手机通话原理是什么?

手机通话原理是什么?

手机之所以能够打电话是由于它背后有一个庞大的系统在支持着它。在我国，模拟手机属模拟网或称ETACS系统，GSM数字手机属GSM数字网或称GSM系统。模拟ETACS系统的每个信道都有不同的频率，当基站发出信号，指示一个移动电话发射指定频率上网时，这个用户便占用了这一条信道，另外的用户就无法占用同一条信道了；GSM系统采用的是TDMA的选址方式，同一频率的信道分为8个时隙，可以在不同时段由不同的用户占用，各用户之间的信号通过基站分配的一定协议加以区分。这使得GSM手机的结构更为复杂，抗干扰能力更强。

    话音信号又称语音信号。语音信号的频率通常在300～3400Hz之间，要将它变成脉冲信号负载在载波上传送，首先要将这一低频语音信号进行抽样、量化。抽样是模／数转换中常用的技术，如图1所示。模拟信号是一个连续的正弦或余弦波，要用一系列的脉冲信号对它进行基本不失真的再现，那么抽样的频率就要足够高，这样才能使信号得到还原。依据抽样的定律，抽样频率应大等于两倍的抽样信号频率，才能不失真。在目前的数字手机中，抽样频率都采用8kHz，这个抽样率是足可以保证信号的可信度的。数字脉冲信号只有0和1两种。经过抽样后的脉冲波，其振幅有大有小，要对一个脉冲波进行准确的描述，就要有对它的“高度”也有一个定义，这就是量化的过程。每个采样值经编码成为8bit码，形成为8k×8bit／s ＝64kbit／s的信号。这就是话音信号成为数字信号的第一步，即模／数转换（A／D）。但是64kbit／s的信号所占的频带太宽，无疑是一种浪费。因此，需要将该信号进行压缩，通过语音压缩技术我们将64kbit／s的信号变为13kbit／s的信号，大大节省了频带。从抽样、量化到压缩的这一系列过程，称之为语音编码。

图1  抽样频率

语音编码后，我们得到的是一组连贯地反映话音信息的13kbit／s脉冲信号，这组信号将被重新分组，分解出重要bit码、次重要bit码和不重要bit码，然后将他们不按次序地插入码群中，这就是分间插入。为什么要这样做呢？因为无线信号在空中传送会遇到各种各样的干扰，而且这些干扰都是随机的。如果将语音编码器送来的13kbit／s信号顺次负载在载波上加以传送而不进行重新组合分间插入的话，那么在一段时间内受到干扰时就会造成这一段时间的所有资料的丢失，由于没有这段时间的相关资料，恢复这些信号也就不可能了。而采用了分间插入的技术，即使一段时间的资料被破坏，也仅是一组语音群中的一小部份被破坏，完全可以根据其他脉冲群对它进行恢复。

当然，根据相关脉冲恢复受损的脉冲，是需要通过在编码时加入一些码元来辨别的。这种编码方式可以由加入块卷积码、纠错码和奇偶校验码几种形式来实现。上面所述的过程，就是信道编码和交织的过程。

    GSM手机较ETACS手机的一项十分先进的技术就是其保密性的极大提高。GSM手机加密采取多种方式，如在手机开机登记入网时，要传送IMSI号及MIN号等每个用户特有的入网号，这些号码在空中传送要经过了一个存储在SIM卡上的ki值的运算，这一运算要与交换机相对应，因此要在空中截取和破获这一信息基本上是不可能的。另外，GSM系统还有跳频的功能。顾名思义，就是载频的频率不断变化，以起到保护信息不被盗取的作用。这一过程，我们称之为加密。
    经过了以上一系列对语音信号的处理，便形成了Burst，即帧信号。通过0．3高斯最小移频鉴控即0．3GMSK技术，将二进制数据变换成为一个低频调制信号，从而把它负载到载波上以电磁波的形式传送出去，这就是调制过程。
    以上只是对GSM手机语音编码的一个大致描述，这对于维修人员的实际意义在于，有了概括的印象，对手机硬件部分各个集成块的作用就会比较明确，有利于维修时对故障起因的判定。下面是用更直观的方式对以上叙述加以概括，见图2。

图2 语音信号处理流程