лабы сотовые телефоны

В приемной части функцию декодирования выполняет декодер. Блок формирования сигналов возбуждения, используя принятые па-

раметры сигнала возбуждения, восстанавливает 13-импульсную последовательность сигнала возбуждения для каждого из подсегментов сигнала речи, включая амплитуды импульсов и их расположение во времени. Сформированный таким образом сигнал возбуждения фильтруется фильт- ром-синтезатором долговременного предсказания, на выходе которого получается остаток предсказания фильтра-анализатора кратковременного предсказания.

Последний фильтруется решетчатым фильтром-синтезатором кратковременного предсказания, причем параметры фильтра преобразуются из логарифмических отношений площадей ri в коэффициенты частичной корреляции ki. Выходной сигнал фильтра-синтезатора кратковременного предсказания фильтруется (в блоке пост-фильтрации) цифровым фильтром, восстанавливающим амплитудные соотношения частотных составляющих сигнала речи, т.е. компенсирующим предыскажения, внесенные входным фильтром блока предварительной обработки кодера. Сигнал на выходе постфильтра является цифровым сигналом речи.

Канальное кодирование. Кодер канала служит для помехоустойчивого кодирования сигнала речи, т.е. такого его кодирования, которое позволяет обнаруживать и в значительной мере устранять ошибки, возникающие при распространении сигнала от передатчика к приемнику – помехоустойчивое кодирование за счет введения в состав передаваемого сигнала большого количества избыточной информации. В английской терминологии такое кодирование носит название Forward Error Correcting Coding (FEC Coding), т.е. кодирование с упреждающей коррекцией ошибок или кодирование с коррекцией ошибок на проходе. В сотовой связи стандарта GSM помехоустойчивое кодирование реализуется в виде трех процедур: блочного кодирования, сверточного кодирования, перемежения. Кодер канала выполняет также еще ряд функций, таких как добавление управляющей информации, упаковка подготовленной к передаче информации и сжатие ее во времени, шифрование информации, если такой режим предусмотрен. Последовательность этих задач показана на блок-схеме рис. 2.3.

В стандарте GSM 260 бит информации, кодирующих параметры 20миллисекундного сегмента речи, подразделяются на два класса: класс 1 – 182 бита, защищаемых помехоустойчивым кодированием, и класс 2 – оставшиеся 78 бит, которые передаются без помехоустойчивого кодирования. В свою очередь, из 182 бит класса 1 выделяются наиболее существенные 50 бит, составляющие подкласс 1а, которые подвергаются наиболее мощному кодированию, а остальные 132 относятся к подклассу 1b и кодируются слабее. К подклассу 1а относятся параметры фильтра кратковременного предсказания и часть параметров фильтра долговременного предсказания, к подклассу 1b – часть информации о параметрах сигнала возбу-

31

ремежения обладает свойством квазислучайности, так что смежные биты исходной последовательности оказываются разделенными непостоянным числом бит, что является преимуществом в борьбе с битовыми ошибками.

Данные процессы происходят в блоке низкочастотной обработки и логическом блоке. Интерфейс между низкочастотным блоком и радиотрактом организован через микросхему COBBA. Данная микросхема обеспечивает D/A и A/D конвертацию сигналов квадратурного приемника и передатчика, а также D/A и A/D конвертацию сигналов для интерфейса пользователя, т.е. микрофона и голосового динамика.

Сигналограммы входа, выхода, задающего и синхронизирующего сигналов речевого кодека приведены на рисунке 2.4.

Рис. 2.4. Сигналограммы входа, выхода, задающего и синхронизирующего сигналы речевого кодека

Порядок выполнения работы:

1.Установить SIM-карту оператора стандарта GSM 900 в SIMдержатель стенда.

2.Включить питание стенда и дождаться появления названия оператора на дисплее стенда.

3.Произвести звонок на номер любого абонента с целью установления соединения.

4.На вход стенда подать сигнал с генератора звуковой частоты напряжением 1мВ и частотой 1 кГц.

5.В режиме ожидания подключить осциллограф к выводам PCMTx (выход речевого кодека). Зарисовать полученную сигналограмму PCMTx в режиме ожидания (5–10 мин).

6.Подключить осциллограф к выводам PCMTx и выполнить звонок не менее пяти раз, изменяя частоту генератора от 125 Гц до 8 кГц. Зарисовать полученную сигналограмму PCMTx в активном режиме.

33

7.В режиме ожидания подключить осциллограф к выводам PCMRx (вход речевого кодека). Зарисовать полученную сигналограмму PCMRx в режиме ожидания.

8.Подключить осциллограф к выводам PCMTx и выполнить звонки, изменяя частоту генератора от 125 Гц до 8 кГц. Зарисовать полученную сигналограмму PCMRx в активном режиме.

9.Подключить осциллограф к выходу PCMDClk (сигнал задающего генератора речевого кодека). Измерения выполнить в активном режиме и режиме ожидания. Зарисовать полученные сигналограммы.

10.Подключить осциллограф к выходу PCMSClk (синхронизирующий сигнал к DSP центрального микропроцессора). Зарисовать полученные сигналограммы.

11.Подключить осциллограф к выходу AFC (автоматический контроль частоты канала) и сделать несколько звонков. Зарисовать полученные результаты.

12.Подключить вольтметр к выходу VCOBBA. Измерить напряжение в активном режиме и режиме ожидания.

13.Выключить питание стенда и всех приборов.

14.Извлечь SIM-карту.

15.По завершении выполнения измерений оформить отчет и сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы:

1.Назовите процессы, происходящие в блоке низкочастотной обработки.

2.Опишите работу аналого-цифрового преобразователя блока низкочастотной обработки.

3.Что представляет собой процесс кодирования речи?

4.Опишите процесс кодирования речи по методу RPE-LTP, его основные этапы.

5.Назовите основные функциональные элементы речевого кодека, укажите их функции.

6.Основное назначение микросхемы COBBA, опишите ее блоксхему.

Литература:

Основная [1, 2, 3, 4, 5].

Дополнительная [7, 8, 13].

34

Лабораторная работа № 3 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ РАДИОТРАКТА СОТОВОГО РАДИОТЕЛЕФОНА

Цель работы: изучение принципов работы радиочастотного блока сотового телефона, а также получение навыков измерения параметров высокочастотных цепей.

Приборы и оборудование: осциллограф С1-99, генератор звуковой частоты Г3-10, лабораторный стенд на базе телефона Nokia 3310, сервисная инструкция на телефон Nokia 3310.

Теоретические сведения

Основная задача блока радиотракта сотового радиотелефона заключается в модулировании сигналом низкой частоты сигнала высокой частоты от синтезатора в передающей части и обратное преобразование сигнала высокой частоты в сигнал низкой частоты в приемной части радиотракта.

Как известно, существуют три вида модуляции: амплитудная, частотная и фазовая. В цифровой сотовой связи применимы такие следующие виды: квадратурная фазовая манипуляция (QPSK), минимальная манипуляция (MSK). На самом деле это разновидности фазовой или частотной модуляции, предназначенные для передачи дискретных цифровых сигналов.

В стандарте GSM используется гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом (GSMK). Этот метод представляет собой частотную манипуляцию, при которой несущая частота дискретно – через интервалы времени, кратные периоду Т битовой модулирующей последовательности, – принимает значения

fн=fo-F /4

или

fв=fo+ F /2.

где fo – центральная частота используемого канала; F – частота битовой последовательности.

Разнос частот f= fв-fн=F /2 – минимально возможный, при котором обеспечивается ортогональность колебаний частот fв и fн на интервале Т длительности одного бита; при этом за время Т набегает разность фаз, равная χ. Поскольку модулирующая частота в этом случае равна F /2, а девиация частоты F/4, индекс частотной модуляции составляет:

m F /4 0,5. F /2

Термин «гауссовская» в названии метода означает дополнительную фильтрацию модулирующей битовой последовательности относительно узкополосным гауссовским фильтром.

35

В методе GSMK входная последовательность битовых импульсов модулятора разбивается на две последовательности, состоящих из нечетных и четных импульсов, и модулированный сигнал на протяжении очередного n-го бита определяется выражением, зависящим от состояния текущего n-го бита и предшествующего (n-1)-го бита:

S(t) cos( t/2T)coswot sin( t/2T)sin wot cos(wot t/2T),

(n 1)T t nT .

Изменение знака во второй части выражения означает переход от fв к fн , и обратно. Изменение общего знака выражения, эквивалентное изменению начальной фазы на π, позволяет сохранить непрерывность фазы при изменении частоты.

Окончательный модулированный сигнал согласно первой части выражения получается как результат перемножения модулирующих сигналов квадратурных каналов с соответствующими несущими sin(wot) и cos(wot) и суммированием полученных произведений.

Введение гауссовского фильтра приводит к сужению главного лепестка и снижению боковых лепестков спектра на выходе модулятора, чем обеспечивается допустимый уровень помех по смежным частотным каналам.

Рассмотрим подробнее основные функциональные компоненты радиочастотного блока радиотелефона NOKIA 3310 (см. сервисную инструкцию на телефон).

Радиочастотные компоненты включают передающее устройство, приемное устройство, синтезатор частот, источник напряжения, термостабилизированный генератор, управляемый напряжением. Сигнальный процессор представляет собой двухдиапазонный приемопередатчик на одном кристалле для обеспечения голосовой связи и передачи данных в форматах (GSM 900 МГц) и (DCS 1800 МГц). Данное устройство включает в себя приемник, основанный на архитектуре прямого преобразования частоты, передатчик, основанный на архитектуре контура модуляции, а также синтезатор с дробным делением на N, имеющий встроенный термостабилизированный генератор (ГУН), управляемый напряжением и местный ГУН.

Блок приемного устройства. Приемное устройство в составе микропроцессорного набора HAGAR 3 [N500] включает в себя все активные контуры, всю приемную цепь, за исключением дискретных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) радиочастотного входного каскада. Отфильтрованный и усиленный сигнал преобразуется с понижением частоты в РЧ смесителе и поступает на выход низкочастотной части.

РЧ входной каскад. Антенный переключатель и ПАВ фильтры встроены в модуль входного каскада LNC36-07A0508A [Z502]. Принимаемые РЧ сигналы (GSM 925 МГц 960 МГц, DCS 1805 МГц 1880 МГц) подаются на антенный переключатель. Согласующая схема антенны нахо-

36

дится между антенной и антенным коммутатором. Антенный переключатель в LNC36-07A0508A [Z502] служит для управления радиоканалами приема и передачи. Управляющие сигналы VC1, VC2 на LNC36-07A0508A [Z502] поступают непосредственно с НЧ контроллера для включения тракта приема, либо тракта передачи. В блоке приемного устройства используется архитектура прямого преобразования частоты, что позволяет размещать на одном кристалле cистему компенсации смещения по постоянному току, таким образом уменьшая смещение по постоянному току от демоду-

лированного сигнала (DC offset from the demodulated signal).

Демодулятор и обработка сигналов в низкочастотной части. В приемном устройстве с прямым преобразованием частоты имеется только один смеситель, непосредственно преобразующий входящий РЧ сигнал с понижением до низкочастотного диапазона. В HAGAR 3 имеется 4 уровня усиления. Настройка коэффициента усиления входящего сигнала выполняется в алгоритме АРУ. Номинальный коэффициент усиления приемного устройства задается в виде функции расчетной мощности сигнала на антенном входе, так чтобы обеспечить нужный уровень I/Q сигналов. В приемном тракте HAGAR 3 есть следующие блоки с регулируемым коэффициентом усиления: малошумящий усилитель (LNA), смеситель, низкочастотный фильтр (LPF), усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (VGA), VGA фильтр, вспомогательный регулятор усиления и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Настройки коэффициента усиления производятся через трехпроводную управляющую шину. Модулирующие сигналы через встроенные низкочастотные фильтры подаются на аналого-цифровые преобразователи низкочастотной части. Окончательное фильтрование канала выполняется микросхемой COBBA низкочастотной части. Демодулятор также имеет переключатели для обеспечения соответствия I/Q сигналов на выходе низкочастотной части входящему РЧ сигналу стандартов GSM900/DTC1800.

Блок синтезатора частот. Сигнальный процессор включает в себя полностью интегрированный ГУН с LC-контуром на кристалле. Синтезатор с дробным делением на N способен выполнить фазовую синхронизацию местного гетеродина, используемого трактом приема и трактом передачи, по точному сигналу опорной частоты.

Дробное деление на N обеспечивает низкий уровень фазового шума и короткое время установки, что дает возможность множественного распределения интервалов времени. Схема пересчета и установки режима синтезатора программируются через трехпроводный интерфейс.

Блок передатчика. Передающее устройство включает в себя элементы системы ФАПЧ, микросхему HAGAR 3, модуль усилителя мощности

[RF08109, N502] и модуль входного каскада [LNC36-07A0508A, Z502].

Передаточная секция сигнального процессора HAGAR 3 состоит из повышающего преобразователя НЧ сигналов I/Q и схемы фазовой автопод-

37

стройки частоты (ФАПЧ). Выходные РЧ сигналы GMSK-модуляции с ГУН передачи подаются непосредственно на РЧ усилители мощности. Пиковая выходная мощность и профиль передаваемого сигнала управляются с помощью встроенных управляющих цепей, расположенных на выходах усилителя мощности и ЦАП блока управления НЧ части.

Выходной сигнал с усилителя мощности через модуль входного каскада LNC36-07A0508A, Z502 поступает на антенный разъем.

Усилитель мощности. Модуль усилителя мощности RF08109 [N502] является двухдиапазонным (GSM900/DCS1800) модулем усилителя мощности, использующим метод непрямого регулирования мощности по замкнутому циклу.

Непрямое регулирование по замкнутому циклу полностью автономно и не требует оптимизации схемы. Оно может регулироваться непосредственно с выхода аналого-цифрового преобразователя в цепи НЧ части.

Встроенное регулирование мощности обеспечивает диапазон регулирования свыше 37 дБ с аналоговым входом (VAPC). Его эффективность составляет 53 % в диапазоне GSM и 53 % в диапазоне DCS.

Порядок выполнения работы:

1.Установить SIM-карту оператора GSM 900 в SIM-держатель стенда.

2.Включить питание стенда и дождаться появления на дисплее стенда названия оператора.

3.Выполнить пробное соединение с любым абонентом.

4.На вход стенда подать сигнал с генератора звуковой частоты напряжением 1мВ и частотой 1 кГц.

5.Подключить осциллограф к выходу RFOut (вход/выход радиотракта стенда). Наблюдения производить в течение 5–10 минут в режиме ожидания. Выполнить звонок любому абоненту 3–5 раз. Выполнить звонок на SIM-карту, установленную в SIM-держа- тель стенда. Зарисовать полученные сигналограммы.

6.Подключить осциллограф к выходу RXIP (выходной I-сигнал демодулятора радиотракта). Выполнить 3–5 звоноков на SIM-кар- ту, установленную в SIM-держатель стенда. Зарисовать полученные сигналограммы.

7.Подключить осциллограф к выходу RXQP (выходной Q-сигнал демодулятора радиотракта). Выполнить 3–5 звоноков на SIMкарту, установленную в SIM-держатель стенда. При этом необходимо изменять частоту генератора звуковой частоты от 125 Гц до 8 кГц. Зарисовать полученные сигналограммы.

8.Подключить осциллограф к выходу TXIP/N (вход модулятора радиотракта). Выполнить звонок любому абоненту 3–5 раз. Зарисовать полученные сигналограммы.

38

9.Подключить осциллограф к выходу TXQP/N (вход модулятора радиотракта). Выполнить звонок любому абоненту 3–5 раз. Зарисовать полученные сигналограммы.

10.Повторить пункты 8 и 9, меняя частоту генератора звуковой частоты от 125 Гц до 8 кГц. Примерный вид сигналограмм TXIP/N и TXQP/N представлен на рисунке ниже.

11.Выключить питание стенда и всех приборов.

12.Извлечь SIM-карту.

13.По завершении выполнения измерений оформить отчет и сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы:

1.Каковы основные функции радиотракта сотового радиотелефона?

2.Что собой представляет метод GSMK?

3.Какие компоненты включает радиоблок сотового радиотелефона стандарта GSM?

4.Опишите работу сигнального процессора сотового радиотелефона стандарта GSM.

Литература:

Основная [1, 5]. Дополнительная [7, 9, 11, 12].

Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКОГО БЛОКА

УПРАВЛЕНИЯ И ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Цель работы: изучение структуры логического блока управления, принципов его функционирования, а также способ организации интерфейса пользователя.

Приборы и оборудование: мультметр DT9202A, осциллограф С1-99,

генератор звуковой частоты Г3-10, лабораторный стенд на базе телефона Nokia 3310, сервисная инструкция на телефон Nokia 3310.

Теоретические сведения

Блок-схема модуля управления показана на рисунке 4.1.

Как видно из блок-схемы, данные модули радиотелефона содержат четыре основные микросхемы: центральный микропроцессор MAD2WD1 [D300], микросхему аналоговой обработки сигналов COBBA [N100], микросхему вторичного источника питания, содержащую восемь стабилизаторов CCONT [N200], микросхему контроллера заряда CHAPS [N201].

39

Блок низкочастотной обработки сигнала и логический блок управления питается от шины напряжением 2,8 В, которая контролируется микросхемой CCONT. В данной микросхеме также содержатся шесть регулируемых вторичных источников питания для радиотракта и два – для низкочастотного тракта радиотелефона.

CCONT содержит SIM-интерфейс, поддерживающий трех- и пятивольтовые SIM-карты. Зарядка батареи контролируется CCONT через контроллер заряда CHAPS.

Интерфейс

программный

Источник 13 МГц питания

CLK

Рис. 4.1 Блок-схема блока низкочастотной обработки и логического блока

Упрощенная структурная схема центрального микропроцессора представлена на рисунке 4.2.

Как видно из рисунка, MAD2WD1 содержит четыре основных блока: ядро ARM, цифровой сигнальный процессор DSP, внутренний КЭШ, контроллер шины BUSC, а также ряд интерфейсов для контроля функциональных блоков стенда.

Ядро ARM имеет 32-х разрядный набор команд. Ядро DSP содержит следующие функциональные компоненты: интерфейс API для коммуникации основного ядра ARM c DSP, SERIAL PORT – интерфейс PCM, таймер, 16-тибитную внутреннюю память.

40