2.4GHz DECT技術(shù)體系與實(shí)現(xiàn)方法

摘要：介紹了2.4GHzDECT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2.4GHzDECT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
　　
　�。模牛茫裕ǎ模椋纾椋簦幔欤牛睿瑁幔睿悖澹洌茫铮颍洌欤澹螅螅裕澹欤澹悖铮恚恚酰睿椋悖簦椋铮睿┫到y(tǒng)是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ＥＴＳＩ）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（３Ｇ）的數(shù)字無繩通信標(biāo)準(zhǔn)（ＩＭＴ－２０００[７]稱為ＩＭＴ－ＦＴ）。
　　
　�。模牛茫允且粋�(gè)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)（ＰＡＢＸ）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)（ＰＳＴＮ）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ＩＳＤＮ）或者數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)（如ＧＳＭ）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（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）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（ＦＨＳＳ）或直接系列擴(kuò)頻（ＤＳＳＳ）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(shí)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。
　　
　�。保�.４ＧＨｚＤＥＣＴ的空中接口
　　
　�。模牛茫缘目罩薪涌趨f(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（ＯＳＩ）原則的。控制平面（Ｃ平面）和用戶平面（Ｕ平面）使用較低層（即物理層和中間接入控制層）提供的服務(wù)。ＤＥＣＴ系統(tǒng)能夠支持超過１００００個(gè)用戶／平方公里（商業(yè)和辦公環(huán)境）而不需要知道用戶位于哪個(gè)小區(qū)。但它不是一個(gè)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（ＷＬＬ）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)（如ＧＳＭ）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。
　　
　�。玻�４ＧＨｚＤＥＣＴ在座機(jī)（無線固定部分）和手機(jī)之間采用基于多載波／時(shí)分多址／時(shí)分雙工（ＭＣ／ＴＤＭＡ／ＴＤＤ）無線接入方式。調(diào)制方式為ＧＦＳＫ（ＢＴ＝０．５），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(gè)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。
　　
　�。模牛茫栽诿總�(gè)載波上，ＴＤＭＡ的１０ｍｓ幀結(jié)構(gòu)規(guī)定為２４個(gè)時(shí)隙（Ｓｌｏｔ），每個(gè)時(shí)隙約占４１６．７μｓ。在各時(shí)隙中數(shù)據(jù)以分組的形式發(fā)送，時(shí)隙和幀結(jié)構(gòu)如圖３所示。
　　
　　２２.４ＧＨｚＤＥＣＴ實(shí)現(xiàn)方法分析
　　
　�。玻�４ＧＨｚＤＥＣＴ在實(shí)現(xiàn)方法上，主要采用ＧＦＳＫ（ＢＴ＝０．５）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�ＦＨＳＳ的技術(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。
　　
　�。牛裕樱桑裕樱保埃保梗矗福郑保�１．１（２００１－０４）[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。
　　
　　圖3DECT時(shí)隙和幀結(jié)構(gòu)
　　
　�。常樱茫保矗矗玻富鶐�信號處理器和ＲＦ芯片ＬＭＸ３１６２實(shí)現(xiàn)ＤＥＣＴ
　　
　�。樱茫保矗矗玻富鶐�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
　　
　　
　　
　　。
　　
　�。模牛茫杂蔁o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（ＢＴ＝０．５），３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ話音編解碼。ＢＭＣ（ＢｕｒｓｔＭｏｄｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）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（帶寬）＝ＢＴ×Ｂｉｔｒａｔｅ。
　　
　�。常�１ＬＭＸ３１６２ＲＦ接收／發(fā)送芯片
　　
　�。蹋停兀常保叮残酒�是座機(jī)和手機(jī)的ＩＦ／ＲＦＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ，符合ＥＳＴＩ３００１７５－２（ＰＨＬ：ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ）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（ＰＬＬ）上，同時(shí)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(shí)，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�信號處理器�?br />　　
　　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。
　　
　�。疲龋樱硬捎冒l(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(gè)中心頻率；相對而言，其Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（同步器）采用ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓ（ＤＤＳ），由ＶＣＯ和ＰＬＬ組成，參考頻率１３．８２４ＭＨｚ。接收ＩＦ頻率為１１０．５９２ＭＨｚ（１３．８２４ＭＨｚ×８＝１１０．５９２ＭＨｚ），ＢＷ＝６５０ｋＨｚ。
　　
　　圖4DECT系統(tǒng)的框圖
　　
　�。常�２ＳＣ１４４２８基帶信號處理器芯片
　　
　�。樱茫保矗矗玻感酒�是ＢＳ和ＰＨ的基帶信號處理器，符合ＥＳＴＩ３００１７５－２，３（ＭＡＣ）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（接收信號強(qiáng)度指示）、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（ＭＭＩ）開發(fā)和設(shè)計(jì)的要求。芯片的ＴＸＤＡＴＡ輸出為１ＶｐｐＮＲＺＦＳＫ（調(diào)制系數(shù)＝０．３２）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(shí)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(shí)隙的４６５μｓ為同步鎖定時(shí)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。
　　
　�。拢停冒�括兩個(gè)主邏輯區(qū)：ＳＲＡＭ和寄存器。ＳＲＡＭ用于存儲系統(tǒng)參數(shù)和Ａ－ｆｉｅｌｄ（Ｄａｔａ）、Ｂ－ｆｉｅｌｄ（Ｓｐｅｅｃｈ）數(shù)據(jù)，時(shí)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。
　　
　�。常�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(cuò)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(shí)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(gè)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(shí)處理，且要持續(xù)一段時(shí)間。不少事件在時(shí)間上有可能是重疊的，需要同時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)操作。分時(shí)操作就是將整個(gè)ＭＣＵ運(yùn)行期劃分為許多均勻的時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙由ＭＣＵ的定時(shí)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(gè)任務(wù)分配執(zhí)行時(shí)隙，安排各個(gè)任務(wù)間的轉(zhuǎn)換。一個(gè)任務(wù)可能在許多不連續(xù)的時(shí)隙里執(zhí)行完成。若一個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)處理。一般任務(wù)按類型可分為：（１）意外突發(fā)性；（２）周期性檢測或控制；（３）實(shí)時(shí)事件的后臺處理。第（１）類任務(wù)優(yōu)先級最高，第（３）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)難度較高。由于２．４ＧＨｚＤＥＣＴ系統(tǒng)采用ＴＤＭＡ／ＴＤＤ接入方式，在設(shè)計(jì)中也要解決突發(fā)模式工作下系統(tǒng)供電能力和頻率穩(wěn)定性、幀同步和回聲消除等比較突出的問題。
　　
　　在２．４ＧＨｚＤＥＣＴ實(shí)現(xiàn)方法上可對各芯片公司解決方案進(jìn)行分析與研究，在硬件上采用芯片組解決方案；在軟件上，可采用先從系統(tǒng)方案供應(yīng)商或軟件公司購買協(xié)議棧軟件，由開發(fā)用戶自己用Ｃ語言編寫ＭＭＩ軟件完成數(shù)字無繩電話技術(shù)開發(fā)；在積累一定開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可自行開發(fā)針對某一芯片組的協(xié)議軟件。

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