GSM手机的4.总体构成和基本工作原理

图1所示是手机总体框图，手机是由射频、基带、软件和人机接口等单元组成的。

下面按射频、基带、人机接口、软件、SIM卡五部分进行叙述。

421 射频单元

射频单元的组成如图1所示。

发射机将基带单元送来的已调基带信号与频率合成器产生的本振信号混频，变换为射频发射频率，经功率放大器将已调射频信号放大到所需功率，再经双工器馈送到手机天线上发射出去。

手机接收机将天线上所收到的来自基站发射机的微弱已调射频信号，经双工器送到低噪声放大器放大到所需电平，与频率合成器产生的本振信号混频，变换为基带信号送往基带单元。

频率合成器以高精度晶体振荡器作为基准，通过合成技术能产生一系列具有一定频率间隔的高精度频率源。合成方式有直接合成和锁相环合成两种。

双工器是允许利用同一天线同时发射和接收的一种装置，实质上它是一组滤波器，以避免发射的强信号干扰接收的弱信号，早期的双工器是陶瓷双工滤波器，体积较大。为了减少手机的尺寸，目前，通常的做法是采用电子开关加上必要的TX低通滤波器和RX—SAW滤波器，并集成封装在一个模块中，实现双工开关的功能。

以下介绍的射频设计是一套适用于GSM900/ DCS1 800双频手机射频设计方案，它与以往的手机解决方案有所不同，使用了零中频技术，接收时不再需要中频滤波器，对减小手机体积、降低成本都是非常有利的。下面简述射频部分的工作原理。

a．接收机

接收机原理如图2所示。

在该接收机中，主要功能由零中频收发器(U4)完成，它包括一个GSM低噪声放大器(LNA)、两个正交混频器(GSM频段和DCS频段)、一个本振信号发生器和两个有源滤波器。

接收机工作时，接收信号通过天线进入前端模块(前端模块包括收发开关、低通滤波器和RX滤波器)，之后，信号分别送入DCS通路或GSM通路。对于GSM通路只需把从前端模块送出GSM_RF和GSM_RFB送入U4下变频处理即可；而对于DCS频段必须外接LNA(U2)和BALUN(U3)，将经过前端滤波之后的信号转换为DCS_RF和DCS_RFB双端平衡信号，然后送入U4进行混频处理。系统频率合成器产生的本振信号在U4内分频后，与接收信号一次混频直接得到零中频I、Q信号，此I、Q信号经过低通滤波器滤除阻塞干扰和邻道干扰后，被送入基带电路进行解调处理。

外部LNA(U2)电压增益、U4内LNA、混频器和内部的基带放大器增益，都可以通过串行接口实现可编程增益控制(AGC)。

GSM手机的AGC是根据基带检测到的接收信号强度来调节接收机的增益，使接收机输出的基带信号幅度峰峰值保持在要求的数值上，以满足接收机动态范围的要求。AGC控制信号由基带单元送出。

b．发射机

发射机主要由调制环路、功放(PA)和前端模块组成。调制环路集成在零中频收发器U4中，它包括正交调制器、分频器、高速相位—频率检测器和下变频混频器，与外接的发射压控振荡器(TXVCO)共同完成传递调制。

发射机原理如图3所示。发射通路的工作过程：从基带电路送来的I、Q信号进入U4，U4内部产生一个正交调制的IF信号，再利用传递环技术将信号通过TXVCO变到最终的TX频率上(GSM为890～915MHz，DCS为1710～1785MHz)，之后TXVCO输出的射频信号送入功率放大器(U7)进行放大，再送入前端模块(U1)滤波后经天线发射出去。由于TXVCO输出频谱好，所以只需要在前端模块集成一个低通滤波器滤除发射谐波。

简单地说，传递环技术就是一个在反馈环路中带有一个下变频器的锁相环，它起到跟踪带通滤波器的作用，不但发射噪声小，同时还可以消除寄生调制。

U7的功率控制是通过一片IC(U6)实现闭环控制。一方面要让输出功率在每一个工作时隙中保持稳定，满足GSM标准的要求，另一方面用来自基带的功率等级控制信号TX_RAMP控制手机输出功率的大小，在不需要最大发射功率就能达到较好传输质量的情况下，降低手机的发射功率，减少对其他通信的干扰，同时可以延长手机电池的使用时间。

功率控制的过程是：手机通过上行链路报告所测量的接收信号强度和信号质量，GSM系统通过下行链路下达手机功率控制指令，确定增加或减少手机的发射功率，手机软件根据系统指令选择后，送出TX_RAMP信号去调节功放所需的输出功率。

自动功率控制(APC)原理框图如图4所示。

APC的实现过程如下：U7输出经过定向耦合器耦合一部分信号，把这部分信号的电压V1送入比较器(U6)一个输入端，与来自基带的控制信号TX_RAMP的电压进行比较，产生的电压差被送入U7的电压控制脚，自动控制输出功率。

c．频率合成器

该方案频率合成器主要包括13MHz参考晶振(VCTCXO)、小数分频锁相环(PLL)和射频压控振荡器(RFVCO)，具体的工作过程见图5。

自动频率控制(AFC)信号控制VCTCXO的频率，为PLL提供参考频率。RFVCO产生的频率送入PLL，经过分频处理后与13MHz频率比较，比较所产生的误差电压CP再送入RFVCO 中，进一步控制RFVCO的频率，直到其频率值达到要求。

RFVCO是宽频段、低相位噪声的振荡器，它在不同工作方式下的频率见表1。

表1 RFVCO不同工作方式下的频率 发射频率(MHz) 接收频率(MHz) VCO频率(MHz) GSM方式 890～915 915～960 1 320～1 440 DCS方式 1 710～1 785 1 805～1 880 1 2825～1 440 RFVCO的覆盖频率 1 282～1 440 射频VCO覆盖GSM/DCS双频段，实现并不困难，但是由于手机是低电压工作的，又要求PLL的锁定时间很快(对GPRS<250μs)，相位噪声低，所以在环路中采用充电泵来改善压控振荡器的控制速度，同时U1是小数分频PLL，环路比相频率可以选高一些，使锁定时间加快。U1内部包括了Σ—Δ调制器、加法器、高频前置分频器、低噪声的相位检测器和充电泵。

通常情况下，VCTCXO技术指标为：标称中心频率f0=13MHz；常温条件下的频率误差为±5×f0×10；温度稳定度为±25×f0×10。

从参考频率振荡器的技术参数可以看出：若不采用AFC，显然不能满足GSM1110技术规范中对手机频率误差01×f0×10的要求，因此，必须采用AFC。

为了完成AFC，首先要有一个以基站频率为基准的频率校正信号，它是由BS在下行的慢速相关控制信道(SACCH)上发出的。手机接收到由BS发来的频率校正数据后，经DAC变换再滤波，产生一个AFC控制信号，加到手机参考频率源U11的AFC脚，使手机的参考频率作出调整，从而可以微调手机发射的工作频率。手机的发射频率经由BS接收后，再由BS判断，若误差超过标准，由BS经SACCH信道重新作出调整，直到手机的发射频率误差在正常和极限条件下均可满足要求为止。

d．接口

射频电路与基带电路之间有许多接口，包括模拟的和数字的。主要的接口如下。

I、Q接口：接收通路产生的I、Q信号送入基带进行解调，并最终变成语音信号，而发送通路所需的I、Q信号则来自基带，经过射频电路的调制并加载波后发射出去。

SEN、SDATA、SCLK接口：这3个接口是基带电路和射频电路之间的数字控制接口，能实现对射频电路很多功能的控制，包括对接收机增益及频率合成器的控制。

AFC接口：来自基带电路，实现对VCTCXO的频率控制。

RF_CLK接口：与基带电路相接，为基带电路提供精确的参考时钟。

TX_RAMP接口：来自基带电路，与来自耦合器的信号进行比较，以实现对功放的功率控制。

422基带单元

在无线通信系统中，基带信号构成发射机的调制信号。GSM系统中所传输的是二进制数字信号，发射时有信源编码、信道编码、交织、突发脉冲格式化、加密和调制，通过这些处理将模拟信源信号变换为数字基带信号；接收时有解调、解密、突发脉冲格式化、去交织、信道解码和信源解码，经过与发射相反的信号处理，将数字基带信号变换为模拟信源信号。这些处理过程如图6所示。

手机的基带部分采用专用芯片设计，专用芯片是以微处理器、微控制器和基带接口芯片为核心的大规模集成电路。数字信号处理器实现手机语音编解码、自适应均衡、加密和解密算法；微控制器实现对手机 *** 作和通信协议运行的控制；基带接口芯片实现基带信号调制/解调和A/D、D/A转换。基带还提供语音、数据接口和人机对话等所必要的配套能力，作为个人通信标志的SIM卡，也配置在基带。全部系统软件和应用软件存储在基带的快闪存储器(Flash ROM)内。

下面介绍一种手机基带设计方案，该方案可以支持GPRS。

本方案基带单元的工作是围绕两个主要芯片进行的：GSM处理器U1和基带接口U2。

图7为基带部分的原理框图。框图中有两个晶振，其中13MHz晶振为手机的参考频率，要求频率精度比较高。而32kHz的晶振主要是为各部分的省电模式提供基准频率。

a．微处理器U1功能介绍

U1主要由16bit 数字信号处理器(DSP)、32bit微处理器(MCU)和外围接口三部分组成，功能框图如图8所示。

Ⅰ．数字信号处理器（DSP）

DSP专门实现语音编解码、信道均衡和信道编解码以及信号强度测量等功能。实现这些功能的代码通常存储于外部快闪存储器，并根据需要动态下载到DSP的程序RAM和缓存。

DSP集成了两个协处理器以及缓存/程序控制系统。运算协处理器的主要工作任务是进行加密/解密的运算。维特比协处理器的主要任务是完成信道均衡和信道编解码。缓存/程序控制作为DSP与内部、外部的存储单元之间通信的中介和控制系统，提供足够的地址空间，完成各部分功能的时序控制。

DSP可以通过缓存系统对存储在快闪或内部RAM中的代码进行访问，缓存系统可以自动地下载需要的代码。

Ⅱ．FMCU

在GSM系统中，MCU子系统的主要功能是执行GSM协议层软件、人机界面软件和其他用户应用软件。它由ARM7中央处理器、内部ROM、时钟发生器和存取控制模块构成。与ARM相连的总线管理模块控制ARM直接与外围总线、系统RAM总线或外部总线中的一个进行存取。

Ⅲ．外围接口

U1外围接口包括键盘、存储器、显示驱动、SIM数据接口以及它进行各种处理所需要的通信接口。

b．音频接口芯片U2功能介绍

U2功能如图9所示。它主要由基带处理(信号调制/解调)、辅助处理和音频处理三大部分组成，每一部分与微处理器之间的通信是通过串行总线进行的，其中：基带串口处理与RF接口的I、Q信号；辅助串口处理所有与编解码有关的控制信号、ADC数据以及DAC数据；音频串口处理语音信号。

Ⅰ．基带处理部分从头至尾始终是模拟信号，它为话筒和扬声器直接提供驱动接口；提供免提和外部汽车设备接口；提供独立的输入输出信道。输入输出增益为用户提供最大灵活性的可编程特性。

发射通路将基带串口接收的上行I、Q信号送入GMSK调制器，调制后送进两个高速DAC，再送入射频发射机，基带处理的调制/解调器为双信道。

其接收通路将射频接收机送来的平衡I、Q信号首先被取样，然后送入两个Σ—Δ调制器以减少量化噪声，ADC之后的I、Q信号经过高性能数字滤波器以滤除邻道噪声和量化噪声。

Ⅱ．辅助处理部分主要包括控制寄存器、ADC’S、DAC’S。

Ⅲ．音频处理部分主要处理音频信号的变换。

c．电源管理及充电

手机电源系统通常采用电源管理模块集中控制，该方案电源管理模块提供4个LDO，这4个LDO根据电路特点和实际需要均进行了性能上的优化，每个LDO都有各自的特点。

数字LDO：数字LDO在开机后始终需要开启，因此LDO对低负载时的静态电流进行了优化。

模拟LDO：模拟LDO同样始终开启，因此对静态电流要求也很高。同时，由于需要与射频部分进行连接，所以要加强低频纹波滤除。

晶振LDO：晶振LDO要求具有良好的噪音特性。

实时钟LDO：实时钟LDO为备用电池充电，即使在关机时它都要工作。

手机充电可以采用线性充电模块，外部用一个PMOS管作为开关管。充电的前一段时间为恒流，当电池电压达到41V/42V时，变为恒压充电。该方案的充电电路集成在电源管理模块中。

d．显示接口

LCD的接口模式有并行和串行两种，本方案中LCD与MCU的接口为串行模式，在每个时钟的上升沿输入一位串行数据。在8位串行数据都进入之后，串行数据转变为8位的并行数据在驱动模块中进行下一步处理。驱动模块内置显示RAM，一个RAM位和一个LCD的点相对应，这样就可以通过改变这个RAM位的内容而改变LCD的点的状态。

e．射频与系统接口

Ⅰ．基带与射频部分的接口：

基带I/Q接口信号，如IP、IN、QP和QN；

串行数据信号，如SYNTHDATA、SYNTHEN和SYNTHCLK，是基带部分为RF提供控制信号的串行通信接口；

射频时钟及控制信号，如RF_CLK、AFC、TX_RAMP；

温度检测信号，如TEMP_SENSE。

Ⅱ．基带部分的系统接口：地(GND)、数字电源、模拟电压、通用系统接口0～6(USC 0～6)、耳机接口、充电器电源接口。

423 人机接口

人机接口是进行移动通信的人与提供移动通信服务的手机之间交往的界面，如图10所示。它包括硬件和软件：硬件有键盘、显示屏、话筒、扬声器和SIM卡等；软件有菜单与电话簿功能、公众移动网功能、用户SIM卡功能、基本人机界面功能。

424 软件

参见图11，GSM软件包括基带单元内部功能电路的运算程序和执行通信协议的第一、二、三层的运行程序。图中虚线左方是基本的GSM软件，右方是增加GPRS功能的软件部分。

425 SIM卡

SIM卡是由一块大规模集成电路芯片制成的。在GSM数字移动通信网中，每一位用户都有一张SIM卡，必须将其插入手机，用户才能进行通话。没有插入SIM卡的手机，仅可发出紧急呼叫，其他所有功能都不能使用。在GSM移动通信中采用了SIM卡技术，使无线电通信从不保密的处境中解放出来。

目前使用的SIM卡有两种：一种称为大卡，尺寸为85mm×54mm；另一种称为小卡，尺寸为25mm×15mm。不管大卡或小卡，所装的集成电路都一样。有些大卡上嵌装小卡，可将小卡拆下使用。目前通用的是小卡。随着网络增值业务的不断开通，STK卡也开始流行，它可以提供银行等多种业务，同时卡的容量也大于一般的大、小卡，STK卡可以存储100个电话号码。

SIM卡有客户与手机分离(人机分开)、通信安全可靠、成本低而结实耐用等特点。

SIM卡存储的内容包括：a 用户识别号码，即代表用户的电话号码。b 用户密钥和保密算法。它们既能鉴别用户身份，防止非法进入网络，又能使无线信道上传送的用户数据不会被窃取，从而杜绝了“孖机”现象。c 个人识别码(PIN码)和SIM卡个人开锁码(PUK码)。PIN码是SIM卡的个人密码，可防止他人擅用SIM卡；当PIN码按错后，可亲自用PUK码来开锁。d 用户使用的存储空间。用户可将一些固定短消息，电话号码本等个人信息存入SIM卡中。

首先，目前世界上最通用的有两大制式，那就是GSM和CDMA，中国移动是一家专业做GSM的公司，而联通是主做CDMA，另外兼营GSM，所以相对移动来说GSM不成熟而且业务也没有移动的多，不过它们做CDMA好像也不错，GSM和CDMA两种制式采用不同的工作原理，这个需要专业知识，总之，他们两种制式是世界上最成熟的两种，前者使用连续波，后者使用脉冲波，所以，GSM会对一些数码设备产生影响，但并不代表辐射比CDMA大，实际上是一样的。

GPRS是基于GSM网络的无线通用分组技术，目前中国只有移动做这个业务，它是2代通信技术的升级，所以人们管GPRS技术称为25代通信技术，现在不是有3G了吗，那就是25代的再升级，GPRS主要优势是流动性以及方便、快捷、安全，只要有信号的地方，都可以通过GPRS连接到网络（如果手机支持，还可以连接到INTERNET），它按流量计费，所以就与时间没有什么关系，它主要用于手机上网浏览和下载程序,目前世界大部分地区使用频率为GSM，因为它非常成熟。

CDMA原是美国为军方研制的后用于民用,它的特点是:保密好、抗干扰、通话质量好、专输效率高可同时专输多路信号。韩国采用的是CDMA

另外，CDMA是Code Division Multiple Access的缩写，被翻做码分多址。这是现代通信技术中用来实现信道共享的一种技术。

所谓信道，可以是电磁信号的一个特定频率区域，称为频带；也可以是信号的一个特定时间片段，称为帧。所谓信道共享，就是将同一个信道供多个用户同时使用并保证互不干扰。信道共享可以提高信道资源的利用率。

有许多不同的技术可以用来实现信道共享。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址”技术，英文就是FDMA （Frequency Division Multiple Access／Address）。这是模拟载波通信、微波通信、卫星通信的基本技术，也是第一代模拟移动通信的基本技术。类似地，可以把信道帧划分为若干不相重叠的时隙，把每个时隙分配给一个用户作为专用地址。这就是“时分多址”，即TDMA （Time Division Multiple Access／Ad dress）。这是数字数据通信和第二代移动通信的基本技术。如果各个用户的地址既不是指定的信号子频带也不是时隙，而是信号的一组正交编码结构（码型），这些用户信号也可以同时在同一个信道上传输而互不干扰。这种技术称为“码分多址”，即CDMA。

理论和实践证明，与FDMA及TD MA相比，除了其它一些优点之外，在相同的信道条件下，CDMA具有更高的信道资源利用率，因此，成为第三代移动通信信道共享的基本方式。

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一、 GSM数字移动通信发展史

11 GSM系统历史背景

GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。

蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic 移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。

蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：

1 各系统间没有公共接口；

2 很难开展数据承载业务；

3 频谱利用率低无法适应大容量的需求；

4 安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。 尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游，对客户之间造成很大的不便。

GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组＼Group SpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。

1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。

1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。

1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。

1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCSI800系统。该系统与 GSM900具有同样的基本功能特性，因而该规范只占GSM建议的很小一部分，仅将GSM900和DCSI800之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为GSM系统。

1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50％。

1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。到1994年已有6个运营者采用了该系统。

12 GSM系统技术规范

GSM系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。

GSM系统技术规范共分12章：

系列01 概述

02 业务方面

03 网路方面

04 MS-BS接口与协议

05 无线路径上的物理层

06 话音编码规范

07 MS的终端适配器

08 BS-MSC接口

09 网路互通

10 业务互通

11 设备和型号认可规范

12 *** 作和维护

这些系列规范都是由ETSI组建的不同工作组和专家组编写而成的。1988年春天完成第一阶段标准的第一个版本，以支撑当时的投标活动。后来修改过几次，1990年以后除了传真方面的规范外，其它很少作改动，1992年底基本冻结。第二阶段标准到1993年底也基本完成了主要部分，并与1994年底冻结，为了提高系统的性能，从1994年6月又开始考虑第2＋阶段的有关标准的定义，后并入第二阶段标准，并宣布还会有第三阶段的标准。实际上由于第三代移动通信系统的提出，已中止第三阶段标准。

为了保证GSM网路内现有的和将来的业务开展，在制定标准时必须考虑兼容性的要求。

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GPRS---General Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以"分组"的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。目前，香港作为第一个进行GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效。

由于使用了"分组"的技术，用户上网可以免受断线的痛苦(情形大概就跟使用了下载软件NetAnts差不多)。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先"拨号连接"，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分"经济"，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。

现在手机上网的口号就是"always online"、"IP in hand"，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。对于继续处在难产状态的中国移动／联通WAP资费政策，如果将CSD(电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现，则意味着由数十人共同来承担原来一人的成本。

而GPRS的最大优势在于：它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒96K字节，GPRS手机在今年年初推出时已达到56Kbps的传输速度，到现在更是达到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍)。

高频头：是电视机用来接收高频信号和解调出视频信息的一种装置，也是公共通道的第一部分。目前电视机使用的高频头一般分为数字信号高频头（简称数字高频头）和模拟信号高频头（简称模拟高频头）。 简单的讲就是接受电视信号的调谐及高频信号放大器，卫星电视解码器。

高频头的作用就是将微弱的视频信号进行放大，并且对传输不稳定引起的图像变形与干扰进行处理。视频处理芯片决定影像的分辨率，而高频头则决定影像的稳定性。但高频头本身非常容易受电磁干扰，因此内置电视卡一般会在高频头外面包裹一层金属层，以屏蔽电磁干扰。

扩展资料：

解码器分为软件解码器，硬件解码器和无线解码器

一、软件解码器

电脑里所说的解码器是软件解码器，即通过软件方法解出音频视频数据。与之相对应的是DVD和VCD机,它们属于硬件解码器。通常的，电脑所要播放某种格式视频，即需要支持该视频编码的解码器，视频解码器就应运而生。

RM/RMVB Real Media解码器MOV Quick Time解码器3GP/MP4解码器 DVD/VOB解码器Divx解码器 xvid解码器WMV解码器

二、硬件解码器

解码器的存在是因为音频视频数据存储要先通过压缩，否则数据量太庞大，而压缩需要通过一定的编码,才能用最小的容量来存贮质量最高的音频视频数据。因此在需要对数据进行播放时要先通过解码器进行解码 可以解码的数字编码格式有AC-3，HDCD，DTS等。

这些都是多声道音视频编码格式。如果要达到高保真的水平，有双声道的PCM数字编码的。所以在选择硬件解码器的时候应该注意是否支持这些格式的软件。并及时检查更新所需软件。

无线解码器

1、频率范围

频率范围是指无线解码器在规定的失真度和额定输出功率条件下的工作频带宽度，即无线解码器的最低工作频率至最高工作频率之间的范围。单位Hz（赫兹）。无线解码器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。

2、频率稳定度

频率稳定度标识了无线解码器工作频率的稳定程度。单位为ppm（part per million，百万分比）。通常无线解码器的频率稳定度应在：±15ppm左右。

3、信道间隔

信道指发射接收时占用的频率值。相邻信道之间的频率差值称为信道间隔。规定的信道间隔有25KHz(宽带)、20KHz、125KHz(窄带)等。

4、调制方式

无线解码器的调制方式主要有以下几类：

（一）GMSK

高斯滤波最小频移键控。GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。

（二）CPFSK

连续相位频移键控。采用CPFSK调制方式使接收机易于实现，与QPSK的调制方式相比对相位稳定度要求不高，不易受外界温度噪声的影响，而且在信号解调处理时实现低功耗。

（三）QAM

正交振幅调制 [3]  QAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位，使载波的幅度和相位受控于数字信号，常用有16QAM、32QAM、64QAM等。这种调制由于载波的幅度和相位都带有信息，所以它比QPSK方式所能传输的数码率高。

（四）QPSK

四进制相移键控调制。QPSK是一种四进制的相位键控调制方式，可以看成是两正交的二相调制合成。把相继码元的四种组合（00、01、10、11）对应于载波的四个相位（0、±π/2、π）。

5、数据接口

无线解码器常见接口为RS-232端口。RS-232-C接口（又称EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。

它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

6、接口速率

无线解码器常见的接口速率有：1200，2400，4800，9600，19200，38400bps（位/秒）以及更高的N64Kbps。

7、接口校验

无线解码器接口的常见校验形式有奇校验和偶校验。奇校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位b7添1。如：

1 0110，0101

0 0110，0001

偶校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非偶数，则在最高位b7添1。如：

1 0100，0101

0 0100，0001

奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码（1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出），同时，它不能纠错。在发现错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。

8、天线阻抗

天线阻抗指含有电阻、电感和电容的天线电路里，对交流电所起的阻碍，单位Ω（欧姆）。常见的天线阻抗为50Ω或75Ω。

参考资料来源：百度百科-高频头

基于MATLAB信号处理工具箱的数字滤波器设计与仿真

摘要：传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。本文介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。给出了使用MATLAB语言进行程序设计和利用信号处理工具箱的FDATool工具进行界面设计的详细步骤。利用MATLAB设计滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。本文还介绍了如何利用MATLAB环境下的仿真软件Simulink对所设计的滤波器进行模拟仿真。

关键词：数字滤波器 MATLAB FIR IIR

引言：

在电力系统微机保护和二次控制中，很多信号的处理与分析都是基于对正弦基波和某些整次谐波的分析，而系统电压电流信号（尤其是故障瞬变过程）中混有各种复杂成分，所以滤波器一直是电力系统二次装置的关键部件1。目前微机保护和二次信号处理软件主要采用数字滤波器。传统的数字滤波器设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）可以快速有效的实现数字滤波器的设计与仿真。

1 数字滤波器及传统设计方法

数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。

IIR数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配。所以IIR滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。FIR数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。

在对滤波器实际设计时，整个过程的运算量是很大的。例如利用窗函数法2设计M阶FIR低通滤波器时，首先要根据（1）式计算出理想低通滤波器的单位冲激响应序列，然后根据（2）式计算出M个滤波器系数。当滤波器阶数比较高时，计算量比较大，设计过程中改变参数或滤波器类型时都要重新计算。

（1）

（2）

设计完成后对已设计的滤波器的频率响应要进行校核，要得到幅频相频响应特性，运算量也是很大的。我们平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波效果不断的调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成设计。利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计，可以快速有效的设计数字滤波器，大大的简化了计算量，直观简便。

2数字滤波器的MATLAB设计

21 FDATool界面设计

211 FDATool的介绍

FDATool（Filter Design & Analysis Tool）是MATLAB信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具，MATLAB60以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱（Filter Design Toolbox）。FDATool可以设计几乎所有的基本的常规滤波器，包括FIR和IIR的各种设计方法。它 *** 作简单，方便灵活。

FDATool界面总共分两大部分，一部分是Design Filter，在界面的下半部，用来设置滤波器的设计参数，另一部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示滤波器的各种特性。Design Filter部分主要分为：

Filter Type（滤波器类型）选项，包括Lowpass（低通）、Highpass（高通）、Bandpass（带通）、Bandstop（带阻）和特殊的FIR滤波器。

Design Method（设计方法）选项，包括IIR滤波器的Butterworth（巴特沃思）法、Chebyshev Type I（切比雪夫I型）法、 Chebyshev Type II（切比雪夫II型） 法、Elliptic（椭圆滤波器）法和FIR滤波器的Equiripple法、Least-Squares（最小乘方）法、Window（窗函数）法。

Filter Order（滤波器阶数）选项，定义滤波器的阶数，包括Specify Order（指定阶数）和Minimum Order（最小阶数）。在Specify Order中填入所要设计的滤波器的阶数（N阶滤波器，Specify Order＝N-1），如果选择Minimum Order则MATLAB根据所选择的滤波器类型自动使用最小阶数。

Frenquency Specifications选项，可以详细定义频带的各参数，包括采样频率Fs和频带的截止频率。它的具体选项由Filter Type选项和Design Method选项决定，例如Bandpass（带通）滤波器需要定义Fstop1（下阻带截止频率）、Fpass1（通带下限截止频率）、Fpass2（通带上限截止频率）、Fstop2（上阻带截止频率），而Lowpass（低通）滤波器只需要定义Fstop1、Fpass1。采用窗函数设计滤波器时，由于过渡带是由窗函数的类型和阶数所决定的，所以只需要定义通带截止频率，而不必定义阻带参数。

Magnitude Specifications选项，可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通滤波器时，可以定义Wstop1（频率Fstop1处的幅值衰减）、Wpass（通带范围内的幅值衰减）、Wstop2（频率Fstop2处的幅值衰减）。当采用窗函数设计时，通带截止频率处的幅值衰减固定为6db，所以不必定义。

Window Specifications选项，当选取采用窗函数设计时，该选项可定义，它包含了各种窗函数。

212 带通滤波器设计实例

本文将以一个FIR 滤波器的设计为例来说明如何使用MATLAB设计数字滤波器：在小电流接地系统中注入833Hz的正弦信号，对其进行跟踪分析，要求设计一带通数字滤波器，滤除工频及整次谐波，以便在非常复杂的信号中分离出该注入信号。参数要求：96阶FIR数字滤波器，采样频率1000Hz，采用Hamming窗函数设计。

本例中，首先在Filter Type中选择Bandpass（带通滤波器）；在Design Method选项中选择FIR Window（FIR滤波器窗函数法），接着在Window Specifications选项中选取Hamming；指定Filter Order项中的Specify Order＝95；由于采用窗函数法设计，只要给出通带下限截止频率Fc1和通带上限截止频率Fc2，选取Fc1＝70Hz，Fc2＝84Hz。设置完以后点击Design Filter即可得到所设计的FIR滤波器。通过菜单选项Analysis可以在特性区看到所设计滤波器的幅频响应、相频响应、零极点配置和滤波器系数等各种特性。设计完成后将结果保存为1fda文件。

在设计过程中，可以对比滤波器幅频相频特性和设计要求，随时调整参数和滤波器类型，

以便得到最佳效果。其它类型的FIR滤波器和IIR滤波器也都可以使用FDATool来设计。

图1 滤波器幅频和相频响应（特性区）

Fig1 Magnitude Response and Phase Response of the filter

22 程序设计法

在MATLAB中，对各种滤波器的设计都有相应的计算振幅响应的函数3，可以用来做滤波器的程序设计。

上例的带通滤波器可以用程序设计：

c=95; ％定义滤波器阶数96阶

w1=2pifc1/fs;

w2=2pifc2/fs; %参数转换，将模拟滤波器的技术指标转换为数字滤波器的技术指标

window=hamming(c+1); %使用hamming窗函数

h=fir1(c,[w1/pi w2/pi],window); ％使用标准响应的加窗设计函数fir1

freqz(h,1,512); ％数字滤波器频率响应

在MATLAB环境下运行该程序即可得到滤波器幅频相频响应曲线和滤波器系数h。篇幅所限，这里不再将源程序详细列出。

3 Simulink仿真

本文通过调用Simulink中的功能模块构成数字滤波器的仿真框图，在仿真过程中，可以双击各功能模块，随时改变参数，获得不同状态下的仿真结果。例如构造以基波为主的原始信号，，通过Simulink环境下的Digital Filter Design（数字滤波器设计）模块导入212中FDATool所设计的滤波器文件1fda。仿真图和滤波效果图如图2所示。

图2 Simulink仿真图及滤波效果图

Fig2 Simulated connections and waveform

可以看到经过离散采样、数字滤波后分离出了833Hz的频率分量（scope1）。之所以选取上面的叠加信号作为原始信号，是由于在实际工作中是要对已经经过差分滤波的信号进一步做带通滤波，信号的各分量基本同一致，可以反映实际的情况。本例设计的滤波器已在实际工作中应用，取得了不错的效果。

4 结论

利用MATLAB的强大运算功能，基于MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）的数字滤波器设计法可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器，设计方便、快捷，极大的减轻了工作量。在设计过程中可以对比滤波器特性，随时更改参数，以达到滤波器设计的最优化。利用MATLAB设计数字滤波器在电力系统二次信号处理软件和微机保护中，有着广泛的应用前景。

参考文献

1． 陈德树 计算机继电保护原理与技术M北京：水利电力出版社，1992

2． 蒋志凯 数字滤波与卡尔曼滤波M北京：中国科学技术出版社，1993

3． 楼顺天、李博菡 基于MATLAB的系统分析与设计－信号处理M西安：西安电子科技大学出版社，1998

4． 胡广书 数字信号处理：理论、算法与实现M北京：清华大学出版社，1997

5． 蒙以正 MATLAB5X应用与技巧M北京：科学出版社，1999

仅供参考，请自借鉴

由于篇幅限制，这是原文地址：

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一、EDGE技术简述

EDGE是英文Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写，即增强型数据速率GSM演进技术。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，即最先进的多时隙 *** 作和8PSK调制技术。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8，从而使每个符号所包含的信息是原来的4倍。

之所以称EDGE为GPRS到第三代移动通信的过渡性技术方案，主要原因是这种技术 能够充分利用现有的GSM资源。因为它除了采用现有的GSM频率外，同时还利用了大部分现有的GSM设备，而只需对网络软件及硬件做一些较小的改动，就能 够使运营商向移动用户提供诸如互联网浏览、视频电话会议和高速电子邮件传输等无线多媒体服务，即在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信 业务。由于EDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，比"二代半"技术GPRS更加优良，因此也有人称它为"275代"技术。EDGE还能够与以后的WCDMA 制式共存，这也正是其所具有的d性优势。 EDGE技术主要影响现有GSM网络的无线访问部分，即收发基站(BTS)和GSM 中的基站控制器(BSC)，而对基于电路交换和分组交换的应用和接口并没有太大的影响。因此，网络运营商可最大限度地利用现有的无线网络设备，只需少量的 投资就可以部署EDGE，并且通过移动交换中心(MSC)和服务GPRS支持节点(SGSN)还可以保留使用现有的网络接口。事实上，EDGE改进了这些 现有GSM应用的性能和效率并且为将来的宽带服务提供了可能。-EDGE技术有效地提高了GPRS信道编码效率及其高速移动数据标准，它的最高速率可达 384kbit/s，在一定程度上节约了网络投资，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。从长远观点看，它将会逐步取代GPRS成为与第三代移动通 信系统最接近的一项技术。 二、EDGE的技术定位

二、EDGE技术的定位

GSM和TDMA/136现在是全球通用的第二代蜂窝移动通信标准。当前有100多个国家的1亿多人采用GSM，有近100个国家的约9500万用户采用TDMA/136系统家族（包括ELA-553和IS-54）服务。作为介于现有第二代移动通信系统与第三代移动通信系统之间的一种过渡性数据通信技术，EDGE(EnhancedDatarate for GSM Evolution)技术能够大大提高现有GSM网络的数据服务速率。但要想充分发挥EDGE的速率优势，运营商必须要对现有的GSM系统结构和所有设备进行修改。

EDGE的技术不同于GSM的优势在于： (1) 8 PSK空中接口模式 (2)增强型的AMR编码方式 (3)MCS1~9九种信道编码方式 (4)链路自适应 (5)递增冗余传输 (6)RLC窗口大小自动调整

三、出现的背景

语音通信是第二代移动系统的主要服务，最近几年，移动通信设备则在大大增强对数据通信的支持能力，一些标准的移动通信设备当前可以提供速率达96kbps的数据服务。但是这样低的数据通信速率显然无法满足移动设备多媒体数据通信的需求，因此，厂商们纷纷在开发新的、速率更快的移动数据通信技术，其中最典型的就是GPRS（通用分组无线服务）、HSCSD（高速率电路交换数据）和EDGE。

这三种技术都能够不同程度地解决更高数据速率的需求问题。HSCSD引进了多时隙的概念，HSCSD和GPRS技术都是一种面向非连接的技术，用户只有真正在收发数据时才需要保持对网络的连接，因此大大提高了无线资源的利用率。除此之外，许多新的核心网络组件产品将使未来的移动通信产品可以直接访问Internet/Intranet。

HSCSD和GPRS通过多时隙 *** 作实现了较高的比特速率。但是因为这些技术是基于高斯最小移频键控（GMSK）调制技术的，因此每个时隙能够得到的速率提高是有限的。为此，许多效率更高的调制方案纷纷出台，例如在TDMA/136+中，多时隙 *** 作和新的调制方案8PSK（基于30kHz的载波带宽）的结合将使数据率提高大约4倍。

第三代无线通信IMT-2000的优势主要在于能够使用宽带服务，大大改进目前在GSM和TDMA/136上提供的标准化服务。第三代移动通信系统将提供384kbps的广域数据通信服务和大约2Mbps的局域数据通信服务。新的用于码分多址访问（W-CDMA）的2GHz频段已经得到了ETSI、无线电工业与广播协会(ARIB)的支持。W-CDMA将包括IMT-2000设备所需要的所有功能。然而，向更高的数据率发展并不仅限于新的2GHz频段，EDGE技术也能够让使用800、900、1800、1900MHz频段的网络提供第三代移动通信网络的部分功能。

在此基础上，Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出了EDGE的概念。同年，ETSI批准了EDGE的可行性研究，这对以后EDGE的发展铺平了道路。尽管EDGE仍然使用了GSM载波带宽和时隙结构，但它也能够用于其他的蜂窝通信系统。EDGE可以被视为一个提供高比特率、并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的、有效的通用无线接口技术。在此基础上，统一无线通信论坛（UWCC）评估了用于TDMA/136的EDGE技术，并且于1998年1月批准了该技术。

在现有的GSM网络中引进EDGE技术必然会对现有的网络结构和移动通信设备带来影响。要使EDGE易于被网络运营商接受和推广，EDGE必须将它现有的网络结构的影响降到最低，并且EDGE系统应该允许运营商再次利用现有的基站设备。此外，使用EDGE，运营商应该不需要修改它们的无线网络规划，而且EDGE的引入也不能影响移动通信的质量。

EDGE主要影响网络的无线访问部分收发基站（BTS）、GSM中的基站控制器（BSC）以及TDMA中的基站（BS），但是对基于电路交换和分组交换访问的应用和接口并没有不良影响。通过移动交换中心（MSC）和服务GPRS支持节点（SGSN）可以保留使用现有的网络接口。事实上，EDGE改进了一些现有的GSM应用的性能和效率，为将来的宽带服务提供了可能。

四、EDGE的技术特点

EDGE是一种能够进一步提高移动数据业务传输速率和从GSM向3G过渡中的重要技术。它在接入业务和网络建设方面所具有以下特性：

1在接入业务性能

(1)带宽得到明显提高,单点接入速率峰值为2Mbit/s，单时隙信道的速率可达到48kbit/s，从而使移动数据业务的传输速率在峰值可以达到384kbit/s，这为移动多媒体业务的实现提供了基础。

(2)更为精准的网络层提供位置服务。

2网络建设方面的特点

(1)EDGE是一种调制编码技术，它改变了空中接口的速率。

(2)EDGE的空中信道分配方式、TDMA的帧结构等空中接口特性与GSM相同。

(3)EDGE不改变GSM或GPRS网的结构，也不引入新的网络单元，只是对BTS进行升级。

(4)核心网络采用3层模型：业务应用层、通信控制层和通信连接层，各层之间的接口应是标准化的。采用层次化结构可以使呼叫控制与通信连接相对独立，这可充分发挥分组交换网络的优势，使业务量与带宽分配更紧密，尤其适应VoIP业务。

(5)引入了媒体网关(MGW)。MGW具有STP功能，可以在IP网中实现信令网的组建(需***支持)。此外，MGW既是GSM的电路交换业务与PSTN的接口，也是无线接入网(RAN)与3G核心网的接口。

(6)EDGE的速率高,现有的GSM网络主要采用高斯最小移频键控(GMSK)调 制技术，而EDGE采用了八进制移相键控(8PSK)调制，在移动环境中可以稳定达到384kbit/s，在静止环境中甚至可以达到2Mbit/s,基本 上能够满足各种无线应用的需求。 (7)EDGE同时支持分组交换和电路交换两种数据传输方式。它支持的分组数据服务 可以实现每时隙高达112kbit/s-692kbit/s的速率。EDGE可以用288kbit/s的速率支持电路交换服务，它支持对称和非对称 两种数据传输，这对于移动设备上网是非常重要的。比如在EDGE系统中，用户可以在下行链路中采用比上行链路更高的速率。

3无线接口概览

EDGE无线接口的主要作用是使当前的蜂窝通信系统可以获得更高的数据通信速率。现有的GSM网络主要采用GMSK调制技术，为以增加无线接口的总速率，在EDGE中引入了一个能够提供高数据率的调制方案，即八进制移相键控(8PSK)调制。由于8PSK将GMSK的信号空间从2扩展到8，因此每个符号可以包括的信息是原来的4倍。8PSK的符号率保持在271kbps，每个时隙可以得到692kbps的总速率，并且仍然能够完成GSM频谱屏蔽。

EDGE规范的基本指导思想是尽可能多地利用现有的GSM数据服务类型，大大提高其数据通信速率。它定义了几个信道编码方案来确保各种信道环境的鲁棒性，使用了链路自适应技术以实现编码和调制方案之间的动态转换。通过再次利用GPRS结构，分组数据服务可以实现每时隙高达112-692kbps的无线通信速率。EDGE通过使用一个高速每时隙288kbps的无线接口速率来支持电路交换服务。

在EDGE方案中，支持所有服务的多时隙通信得到的速率是单时隙通信的8倍，用于分组数据服务的峰值无线通信速率可高达554kbps。

(1)对无线接口设备的影响

EDGE对GSM网络原有无线接口的修改将直接影响基站和移动终端的设计，人们必须采用新的终端和基站收发机才能收发使用EDGE调制的信息。

(2)对线性调制的影响

新的调制方案对功率放大器的线性提出了新的要求。与GMSK不同的是，8PSK并不具有一个固定的封装。事实上，EDGE面临的最大挑战是创建一个成本经济的发射机，同时完成GSM的频谱屏蔽。

为了最大限度地利用现有的GSM网络，EDGE收发机必须装在一个为标准收发机设计的基站舱中，并且EDGE收发机必须在发射频谱和热分散方面可以被人们所接受。一般地，高性能的EDGE收发机在发射8PSK时可能需要减少它的平均发射功率，与GMSK相比，平均功率降低（SPD）在2-5dB之间。

如何设计低功率的收发机即微基站、室内或微微基站(picobase)和移动终端会带来进一步的挑战，比如在EDGE系统中就不能再使用针对非线性调制优化的发射机结构。

在连接移动终端的地方可以采取两种调制方式。第一种是将GMSK传输用于上行链路，将8PSK用于下行链路。这样上行链路的速率将限制在GPRS的范围内，而EDGE的高速率将提供给下行链路使用。因为绝大多数服务对下行链路的速率要求都要比上行链路高，这种方案可以用一种最经济的方式满足移动终端的服务需求。第二种方式就是在上行链路和下行链路中都采取决8PSK方式进行传输。

现有的GSM标准定义了多种移动终端，例如从具有低复杂性的单时隙设备到具有高比特性的8时隙设备等。

(3)对总速率的影响

接口总速率越高，技术就越复杂，EDGE接口的高速率无法通过最理想的均衡器结构来处理，而只能考虑次理想的均衡器设计。根据模拟测试的结果，用于8PSK的最好的均衡器设计将只比标准的GSM均衡器稍微复杂一点。

增强的比特率（与标准的GPRS相比）还减少了在时间分布和移动终端速率方面的鲁棒性。然而在绝大多数情况下，EDGE服务将被相对静止的用户使用，这意味着移动终端的高速移动和过度的时间分布是不可能的。另外，当移动速度和时间分布超出EDGE的能力时，还是需要使用GMSK调制的。

4EDGE对网络结构的影响

无线数据通信速度的提高对现有GSM网络结构提出了新的要求。然而，EDGE系统对现有GSM核心网络的影响非常有限，并且由于GPRS节点、SGSN和网关GPRS支持节点（GGSN）或多或少地独立于用户数据通信速率，因此EDGE将不需要部署新的硬件。

一个明显的通信瓶颈是A-bis接口，它当前只能支持每信道时隙16kbps的速率。

而对于EDGE，每个信道的速率将超过64kbps，这要求为每个通信信道分配多个A-bis时隙。不过，A-bis接口16kbps的限制可以通过引入两个GPRS编码方案(CS3和CS4)来突破，它能够提供每通信信道228kbps的速率。

对于基于GPRS的分组数据服务，其他的节点和接口已经能够处理每时隙更高的比特率。对于电路交换服务而言，A-bis接口可以处理每个用户64kbps的速率，因此在MSC中的修改将只会影响软件部分，而不会涉及到原有的硬件设备。

(1)无线网络规划

一个决定EDGE能否取得成功的重要条件是应该能够允许网络运营商逐步引入EDGE。具有EDGE功能的收发机最早应该部署在最需要EDGE覆盖的地方，以补充现有的标准GSM收发机，因此在一个相同的频段，电路交换、GPRS和EDGE用户服务将同时存在。为了将运营商的投资和成本降到最低，与EDGE相关的实现不应该要求对现有无线网络规划做广泛修改，包括信元规划、频率规划、功率级和其他信元参数的设置等。

(2)覆盖范围规划

非透明无线链路协议（如包括自动重复请求APR的协议）的一个重要特点是较差的无线链路质量会导致更低的比特率。与语音通信不同的是，低载波-噪声比并不会导致数据会话的丢失，而只会临时地减少用户通信速度。在GSM信元中不同的用户间存在的载波干扰，一个EDGE信元将同时包括具有不同通信速率的用户，在接近信元中心的地方通信速率高，在接近信元边界的地方通信速率限制在标准GPRS的范围内。

根据提供给国际标准化组织的测试结果，一个具有95%语音通信业务的EDGE系统将有30%的用户获得超过45Kbps的每时隙通信速率，而全部用户的平均速率为34Kbps。假设APD是2dB，那么平均通信速率将减少到30Kbps。

在覆盖范围的问题上，如果网络运营商能够接受在信远边界只具有标准GPRS数据通信速率，那么现有的GSM站点已经提供了EDGE足够使用的覆盖范围。对于一般需要持续比特率的透明数据服务来说，则必须使用链路自适应技术来分配满足比特率和错误比特率（BER）需求时的时隙数量。

(3)频率规划

在绝大多数成熟的GSM网络中，频率的平均再使用次数在9-12之间，未来的移动通信系统将向着更低的频率再使用方向发展。事实上，随着跳频技术的引进，多重再使用方式(MRP)和非连续传输（DTX）将频率的再使用次数降到3是可行的，这就是说每3个基站就会发生频率被重新使用的情况。

EDGE支持频率再使用的这种发展趋势。事实上，由于采用了链路自适应技术，EDGE可以被引入到任何频率计划，包括EDGE可以被引入到现有的GSM频率规划中，为未来更高速率的数据通信打下良好的基础。

5信道管理

引入EDGE以后，一个信元将包括两类收发机：标准GSM收发机和EDGE收发机。信元中的每个物理信道（时隙）一般至少具有四种信道类型：

(1)、GSM语音和GSM电路交换数据（CSD）；

(2)、GPRS分组数据；

(3)、电路交换数据、增强电路交换数据（ECSD）和GSM语音；

(4)、EDGE分组数据（EGPRS），它允许同时为GPRS和EDGE用户提供服务。

虽然标准的GSM收发机只支持上述信道类型1和2，但EDGE收发机支持上述所有4种类型。EDGE系统中的物理信道将根据终端能力和信元需求动态定义。例如，如果几个语音用户都是活动的，那么1类信道的数量就会增加，同时减少GPRS和EDGE信道。显然，在EDGE系统中必须能够实现上述4种信道的自动管理，否则将大大削弱EDGE系统的效率。

6链路自适应

所谓链路自适应就是能够自动选择调制和编码方案来适应无线链路质量的需求。EDGE标准支持的链路自适应动态选择算法包括对下行链路质量的测量和报告、为上行链路选择新的调制和编码方法等。链路自适应意味着实现调制和编码的完全自动化。通过增量冗余（混合II/IIIARP）改进ARP性能的可能性也正在研究中，这样的方案可以减少在选择调制时对使用链路自适应技术的需求。

7功率控制

当前的GSM系统使用动态功率控制来增加系统中的均等性，扩大移动终端电池的寿命。类似的策略将被用于GPRS，尽管它们实际的信令过程是不同的，但EDGE对功率控制的支持被专家们认为是GSM/GPRS很类似。因此，网络运营商在部署EDGE时只需要修改现有GSM/GPRS网络的参数设置即可。

需要补充的是，因EDGE用户可以从比标准GSM用户高得多的载波-干扰比中得到益处，因此EDGE的功率控制参数设置与GSM/GPRS将是不同的。

五、EDGE的承载业务

EDGE的承载业务包括分组业务(非实时业务)和电路交换业务(实时业务)。这些业务的承载者包括如下两种：

1分组交换业务承载者

GPRS网络能够提供从移动台到固定IP网的IP连接。对每个IP连接承载者，都定义了一个QoS参数空间，如优先权、可靠性、延时、最大和平均比特率等等。通过对这些参数进行不同的组合就定义了不同的承载者，以满足不同应用的需要。

而对EDGE需要定义新的QoS参数空间。例如，对于移动速度为250km/h的移动台，最大码率为144kbit/s，对移动速度为100km/h的移动台，其最大码率为384kbit/s。此外,EDGE的平均比特率和延迟等级也与GPRS的不同。

由于不同应用、不同用户的要求不同，因此EDGE必须能够支持更多的QoS。

2电路交换业务承载者

现有的GSM系统能够支持透明和非透明业务。它定义了8种透明业务承载者，所提供的比特率范围为96kbit/s～64kbit/s。

非透明业务承载者用无线链路协议来保证无差错数据传输。对于这种情况，有8种承载者，所提供的比特率为48kbit/s～576kbit/s。实际的用户数据比特率随信道质量而变化。

Tcs-1通过占用2个时隙来实现。而同样的业务，标准GSM系统用 TCH/F144需要占用4个时隙。

可见，EDGE的电路交换方式可以利用较少的时隙占用来实现较高速的数据业务，这可降低移动终端实现的复杂度。同时，由于各个用户占用的时隙数比标准GSM系统的少，从而可以增加系统的容量。

六、发展状况

EDGE是一种基于GSM/GPRS网络的数据增强型移动通信技术，通常又被人们称为275代技术。2003年一度倍受忽视的EDGE成为移动通信市场的亮点，先后有美国的CingularWireless和AT&TWireless、智利的TelefonicaMoviles、我国香港特区的CSL和泰国的AIS开通了基于EDGE的服务。与此同时，一些欧洲的移动运营商对EDGE也开始表现出兴趣，其中TIM和TeliaSonera都明确表示将采用EDGE技术。

从技术角度来说，EDGE提供了一种新的无线调制模式，提供了三倍于普通GSM空中传输速率。另一方面EDGE继承了GSM制式标准，载频可以基于时隙动态地在GSM和EDGE之间进行转换（基于手机的类型），支持传统的GSM手机，从而保护了现有网络的投资。EDGE 网络可灵活的逐步扩容，为运营商实现价值最大化提供了有利的支持。

EDGE（加强型数据GSM环境）是一个更快的全球移动通信系统（GSM）无线服务版本，其被设计为可以以每秒384比特的速度传输数据，并可以传输多媒体以及其它宽带应用程序到移动电话和个人电脑上。EDGE标准是建立在已有的GSM和单元排列标准之上的，前两者使用了相同的时分多路访问（TDMA）帧结构。

全球领先的数字无线技术独立供应商TTPCom公司宣布已授权ASMobile Communication使用其EDGE协议软件，开发新一代高端多媒体手机。这项协议是基于两家公司持续不断的合作关系，也标志着ASMobile已将TTPCom技术纳入其2005年全线产品发展蓝图，包括入门级GSM/GPRS移动电话及多功能时尚手机。

ASMobile是华硕计算机股份有限公司于一年前在台湾成立的全资附属公司，力求在竞争激烈的欧洲与南美市场拓展OEM/ODM服务。该公司采用TTPCom GPRS技术的首个入门级手机系列现已率先投产，并定于2005年1月正式出货，随后还会推出兼备游戏下载等多媒体功能的手机。第一款具有EDGE功能的手机预计于2005年秋季推出。

ASMobile EDGE手机的数据传输率是现有GPRS网络提供的三倍，可供全球数目日增的EDGE网络1使用视像下载与高速上网等数据密集的3G服务。这款新手机将采用美国模拟器件公司（Analog Devices）供应的芯片，而TTPCom的EDGE软件与美国模拟器件公司的硬件组合已成为业内公认的能有效加快产品面市时间的技术平台。

ASMobile副总裁Allan Cheng表示：“自ASMobile成立以来，我们对市场的发展潜力以及应该设计怎样的手机以应对瞬息万变的市场需求，已经有了清晰的认识。TTPCom作为我们的长期技术合作伙伴，他们的支持将贯穿我们整个产品的发展蓝图。我们未来的EDGE产品均会采用TTPCom业界领先而且备受认同的技术，相信此举不但满足我们积极推出新手机的目标，也同时迎合用户对于新颖手机功能的期盼。”

TTPCom软件业务部董事总经理Richard Walker表示：“新加入手机市场的公司可利用我们的平台，推出全面系列的手机；这印证了我们的技术是可靠稳定而且易于整合的。随着EDGE技术的日渐普及，陆续进入这一市场的公司将很有机会获得市场占有率。凭借TTPCom技术，ASMobile将随着EDGE的日益普及，可在市场上力争更具竞争力的地位。”

TTPCom 的 EDGE 软件经过了领先的基础设施供应商、测试设备厂商和无线运营商广泛的互通性测试。测试的结果显示，TTPCom 的 EDGE 平台可支持高达每秒 216 Kbs 业界领先的数据传输速率，使网络运营商和手机制造商利用现有2G网络，就可以开始提供如视频流等 3G 类型的服务。

编辑备注 － EDGE 在全球的增长情况

据全球移动设备供应商协会（the Global Mobile Suppliers Association, GSA）统计，全球 53 个国家的 118 个网络运营商部署了 EDGE，以提供新一代服务。当今在北美、南美、欧洲和亚洲已有 17 个网络供应商使用了 EDGE 服务。中国和香港已宣布部署 EDGE 的网络运营商包括 CSL（已提供EDGE服务）、PEOPLES、 SUNDAY 和中国联通。欲了解全球所有 EDGE 运营商的列表。

关于ASMobile Communications

ASMobile是华硕计算机股份有限公司的附属公司，也是专业OEM/ODM通讯设备公司，致力设计与生产GSM/GRPS与EDGE移动终端。ASMobile经验丰富的优秀研发小组与手机业内最具创意的硬件和机械结构以及外形设计工程师合作，全力推出合用的方案，以满足市场瞬息万变的需求。此外，ASMobile的研发工作人员已设立独立的天线小组与协议部门，专门解决重大的通信问题。 除硬件以外，ASMobile也另设有软件与应用小组，提供稳健的软件环境与 *** 作简易的用户接口，满足用户的个别需求。ASMobile工程人员凭借先进兼精密的设备与技术，不断致力从事开发与生产，令ASMobile提供非常出色并符合严格的业界测试标准的产品。

TTPCom与华硕

华硕已获授权使用TTPCom整个技术套件，包括双模3GSM协议软件、开发工具和TTPCom的应用架构AJAR平台。AJAR平台提供预先整合套件，包括短信、多媒体、游戏、浏览器和JAVA 技术。

TTPCom与华硕早前在香港举行的3G全球大会（3G World Congress）展示华硕首部3G手机。该款手机采用TTPCom的双模3GSM技术和应用套件，具备强大的多媒体功能，包括视频流、3D游戏和音乐下载等。

关于TTPCom

TTPCom 公司总部位于英国剑桥，是 TTP 通讯有限公司（LSE：TTC）的主要运营分支机构。该公司开发应用于无线通信终端产品设计与制造的技术知识产权。TTPCom 将技术授权给全球领先的半导体生产商和终端制造商，包括美国模拟器件公司、英特尔、LG、Renesas、夏普、西门子和东芝。

TTPCom 以其 GPRS、EDGE 和 3G 协议软件确立了全球领先的市场地位。TTPCom 通过其 AJAR 应用架构，可帮助客户快速定制手机产品。2004 年，超过3000万部手机使用了TTPCom的技术上市。

七EDGE技术的前景

据Visant Strategies的最新研究，全球移动运营商将EDGE(增强型数据率传输服务)技术用作永久性数据业务修复或者作为一种过渡性方案，可以在今后的几年中增强数据和语音服务。尽管之前不久有许多运营商取消了EDGE，现在该技术又被运营商视为一种提供高速数据业务以及对现在的GSM或TDMS进行容量升级的行性选择。

到2009年全球将建立成百上千的EDGE功能基站，因此，EDGE技术在全球大部分地区延迟了下一代设备的销售。此外，研究还发现手机EDGE配件的芯片市场在2009年将到20亿美元，而届时GSM/GPRS/EDGE等手机销售总额为310亿美元。

Visant的高深分析师Andy Fuertes说：“据预计EDGE技术的功能将很快被吸收到手机中去，就如同今年GPRS功能已经在手机中普及一样。在今后5年中多数UMTS/GSM双模式手机都将具备EDGE功能，从而使得EDGE功能成为顾客选择手机的重要标准之一。”

研究指出，2009年全部EDGE用户将超13亿。许多EDGE用户同时也会采用其它技术如UMTS或OFDM类技术。

研究报告的另一位作者Larry Swasey说：“从人口密度、平均资本收益、无线普及率以及总体无线网络的回报来看，运营商都会考虑EDGE。这种技术对于运营商来讲可以满足他们可靠的投资与回报的预期。

EDGE和GPRS，TD-HSDPA的速度区别

GPRS的访问速度1712kbps

EDGE传输速率在峰值可以达到384kbps

HSDPA是EDGE升级版，理论上是2000Kbps-33M/BPS

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