CDCT數(shù)字無繩電話設(shè)計(jì)方案

引言

無繩電話以其方便、便宜的特點(diǎn)在全世界得到廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的模擬無繩電話有很多不足：1）話音質(zhì)量低；2）保密性差；3）信道數(shù)量少；4）不能支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，以DECT為代表的數(shù)字無繩電話的開發(fā)和生產(chǎn)增長迅猛。本文介紹我國第一款獲得國家入網(wǎng)認(rèn)證的數(shù)字無繩電話的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方案。

工作原理

無繩電話系統(tǒng)可分為送話和受話兩個(gè)方向。數(shù)字無繩電話當(dāng)然也不例外。圖1和圖2是數(shù)字無繩電話的發(fā)送方向和接受方向系統(tǒng)框圖。

CDCT（ Chinese Digital Cordless Telephone ）在座機(jī)和手機(jī)之間使用多載波TDMA/TDD格式，共10個(gè)載波，每個(gè)載波頻寬1.728MHz，每個(gè)載波在時(shí)域上被分成24個(gè)時(shí)隙，使用其中的兩個(gè)時(shí)隙即可建立雙工連接。當(dāng)通話建立后，手機(jī)只使用十二分之一的時(shí)間發(fā)送和接收，其余的時(shí)間可以用于干其它的事，如監(jiān)視其它的頻率和載波以尋找更好的語音信道。

數(shù)字無繩電話的數(shù)據(jù)信號(hào)和控制邏輯信號(hào)在物理上在同一個(gè)載頻上。故數(shù)字信號(hào)在傳送之前，需進(jìn)行時(shí)域壓縮。接收之后，再進(jìn)行時(shí)域展開。

考慮到無線信道的非理想性，數(shù)據(jù)在傳送之前都要進(jìn)行信道編碼。在CDCT的設(shè)計(jì)中采用了檢錯(cuò)和錯(cuò)后重傳的方法。不同的信道采用不同冗余度的編碼。主要采用了兩種檢錯(cuò)編碼：R-CRC（16 bit CRC）碼和X-CRC（4 bit CRC） 碼。其中R-CRC碼主要運(yùn)用在A域（控制信號(hào)）和要求檢錯(cuò)重傳的B域（數(shù)據(jù)信號(hào)）的信道編碼。X-CRC碼主要用于非檢錯(cuò)傳輸?shù)腂域的檢錯(cuò)編碼。參見圖3。

信道調(diào)制主要包括復(fù)幀合成和碼字置亂兩方面的內(nèi)容。CDCT復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖3。

碼字置亂主要是防止連續(xù)的0或連續(xù)的1序列的出現(xiàn)。CDCT的調(diào)制和解調(diào)都是VCO開環(huán)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的，過多的連0或連1都很容易造成解調(diào)器的工作點(diǎn)偏移。從而使得誤碼率上升。

頻率調(diào)制采用高斯最小頻移鍵控的調(diào)制方式。調(diào)制系數(shù)為0.5。標(biāo)稱頻偏為288KHz。從基帶送來的數(shù)字信號(hào)經(jīng)三級(jí)低通濾波器的濾波后，直接送調(diào)制電路。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上，我們采用了西門子公司的DECT基帶和射頻IC。

基帶IC包括PMB4925和PMB4725。其中PMB4925是數(shù)摸接口電路。PMB4725完成信源編碼、信道編碼、加密、信道調(diào)制。PMB4725是一混合集成電路。其內(nèi)部集成了MCU、DSP和BMC（Burst Mode Controller）。射頻IC包括：PMB4420、PMB4220和PMB4820。這三顆IC和其外圍電路完成頻率調(diào)制和解調(diào)。硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖4。

BMC完成底層實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的各種邏輯信道的調(diào)制和解調(diào)；DSP主要完成數(shù)據(jù)信號(hào)的處理；MUC是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。它對(duì)DSP、BMC和其他外設(shè)統(tǒng)一管理。電源管理模塊對(duì)整機(jī)耗電的各個(gè)部分進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得整機(jī)耗電最省。

通話建立的過程如下：在沒有通話時(shí)，手機(jī)鎖定在任一空閑信道上。當(dāng)手機(jī)發(fā)起呼叫時(shí)，它將在TDMA幀的后半部分的相應(yīng)時(shí)隙送出一個(gè)呼叫請(qǐng)求，通知座機(jī)它鎖定的信道。座機(jī)收到請(qǐng)求后通知手機(jī)轉(zhuǎn)到指定的信道，在指定的信道建立通話。座機(jī)發(fā)起呼叫的過程相似。

軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5

軟件協(xié)議包含五層，由上至下是：應(yīng)用層（Application Layer――APP），網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer――NTW），數(shù)據(jù)鏈路控制層（Data Link Control Layer――DLC），媒體訪問控制層（Media Access Control Layer――MAC），物理層（Physical Layer――PHY）。其中物理層的控制以及部分MAC層的功能由控制芯片內(nèi)部完成，因此，軟件的構(gòu)成可以用圖5表示。

資源管理實(shí)體：軟件流程是基于消息驅(qū)動(dòng)的機(jī)制，各層發(fā)出的消息由資源管理實(shí)體進(jìn)行調(diào)度，發(fā)送到目標(biāo)層進(jìn)行處理，另外負(fù)責(zé)內(nèi)存和I/O資源的分配和管理；APP：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的各種功能及其用戶接口；NTW：負(fù)責(zé)呼叫控制和移動(dòng)管理；DLC：負(fù)責(zé)在座機(jī)和手機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，提供差錯(cuò)控制的功能；MAC：選擇和動(dòng)態(tài)分配物理信道；低層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：包括對(duì)液晶顯示器、鍵盤、EEPROM、DSP等的控制。

結(jié)語

采用這一方案實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品投放市場已一年，受到了廣大用戶的好評(píng)。證明本方案是成功的。

數(shù)字無繩電話產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)高度和設(shè)計(jì)難度和模擬無繩電話完全不同。其在原理方面不同：1）數(shù)字無繩是時(shí)分雙工；模擬無繩是頻分雙工；2）數(shù)字無繩采用突發(fā)模式；模擬無繩采用連續(xù)發(fā)射模式；2）數(shù)字無繩對(duì)話音信號(hào)在時(shí)域有壓縮；模擬無繩沒有；4）數(shù)字無繩對(duì)話音信號(hào)有延時(shí)；模擬無繩沒有。

在設(shè)計(jì)時(shí)，有以下四個(gè)問題比較突出：1）突發(fā)模式下的供電能力；2）開環(huán)狀態(tài)下VCO的穩(wěn)定性；3）回聲消除問題；4）幀噪聲問題。

本文提到的一些問題在很多時(shí)分系統(tǒng)都同樣存在。比如GSM手機(jī)、PHS手機(jī)和CDMA手機(jī)等。