基于英飛凌方案的無線通信終端設(shè)計

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)動技術(shù)重點實驗室，福建 福州 350011）

無線通信作為通信領(lǐng)域的一個重要的分支，它的應(yīng)用十分廣泛。與此同時，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)，各主要電信營運商已將該市場作為重點開發(fā)對象。然而，由于這一市場的固有特點：用戶密度低、用戶平均距離較長，如采用傳統(tǒng)的有線接入方案，使用電纜及網(wǎng)線進行通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，存在建網(wǎng)和維護費用太高，甚至存在根本無法實現(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

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

方案1：MTK平臺方案

在MTK的手機解決方案中，將手機芯片和手機軟件平臺預(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)品因為集成較多的多媒體功能和較低的價格在大陸手機公司和手機設(shè)計公司得到廣泛的應(yīng)用。加上MTK的完工率較高，基本上在60%以上，這樣手機廠商拿到手機平臺基本上就是一個半成品，只要稍稍的加工就可上架出貨了。這也正是許多黑手機都使用MTK的最主要的原因[2]。

方案2：展訊平臺方案

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

方案3：英飛凌平臺方案

英飛凌公司于2007年開始量產(chǎn)E-GOLDvoice芯片，一款專門針對超低價手機的單芯片解決方案。此芯片是英飛凌超低價手機平臺的第二代產(chǎn)品，將可使手機成本降至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，整個手機需要100個零件。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，整個手機零件數(shù)不足50[3-4]個。

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

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

2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

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)點連接到模塊的開機引腳，上電時ON_KEY節(jié)點會有一個下降沿信號，觸發(fā)模塊開機。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。作為整個系統(tǒng)的核心，核心模塊實現(xiàn)了無線信號的接收與發(fā)射，具有標準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，提供了相對完善的外部接口，并且對外還提供了功能強大的標準AT命令接口，使得模塊無論在硬件設(shè)計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命令即可控制整個模塊，甚至可以對模塊和SIM卡進行管理。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行GSM數(shù)字語音及本地模擬語音的轉(zhuǎn)換，同時內(nèi)部還集成了功放模塊。音頻外圍電路只要做些簡單的濾波電路。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卡來識別不同的用戶，短信等一些信息業(yè)務(wù)存儲在SIM卡內(nèi)，并且系統(tǒng)的安全管理（鎖機、鎖卡）也得配合SIM卡來實現(xiàn)，因此首先必須保證SIM卡的正確。如果SIM卡有錯誤核心模塊將自動上傳錯誤代碼。

表1 SIM常見錯誤碼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SIM卡的管理，故希望能夠?qū)Ω鞣NSIM卡的操作、管理整合在一套軟件中進行處理。在通過AT指令對SIM卡寫入?yún)?shù)時，必須先通過一條AT指令進行校驗，校驗通過后，才允許再進行參數(shù)下載【如 AT+YYYY=XXXX“xxxx”】。同時參數(shù)下載完畢后，必須再次通過一個AT指令校驗成功后，才能夠保存進入相應(yīng)存儲區(qū)，即相當(dāng)于保存指令至?SIM卡存儲區(qū)。當(dāng)然這一部分的實現(xiàn)可以通過下位機軟件自動完成，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)信息查詢設(shè)備可以得到自己當(dāng)前所處位置的網(wǎng)絡(luò)信號強度、網(wǎng)絡(luò)運營商信息、網(wǎng)絡(luò)注冊信息、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

用戶對話機的操作必須轉(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)話機終端摘機、撥號，商話可立即檢測到，并通過撥號AT指令進行撥號連接，若撥號失敗可以通過AT重撥指令進行重新?lián)芴枺划?dāng)有來電用戶摘機時，又可通過摘機應(yīng)答AT指令啟動模塊的語音通道進行通話；當(dāng)用戶掛機時發(fā)送掛機AT指令釋放占用的通信信道。

2.2.3 短信息管理

通過短信管理實現(xiàn)了網(wǎng)管中心對接入設(shè)備的遠程管理。網(wǎng)管中心通過發(fā)送網(wǎng)管短信，接入設(shè)備接收之后進行識別并執(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 線路信號音發(fā)送

商話通過話機話筒進行語音信息提示而不僅是通過LCD顯示，并且當(dāng)撥號及通話時一旦線路狀態(tài)改變時必須向用戶發(fā)送語音提示（如對方掛機、線路忙、線路應(yīng)答等）。可以通過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）開機模塊 該模塊主要是對開機的控制和管理，主要包括：開機過程和關(guān)機過程的控制；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界面模塊提供開機完成后的人機交流界面，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界面部分，負責(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)的動作，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給PS或者用戶，實現(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；通話計時功能給用戶提供顯示通話時間的功能。

4）短信模塊 MMI-SMS作為短消息的人機界面部分，負責(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)的動作，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給PS或者用戶，實現(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)置時間、鈴聲、鬧鐘、語言、LCD顯示、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及長途鎖等。

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，通話總時長。電話簿管理模塊：主要用來添加，查找，刪除，統(tǒng)計電話存儲空間狀況。

3 測試分析

通過基本功能測試，該話機可以保證正常的通話功能。

表5 基本功能測試表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)和維護費用高等系列問題，設(shè)計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)的通信變得簡單、高效[6]。對于網(wǎng)絡(luò)運營商來說則有投資省、周期短、效益高的優(yōu)勢。

[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.