一種GSM固定無線接入設備的設計（上）

GSM固定無線接入(GFRA，GSM Fixcd Radio Access)技術又稱GSM無線用戶環(huán)路(WLL)，是采用GSM數(shù)字蜂窩技術替代傳統(tǒng)用戶線來為用戶提供電信業(yè)務的技術。GFRA覆蓋范圍的直徑以幾十米、幾百米、幾千米、幾十千米不等，因而應用范圍較廣，即可為人口密集的城區(qū)服務，也可為農(nóng)村和邊遠山區(qū)服務。

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

◇經(jīng)濟。運營維護費大大低于有線系統(tǒng)，且成本與距離無關，這在農(nóng)村及邊遠地區(qū)尤顯其優(yōu)勢。
◇能迅速提供業(yè)務。據(jù)統(tǒng)計，GFRA在一個月即可投入使用，而有線接入網(wǎng)則需要6~18個月的時間，除此之外，有線接入網(wǎng)還存在占地、城區(qū)人口稠密地區(qū)接線困難和易受到自然災害破壞等缺陷。
◇容量大。采用小區(qū)覆蓋，頻率再用等技術，可擴大用戶容量。
◇靈活可變。無需預測話務量，可隨時按需進行變更，擴容方便。
◇安全可靠。防盜線，保密性好。

1 GFRA設備的組成和工作原理

1.1GFRA設備的組成

GFRA設備由天線、無線收發(fā)模塊、主控電路、電話控制模塊和充電電池電路組成，如圖1所示。其中，無線收發(fā)模塊完成接入GSM網(wǎng)絡的工作，相當于一部手機；電話控制模塊主要包括了用戶線接口電路(SLIC)、DTMF檢測和信號音產(chǎn)生電路，完成電話機的接入工作；而主控電路實現(xiàn)了有線電話信號和GSM電話信號相互轉(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，市電不易到達的地方可配太陽能充電電池。

GFRA設備一端通過天線接入GSM網(wǎng)絡，另一端通過電話線連接普通的電話終端，如普通電話機、IC卡電話機、投幣電話機等。GFRA設備相當于在普通電話機和GSM網(wǎng)絡之間搭起了一座橋梁。


1.2 GFRA設備的工作過程

(1)經(jīng)GFRA設備的去話過程

①主叫用戶摘機后，主控電路通過SuC電路檢測到電話機摘機。
②主控電路控制信號音電路送出撥號音，同時開始檢測主叫用戶的DTMF撥號。
③收到主叫用戶的DTMF后，主控電路停送撥號音。
④收完號碼后，主控電路控制無線收發(fā)模塊以的號碼向外呼叫，如果被叫空閑，主叫用戶將聽到回鈴音。
⑤被叫摘機，雙方開始通話。主控電路同時SLIC電路向電話線送出反極信號，該信號可啟動IC卡電話機、投幣電話機等的計費工作。
⑥如果主控電路檢測到主叫用戶先掛機，則向無線收發(fā)模塊發(fā)出掛機命令，通話結(jié)束。
⑦如果主控電路檢測到被叫用戶先掛機，則向主叫用戶發(fā)送忙音，并通過SLIC監(jiān)測主叫掛機，通話結(jié)束。

(2)經(jīng)GFRA設備的來話過程

①主控電路收到來自無線收發(fā)模塊的振鈴信號RING后，通過信號音產(chǎn)生電路和SuC向本端電話機振鈴。
②主控電路在產(chǎn)生第一聲振鈴音和第二聲振鈴音之間，送出來電顯示信號。
③本端電話機用戶摘機，雙方開始通話。
④雙方通話結(jié)束的處理同上面的去話過程。


2 硬件設計

GFRA設備的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，包括電話機用戶線接口電路(SLIC)、DTMF檢測和信號音產(chǎn)生電路、MCU和外圍功能電路、GSM模塊電路四大部分。

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

2．1 SLIC電路STLC3055

用戶線接口電路SuC是電話通信中的關鍵器件。本設計采用意法半導體公司(ST)近年來推出的全新SLIC芯片STLC3055。這種SLIC不僅能支持多種振鈴信號，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布線空間，降低設計成本，并且控制使用也更加方便．STLC3055可以使用單獨的+12V供電，設計和使用都比較方便，其應用電路如圖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，內(nèi)含有64KBFlashROM，1KBRAM，32個I／O。對于本設計，這些資源就足夠，不用擴展外部RAM和I／0。

(2)串行存儲器X5045

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

(3)實時時鐘DSl302

DSl302是一個可編程3線SPI串行接口的時鐘芯片，用來備份系統(tǒng)時間和數(shù)據(jù)。