CDCT数字无绳电话设计方案

    摘要：通讯数字化是必然趋势。本文介绍了一种商业化了的符合中国标准的数字无绳电话的设计方案。 

    关键词： 数字无绳电话   CDCT   时分双工   帧噪声     

     引言

    无绳电话以其方便、便宜的特点在全世界得到广泛应用。但是，传统的模拟无绳电话有很多不足：1）话音质量低；2）保密性差；3）信道数量少；4）不能支持数据业务。因此，以DECT为代表的数字无绳电话的开发和生产增长迅猛。本文介绍我国第一款获得国家入网认证的数字无绳电话的设计思想和设计方案。

    工作原理

     无绳电话系统可分为送话和受话两个方向。数字无绳电话当然也不例外。图1和图2是数字无绳电话的发送方向和接受方向系统框图。

    CDCT（ Chinese Digital Cordless Telephone ）在座机和手机之间使用多载波TDMA/TDD格式，共10个载波，每个载波频宽1.728MHz，每个载波在时域上被分成24个时隙，使用其中的两个时隙即可建立双工连接。当通话建立后，手机只使用十二分之一的时间发送和接收，其余的时间可以用于干其它的事，如监视其它的频率和载波以寻找更好的语音信道。

    数字无绳电话的数据信号和控制逻辑信号在物理上在同一个载频上。故数字信号在传送之前，需进行时域压缩。接收之后，再进行时域展开。

    考虑到无线信道的非理想性，数据在传送之前都要进行信道编码。在CDCT的设计中采用了检错和错后重传的方法。不同的信道采用不同冗余度的编码。主要采用了两种检错编码：R-CRC（16 bit CRC）码和X-CRC（4 bit CRC） 码。其中R-CRC码主要运用在A域（控制信号）和要求检错重传的B域（数据信号）的信道编码。X-CRC码主要用于非检错传输的B域的检错编码。参见图3。

    信道调制主要包括复帧合成和码字置乱两方面的内容。CDCT复帧结构如图3。

    码字置乱主要是防止连续的0或连续的1序列的出现。CDCT的调制和解调都是VCO开环状态下实现的，过多的连0或连1都很容易造成解调器的工作点偏移。从而使得误码率上升。

    频率调制采用高斯最小频移键控的调制方式。调制系数为0.5。标称频偏为288KHz。从基带送来的数字信号经三级低通滤波器的滤波后，直接送调制电路。

    系统实现

    在系统的实现上，我们采用了西门子公司的DECT基带和射频IC。

    基带IC包括PMB4925和PMB4725。其中PMB4925是数摸接口电路。PMB4725完成信源编码、信道编码、加密、信道调制。PMB4725是一混合集成电路。其内部集成了MCU、DSP和BMC（Burst Mode Controller）。射频IC包括：PMB4420、PMB4220和PMB4820。这三颗IC和其外围电路完成频率调制和解调。硬件实现框图如图4。

    BMC完成底层实时性较强的各种逻辑信道的调制和解调；DSP主要完成数据信号的处理；MUC是整个系统的控制中心。它对DSP、BMC和其他外设统一管理。电源管理模块对整机耗电的各个部分进行动态调整，使得整机耗电最省。

    通话建立的过程如下：在没有通话时，手机锁定在任一空闲信道上。当手机发起呼叫时，它将在TDMA帧的后半部分的相应时隙送出一个呼叫请求，通知座机它锁定的信道。座机收到请求后通知手机转到指定的信道，在指定的信道建立通话。座机发起呼叫的过程相似。

    软件结构框图如图5

     软件协议包含五层，由上至下是：应用层（Application Layer——APP），网络层（Network Layer——NTW），数据链路控制层（Data Link Control Layer——DLC），媒体访问控制层（Media Access Control Layer——MAC），物理层（Physical Layer——PHY）。其中物理层的控制以及部分MAC层的功能由控制芯片内部完成，因此，软件的构成可以用图5表示。

    资源管理实体：软件流程是基于消息驱动的机制，各层发出的消息由资源管理实体进行调度，发送到目标层进行处理，另外负责内存和I/O资源的分配和管理；APP：实现产品的各种功能及其用户接口；NTW：负责呼叫控制和移动管理；DLC：负责在座机和手机之间的双向数据传输，提供差错控制的功能；MAC：选择和动态分配物理信道；低层设备驱动程序：包括对液晶显示器、键盘、EEPROM、DSP等的控制。

    结语 

    采用这一方案实现的产品投放市场已一年，受到了广大用户的好评。证明本方案是成功的。

    数字无绳电话产品的设计思想、设计高度和设计难度和模拟无绳电话完全不同。其在原理方面不同：1）数字无绳是时分双工；模拟无绳是频分双工；2）数字无绳采用突发模式；模拟无绳采用连续发射模式；2）数字无绳对话音信号在时域有压缩；模拟无绳没有；4）数字无绳对话音信号有延时；模拟无绳没有。

    在设计时，有以下四个问题比较突出：1）突发模式下的供电能力；2）开环状态下VCO的稳定性；3）回声消除问题；4）帧噪声问题。

    本文提到的一些问题在很多时分系统都同样存在。比如GSM手机、PHS手机和CDMA手机等。