Сотовые телефоны

Сотовые телефоны.

С тех пор, как системы сотовой подвижной связи начали свое победоносное шествие по странам мира, прошло совсем немного времени.

Однако были разработаны различные стандарты и системы связи, а вместе с ними развивалось и оборудование этих систем. Привычные для нас сотовые радиотелефоны имели в начале своего развития огромные размеры и были похожи скорее на радиостанции, чем на телефоны.

Но с каждым годом они все более развивались: уменьшались их размер и вес, улучшался дизайн, снижалась стоимость, перед пользователями открывались все новые и новые возможности подвижной связи.

На рисунке по казано, как изменялись некоторые пара метры абонентских радиотелефонов и их внешний вид в последние годы. Выбор стандарта сотовой связи однозначно определяет и выбор класса модели радиотелефона.

При этом, несмотря на наличие общих черт, модели различаются не только функциональными возможностями, определяемыми стандартом, но и некими устоявшимися традициями их конструирования и внешнего оформления.

В пределах каждого класса модели радиотелефоны различаются между собой не только объемом сервисных функций, но часто и параметрами приемопередающих трактов.

По этой причине при выборе радиотелефона полезно не только руководствоваться внешним видом, но и иметь некоторое представление о конструкции аппарата и его возможностях. Поэтому перейдем к рассмотрению устройства аналоговых и цифровых радиотелефонов, проанализируем их основные возможности и функции.

Несмотря на многообразие представленных на мировом рынке моделей сотовых радиотелефонов, все они имеют сходную конструкцию. Каждый радиотелефон имеет передающее и приемное устройства, устройства преобразования и воспроизведения речи, устройство контроля и управления, антенну, звонок (зуммер), клавиатуру и дисплей. В зависимости от модели они могут различаться размерами, составом комплектующих элементов, функциональными характеристиками и другими показателями. В последнее время все фирмы-производители стараются снизить стоимость, улучшить дизайн, уменьшить размеры и повысить эксплуатационные показатели своей продукции.

Это достигается за счет более высокой степени интеграции логических и радиотехнических блоков радиотелефонов, внедрения поточных линий их производства (снижение доли ручной сборки), использования последних достижений науки и техники в области связи и приборостроения. В качестве примера рассмотрим конструкцию радиотелефона ЕН237 фирмы Ericsson.

Этот радиотелефон предназначен для работы в аналоговой сотовой системе стандарта ETACS. Он состоит из передней крышки, на которой располагаются клавиатура, дисплей, микрофон и громкоговоритель; задней крышки, на которой закреплена антенна, и четырехслойной печатной платы, на которой размещены все основные узлы. Антенна аппарата выполнена в виде спирали, а задняя крышка корпуса используется в качестве противовеса и служит для улучшения излучательной способности антенны. Характеристики такой антенны, несмотря на ее малые геометрические размеры, соответствуют аналогичным характеристикам традиционной полуволновой антенне и не зависят от ее ориентации в пространстве. На четырехслойной печатной плате (в цифровом радиотелефоне их может быть две) собраны основные узлы. В приемном и передающем блоках полностью исключены намоточные контуры.

В приемнике фильтрация сигналов производится с помощью фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ), которые имеют предельно малые размеры и высокие фильтрующие характеристики по сравнению с традиционными фильтрами, использующими LC-контуры.

В передатчике для уменьшения внеполосных излучений используются высокодобротные керамические фильтры. Выходные каскады передатчика выполнены на арсенид-галиевых транзисторах. Для получения необходимых частот передатчика и гетеродинных частот приемника используется синтезатор частот, работой которого управляет блок контроля и управления. Основой последнего является центральный процессор.

Все блоки выполнены, главным образом, на микросхемах с низким потреблением энергии и высокими функциональными возможностями. Они включают в себя звуковые фильтры, избирательные усилители для микрофона и громкоговорителя, фазовый модулятор и демодулятор, генератор DTMF-сигналов, блоки автоматического тестирования и управления. На плате установлены разъемы для подключения антенны, внешних устройств, клавиатуры и дисплея. Плата устанавливается на рамку и закрепляется на передней крышке корпуса.

Малые размеры платы достигаются за счет использования плотного монтажа, применения бескорпусных радиоэлементов и функциональных узлов - чипов. Структурная схема радиотелефона аналогового стандарта ETACS представлена на рисунке. Передающий и приемный блоки выполнены по классической схеме. Приемное устройство представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты. Входной сигнал поступает в полосовой фильтр на ПАВ, выделяющий принимаемый сигнал и ослабляющий помехи.

Отфильтрованный сигнал поступает в малошумящий усилитель (МШУ) и после усиления подается в смеситель. На второй вход последнего с синтезатора частот поступает сигнал гетеродина. Полученный сигнал первой промежуточной частоты (45 МГц) поступает в усилитель первой промежуточной частоты УПЧ1 и после усиления фильтруется полосовым фильтром на ПАВ. Отфильтрованный сигнал поступает во второй смеситель. В него же с гетеродина Г поступает сигнал. Полученный в результате гетеродинирования сигнал второй промежуточной частоты c частотой 450 кГц фильтруется полосовым фильтром на ПАВ и усиливается усилителем УПЧ2. Усиленный до необходимого уровня сигнал поступает в фазовый демодулятор, где выделяются сигналы управления и речевой сигнал.

Последний поступает в усилитель УНЧ и далее — на громкоговоритель. Сигналы управления обрабатываются процессором CPU. Аналоговый сигнал, поступающий с микрофона, усиливается усилителем УНЧ до необходимого уровня и поступает в фазовый модулятор.

Промодулированный сигнал частотой 90 МГц через полосовой фильтр на ПАВ поступает в смеситель. С выхода смесителя сигнал через полосовой керамический фильтр поступает в усилитель мощности класса С, обеспечивающий максимальный КПД передатчика. Усиленный сигнал через регулятор мощности УМ и полосовой керамический фильтр поступает к антенне. Обработка сигналов управления, опрос клавиатуры, формирование необходимых частот и вывод информации на дисплей происходит под управлением центрального процессора. Синтезатор частоты позволяет получать высокостабильные сигналы частот всего используемого диапазона.

Структурная схема радиотелефона, работающего в стандарте GSM, представлена на рисунке. Обычно в таких радиотелефонах имеется аналоговая и цифровая части, которые могут выполняться на отдельных платах. Аналоговая часть включает в себя приемное и передающее устройства, которые по своим характеристикам и построению напоминают описанные выше. Антенна А выполняет одновременно функции передающей и приемной.

Она представляет собой спиральную укороченную антенну, по характеристикам аналогичную стандартной полуволновой антенне. В системах стандарта GSM передатчик и приемник работают не одновременно, и 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, снижаются требования к ВЧ-фильтру приемника, выполненному на ПАВ, и делает возможным интеграцию малошумящего входного усилителя МШУ со смесителем.

Принимаемый сигнал после прохождения входного полосового фильтра усиливается МШУ и поступает на первый вход смесителя. На второй вход поступает сигнал гетеродина с синтезатора частот. Сигнал первой промежуточной частоты 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, с генератора частот. Полученный сигнал второй промежуточной частоты фильтруется полосовым фильтром на ПАВ, усиливается усилителем УПЧ2 и поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где преобразуется в сигнал, необходимый для работы сигнального процессора CPU. В режиме передачи информационный цифровой сигнал, сформированный в CPU, поступает на I/0-генератор, где происходит формирование модулирующего сигнала. Последний поступает в фазовый модулятор, с которого сигнал поступает в смеситель.

На второй вход смесителя поступает сигнал с синтезатора частот. Полученный сигнал через полоссовой фильтр поступает в усилитель мощности УМ, управляемый с помощью CPU-Усиленный до необходимого уровня сигнал через полосовой керамический фильтр поступает к антенне А и излучается в пространство. Цифровая логическая часть радиотелефона обеспечивает формирование, и обработку всех необходимых сигналов. Она состоит из цифрового сигнального процессора CPU, памяти MEM, канального эквалайзера, канального кодера/декодера, SIM-карты, преобразователей АЦП и ЦАП, клавиатуры и дисплея.

Логическая часть выполняет задачи, заключающиеся в демодуляции, кодировании, сжатии и восстановлении речевого сигнала, уменьшении шумов, в обработке информации, вводимой с клавиатуры. Она выводит необходимую информацию на экран дисплея, производит обмен информацией с SIM-картой, обеспечивающей аутентификацию абонента и шифрование данных. 7.