2.4GHz-DECT技術(shù)體系與實(shí)現(xiàn)方法

2.4GHzDECT技術(shù)體系與實(shí)現(xiàn)方法

摘要：介紹了DECT系統(tǒng)空中接口協(xié)議的分層模型及應(yīng)用情況，對幾種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析和比較，重點(diǎn)介紹并討論了美國國家半導(dǎo)體公司的芯片組實(shí)現(xiàn)方案及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法，對DECT的實(shí)現(xiàn)方法給出了可行性建議。

關(guān)鍵詞：DECT技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)方法

ＤＥＣＴ系統(tǒng)是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會制定的增強(qiáng)型數(shù)字無繩電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[１]，也是唯一入選ＩＭＴ－２０００的數(shù)字無繩通信標(biāo)準(zhǔn)。

ＤＥＣＴ是一個開放型的、不斷演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，可為高用戶密度、小范圍通信提供話音和數(shù)據(jù)高質(zhì)量服務(wù)無繩通信的框架。其主要功能是為專用交換機(jī)的便攜用戶提供區(qū)域移動性。它可以將移動用戶連接到公共交換電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)或者數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)上去，在１００～５００ｍ范圍內(nèi)，為便攜用戶和固定基站之間提供低功率的無線接入。其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖１所示。

目前，ＤＥＣＴ系統(tǒng)在應(yīng)用頻段上，除繼續(xù)使用１８８０～１９００ＭＨｚ外，現(xiàn)已較多地使用２４００～２４８３．５ＭＨｚＩＳＭ頻段。我國國家無線電管理局于２００１年８月發(fā)布通知，從２００３年起將數(shù)字無繩電話系統(tǒng)工作頻段放在２４００～２４８３．５ＭＨｚＩＳＭ頻段。采用跳頻擴(kuò)頻或直接系列擴(kuò)頻技術(shù)，具有極強(qiáng)的抗多徑衰落能力和極高的保密性,極大地提高了ＤＥＣＴ系統(tǒng)的通話距離。世界各大ＤＥＣＴ系統(tǒng)設(shè)備制造商都已生產(chǎn)基于２．４ＧＨｚＩＳＭ頻段、采用跳頻技術(shù)的產(chǎn)品，如西門子公司的ＧＩＧＡＳＥＴ４０００、４２００和８８００系列產(chǎn)品。另外，同時支持ＧＳＭ蜂窩網(wǎng)和ＤＥＣＴ系統(tǒng)的雙模式產(chǎn)品，也已在歐洲投入使用，如愛立信公司的便攜手機(jī)ＴＨ６８８支持ＤＥＣＴ／ＧＳＭ雙模式應(yīng)用。

１２.４ＧＨｚＤＥＣＴ的空中接口

ＤＥＣＴ的空中接口協(xié)議與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)相類似，是基于開放系統(tǒng)互連原則的?？刂破矫婧陀脩羝矫媸褂幂^低層提供的服務(wù)。ＤＥＣＴ系統(tǒng)能夠支持超過１００００個用戶／平方公里而不需要知道用戶位于哪個小區(qū)。但它不是一個完全的系統(tǒng)概念。這一點(diǎn)與其它系統(tǒng)，如ＧＳＭ、ＣＤＭＡ等蜂窩移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不同。它是為無線本地環(huán)路或城市區(qū)域接入而設(shè)計(jì)的，但它可用于與蜂窩移動通信系統(tǒng)相連接。ＤＥＣＴ可根據(jù)便攜式手機(jī)所接收的信號動態(tài)地分配信道，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅為普通移動速度的用戶提供越區(qū)切換和漫游。ＤＥＣＴ系統(tǒng)空中接口協(xié)議的分層模型如圖２所示。

２．４ＧＨｚＤＥＣＴ在座機(jī)和手機(jī)之間采用基于多載波／時分多址／時分雙工無線接入方式。調(diào)制方式為ＧＦＳＫ，通過跳頻技術(shù)減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?。ＩＳＭ頻段的分配是從２４００～２４８３．５ＭＨｚ的８３．５ＭＨｚ頻帶內(nèi)大于７９個射頻載波，其中心頻率ｆｎ＝２４０２ＭＨｚ＋ｋＭＨｚ；ｋ＝０～７８，信道帶寬≤１ＭＨｚ，跳頻速率為１００跳／秒。

ＤＥＣＴ在每個載波上，ＴＤＭＡ的１０ｍｓ幀結(jié)構(gòu)規(guī)定為２４個時隙，每個時隙約占４１６．７μｓ。在各時隙中數(shù)據(jù)以分組的形式發(fā)送，時隙和幀結(jié)構(gòu)如圖３所示。

２２.４ＧＨｚＤＥＣＴ實(shí)現(xiàn)方法分析

２．４ＧＨｚＤＥＣＴ在實(shí)現(xiàn)方法上，主要采用ＧＦＳＫ調(diào)制與ＦＨＳＳ技術(shù)相結(jié)合的方式。其技術(shù)方案主要有：美國國家半導(dǎo)體公司的ＳＣ１４４ｘｘ系列基帶信號處理器和ＲＦ芯片ＬＭＸ３１６２；美國ＤＳＰＧｒｏｕｐ公司的ＤＲ３６Ｋ系列基帶信號處理器和ＲＦ芯片ＤＭ２４ＲＦ１７；Ｉｎｆｉｎｅｏｎ公司的ＰＭＢ６７ｘｘ系列基帶信號處理器和ＲＦ芯片ＰＭＢ６６１８；飛利浦公司的ＰＣＤ５０９ｘｘ系列基帶信號處理器等。

從資料分析看，在２．４ＧＨｚＤＥＣＴ實(shí)現(xiàn)方法上，各大芯片公司多采用ＧＦＳＫ＋ＦＨＳＳ的技術(shù)體制。因?yàn)椋牵疲樱耍疲龋樱拥募夹g(shù)體制結(jié)構(gòu)上比較簡單，產(chǎn)品成本較低，適于移動，是窄帶移動通信系統(tǒng)普遍采用的技術(shù)體制；由于其ＲＦ芯片與Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的ＲＦ芯片技術(shù)體制基本相同可通用，其應(yīng)用范圍廣闊。

ＥＴＳＩＴＳ１０１９４８Ｖ１．１．１[２]文件中已明確指出經(jīng)過試驗(yàn)測試，２．４ＧＨｚＩＳＭ頻段采用ＦＨＳＳ技術(shù)在窄帶移動通信方面的抗干擾能力上，明顯優(yōu)于ＤＳＳＳ技術(shù)體制。

３ＳＣ１４４２８基帶信號處理器和ＲＦ芯片ＬＭＸ３１６２實(shí)現(xiàn)ＤＥＣＴ

ＳＣ１４４２８基帶信號處理器和ＲＦ芯片ＬＭＸ３１６２實(shí)現(xiàn)ＤＥＣＴ系統(tǒng)的框圖如圖４所示。

ＤＥＣＴ由無線收發(fā)信機(jī)、基帶信號處理電路、基帶控制電路、存儲電路、鍵盤、顯示器、外部接口等組成，采用ＭＣ／ＴＤＭＡ／ＴＤＤ接入方式，ＧＦＳＫ調(diào)制，３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ話音編解碼。ＢＭＣ的主要功能在于控制數(shù)字無繩電話系統(tǒng)的ＴＤＤ雙工工作，形成ＴＤＭＡ幀和解幀、提供控制器與輸入輸出的ＡＤＰＣＭ話音數(shù)據(jù)接口，是構(gòu)成系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。在ＳＣ１４４２８基帶信號處理器與ＲＦ芯片ＬＭＸ３１６２之間的帶通濾波器３ｄＢＢＷ＝ＢＴ×Ｂｉｔｒａｔｅ。

３．１ＬＭＸ３１６２ＲＦ接收／發(fā)送芯片

ＬＭＸ３１６２芯片是座機(jī)和手機(jī)的ＩＦ／ＲＦＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ，符合ＥＳＴＩ３００１７５－２技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。采用２．４ＧＨｚＦＨＳＳ技術(shù)，將從基帶信號處理器來的數(shù)字ＦＳＫ調(diào)制信號，通過高斯濾波器（ＢＴ＝

０．５），加到ＶＣＯ和Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ上，同時基帶信號處理器產(chǎn)生的跳頻控制信號控制在２．４～２．４８５ＧＨｚ頻段中ＶＣＯ產(chǎn)生的載波頻率，形成２．４ＧＨｚＩＳＭ的ＧＦＳＫ已調(diào)ＦＨＳＳ信號，輸出到功率放大器經(jīng)ＴＤＤ開關(guān)和天線發(fā)射出去。接收時，經(jīng)ＴＤＤ開關(guān)和天線后，通過ＶＣＯ和ＰＬＬ，將２．４ＧＨｚＩＳＭ的ＧＦＳＫ已調(diào)ＦＨＳＳ信號下變頻后，傳輸?shù)交鶐盘柼幚砥鳌?/p>

在ＬＭＸ３１６２芯片中，為了簡化電路、降低成本，不采用ＡＧＣ和ＡＦＣ。采用限幅器，對大信號進(jìn)行限幅處理，小信號則必須在允許接收信號的電平之上。至于ＡＦＣ可采用頻率穩(wěn)定度在１ｐｐｍ左右的晶體振蕩器，通過提高晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度來替代ＡＦＣ控制電路。

ＦＨＳＳ采用發(fā)送接收雙方事先約定的跳頻圖案，用１００Ｈｚ０．５～２．２５ＶＤＣ電壓提供給ＶＣＯ，通過電壓的變化使ＶＣＯ產(chǎn)生２．４０２～２．４８３５ＧＨｚ的≥７９個中心頻率；相對而言，其Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ采用ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓ，由ＶＣＯ和ＰＬＬ組成，參考頻率１３．８２４ＭＨｚ。接收ＩＦ頻率為１１０．５９２ＭＨｚ，ＢＷ＝６５０ｋＨｚ。

３．２ＳＣ１４４２８基帶信號處理器芯片

ＳＣ１４４２８芯片是ＢＳ和ＰＨ的基帶信號處理器，符合ＥＳＴＩ３００１７５－２，３技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用ＣＳＭＡ－ＣＡ接入控制協(xié)議。其內(nèi)置１６位ＣＲ１６控制器和１６位ＤＳＰ以及ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ、８－ｂｉｔＡＤＣ等，完成３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ編解碼、ＣＩＤ、ＤＴＭＦ、ＲＳＳＩ、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ幀和數(shù)字ＦＳＫ調(diào)制解調(diào)等功能，具有ＵＡＲＴ、ＳＰＩ和ＩＳＤＮ等接口，可方便地與鍵盤、ＬＣＤ、Ｓｐｅａｋｅｒ和ＭＩＣ相連，滿足人機(jī)界面開發(fā)和設(shè)計(jì)的要求。芯片的ＴＸＤＡＴＡ輸出為１ＶｐｐＮＲＺＦＳＫ已調(diào)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率１１５２ｋｂｐｓ／載頻。芯片的ＶＴＵＮ為１００Ｈｚ０．５～２．２５ＶＤＣ電壓提供給１．２～１．２４ＧＨｚ的ＶＣＯ，使ＶＣＯ產(chǎn)生所需的頻率。

接收端ＲＸＤＡＴＡ接收０～３Ｖ的ＦＳＫ信號，ＦＳＫ解調(diào)采用常用的積分檢波技術(shù)，鑒相器的輸出電壓正比于輸入ＦＳＫ信號的瞬時頻率。這樣就完成了頻率－幅度的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了對ＦＳＫ信號的解調(diào)。

同步ＶＣＯ采用ＤＣ控制。從防護(hù)頻帶邊沿開始到有效時隙的４６５μｓ為同步鎖定時間。ＳＣ１４４２８芯片通過串行線將控制數(shù)據(jù)寫入ＲＦＩＣ芯片的寄存器，并讀取其狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。

ＢＭＣ包括兩個主邏輯區(qū)：ＳＲＡＭ和寄存器。ＳＲＡＭ用于存儲系統(tǒng)參數(shù)和Ａ－ｆｉｅｌｄ、Ｂ－ｆｉｅｌｄ數(shù)據(jù)，時隙控制參數(shù)和加解密編碼；寄存器中的數(shù)據(jù)直接用于對硬件系統(tǒng)的控制或存放系統(tǒng)狀態(tài)信息。

３．３協(xié)議軟件體系

協(xié)議軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖５所示。Ｌ１層軟件主要完成物理層的控制以及部分ＭＡＣ層的功能：選擇和動態(tài)分配物理信道，低層設(shè)備驅(qū)動程序，包括對基帶信號處理芯片的控制等。Ｌ２層軟件主要完成ＤＬＣ層和網(wǎng)絡(luò)層的功能：負(fù)責(zé)在基站和手機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，提供差錯控制功能，負(fù)責(zé)呼叫控制和移動管理。Ｌ３層軟件主要完成應(yīng)用層功能：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的各種功能及其用戶接口，如人機(jī)界面(ＭＭＩ)軟件。ＭＭＩ軟件主要提供手機(jī)的全面控制和手機(jī)與用戶之間的接口，包括用戶鍵盤輸入、手機(jī)狀態(tài)和呼叫處理過程顯示、ＣａｌｌｅｒＩＤ和電子簿的管理、ＰＩＮ碼的控制、撥號等。

軟件流程基于消息驅(qū)動的機(jī)制，各層發(fā)出的消息由資源管理軟件管理，根據(jù)任務(wù)發(fā)送到目標(biāo)層處理，同時也負(fù)責(zé)對系統(tǒng)資源的分配和管理。

３．４軟件設(shè)計(jì)方法

軟件設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能是普通電話機(jī)與手機(jī)、座機(jī)無線通信的功能。要設(shè)計(jì)好軟件應(yīng)首先考慮兩個主要問題

·要求軟件設(shè)計(jì)者對ＤＥＣＴ系統(tǒng)有比較深刻的認(rèn)識；

·ＤＥＣＴ系統(tǒng)的許多事件需要實(shí)時處理，且要持續(xù)一段時間。不少事件在時間上有可能是重疊的，需要同時處理，例如信令碼的收與發(fā)可能是并行發(fā)生的，振鈴檢測、信令傳輸、振鈴呼叫是要并行處理的，鍵盤掃描、信令傳輸、脈沖或ＤＴＭＦ發(fā)號也需并行處理。而對諸如此類的實(shí)時并發(fā)事件，與通常的軟件設(shè)計(jì)方法不同。

為此，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)引入實(shí)時多任務(wù)控制系統(tǒng)的概念。實(shí)施多任務(wù)并行處理的常用方法是分時操作。分時操作就是將整個ＭＣＵ運(yùn)行期劃分為許多均勻的時隙。每個時隙由ＭＣＵ的定時中斷控制。其主要任務(wù)可分為：系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)資源的分配和管理、建立物理鏈路和數(shù)據(jù)發(fā)送、接收等。ＤＥＣＴ軟件重要的是設(shè)計(jì)資源管理軟件，負(fù)責(zé)對系統(tǒng)資源的分配和管理，給每個任務(wù)分配執(zhí)行時隙，安排各個任務(wù)間的轉(zhuǎn)換。一個任務(wù)可能在許多不連續(xù)的時隙里執(zhí)行完成。若一個時隙相對于任務(wù)的變化來說非常短，那么不連續(xù)執(zhí)行與連續(xù)執(zhí)行的效果完全一樣，而其間的其它時隙可分配給其它任務(wù)，這樣就達(dá)到了多任務(wù)并行執(zhí)行的效果。

資源管理軟件對任務(wù)的處理是在消息的驅(qū)動下，觸發(fā)定時中斷后被激活，執(zhí)行任務(wù)的分配和管理。但資源管理軟件對任務(wù)的處理是根據(jù)其優(yōu)先級執(zhí)行的，保證對任務(wù)實(shí)時處理。一般任務(wù)按類型可分為：意外突發(fā)性；周期性檢測或控制；實(shí)時事件的后臺處理。第類任務(wù)優(yōu)先級最高，第類任務(wù)優(yōu)先級最低。因此Ｌ１層軟件、Ｌ２層軟件和Ｌ３層軟件在資源管理軟件的作用下，通過消息的驅(qū)動和對任務(wù)的目標(biāo)管理將各層軟件連接起來，同步協(xié)調(diào)工作。

綜上所述，開發(fā)基于２．４ＧＨｚＤＥＣＴ技術(shù)的數(shù)字無繩電話，ＤＥＣＴ軟件設(shè)計(jì)的技術(shù)難度較