一種GSM固定無(wú)線(xiàn)接入設(shè)備的設(shè)計(jì)（上）

GSM固定無(wú)線(xiàn)接入(GFRA，GSM Fixcd Radio Access)技術(shù)又稱(chēng)GSM無(wú)線(xiàn)用戶(hù)環(huán)路(WLL)，是采用GSM數(shù)字蜂窩技術(shù)替代傳統(tǒng)用戶(hù)線(xiàn)來(lái)為用戶(hù)提供電信業(yè)務(wù)的技術(shù)。GFRA覆蓋范圍的直徑以幾十米、幾百米、幾千米、幾十千米不等，因而應(yīng)用范圍較廣，即可為人口密集的城區(qū)服務(wù)，也可為農(nóng)村和邊遠(yuǎn)山區(qū)服務(wù)。

與傳統(tǒng)PSTN接入網(wǎng)相比，GFRA具有以下優(yōu)點(diǎn)。

◇經(jīng)濟(jì)。運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)大大低于有線(xiàn)系統(tǒng)，且成本與距離無(wú)關(guān)，這在農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)尤顯其優(yōu)勢(shì)。
◇能迅速提供業(yè)務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，GFRA在一個(gè)月即可投入使用，而有線(xiàn)接入網(wǎng)則需要6~18個(gè)月的時(shí)間，除此之外，有線(xiàn)接入網(wǎng)還存在占地、城區(qū)人口稠密地區(qū)接線(xiàn)困難和易受到自然災(zāi)害破壞等缺陷。
◇容量大。采用小區(qū)覆蓋，頻率再用等技術(shù)，可擴(kuò)大用戶(hù)容量。
◇靈活可變。無(wú)需預(yù)測(cè)話(huà)務(wù)量，可隨時(shí)按需進(jìn)行變更，擴(kuò)容方便。
◇安全可靠。防盜線(xiàn)，保密性好。

1 GFRA設(shè)備的組成和工作原理

1.1GFRA設(shè)備的組成

GFRA設(shè)備由天線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、主控電路、電話(huà)控制模塊和充電電池電路組成，如圖1所示。其中，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊完成接入GSM網(wǎng)絡(luò)的工作，相當(dāng)于一部手機(jī)；電話(huà)控制模塊主要包括了用戶(hù)線(xiàn)接口電路(SLIC)、DTMF檢測(cè)和信號(hào)音產(chǎn)生電路，完成電話(huà)機(jī)的接入工作；而主控電路實(shí)現(xiàn)了有線(xiàn)電話(huà)信號(hào)和GSM電話(huà)信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的接續(xù)、控制；充電電池電路為選配部件，是常停電地區(qū)采用的配件，市電不易到達(dá)的地方可配太陽(yáng)能充電電池。

GFRA設(shè)備一端通過(guò)天線(xiàn)接入GSM網(wǎng)絡(luò)，另一端通過(guò)電話(huà)線(xiàn)連接普通的電話(huà)終端，如普通電話(huà)機(jī)、IC卡電話(huà)機(jī)、投幣電話(huà)機(jī)等。GFRA設(shè)備相當(dāng)于在普通電話(huà)機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)之間搭起了一座橋梁。


1.2 GFRA設(shè)備的工作過(guò)程

(1)經(jīng)GFRA設(shè)備的去話(huà)過(guò)程

①主叫用戶(hù)摘機(jī)后，主控電路通過(guò)SuC電路檢測(cè)到電話(huà)機(jī)摘機(jī)。
②主控電路控制信號(hào)音電路送出撥號(hào)音，同時(shí)開(kāi)始檢測(cè)主叫用戶(hù)的DTMF撥號(hào)。
③收到主叫用戶(hù)的DTMF后，主控電路停送撥號(hào)音。
④收完號(hào)碼后，主控電路控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以的號(hào)碼向外呼叫，如果被叫空閑，主叫用戶(hù)將聽(tīng)到回鈴音。
⑤被叫摘機(jī)，雙方開(kāi)始通話(huà)。主控電路同時(shí)SLIC電路向電話(huà)線(xiàn)送出反極信號(hào)，該信號(hào)可啟動(dòng)IC卡電話(huà)機(jī)、投幣電話(huà)機(jī)等的計(jì)費(fèi)工作。
⑥如果主控電路檢測(cè)到主叫用戶(hù)先掛機(jī)，則向無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)出掛機(jī)命令，通話(huà)結(jié)束。
⑦如果主控電路檢測(cè)到被叫用戶(hù)先掛機(jī)，則向主叫用戶(hù)發(fā)送忙音，并通過(guò)SLIC監(jiān)測(cè)主叫掛機(jī)，通話(huà)結(jié)束。

(2)經(jīng)GFRA設(shè)備的來(lái)話(huà)過(guò)程

①主控電路收到來(lái)自無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的振鈴信號(hào)RING后，通過(guò)信號(hào)音產(chǎn)生電路和SuC向本端電話(huà)機(jī)振鈴。
②主控電路在產(chǎn)生第一聲振鈴音和第二聲振鈴音之間，送出來(lái)電顯示信號(hào)。
③本端電話(huà)機(jī)用戶(hù)摘機(jī)，雙方開(kāi)始通話(huà)。
④雙方通話(huà)結(jié)束的處理同上面的去話(huà)過(guò)程。


2 硬件設(shè)計(jì)

GFRA設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，包括電話(huà)機(jī)用戶(hù)線(xiàn)接口電路(SLIC)、DTMF檢測(cè)和信號(hào)音產(chǎn)生電路、MCU和外圍功能電路、GSM模塊電路四大部分。

GFRA設(shè)備硬件電路以P89C5lRD+為MCU，通過(guò)SPI接口連接外圍功能電路(串行存儲(chǔ)器X5045、DTMF接收和信號(hào)音發(fā)生電路CMX605)，通過(guò)CMX605連接SLIC電路STLC3055，MCU通過(guò)UART訪問(wèn)GSM模塊。

2．1 SLIC電路STLC3055

用戶(hù)線(xiàn)接口電路SuC是電話(huà)通信中的關(guān)鍵器件。本設(shè)計(jì)采用意法半導(dǎo)體公司(ST)近年來(lái)推出的全新SLIC芯片STLC3055。這種SLIC不僅能支持多種振鈴信號(hào)，而且電路中省去了諸如振鈴繼電器、鈴流發(fā)生器等許多傳統(tǒng)器件，從而可大大節(jié)省PCB布線(xiàn)空間，降低設(shè)計(jì)成本，并且控制使用也更加方便．STLC3055可以使用單獨(dú)的+12V供電，設(shè)計(jì)和使用都比較方便，其應(yīng)用電路如圖3所示。

2．2 MCU和外圍功能電路

MCU及其外圍功能電路如圖4所示。

(1)MCU P89051RD+

MCU采用Philips的P89C5lRD+，它兼容80C51單片機(jī)，內(nèi)含有64KBFlashROM，1KBRAM，32個(gè)I／O。對(duì)于本設(shè)計(jì)，這些資源就足夠，不用擴(kuò)展外部RAM和I／0。

(2)串行存儲(chǔ)器X5045

X5045用于存放GFRA設(shè)備的非易失工作參數(shù)。同時(shí)，該芯片將看門(mén)狗定器、上電復(fù)位控制、壓降管理以及具有塊保護(hù)功能的串行EEPROM這四種功能集成到一體，有助于簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少PCB的占用面積，提高系統(tǒng)可靠性。

(3)實(shí)時(shí)時(shí)鐘DSl302

DSl302是一個(gè)可編程3線(xiàn)SPI串行接口的時(shí)鐘芯片，用來(lái)備份系統(tǒng)時(shí)間和數(shù)據(jù)。