摘要:Wavecom 公司生產(chǎn)的基于GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)的無線通信模塊，工作于900f850)/1800f1900)MHz，使用高性能GPRS Class 10提供完整的2.5G GSM/GPRS語音和數(shù)據(jù)容量。文中介紹了Q2400系列模塊的功能和調(diào)試手段.給出了基于模塊的GPRS MODEM 的設(shè)計方法與應(yīng)用

GPRS(General Packet Radio Service)，也叫通用分組無線業(yè)務(wù)是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新無線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)。GPRS支持的點對點網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)有無連接網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(如IP)和面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(如x.25)兩種，可實現(xiàn)點對多點組播業(yè)務(wù)和點對多點群呼業(yè)務(wù)。GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應(yīng)用帶寬大約在40～100Kbit/s.在此信道上提供TCP/IP連接，可以應(yīng)用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取PRS采用分組交換技術(shù)，按流量計費，僅在實際傳送和接受數(shù)據(jù)時才占用無線資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
GPRS MODEM是基于GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸用調(diào)制解調(diào)器，能通過指定方式撥號上網(wǎng)，實現(xiàn)點對點及點對多點的數(shù)據(jù)傳輸，并可實現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。

1 模塊的結(jié)構(gòu)及功能
無線通信模塊是一些無線通信廠家把一般通信產(chǎn)品的核心部分，包括MCU、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲、控制與顯示、語音處理等功能，特別是把技術(shù)難度最大的高頻電路部分和射頻部分都集成在無線通信模塊內(nèi)部。
Wavecom 的Q2400系列(Q2403A，Q2406)GPRS/GSM無線通信模塊是基于GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)傳模塊。模塊能夠支持語音、數(shù)據(jù)、傳真等功能，Wavecom自己的復(fù)用協(xié)議基本上可以滿足語音/數(shù)據(jù)復(fù)用串口的要求。在GPRS不可用的地區(qū)，還可以通過GSM短消息傳輸數(shù)據(jù)。

1.1模塊的特性
Wavecom公司的WISMO Quik Q2400超薄芯片系列具有完整的2.5G GSM/GPRS語音和數(shù)據(jù)容量，皆在能夠滿足用戶的需求，其主要性能有：

為雙頻GSM/GPRS模塊，執(zhí)行ETSI GSM Phase 2+的標準，在900MHz時，功率為2W，1800/1900MHz時為1W；
Q2403A (支持class2)，下載26.8kbits/s，上傳13.4kbits/s；
Q2406A(支持classl0)，下載53.6.8kbits/s，上傳26.8kbits/s；
GSM電路數(shù)據(jù)/傳真功能；
數(shù)據(jù)線路異步、透明與非透明，最高傳輸速率可達14400 bits/s；
自動傳真group3(class l&2)，通話和傳真轉(zhuǎn)換，IrDA 1.2A協(xié)議；
GPRS信息包數(shù)據(jù)功能：
GPRS Class 10，采用CS1到CS4編碼方案，支持PBCCH；
點對點的(MT/MO)和短消息區(qū)域廣播，回復(fù)呼叫信息，通話或緊急呼叫，最高速率，升級最高速率和半速率，回聲消除和噪聲削減，全雙工免提。
1.2模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
WISMO Quik Q2400系列模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
模塊為60腳封裝，大小約為5.8 x 3.2 x 0.4 cm，厚度僅為4毫米.非常容易集成到應(yīng)用產(chǎn)品中。其內(nèi)部包括通用接口、音頻接口、SIM接口及射頻接口；具有內(nèi)部的FLASH、SRAM、A/D轉(zhuǎn)換、實時時鐘、聲音合成、供電電路等；能完成電池管理、存儲器管理、I/O口控制、SIM控制、GPSI控制及鍵盤控制。
通用接口提供與外部LCD模塊的SPI總線或最大傳輸速率為400Kb/S的2線接口：5 X 5矩陣的鍵盤接口；具有SIM卡確認、供電、時鐘、復(fù)位及I/O的3VSIM卡接口；3個通用I/O口、2個輸出口和一個輸入口共6個3V CMOS接口。此外還提供了2音頻輸入和2音頻輸出，一個蜂鳴器輸出。
模塊提供一個符合V24協(xié)議的6線串行通信接口，包括TX、RX、RTS、CTS、DTR、DSR；同時提供DCD和RI信號接口.
為保證模塊的正常工作，要求提供兩路電源，其中VBATY提供給RF部分， 電壓范圍為3.3V -4.5V，最大功率為2W；VDD提供給基帶部分，電壓范圍為3.1V-4.5V，最大功率為0.5W。模塊內(nèi)部具有電池充電管理電路，利用外部電源提供的電流源對內(nèi)部電池的安全充電進行控制與管理。

2 GPRS MODEM 的設(shè)計與應(yīng)用
2.1 AT指令與模塊的在線調(diào)試
利用Q2400系列模塊進行無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計，首先是熟悉模塊的功能及各種AT指令。對于涉足無線通信領(lǐng)域的人來說，AT指令不會是一個陌生的名詞，使用串行線將計算機串口同模塊相連，在SIM卡槽中放人SIM卡，接上天線，最后上電讓模塊開始工作。這時就可以使用Windows自帶的“超級終端”或串行調(diào)試程序，選擇所使用的串口號并以一定的波特率同模塊進行通信，它們之間交流的“語法”就是AT指令。例如，對于Q2400系列模塊來講.首先可以通過一系列AT指令獲得模塊內(nèi)部的相關(guān)資料：
AT+CGMI可以從模塊中獲得制造商的證明；
AT+CGMM 可以獲得模塊的型號；
AT+CGMR可以獲得模塊內(nèi)部軟件的版本號;
AT+CIMI可以讀出SIM卡內(nèi)的用戶序列號。如果模塊中已插入有效的SIM卡，則可以進行撥號和掛機操作：
ATD+號碼為撥號指令，當發(fā)出ATD后.如果回應(yīng)是0，則表示對方為語音傳輸，如果是數(shù)據(jù)傳輸，則回應(yīng)CONNECT 10(11、12、13、14、15)表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋绻?，則表示對方正忙。
在“超級終端”環(huán)境下，還可以用AT指令實現(xiàn)對電話簿的操作、對通信模塊的各種設(shè)置、短消息操作、傳真業(yè)務(wù)操作等。在掌握了基本指令、呼叫控制指令、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)指令、安全指令及電話薄操作指令等一些常用的基本AT指令之后，重點要掌握的是如何進行短消息和數(shù)據(jù)的傳送。實現(xiàn)SMS主要有兩種方式.AT+CNMA 即TEXT格式和AT+CNMA=N， <PDU長度>即PDU格式。PDU格式實際上是對短消息進行打包的一種協(xié)議，中文短消息的實現(xiàn)必須通過PDU格式，使用AT指令方式熟悉PDU格式可以加深使用者對這一方式的認識和掌握。

2.2 GPRS MODEM的設(shè)計
Wavecom公司的Q2400系列作為專為移動設(shè)備而研制的模塊，具有很強的接口功能，我們在研制GPRS MODEM時主要應(yīng)用了它的通信、語音、SIM卡及數(shù)據(jù)存儲等接口功能，其主要結(jié)構(gòu)見圖二。為了保證系統(tǒng)能穩(wěn)定地進行數(shù)據(jù)傳輸而不至于經(jīng)常掉線或丟失數(shù)據(jù)，一個穩(wěn)定的、具有一定功率的電源和合理的電源管理是必不可少的.

圖2 GPRS MODEM結(jié)構(gòu)框圖
GPRS MODEM提供透明通道和非透明通道兩種工作模式。在透明通道模式下，GPRS MODEM對用戶的數(shù)據(jù)不進行處理，直接將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，收到的數(shù)據(jù)也原封不動的傳遞給用戶。在這個模式下.短消息和語音功能可以由用戶自己通過AT命令來實現(xiàn)，也可以通過調(diào)用API來實現(xiàn)。在非透明通道模式下，用戶通過串行口采用幀格式與GPRS MODEM通信，可以通過調(diào)用API來實現(xiàn)。
GPRS MODEM在設(shè)計過程中為方便用戶開發(fā)應(yīng)用程序，定義了操作簡單、功能強大的API幀。用戶僅需要操作這些幀即可提供Internet的接入服務(wù)，實現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)在Internet上傳輸。用戶API函數(shù)分為三類：最低層的基本串口收發(fā)API函數(shù)、幀API函數(shù)和socket API函數(shù)以及語音API和短消息API。
在無線數(shù)據(jù)傳輸過程中，作為用戶數(shù)據(jù)傳輸目的地的數(shù)據(jù)中心計算機在INTERNET上的IP地址有2種形式，一種是使用固定IP，由于國內(nèi)固定IP數(shù)量有限，所以多數(shù)使用動態(tài)域名作為數(shù)據(jù)中心計算機的IP地址。GPRS MODEM在進行參數(shù)配置時，需要將數(shù)據(jù)中心計算機的固定IP或者動態(tài)域名輸入到系統(tǒng)中。對于動態(tài)域名，需要在系統(tǒng)內(nèi)部通過域名服務(wù)器將動態(tài)域名解析成數(shù)據(jù)中心計算機的IP地址。當GPRS MODEM在進行數(shù)據(jù)通訊時，用戶數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心計算機IP地址經(jīng)過TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換生成包含用戶數(shù)據(jù)的TCP/IP包，該TCP/IP包由GPRS MODEM發(fā)射到移動GPRS網(wǎng)絡(luò)上。
由于目前USB的即插即用和數(shù)據(jù)的高速傳輸功能，使得USB接口得到廣泛的應(yīng)用，為此我們選用了PROLIFIC公司的PL2303Hx的USB TO RS一232轉(zhuǎn)換橋芯片，自動完成串行通信到USB傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，非常容易地實現(xiàn)了具有USB接口的GPRS MODEM。

3 結(jié)束語
從上述研制的過程可以看出，由于技術(shù)難度最大的高頻電路部分和射頻部分都在無線模塊內(nèi)部處理，這無疑大大減小了硬件的開發(fā)難度。不論開發(fā)者對GPRS通信系統(tǒng)的熟悉程度如何，都可以使用無線通信模塊搭建適合自己的無線數(shù)據(jù)傳輸實驗平臺，例如可以構(gòu)建成外置式GPRS無線Modem；內(nèi)置式PCMCIA卡GPRS無線Modem；也可以構(gòu)建成模塊式GPRS無線Modem，直接嵌入到任何需要進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)漠a(chǎn)品中去。我們在研制微電腦掌上資源調(diào)查儀時，就是采用了嵌入式的GPRS MODEM，利用GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的無線傳輸。所以，應(yīng)用無線通信模塊，可以在較小硬件開發(fā)成本的基礎(chǔ)上，使開發(fā)者能夠盡快把自己的想法轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實，從而縮短整個研發(fā)周期。.