陳鯉文，鄒復(fù)民，陳國取

（福建工程學(xué)院 福建省汽車電子與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350011）

無線通信作為通信領(lǐng)域的一個(gè)重要的分支，它的應(yīng)用十分廣泛。與此同時(shí)，隨著城市固定電話擁有量的日趨飽和，廣大的農(nóng)村、油田、礦區(qū)、島嶼、高速公路等地區(qū)的通信需求發(fā)展?jié)摿θ找骘@現(xiàn)，各主要電信營運(yùn)商已將該市場(chǎng)作為重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象。然而，由于這一市場(chǎng)的固有特點(diǎn)：用戶密度低、用戶平均距離較長(zhǎng)，如采用傳統(tǒng)的有線接入方案，使用電纜及網(wǎng)線進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，存在建網(wǎng)和維護(hù)費(fèi)用太高，甚至存在根本無法實(shí)現(xiàn)的問題。因此無線接入方式越來越受到人們的重視。

1 方案論證

核心模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)最核心的部分，不同的方案在性能、設(shè)計(jì)難度、成本等多個(gè)方面都不盡相同，選擇合適的核心模塊可以令整個(gè)設(shè)計(jì)達(dá)到事半功倍的效果。在GSM制式上受手機(jī)制造商青睞的大致有3個(gè)平臺(tái)，分別是MTK的方案，展訊的方案和英飛凌的方案[1]。

方案1：MTK平臺(tái)方案

在MTK的手機(jī)解決方案中，將手機(jī)芯片和手機(jī)軟件平臺(tái)預(yù)先整合到一起。這種方案可以使終端廠商節(jié)約成本，加速產(chǎn)品上市周期。MTK公司的產(chǎn)品因?yàn)榧奢^多的多媒體功能和較低的價(jià)格在大陸手機(jī)公司和手機(jī)設(shè)計(jì)公司得到廣泛的應(yīng)用。加上MTK的完工率較高，基本上在60%以上，這樣手機(jī)廠商拿到手機(jī)平臺(tái)基本上就是一個(gè)半成品，只要稍稍的加工就可上架出貨了。這也正是許多黑手機(jī)都使用MTK的最主要的原因[2]。

方案2：展訊平臺(tái)方案

展訊平臺(tái)是大陸公司生產(chǎn)的，很有前途，JAVA能力理論上強(qiáng)于MTK，但是作為新出現(xiàn)的平臺(tái)，拓展性相對(duì)差一些，不過在國內(nèi)市場(chǎng)前景廣闊。

方案3：英飛凌平臺(tái)方案

英飛凌公司于2007年開始量產(chǎn)E-GOLDvoice芯片，一款專門針對(duì)超低價(jià)手機(jī)的單芯片解決方案。此芯片是英飛凌超低價(jià)手機(jī)平臺(tái)的第二代產(chǎn)品，將可使手機(jī)成本降至16美元以下。英飛凌的第一代解決方案需要一顆E-GOLDradio處理芯片和E-POWERlite電源芯片，整個(gè)手機(jī)需要100個(gè)零件。而第二代方案中，只需一顆芯片，在面積不大于4 cm2的4層PCB板就可完成，整個(gè)手機(jī)零件數(shù)不足50[3-4]個(gè)。

從上面分析可以看出，MTK平臺(tái)很受黑手機(jī)制造商歡迎，但是質(zhì)量沒有保證，且無法掌握核心技術(shù)；展訊平臺(tái)作為新興的平臺(tái)，前景廣闊，但是技術(shù)相對(duì)不成熟，拓展性能相對(duì)較差，目前還不適合采用；英飛凌平臺(tái)技術(shù)較成熟，開發(fā)成本較低，且質(zhì)量有保證。

綜上所述，英飛凌平臺(tái)無論在技術(shù)成熟度、成本和質(zhì)量上都有優(yōu)勢(shì)，因此本設(shè)計(jì)核心模塊采用英飛凌平臺(tái)方案。

2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 英飛凌方案的核心模塊

圖1核心模塊接口電路和天線電路，本話機(jī)使用的是外置高增益天線，天線與PCB板之間用饋線連接。ON_KEY節(jié)點(diǎn)連接到模塊的開機(jī)引腳，上電時(shí)ON_KEY節(jié)點(diǎn)會(huì)有一個(gè)下降沿信號(hào)，觸發(fā)模塊開機(jī)。考慮到模塊功耗較大，瞬間電流變化大，在模塊的供電端加了電源旁路電容，以保證電源供電穩(wěn)定性[5]。

由于該核心模塊集成了很多其他類似模塊所不具有的功能。作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，核心模塊實(shí)現(xiàn)了無線信號(hào)的接收與發(fā)射，具有標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口，可以提供GSM語音、短消息和GPRS上網(wǎng)等業(yè)務(wù)。由于集成了GSM射頻通信、號(hào)碼管理、SIM卡管理、短信息管理、語音處理等一系列的功能，提供了相對(duì)完善的外部接口，并且對(duì)外還提供了功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口，使得模塊無論在硬件設(shè)計(jì)還是在軟件配置使用起來極其方便。只需要通過串行口發(fā)送/接收AT命令即可控制整個(gè)模塊，甚至可以對(duì)模塊和SIM卡進(jìn)行管理。此外模塊直接支持模擬音頻輸入輸出，通過內(nèi)部的語音處理模塊直接進(jìn)行GSM數(shù)字語音及本地模擬語音的轉(zhuǎn)換，同時(shí)內(nèi)部還集成了功放模塊。音頻外圍電路只要做些簡(jiǎn)單的濾波電路。即可得到較好的音效。Flash內(nèi)部還集成了音樂，這就減少了外圍音樂芯片電路。

核心模塊給我們提供了一個(gè)十分龐大的AT指令集，其中大部分我們并不需要。應(yīng)用于家用電話和商業(yè)用途的商話只需要處理語音通話業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)、SIM卡工具箱指令及設(shè)備的安全管理等等少部分指令，因此軟件系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)這幾部分AT指令。

2.2 SIM卡工具箱管理

圖1 核心模塊原理圖Fig.1 Schematic diagram of kernel module

GSM網(wǎng)絡(luò)必須通過SIM卡來識(shí)別不同的用戶，短信等一些信息業(yè)務(wù)存儲(chǔ)在SIM卡內(nèi)，并且系統(tǒng)的安全管理（鎖機(jī)、鎖卡）也得配合SIM卡來實(shí)現(xiàn)，因此首先必須保證SIM卡的正確。如果SIM卡有錯(cuò)誤核心模塊將自動(dòng)上傳錯(cuò)誤代碼。

表1 SIM常見錯(cuò)誤碼Tab.1 Common error code of SIM

因目前市面上的SIM卡的種類非常之多，對(duì)部分種類的SIM卡除采用硬件上有特殊處理外，在軟件上還存在各種不同的加密方案；為了使商話能夠適應(yīng)目前市面上的所有SIM卡，減少對(duì)SIM卡的管理，故希望能夠?qū)?duì)各種SIM卡的操作、管理整合在一套軟件中進(jìn)行處理。在通過AT指令對(duì)SIM卡寫入?yún)?shù)時(shí)，必須先通過一條AT指令進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)通過后，才允許再進(jìn)行參數(shù)下載【如 AT+YYYY=XXXX“xxxx”】。同時(shí)參數(shù)下載完畢后，必須再次通過一個(gè)AT指令校驗(yàn)成功后，才能夠保存進(jìn)入相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)，即相當(dāng)于保存指令至?SIM卡存儲(chǔ)區(qū)。當(dāng)然這一部分的實(shí)現(xiàn)可以通過下位機(jī)軟件自動(dòng)完成，也可以通過串口寫入。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)信息查詢及設(shè)置

通過網(wǎng)絡(luò)信息查詢?cè)O(shè)備可以得到自己當(dāng)前所處位置的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商信息、網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)信息、位置信息及基站信息等，下面是AT命令列表：

表2 網(wǎng)絡(luò)信息Tab.2 The information of network

2.2.2 通話控制及參數(shù)設(shè)定

用戶對(duì)話機(jī)的操作必須轉(zhuǎn)化為AT指令通知GSM模塊：

表3 通話控制AT指令Tab.3 AT instruction of communication control

當(dāng)話機(jī)終端摘機(jī)、撥號(hào)，商話可立即檢測(cè)到，并通過撥號(hào)AT指令進(jìn)行撥號(hào)連接，若撥號(hào)失敗可以通過AT重?fù)苤噶钸M(jìn)行重新?lián)芴?hào)；當(dāng)有來電用戶摘機(jī)時(shí)，又可通過摘機(jī)應(yīng)答AT指令啟動(dòng)模塊的語音通道進(jìn)行通話；當(dāng)用戶掛機(jī)時(shí)發(fā)送掛機(jī)AT指令釋放占用的通信信道。

2.2.3 短信息管理

通過短信管理實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)管中心對(duì)接入設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。網(wǎng)管中心通過發(fā)送網(wǎng)管短信，接入設(shè)備接收之后進(jìn)行識(shí)別并執(zhí)行，最后仍通過短信的方式向網(wǎng)管中心應(yīng)答。

表4 短信管理Tab.4 The management of message

2.2.4 線路信號(hào)音發(fā)送

商話通過話機(jī)話筒進(jìn)行語音信息提示而不僅是通過LCD顯示，并且當(dāng)撥號(hào)及通話時(shí)一旦線路狀態(tài)改變時(shí)必須向用戶發(fā)送語音提示（如對(duì)方掛機(jī)、線路忙、線路應(yīng)答等）?？梢酝ㄟ^AT+STTONE=這條AT指令控制GSM模塊在其SPK1語音輸出端發(fā)送提示音。通過設(shè)置不同的參數(shù)可以發(fā)出不同的提示音。按照系統(tǒng)的性能要求，得到以下主要功能模塊：

1）開機(jī)模塊 該模塊主要是對(duì)開機(jī)的控制和管理，主要包括：開機(jī)過程和關(guān)機(jī)過程的控制；網(wǎng)絡(luò)選擇的控制；PHONE參數(shù)的管理，包括PIN的管理、頻段的管理、網(wǎng)絡(luò)選擇的參數(shù)管理等。

2）IDLE界面模塊 IDLE界面模塊提供開機(jī)完成后的人機(jī)交流界面，主要提供了當(dāng)前選擇的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)變化情況，新短信情況，來電提示，電量提示，充電提示，鬧鈴提示，時(shí)間顯示，日期顯示，菜單和電話本（軟鍵）事件的獲取和跳轉(zhuǎn)。

3）通話控制模塊 通話控制作為通訊的人機(jī)界面部分，負(fù)責(zé)獲取，處理由PS層轉(zhuǎn)發(fā)的有關(guān)通訊的消息以及用戶的各種操作，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給PS或者用戶，實(shí)現(xiàn)通訊的功能。CC的主要功能有：基本通話功能（能正確的接聽和撥打電話）；能夠發(fā)送DTMF；短信、呼叫提示音功能（每分鐘提示一次）；暗碼處理；通話計(jì)時(shí)功能給用戶提供顯示通話時(shí)間的功能。

4）短信模塊 MMI-SMS作為短消息的人機(jī)界面部分，負(fù)責(zé)獲取，處理由PS層轉(zhuǎn)發(fā)的有關(guān)短消息的消息以及用戶的各種操作，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給PS或者用戶，實(shí)現(xiàn)短消息的功能。此部分主要功能有：接收新短消息、寫短消息、發(fā)送短消息、短信設(shè)置。

5）設(shè)置模塊 主要用來設(shè)置時(shí)間、鈴聲、鬧鐘、語言、LCD顯示、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及長(zhǎng)途鎖等。

6）電話記錄模塊 主要用來記錄已撥電話，未接來電，已接來電，通話總時(shí)長(zhǎng)。電話簿管理模塊：主要用來添加，查找，刪除，統(tǒng)計(jì)電話存儲(chǔ)空間狀況。

3 測(cè)試分析

通過基本功能測(cè)試，該話機(jī)可以保證正常的通話功能。

表5 基本功能測(cè)試表Tab.5 Test chart of basic function

4 結(jié)束語

本課題致力于研究使用無線接入方案解決傳統(tǒng)的有線接入方案，存在建網(wǎng)和維護(hù)費(fèi)用高等系列問題，設(shè)計(jì)出了基于英飛凌方案的無線通信終端，使廣大的農(nóng)村、油田、礦區(qū)、島嶼、高速公路等地區(qū)的通信變得簡(jiǎn)單、高效[6]。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說則有投資省、周期短、效益高的優(yōu)勢(shì)。

[1]DONG Dian-yong， ZHOU Gen-rong， JIANG Ping， et al.Design of wireless data transmission module based on GSM technology[J].Automation&Instrumentation， 2011，11（1）：31-34.

[2]GUO Wen-xiu， LIU Yan， YANG Li-zhi， et al.Implementation of integrating DTV module with MTK mobile platform[J].Video Engineering， 2010（8）：50-53.

[3]Infineon Technologies AG.XC164-16 16-bit Single-Chip Microcontroller with C166SV2 Core[S].Munich：Infineon Technologies AG，2004.

[4]XIE Hua.CPE design in VoIP based on Infineon’chipset[J].Telecommunications Science， 2010， 36（5） ：114-117.

[5]ZHU Gui-xian.Design of digital control voltage-stabilized power supply based on MCU[J].Computer Application，2011（6）：50-53.

[6]XU Jun-peng， SONG Shou-yun， MAO Xin-hua.Design of rural security management system based on GSM and FM network[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2010，38（35）：23-25.