摘要:Wavecom 公司生產(chǎn)的基于GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)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(yǔ)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(jì)方法與應(yīng)用

GPRS(General Packet Radio Service)，也叫通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新無(wú)線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)。GPRS支持的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)有無(wú)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)群呼業(yè)務(wù)。GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)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(jì)費(fèi)，僅在實(shí)際傳送和接受數(shù)據(jù)時(shí)才占用無(wú)線資源，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)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(diǎn)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸用調(diào)制解調(diào)器，能通過(guò)指定方式撥號(hào)上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，并可實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。

1 模塊的結(jié)構(gòu)及功能
無(wú)線通信模塊是一些無(wú)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(chǔ)、控制與顯示、語(yǔ)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(wú)線通信模塊內(nèi)部。
Wavecom 的Q2400系列(Q2403A，Q2406)GPRS/GSM無(wú)線通信模塊是基于GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)傳模塊。模塊能夠支持語(yǔ)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(mǎn)足語(yǔ)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(guò)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(yǔ)音和數(shù)據(jù)容量，皆在能夠滿(mǎn)足用戶(hù)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(biāo)準(zhǔn)，在900MHz時(shí)，功率為2W，1800/1900MHz時(shí)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(dá)14400 bits/s；
自動(dòng)傳真group3(class l&2)，通話(huà)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的(MT/MO)和短消息區(qū)域廣播，回復(fù)呼叫信息，通話(huà)或緊急呼叫，最高速率，升級(jí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘、聲音合成、供電電路等；能完成電池管理、存儲(chǔ)器管理、I/O口控制、SIM控制、GPSI控制及鍵盤(pán)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(pán)接口；具有SIM卡確認(rèn)、供電、時(shí)鐘、復(fù)位及I/O的3VSIM卡接口；3個(gè)通用I/O口、2個(gè)輸出口和一個(gè)輸入口共6個(gè)3V CMOS接口。此外還提供了2音頻輸入和2音頻輸出，一個(gè)蜂鳴器輸出。
模塊提供一個(gè)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(shí)提供DCD和RI信號(hào)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(duì)內(nèi)部電池的安全充電進(jìn)行控制與管理。

2 GPRS MODEM 的設(shè)計(jì)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(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先是熟悉模塊的功能及各種AT指令。對(duì)于涉足無(wú)線通信領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，AT指令不會(huì)是一個(gè)陌生的名詞，使用串行線將計(jì)算機(jī)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(kāi)始工作。這時(shí)就可以使用Windows自帶的“超級(jí)終端”或串行調(diào)試程序，選擇所使用的串口號(hào)并以一定的波特率同模塊進(jìn)行通信，它們之間交流的“語(yǔ)法”就是AT指令。例如，對(duì)于Q2400系列模塊來(lái)講.首先可以通過(guò)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(hào)；
AT+CGMR可以獲得模塊內(nèi)部軟件的版本號(hào);
AT+CIMI可以讀出SIM卡內(nèi)的用戶(hù)序列號(hào)。如果模塊中已插入有效的SIM卡，則可以進(jìn)行撥號(hào)和掛機(jī)操作：
ATD+號(hào)碼為撥號(hào)指令，當(dāng)發(fā)出ATD后.如果回應(yīng)是0，則表示對(duì)方為語(yǔ)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(duì)方正忙。
在“超級(jí)終端”環(huán)境下，還可以用AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)電話(huà)簿的操作、對(duì)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(huà)薄操作指令等一些常用的基本AT指令之后，重點(diǎn)要掌握的是如何進(jìn)行短消息和數(shù)據(jù)的傳送。實(shí)現(xiàn)SMS主要有兩種方式.AT+CNMA 即TEXT格式和AT+CNMA=N， <PDU長(zhǎng)度>即PDU格式。PDU格式實(shí)際上是對(duì)短消息進(jìn)行打包的一種協(xié)議，中文短消息的實(shí)現(xiàn)必須通過(guò)PDU格式，使用AT指令方式熟悉PDU格式可以加深使用者對(duì)這一方式的認(rèn)識(shí)和掌握。

2.2 GPRS MODEM的設(shè)計(jì)
Wavecom公司的Q2400系列作為專(zhuān)為移動(dòng)設(shè)備而研制的模塊，具有很強(qiáng)的接口功能，我們?cè)谘兄艷PRS MODEM時(shí)主要應(yīng)用了它的通信、語(yǔ)音、SIM卡及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等接口功能，其主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖二。為了保證系統(tǒng)能穩(wěn)定地進(jìn)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(gè)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(duì)用戶(hù)的數(shù)據(jù)不進(jìn)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(dòng)的傳遞給用戶(hù)。在這個(gè)模式下.短消息和語(yǔ)音功能可以由用戶(hù)自己通過(guò)AT命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)調(diào)用API來(lái)實(shí)現(xiàn)。在非透明通道模式下，用戶(hù)通過(guò)串行口采用幀格式與GPRS MODEM通信，可以通過(guò)調(diào)用API來(lái)實(shí)現(xiàn)。
GPRS MODEM在設(shè)計(jì)過(guò)程中為方便用戶(hù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，定義了操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的API幀。用戶(hù)僅需要操作這些幀即可提供Internet的接入服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)在Internet上傳輸。用戶(hù)API函數(shù)分為三類(lèi)：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(yǔ)音API和短消息API。
在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，作為用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸目的地的數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)在INTERNET上的IP地址有2種形式，一種是使用固定IP，由于國(guó)內(nèi)固定IP數(shù)量有限，所以多數(shù)使用動(dòng)態(tài)域名作為數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)的IP地址。GPRS MODEM在進(jìn)行參數(shù)配置時(shí)，需要將數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)的固定IP或者動(dòng)態(tài)域名輸入到系統(tǒng)中。對(duì)于動(dòng)態(tài)域名，需要在系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)域名服務(wù)器將動(dòng)態(tài)域名解析成數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)的IP地址。當(dāng)GPRS MODEM在進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，用戶(hù)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)IP地址經(jīng)過(guò)TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換生成包含用戶(hù)數(shù)據(jù)的TCP/IP包，該TCP/IP包由GPRS MODEM發(fā)射到移動(dòng)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(dòng)完成串行通信到USB傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，非常容易地實(shí)現(xiàn)了具有USB接口的GPRS MODEM。

3 結(jié)束語(yǔ)
從上述研制的過(guò)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(wú)線模塊內(nèi)部處理，這無(wú)疑大大減小了硬件的開(kāi)發(fā)難度。不論開(kāi)發(fā)者對(duì)GPRS通信系統(tǒng)的熟悉程度如何，都可以使用無(wú)線通信模塊搭建適合自己的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，例如可以構(gòu)建成外置式GPRS無(wú)線Modem；內(nèi)置式PCMCIA卡GPRS無(wú)線Modem；也可以構(gòu)建成模塊式GPRS無(wú)線Modem，直接嵌入到任何需要進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)漠a(chǎn)品中去。我們?cè)谘兄莆㈦娔X掌上資源調(diào)查儀時(shí)，就是采用了嵌入式的GPRS MODEM，利用GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。所以，應(yīng)用無(wú)線通信模塊，可以在較小硬件開(kāi)發(fā)成本的基礎(chǔ)上，使開(kāi)發(fā)者能夠盡快把自己的想法轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)，從而縮短整個(gè)研發(fā)周期。.