Сотовый телефон, схема и потребительские свойства

Сотовый телефон, схема и потребительские свойства.

Статьи по теме
Искать по теме

Структурная схема сотового радиотелефона, работающего в цифровом стандарте GSM состоит из аналоговой и цифровой частей, которые обычно располагаются на отдельных платах. Аналоговая часть включает в себя приемное и передающее устройства, которые по своим характеристикам и построению напоминают описанные выше.

В системах стандарта GSM передатчик и приемник сотового телефона работают не одновременно. Передача осуществляется только в течение 1/8 длительности кадра. Это значительно уменьшает расход энергии аккумуляторной батареи и увеличивает время функционирования как в режиме передачи (разговора), так и в режиме приема (ожидания). Кроме того, заметно снижаются требования к ВЧ-фильтру приемника, выполненному на ПАВ, что делает возможным интеграцию МШУ со смесителем. Блок сопряжения прием-передача – это электронный коммутатор, подключающий антенну либо к выходу передатчика, либо ко входу приемника, поскольку сотовый телефон никогда не работает на прием и передачу одновременно.

Сотовый телефон, схема и потребительские свойства

Рис. 1. Функциональная схема радиотелефона цифрового стандарта GSM

Принимаемый сигнал после прохождения входного полосового фильтра усиливается МШУ и поступает на первый вход первого смесителя. На второй вход поступает сигнал гетеродина fпрм с синтезатора частот. Сигнал первой промежуточной частоты fпр1 проходит через полосовой фильтр на ПАВ и усиливается усилителем первой промежуточной частоты УПЧ1, после чего поступает на первый вход второго смесителя. На второй его вход поступает сигнал гетеродина f с генератора частот. Полученный сигнал второй промежуточной частоты fпр2 фильтруется полосовым фильтром на ПАВ, усиливается усилителем УПЧ2, демодулируется и поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где преобразуется в сигнал, необходимый для работы цифрового логического блока, выполненного на центральном процессоре CPU.

В режиме передачи информационный цифровой сигнал, сформированный в логическом блоке, поступает на I/О-генератор, где происходит формирование модулирующего сигнала. Последний поступает в фазовый модулятор, с которого сигнал fфм поступает в смеситель. На второй вход смесителя поступает сигнал fпрд с синтезатора частот. Полученный сигнал fс1 через полосовой фильтр поступает в усилитель мощности (УМ), управляемый с помощью центрального процессора CPU. Усиленный до необходимого уровня сигнал fс1 через полосовой керамический фильтр поступает к антенне А и излучается в окружающее пространство.

Цифровая логическая часть сотового телефона обеспечивает формирование и обработку всех необходимых сигналов. Сердцевиной этой важной части цифрового телефона является центральный процессор CPU. Он выполнен в виде СБИС на микромощных полевых транзисторах со структурой "металл-диэлектрик-полупроводник" (МДП или MOS).

Сотовый телефон, схема и потребительские свойства

Рис. 2. Цифровая и логическая часть мобильного сотового телефона

В состав цифровой части телефона входят:

– Цифровой сигнальный процессор (CPU) со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой сотового телефона. CPU телефонов несколько проще, чем микропроцессоры компьютеров, но тем не менее являются сложнейшими микроэлектронными изделиями.

– Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал с выхода микрофона в цифровую форму. При этом вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового преобразования.

– Кодер речи, осуществляющий кодирование сигнала речи, имеющего уже цифровую форму, по определенным законам с использованием алгоритма сжатия для сокращения избыточности сигнала. Таким образом осуществляется сокращение объема информации, которую необходимо передавать по радиоканалу связи.

– Кодер канала, добавляющий в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передачи сигнала по линии связи. С этой же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению). Кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающего от логической части.

– Декодер канала, выделяющий из входного потока данных управляющую информацию и направляющий ее в логический блок. Принятая информация проверяется на наличие ошибок, которые по возможности исправляются. Для последующей обработки принятая информация подвергается обратной по отношению к кодеру переупаковке.

– Декодер речи, восстанавливающий поступающий на него с декодера канала цифровой сигнал речи, переводящий его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но по-прежнему в цифровом виде. Отметим, что для сочетания кодера и декодера, расположенных в одном корпусе интегральной микросхемы, иногда употребляют название кодек (например, кодек речи, канальный кодек).

– Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий принятый сигнал речи в аналоговую форму и подающий этот сигнал на вход усилителя динамика.

– Эквалайзер, служащий для частичной компенсации искажений сигнала из-за многолучевого распространения. Эквалайзер является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящих в состав передаваемой информации. Этот блок, вообще говоря, не является функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.

– Клавиатура, представляющая собой наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами для набора номера вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы сотового телефона.

– Дисплей, служащий для отображения различной информации, предусмотренной устройством и режимом работы станции.

– Блок шифрования и дешифрования сообщений, предназначенный для обеспечения конфиденциальности передачи информации.

– Детектор речевой активности (voice activity detector), включающий передатчик на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в тракт дополнительно вводится так называвемый комфортный шум. Это сделано в интересах экономного расходования энергии источника питания, а также снижения уровня помех для других станций.

– Терминальные устройства, используемые для подключения через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов, факс-аппаратов, модемов и др.

– SIM-карта (SIM – subscriber identification module, буквально – модуль идентификации абонента) – пластиковая пластина с микросхемой, вставляемая в специальное гнездо абонентского аппарата.

В SIM-карте хранятся:

– данные, присваиваемые каждому абоненту: международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), ключ аутентификации абонента (Ki) и класс управления доступом;

– временные данные о сети: временные идентификационный номер подвижного абонента (TMSI), идентификатор области местоположения (LAI), ключ шифрования (Ке), данные о запрещенных для доступа подвижных сетях;

– данные, относящиеся к обслуживанию: предпочтительный язык общения, уведомления об оплате и перечень заявленных услуг.

Одна из основных задач SIM-карты состоит в обеспечении защиты от несанкционированного использования сотового телефона. На уровне абонентского интерфейса на SIM-карте записывается персональный идентификационный номер (PIN-номер) длиной от 4 до 8 разрядов, который микропроцессор SIM-карты после включения станции сверяет с номером, набираемым пользователем с помощью клавиатуры. Если три раза подряд набран ошибочный PIN-номер, использование SIM-карты блокируется до тех пор, пока абонент не введет 8-разрядный персональный ключ разблокирования (PUK).

Если ошибочный PUK вводится 10 раз подряд, использование SIM-карты полностью блокируется и абонент будет вынужден обратиться к оператору сети. Кроме того, благодаря SIM-картам имеется возможность звонить не только со своего сотового телефона, но и с любого другого GSM-телефона, достаточно вставить SIM-карту в аппарат и набрать личный идентификационный PIN-номер.

Теперь рассмотрим общее устройство телефона. Обычно внутри телефона находится многослойная печатная плата (или две платы), на которой и смонтированы основные части телефона, описанные ниже. Используется резистивная пленочная клавиатура, у которой нажатие клавиш вызывает замыкание тонких проводящих пленок. Специальный клавиатурный процессор (нередко он входит в центральный процессор телефона) обрабатывает сигналы клавиатуры и создает коды нужных символов.

Несколько клавиш обычно объединены в графический манипулятор, который удобен для перемещения выделения по позициям меню. Встречаются конструкции манипулятора с одним диском или эллипсом, наклоняемым в разные стороны – вправо, влево, вверх или вниз. Тип применяемого дисплея и его возможности уже отмечались выше. Динамик и микрофон телефона имеют самую обычную конструкцию, но очень миниатюрны.

Несмотря на унификацию телефонных аппаратов, на печатной плате их обычно установлено несколько больших или даже сверхбольших интегральных схем (БИС/СБИС). Это прежде всего центральный процессор CPU и процессор БИС-памяти – постоянной и оперативной. Свои микросхемы имеет радиоприемная и передающая части мобильного радиотелефона. Добавьте сюда многочисленные фильтры в приемнике и передатчике, блок вторичного электропитания, виброзвонок, микрофон и динамик со своими усилителями, встроенную антенну и т. д. и вам станет ясно, что в небольшом корпусе мобильного радиотелефона располагается сложнейшее радиотехническое, коммуникационное и вычислительное устройство.

То, что оно имеет малые габариты, массу и стоимость, всецело обязано успехам современной микроэлектроники, позволившей всего в нескольких БИС реализовать основные узы мобильного телефона. И кстати, разработке таких электронных компонентов, как многослойные печатные платы, танталовые и многослойные керамические конденсаторы большой емкости, фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ), кварцевые резонаторы, клавиатуры, дисплеи и т. д. Учитывая, что ныне ежегодный выпуск сотовых телефонов составляет сотни млн. штук, то ясно, что на их выпуск работает мощная индустрия радиокомпонентов.

Корпус мобильных телефонов делается из пластмассы, сплавов алюминия или магния или даже из стали и титана. Он должен быть прочным и по возможности выдерживать падение с высоты рук на пол (лучше это не пробовать). Особые требования по прочности корпуса и влагозащиты мобильных телефонов предъявляются лишь при конструировании мобильных телефонов специального назначения, например применяемых в армии, милиции или полиции, на производстве и в спортивных соревнованиях.

Таблица 1

Сравнение потребительских свойств сотового и стационарного телефонов

N

Параметры и свойства

Сотовый телефон

Стационарный телефон

1

Территориальные ограничения использования оборудования

Использовать можно только в местностях, охваченных сотовой связью.

Использовать можно в пределах проводной связи.

2

Территориально лучшие результаты обеспечиваются

В городах с достаточной плотностью ретрансляторов, обычно в больших, с населением более 100 тыс. человек.

Связь обеспечивается по всей территории где есть проводные линии.

3

Зона действия связи

В зоне действия роуминга

Где есть проводные линии.

4

Присвоенная нумерация

В большинстве систем используется свой "сотовый" порядок присвоения телефонных номеров. Для звонка на сотовый телефон требуется набрать "8" и федеральный номер. Также используется "городская нумерация", когда федеральный номер подменяется коротким номером из 6 или 7 цифр в зависимости от города.

Код города и  пяти, шести, семизначный номер  взависимости от численности жителей населенного пункта или города.

5

Количество абонентских трубок на одном номере

Исключительно одна

Неограниченное количество при условии установки параллельного телефона.

6

Надежность связи

Проблемы с устойчивостью сигнала в зданиях, железобетонных конструкциях, подземных сооружениях.

Проблемы с сигналом отсутствуют

7

Дополнительные функции

Голосовая почта, переадресация вызова, сервис SMS, телефонная книга и др.

_________

8

Дополнительные возможности

Использование в качестве фотоаппарата, видеокамеры, модема, сменного носителя информации и др.

__________

9

Стоимость

От 1500 до 50000 руб.

500 до 6000

10

Ежемесячная абонентская плата

Отсутствует на большинстве тарифов сотовых операторов.

Присутствует

11

Средняя плата за минуту соединения

1,5 руб.

В зависимости от  тарифа и типа соединения  от 20 копеек до  1,5 руб.

12

Средние ежемесячные платежи

300-400 руб.

300-400

Литература

1. Шепелев А.Ф. Товароведение и экспертиза электротоваров – Ростов-на- Дону, Феникс.2002

2. Ляшко А.А. Товароведение и экспертиза культтоваров – М.: Дашков и К, 2009

3. Товароведение и экспертиза потребительских товаров. – М.: ВШ, 2003