基于TC35模塊的無線接入終端設計

Design of Fixed Wireless Terminal Device Based On GSM Module TC35

中國電子科技集團公司第52研究所海康威視數字技術有限公司(杭州)   陸愛明

摘　要：GSM無線接入是GSM現有網絡的一種移動增值新業務。以GSM網絡作為語音通話、數據傳輸網絡，可以開發出多種無線接入設備和各類應用。本文介紹了一個基于TC35模塊的無線接入終端產品的設計。

關鍵詞：無線接入；TC35模塊；AT指令；單片機

　　2005年4月16日收到修改稿。陸愛明：從事微控制器系統硬、軟件開發工作。

引言

　　GSM無線接入終端是為了解決固定用戶布線難、部分地區裝機條件不足以及解決臨時通信問題的一種無線接入設備，它通過GSM網絡向用戶提供類似固定電話的接口。它是一種將普通電話機與900MHz/1800MHz移動通信網連接并進行通話的轉接設備。將它與任意一部雙音頻電話簡單連接后，用戶就可以方便地撥打電話，還可以使用移動運營商提供的各項服務，使用十分簡單方便。本文采用TC35模塊設計的無線接入終端具備與PSTN普通有人值守公話相同的功能，幫助移動運營商占領廣闊的固定電話公話市場。

無線終端的設計

電路組成

　　系統的硬件電路部分包括天線、CPU、GSM模塊、SLIC厚膜電路、電源和饋電輸出系統。CPU采用51系列單片機Atmel89C51，具有使用方便，抗干擾性好等特點。GSM模塊采用西門子公司的TC35工業控制模塊，來完成語音及數據通信，它提供的AT指令接口由CPU控制該模塊工作。電話機接口電路采用Mitel公司的MH88612B厚膜電路。

　　TC35模塊是整個GSM系統的核心，它工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，可傳輸語音和數據信號，功耗在EGSM900（4類）和GSM1800（1類）分別為2W和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接到SIM卡讀卡器和天線。TC35摸塊提供RS-232數據口，采用AT賀氏指令，符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，內置微控制器將GPS接收機和GSM模塊結合在一起。TC35的數據接口（CMOS電平）通過AT

　　命令可雙向傳輸指令和數據，可選擇波特率為300bit/s~115kbit/s，自動波特率為1.2kbit/s~115kbit/s。它支持文本和PDU格式的SMS（短消息），2.4k 、4.8k、9.6k的非透明數據和第3組的一類、二類傳真。可通過AT命令或關斷信號實現重啟和故障恢復。TC35模塊非常適合在最小功率下開發出GSM蜂窩設備，這蜂窩設備應用部分構成人機接口（MMI），通過單片機89C51的串行接口可接入TC35。TC35通過40芯ZIF連接蜂窩應用部分，ZIF連接器提供控制數據、音頻信號和電源輸入線的應用接口。圖1描述了單片機和TC35模塊的接口電路，需要注意的是TC35模塊是作為數據通信設備（DCE）來連接的，而不是像一般調制解調器作為數據終端設備（DTE）進行連接。SLIC（Subscriber Line Interface Circuit）接口電路采用Mitel公司的MH88612B厚膜電路，它實現普通電話機與TC35連接，這個接口電路具有饋電、過壓保護、振鈴、監視、編解碼、信號音產生器等功能。其中，信號產生器產生各種信號音，可通過硬件或軟件方法來實現。若用軟件實現，則將這些信號音進行抽樣、量化、編碼成PCM數字信號后存在一個只讀存儲器中，然后再周期重復地讀出這些值就可以得到數字信號音。本設備采用硬件電路產生450Hz信號音。SLIC具有如下功能：1）鈴流信號----能提供話機振鈴所需的鈴流，它是一負高壓交流信號(-17V AC~ -90V AC)；2）摘掛機檢測信號-----提供話機摘掛機時的微處理器檢測信號，微處理器根據該信號的變化來判別出話機的摘掛機情況；3）語音信號接口—它具有與CODEC與DTMF相連的模擬語音信號接口，完成從話機到CODEC與DTMF或從CODEC到話機的模擬語音信號連接；它是話機與CODEC聯系的間橋梁；4）RJ11用戶線接口—連接話機。

　　電源提供整個系統所需的+5V、-5V、-48V以及AC75V鈴流等。饋電輸出系統主要提供外接電話或PABX系統所需的-48V饋電以及撥號音、忙音、回鈴音等信號。

　　終端系統工作電壓為5V DC。由于TC35模塊的突發耗電電流峰值可達3A，故外加的穩壓器件必須達到足以提供TC35額定電流的條件。在本終端中，采用了開關電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉換，作為對TC35終端的供電電源。必須特別注意的是，由LM2576芯片完成開關電源轉換需要大功率的電感（100uH）和電容，以提高儲能的能力，達到TC35的耗電需求。

　　TC35模塊支持8位數據位，無奇偶校驗位，1位停止位數據傳輸。傳輸速率可以在4.8kbit/s~115kbit/s間自適應。系統加電后，為使TC35進入工作狀態，必須給IGT加一延時大于100ms的低脈沖，電平下降持續時間不超過1ms。啟動后，IGT應保持高電平（3.3V）。在驅動IGT時，TC35模塊的供電電壓不能低于3.3V，否則TC35不能激活。

　　TC35數據接口工作在CMOS電平（2.65V）,通過74LVC07芯片電平轉換與單片機的串行口連接。數據接口遵從DCE的ITU-T  RS-232內部交換電路標準實現異步串行收發功能。ZIF連接器提供6個引腳給SIM卡接口，其中CCIN用來檢測SIM卡是插好。連接器的SYNC腳控制燈的狀態，以此判斷TC35的工作狀態。

電話終端的軟件實現

    TC35模塊采用AT賀氏指令集。單片機可以通過正確的AT指令對TC35模塊進行初始化和通信數據的接收發送。

　　1) 上電初始化過程：AT&F<CR> 設置TC35參數為出廠默認值。如返回<OK>說明正確；ATE0<CR>設置TC35不回顯從TE接收的字符。

　　2）電話機主叫時：用戶摘機，SLIC輸出SHK信號給CPU89C51的P12信號，CPU接到SLIC終端信號后，執行送撥號音子程序（由P15控制），450Hz撥號音經MH88612的VR腳輸出給外接話機，使之發出撥號聲音。當主叫聽到撥號音后就可進行撥號。撥號模擬信號經SLIC的VX輸出給DTMF（MT8870），DTMF將其變成二進制的8421碼并等數據有效后（S1D為高），由CPU輸出使TOE=1讀取D3~D0數據。

　　CPU在接收到第一個撥號號碼后就會停止對SLIC送撥號音信號，CPU收集用戶所撥的號碼，如果7秒內沒有再輸入號碼，前面所輸入的號碼將由CPU向TC35自動撥出。CPU采用AT指令向TC35發送ATD136XXXXXXXX。如用戶摘機后又掛機，則CPU向TC35發送ATH命令。若主叫所撥號碼符合要求，由GSM端處理；若被叫忙，TC35通知CPU，CPU執行送忙音子程序；P15輸出控制信號（0.35秒/0.35秒間隔），450Hz信號音經MH88612的VR引腳輸出給外接話機，聽筒聽到忙音，提醒主叫被叫忙。若被叫閑，則TC35通知CPU，CPU微處理器就執行送回鈴音子程序，P15輸出控制信號（1秒/4秒間隔），450Hz信號音經MH88612的VR引腳輸出給外接話機，聽筒聽到回鈴音。當被叫摘機后，微處理器就停送回鈴音給SLIC，此時主叫和被叫就可以通話了。通話過程如下：當只使用某一個話機時，主叫的話音信號經SLIC的VX經處理變換送給TC35的MICN1和MICP1端，同樣，被叫話音信息由TC35的EPP1和EPN1端信號經處理變換給SLIC的VR端，從而完成主叫與被叫的通話。通話完畢，若被叫先掛機，微處理器要對SLIC送忙音，從而使主叫話機聽到忙音；若主叫先掛機，則微處理器就進行相應的操作。

　　3）電話機被叫時：當CPU檢測串行口RXD接收到“RING”時，SLIC話機作為被叫方。CPU就控制SLIC產生鈴流信號，頻率為25Hz。該鈴流信號通過SLIC的Tip/Ring輸出到外接話機，使得話機產生振鈴。振鈴間隔由微處理器控制。當用戶摘機，微處理器產生中斷，微處理器執行相應程序，停送鈴流，雙方進入通話狀態。

TC35無線終端主要功能

　　1） 提供用戶交換機中繼功能：有撥號音、忙音、振鈴信號等完整的信號音功能；

　　2） 與任何一部雙音頻電話連接后，用戶可以方便地撥打電話，使用移動運營商提供的各項服務；同時提供靈活的撥號定義機制，滿足不同地區用戶的呼叫習慣，滿足運營商的業務限制；

　　3） 用于900MHz/1800MHz公眾移動通信網，可以撥打國際、國內長途電話、市內電話、GSM移動電話；可內置撥號器功能，可以自行編程實現長途電話的多路由功能，如長途電話根據需要可以走193、17911路由；

　　4） 能自動判斷被叫應答并送反極信號，與標準電話計費顯示器相連時便能顯示撥打號碼，產生金額，完成實時計費。

結語

　　本文介紹的基于TC35模塊的無線接入終端設計，實現簡單，具有通信成本低、頻譜利用率高、業務種類多、抗干擾能力強等優點。在此基礎上，對軟件和硬件加以改動還可以實現其他許多功能及多種應用方案，例如無人值守無線公用電話，也可開發成具有數據功能，可接數字傳真機收發傳真、可接PC機上網進行數據傳送的無線接入固定臺。本文提出的設計方法可推廣應用到基于TC35模塊的單片機短消息收發系統設計和基于CDMA模塊的無線接入終端的開發設計中。

參考文獻：

1.  Siemens. TC35/TC37 Hardware Interface Description,  Version 03.10，21.12.2001

2. Siemens. AT Command Set ,    Version 03.10  11.01.2002