CDCT數字無繩電話設計方案

引言

無繩電話以其方便、便宜的特點在全世界得到廣泛應用。但是，傳統的模擬無繩電話有很多不足：1）話音質量低；2）保密性差；3）信道數量少；4）不能支持數據業務。因此，以DECT為代表的數字無繩電話的開發和生產增長迅猛。本文介紹我國第一款獲得國家入網認證的數字無繩電話的設計思想和設計方案。

工作原理

無繩電話系統可分為送話和受話兩個方向。數字無繩電話當然也不例外。圖1和圖2是數字無繩電話的發送方向和接受方向系統框圖。

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

數字無繩電話的數據信號和控制邏輯信號在物理上在同一個載頻上。故數字信號在傳送之前，需進行時域壓縮。接收之后，再進行時域展開。

考慮到無線信道的非理想性，數據在傳送之前都要進行信道編碼。在CDCT的設計中采用了檢錯和錯后重傳的方法。不同的信道采用不同冗余度的編碼。主要采用了兩種檢錯編碼：R-CRC（16 bit CRC）碼和X-CRC（4 bit CRC） 碼。其中R-CRC碼主要運用在A域（控制信號）和要求檢錯重傳的B域（數據信號）的信道編碼。X-CRC碼主要用于非檢錯傳輸的B域的檢錯編碼。參見圖3。

信道調制主要包括復幀合成和碼字置亂兩方面的內容。CDCT復幀結構如圖3。

碼字置亂主要是防止連續的0或連續的1序列的出現。CDCT的調制和解調都是VCO開環狀態下實現的，過多的連0或連1都很容易造成解調器的工作點偏移。從而使得誤碼率上升。

頻率調制采用高斯最小頻移鍵控的調制方式。調制系數為0.5。標稱頻偏為288KHz。從基帶送來的數字信號經三級低通濾波器的濾波后，直接送調制電路。

系統實現

在系統的實現上，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是數摸接口電路。PMB4725完成信源編碼、信道編碼、加密、信道調制。PMB4725是一混合集成電路。其內部集成了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制和解調。硬件實現框圖如圖4。

BMC完成底層實時性較強的各種邏輯信道的調制和解調；DSP主要完成數據信號的處理；MUC是整個系統的控制中心。它對DSP、BMC和其他外設統一管理。電源管理模塊對整機耗電的各個部分進行動態調整，使得整機耗電最省。

通話建立的過程如下：在沒有通話時，手機鎖定在任一空閑信道上。當手機發起呼叫時，它將在TDMA幀的后半部分的相應時隙送出一個呼叫請求，通知座機它鎖定的信道。座機收到請求后通知手機轉到指定的信道，在指定的信道建立通話。座機發起呼叫的過程相似。

軟件結構框圖如圖5

軟件協議包含五層，由上至下是：應用層（Application Layer――APP），網絡層（Network Layer――NTW），數據鏈路控制層（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部完成，因此，軟件的構成可以用圖5表示。

資源管理實體：軟件流程是基于消息驅動的機制，各層發出的消息由資源管理實體進行調度，發送到目標層進行處理，另外負責內存和I/O資源的分配和管理；APP：實現產品的各種功能及其用戶接口；NTW：負責呼叫控制和移動管理；DLC：負責在座機和手機之間的雙向數據傳輸，提供差錯控制的功能；MAC：選擇和動態分配物理信道；低層設備驅動程序：包括對液晶顯示器、鍵盤、EEPROM、DSP等的控制。

結語

采用這一方案實現的產品投放市場已一年，受到了廣大用戶的好評。證明本方案是成功的。

數字無繩電話產品的設計思想、設計高度和設計難度和模擬無繩電話完全不同。其在原理方面不同：1）數字無繩是時分雙工；模擬無繩是頻分雙工；2）數字無繩采用突發模式；模擬無繩采用連續發射模式；2）數字無繩對話音信號在時域有壓縮；模擬無繩沒有；4）數字無繩對話音信號有延時；模擬無繩沒有。

在設計時，有以下四個問題比較突出：1）突發模式下的供電能力；2）開環狀態下VCO的穩定性；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分系統都同樣存在。比如GSM手機、PHS手機和CDMA手機等。