叫的处理与控制。③移动用户越区切换和漫游控制。④移动用户位置信息的登记与管理。⑤手机号码和设备号码的登记与管理。⑥对用户实施鉴权。⑦服务类型的控制。⑧为移动系统连接固定电话网、综合业务数字网、公共数据网提供链路接口。二、移动电话网的体制1．服务区覆盖方式分大区制、小区制两种。（1）大区制在一个服务区域（如一个城市）只设置一个基站，结构如图所示。覆盖半径：约30～50km。发射机功率：200W左右。内有数个无线电频道，在服务区内不允许同时使用相同的信道，利用率低，用户数量受限。（2）小区制将一个服务区划分为覆盖半径只有2～10km的若干小区，每个小区设一个基站，结构如图所示，各个基站通过移动交换局相互联系，并负责与市话局联系。发射功率为5～10W。避免干扰相邻无线电小区不能使用相同的工作频率，但间隔小区可以使用相同频率，提高利用率，利于扩大用户数量。移动电话网：若干相邻小区组成一个小区群，再由若干小区群构成整个服务区。蜂窝移动电话网：无线小区是圆形的，相邻小区会有部分交叠如图所示。每个小区有效覆盖区为正六边型，如图所示，类似蜂窝，故称蜂窝移动电话网。（举例说明）（着重优缺点）（详细讲解）《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室62．频率配置满足的条件：任何相邻的小区两者频率不同，相同频率之间至少间隔一个小区。频率复用：不相邻的小区使用相同的频率，如图所示为4个及7个不同频率蜂窝网频率重用模式。3．信道结构双工信道：手机与基站之间的一条双向信号传输通道，每个手机通话占用两个频率，一个基站发射手机接收下行信号，另一个手机发射基站接收上行信号。手机接收信号的频率与发射信号的频率是不同的，这样的信道成为双工信道，两频率之间的间隔称为双工间隔。三、移动电话网的基本功能主要任务：实现移动用户与移动用户之间，移动用户与固定用户之间的自动接续，其控制与管理功能具体项目为:1．自动选择空闲频道。2．通话检测与边界切换。3．位置登记与寻呼。4．计费。第二节移动通信的电波传播特性移动环境下考虑的电波传播特性主要有：传播损耗、多径衰落、穿透损耗。一、传播损耗定义：发射功率与接收功率的比值。实践表明电磁波的传播损耗随传播距离的增加而增加，距离大一倍，损耗增加6dB，（举例介绍）《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室7另外与工作频率、周围环境、障碍物反射有关。二、多径时延和衰落多径时延或差分时延：同一信号源的直射路径与反射路径的接收时间差。如图所示为电波的多径传播示意图。多径时延会造成接收信号和前一时刻的延迟信号的重叠，影响到通信的可靠性。对于数字手机影响尤其严重，数码混合，出现错码。多经衰落：由于各种障碍物的阻挡不同，造成接收信号和反射波的合成强度不同，，造成行驶中信号强弱起伏不定，相差几十分贝以上。影响通话质量。三、建筑物穿透损耗穿透损耗：发射源在室外时，某一建筑物内、外场强之比，它与建筑物结构的材质、室内位置有关，与电磁波频率有关。频率越高穿透能力越强，钢筋混凝土结构衰耗大于砖石和土木结构，高楼层比低楼层衰耗小，地下室衰耗大。练习练习题三、问答题1、2小结1．移动电话系统由移动台（MS）、基站（BS）和移动交换局（MSC）组成。2．移动电话网分大区制、小区制两种。3．小区制几何排列为蜂窝形状，采用频率重用式。布置作业练习题一、填空题1、2、3二、多项选择1、2《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室8课题第一章移动电话基础知识第三节GSM移动通信系统课型新课授课班级授课时数2教学目标1．了解GSM系统信道结构与信令。2．掌握数字移动电话系统的技术特点。3．掌握GSM系统主要技术指标。4．掌握数字手机的工作过程。教学重点GSM系统组成及其各部分功能。教学难点数字手机的工作过程。学情分析教学效果教后记《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室9新授课A、复习双工信道、蜂窝移动电话网。B、引入世界上几种典型系统：欧洲的GSM（全球移动通信系统）、北美的DAMPS及日本的PDC数字移动通信系统。我国的蜂窝数字移动通信系统一采用GSM制式。C、新课第三节GSM移动通信系统一、数字移动电话系统的技术特点与组成1．技术特点数字移动电话系统主要技术特点：（1）语音数字化将语音的模拟信号转换为数字化信号（语音编码），以二进制数码组的形式表示并传播，接收端将数字语音信号转换为模拟信号（语音解码），受话器发出声音。（2）信道编码数字移动电话系统为克服电波干扰与噪声影响带来的错码，在信道信息编码与传送时添加监督码和校验码，增强纠错能力，提高通信的准确性、可靠性与安全性。（3）时分多址数字移动电话同一频道上各台手机通话时的数据传送是分时段进行，彼此不会窜扰。时分多址可容纳更多的用户数。数字蜂窝式手机主要优点点：①采用时分多址技术可容纳更多的移动电话用户。②语音信号数字化，数字信号传输纠错能力强，强抗噪性和抗干扰性，音质高，语音质量高，防止窃听。③安全性能好，手机的“识别卡”储存用户资料和密码。④为移动用户提供自动漫游、确定位置和交换地址等服务功能。2．GSM系统介绍组成：手机、基站系统、移动业务交换中心、维护中心，如图所示。（1）手机沟通用户与蜂窝网络的设备，符合数字蜂窝技术系统规范。用户识别卡（SIM），存储用户的有关信息。（举例讲解）《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室10（2）基站子系统包括两部分,基站控制器和基站收发信机。手机通过无线信号与基站收发机联络，基站控制器对手机进行越区管理，适时切换到新的工作区域，保持通话的连续性。（3）移动业务交换区其核心是数字移动电话交换机，负责控制网络的话务和所有通话的交换，还起着移动电话网与其他外部网之间的接口作用。（4）用户数据库主要的两个数据库：①本地用户位置登记器（HLR）②外来业务用户位置登记器（VLR）。HLR：存储所有注册手机用户的资料，手机号码、接入的优先等级、用户当前所在位置、注册使用的电信业务和传真业务等服务数据。VLR：只存储进入覆盖区的手机用户信息，是动态数据库。认证中心（AUC）：为本地用户登记器提供一个与用户有关的安全方面的鉴别参数与加密密钥。设备识别器（EIR）：检查手机设备的识别码（IMEI），防止非法盗用的、有故障的、未经许可的移动通信设备。它与移动业务交换中心连接，移动业务交换中心利用它来检查使用设备识别码的有效性。（5）运行维护中心功能实体，通过它监控数字移动电话网络。主要功能：①报警与备用设备的激活。②系统故障诊断与处理。③话务量统计和数据的记录。④各种资料的具体分析和显示。二、GSM系统的主要技术指标GSM系统制式标准是由欧洲的16个国家共同制定。主要技术性能：1．工作频段采用双频双工通信方式，基站发射频率为935～960MHz，手机发射频率为890～915MHz，双工间隔为45MHz。2．载频间隔相邻载波频率之间的间隔，GSM制的载频间隔为200kHz，这样25MHz工作频段提供124个载频。GSM系统各载频序号对应的发射频率和接收频率见教材P9表1.1。3．多址方式GSM系统采用时分多址方式。每一频段分成8个时分信道，GSM系统125各载频可提供1248=992个信道。4．信道速率是指分信道每秒传送的二进制数码位数，单位bit/s，GSM系统的信道速率为270.83kbit/s。5．小区半径最小0.5km，最大35km。6．数字调制方式将数字基带信号转换成射频信号的过程。GSM系统选用高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制方式，调制指数为0.3。7．语音编码方式采用规则脉冲激励线性预测编码（RPE-LTP），数据传输速率为13kbit/s。三、GSM的信道结构与信令信道的配置方式如图所示。每个载频上分成8个时隙（TS0~TS7），每个时隙供一个手机使用，可容纳8个手机同时通话。(详细讲解)《手机原理与维修》课程——教学教案中国职业技术教育学会&CEAC信息化培训认证管理办公室11同一信道的上行信号时隙与下行信号错开3个编号，减少窜扰。GSM系统中规定了业务信道与控制信道两种不同的信道结构。1．业务信道传送数字语音信号和用户数据。如图所示为GSM系统业务时分信道结构示意图，每个时隙持续时间为577s，占有156.25bit数码，8个时隙为一个循环，8个时隙为一帧，每帧的持续时间是4.62ms。复帧：26帧，20ms。24帧用于传送数字语音信号，1帧A