一种GSM固定无线接入设备的设计（上）

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GSM固定无线接入(GFRA，GSM Fixcd Radio Access)技术又称GSM无线用户环路(WLL)，是采用GSM数字蜂窝技术替代传统用户线来为用户提供电信业务的技术。GFRA覆盖范围的直径以几十米、几百米、几千米、几十千米不等，因而应用范围较广，即可为人口密集的城区服务，也可为农村和边远山区服务。

        与传统PSTN接入网相比，GFRA具有以下优点。

◇经济。运营维护费大大低于有线系统，且成本与距离无关，这在农村及边远地区尤显其优势。
◇能迅速提供业务。据统计，GFRA在一个月即可投入使用，而有线接入网则需要6~18个月的时间，除此之外，有线接入网还存在占地、城区人口稠密地区接线困难和易受到自然灾害破坏等缺陷。
◇容量大。采用小区覆盖，频率再用等技术，可扩大用户容量。
◇灵活可变。无需预测话务量，可随时按需进行变更，扩容方便。
◇安全可靠。防盗线，保密性好。

1 GFRA设备的组成和工作原理

1.1GFRA设备的组成

        GFRA设备由天线、无线收发模块、主控电路、电话控制模块和充电电池电路组成，如图1所示。其中，无线收发模块完成接入GSM网络的工作，相当于一部手机；电话控制模块主要包括了用户线接口电路(SLIC)、DTMF检测和信号音产生电路，完成电话机的接入工作；而主控电路实现了有线电话信号和GSM电话信号相互转换的接续、控制；充电电池电路为选配部件，是常停电地区采用的配件，市电不易到达的地方可配太阳能充电电池。

        GFRA设备一端通过天线接入GSM网络，另一端通过电话线连接普通的电话终端，如普通电话机、IC卡电话机、投币电话机等。GFRA设备相当于在普通电话机和GSM网络之间搭起了一座桥梁。
           

1.2 GFRA设备的工作过程

(1)经GFRA设备的去话过程

①主叫用户摘机后，主控电路通过SuC电路检测到电话机摘机。
②主控电路控制信号音电路送出拨号音，同时开始检测主叫用户的DTMF拨号。
③收到主叫用户的DTMF后，主控电路停送拨号音。
④收完号码后，主控电路控制无线收发模块以的号码向外呼叫，如果被叫空闲，主叫用户将听到回铃音。
⑤被叫摘机，双方开始通话。主控电路同时SLIC电路向电话线送出反极信号，该信号可启动IC卡电话机、投币电话机等的计费工作。
⑥如果主控电路检测到主叫用户先挂机，则向无线收发模块发出挂机命令，通话结束。
⑦如果主控电路检测到被叫用户先挂机，则向主叫用户发送忙音，并通过SLIC监测主叫挂机，通话结束。

(2)经GFRA设备的来话过程

①主控电路收到来自无线收发模块的振铃信号RING后，通过信号音产生电路和SuC向本端电话机振铃。
②主控电路在产生第一声振铃音和第二声振铃音之间，送出来电显示信号。
③本端电话机用户摘机，双方开始通话。
④双方通话结束的处理同上面的去话过程。


2 硬件设计

        GFRA设备的硬件结构框图如图2所示，包括电话机用户线接口电路(SLIC)、DTMF检测和信号音产生电路、MCU和外围功能电路、GSM模块电路四大部分。
   
        GFRA设备硬件电路以P89C5lRD+为MCU，通过SPI接口连接外围功能电路(串行存储器X5045、DTMF接收和信号音发生电路CMX605)，通过CMX605连接SLIC电路STLC3055，MCU通过UART访问GSM模块。

2．1 SLIC电路STLC3055

用户线接口电路SuC是电话通信中的关键器件。本设计采用意法半导体公司(ST)近年来推出的全新SLIC芯片STLC3055。这种SLIC不仅能支持多种振铃信号，而且电路中省去了诸如振铃继电器、铃流发生器等许多传统器件，从而可大大节省PCB布线空间，降低设计成本，并且控制使用也更加方便．STLC3055可以使用单独的+12V供电，设计和使用都比较方便，其应用电路如图3所示。
       
2．2 MCU和外围功能电路

        MCU及其外围功能电路如图4所示。

(1)MCU P89051RD+

MCU采用Philips的P89C5lRD+，它兼容80C51单片机，内含有64KBFlashROM，1KBRAM，32个I／O。对于本设计，这些资源就足够，不用扩展外部RAM和I／0。

(2)串行存储器X5045

X5045用于存放GFRA设备的非易失工作参数。同时，该芯片将看门狗定器、上电复位控制、压降管理以及具有块保护功能的串行EEPROM这四种功能集成到一体，有助于简化应用系统的设计，减少PCB的占用面积，提高系统可靠性。

(3)实时时钟DSl302

DSl302是一个可编程3线SPI串行接口的时钟芯片，用来备份系统时间和数据。