无绳电话的数字信令

浪者仁心

无绳电话的数字信令
Digital Signalling of Cordless Phone
蒋少西*
　　摘要：本文主要介绍了多信道无绳电话的数字控制信令的调制传输，数字信
令编解码，通信协议等。
　　关键词：数字控制信令　调制传输　数字信令编解码　信道扫描
1　概　　述
　　第一代无绳电话(CT1)话音传输为窄带模拟调频方式，采用单片机控制，具有
多个信道选取。无绳电话除了要传输话音外，还要传输数字控制信令。控制信令
起着通信连络的重要作用，主呼与被呼、通信线路的设定、信道传换、各种状态
、各种命令处理等，都是通过控制 信令来控制的。控制信令的传输质量要求比话
音信号高，从收发信机的小型轻量化、低功耗化及经济性等方面考虑，控制信令
的传输一般和话音信号共用同一传输系统。由于FM调制器对直流信号的响应特性
，加上接收端为解决频率漂移问题需截止检波器输出的直流成分，因此，若用共
用模拟传输系统来传输控制信令，控制信令不能含有直流成分。无绳电话数字控
制信令的传输方式广泛采用的是直接调制FSK或副载波调制MSK，数字信令编码形
式采用NRZ(非归零)码或SP(曼彻斯特)码。几种典型的无绳电话标准体系比较如表
1所示。
表1　典型的无绳电话标准体系比较
  
　 日本(邮政省标准) 美国(FCC标准) 欧洲(CEPT标准) 中国(国标)
频段
(MHz) 手机 253.8625～254.9625 49.830～49.990 914.0125～914.98775 48.25
0～48.475
座机 380.2125～381.3125 46.610～46.970 959.0125～959.9875 45.250～45.4
75
信道间隔(kHz) 12.5 20～40 25 25
信道数(kHz) 89 10 40 10
调制
方式 话音信号 模拟FM 模拟FM 模拟FM 模拟FM
控制信号 SP-FSK或副载波MSK 单音 副载波MSK SP-FSK或副载波MSK
发射功率 10mW以下 距离3m处在
100μV／m以下 距离3m处在
1000μV／m以下 20mW以下
无线信道控制 多信道选取 单信道选取 多信道选取 多信道选取
控制过程的规定 有 无 有 参考
传输信息的规定 有 无 有 参考
2　数字信令的调制传输
　　数字调制技术可分为两种类型，一种是利用模拟调制方法实现数字调制，即
把数字基带信号作为模拟信号的特殊情况处理；第二种是利用数字信号离散取值
的特点来键控载波，从而实现数字调制，这种方法称为键控法，如有振幅键控(A
SK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)等调制方式。无绳电话的数字信令的调制采
用的是移频键控FSK。移频键控FSK就是用两个不同的频率的信号表示“0”或“1
”，数字表达式为：
　　
　　其中θ1和θ2分别是发送“0”和“1”时的载波初相位。
　　令W1=WC－△W，W2=WC＋△W
　　则W2－W1=2△W
　　产生FSK信号有相位连续的和相位不连续的。FSK信号的功率谱由连续谱和离
散谱组成。
　　令调制指数mf=(2△W)/(Ws)
　　△W为对载频的频偏；WS为二进码元的数据率。
　　当mf＜0.7时，相位连续FSK信号的带宽比较窄，特别适用于窄带传输系统。
　　FM传输系统的数字传输方式有直接FSK调制或副载波调制。
2.1　直接FSK调制传输
　　直接调制就是在载波频带用基带控制信令进行调制或者说用一个矩形脉冲序
列对一个载波进行调频。如SP编码的FSK传输系统，就是将SP编码所得的信号直接
调频、发送，其传输系统的基本结构如图1所示。
图1　SP编码的FSK传输系统的基本结构方框图
　　SP编码FSK传输有如下特点：
　　(1)每比特内能取得直流平衡，不受解调电路截止直流的影响。
　　(2)适合于传输速率较低(300b／s～1200b／s左右)的数字信令。
　　(3)和NRZ码的FSK传输相比较，传输带宽约是其2倍。
2.2　副载波MSK传输
  　副载波调制就是在副载波频带用基带控制信令进行调频后，再在载波频带进
行主调制。MSK即调制指数为0.5的连续相位FSK。副载波MSK传输，就是用发信数
据对音频带内的副载波进行MSK1次调制，然后以所得的信号作调制信号，对主载
波进行2次调制，即频率调制，其传输系统的基本结构如图2所示。
图2　副载波MSK传输系统的基本结构方框图
  　副载波MSK传输有如下特点：
　　(1)1次调制是在基带进行的，故信号可在话音带内传输，可设定无线区间和
有线区间直接连接的控制信令传输链路。
　　(2)由于通过了一次调制，故不受解调端直流截止的影响。
　　(3)适合于传输速率较低(300b／s～1200b／s左右)的数字信令。
　　差错率特性：副载波MSK传输方式的差错率特性与SP编码FSK相同。在非衰落
时，接收CNR(载波功率对噪声功率)增加1dB，差错率特性约增加一个数量级。而
在衰落频率10Hz～40Hz范围内，差错率改善一个数量级，接收CNR必须增大10dB。
  　副载波MSK方式在各种通信系统的数字信令传输中得到广泛应用，已有通用的
IC，将1次调制的MSK调制解调、定时恢复电路等做在同一片子上，具有较好的调
制解调能力，其调制解调的波形失真较小。
　　在无绳电话的电路中，为了降低成本，不采用专门的MSK IC，采用简单的RC
整形电路，VCO调制采用变容二极管。
　　在该电路中，发射数字信令时，由于锁相环稳定时间和RC充放电的影响，发
射的数字信令前一段将出现漂移，这将严重影响呼通率。在实际的调试中，要注
意发射数据信令的时间和输出端的电平变化，尽量消除上述影响，使波形趋于平
稳。
3　数字信令的编解码
　　无绳电话数字信令的编码和解码由单片机软件产生，其数据通信系统结构如
图3所示。
　　无绳电话数字信令采用的码型有曼彻斯特码SP或非归零码NRZ。曼彻斯特码是
在各比特中间反转1和0的极性，SP码和NRZ码不同点如图4所示。
图3　无绳电话数据通信系统方框图
图4　SP编码与NRZ编码
3.1　数字信令编码流程图
　　数字信令编码是由输出比较定时中断产生的，该定时器含有16位计数器，16
位寄存器，16位比较器，可定时产生脉宽，编码流程如图5所示。
图5　数字信令编码流程图
3.2　数字信令解码流程图
　　数字信令解码是由输入捕获定时中断来识别的，该定时器含有16位计数器，
16位寄存器，通过边沿检测来测定码元时间宽度。解码流程如图6所示。
图6　数字信令解码流程图
4　通信协议
4.1　传输控制信令的信道
　　在多信道的通信系统中，传输控制信令的信道可设专用控制信道或随路话音
信道。专用控制信道适合于规模较大的系统，可以提高控制效率，进行高速控制
，但一旦控制信道受干扰而不能使用时，整个系统控制将陷 谔被尽 随路话音信
道就是控制信令和话音信号同时传输，以时分或频分的方式来传输控制信令和话
音信令。时分方式就是在时间上压缩话音信号并时分插入数字数据信号。频分方
式就是利用话音带外的频带来传输数字信号，可以是话音频带的低频带部分，也
可以是高频带部分，但从有利于抑制FM调制信号的发射频谱展宽之点出发，应以
话音低端带外传输为宜。随路话音信道方式控制信道数实际上等于通话信道数，
一般不会因干扰等原因导致无法控制，但信道数很多时的接续时间较长。这种方
式适合于较小规模的系统。多信道无绳电话一般采用这种方式。
4.2　提高控制可靠度的措施
　　在传输控制信令时，容易受周围传播环境的影响而受干扰，为了尽可能正确
无误地传输控制信令，采用了自动请求重发(ARQ)等技术来提高控制可靠度。自动
请求重发(ARQ)就是当发出的信息未收到回应帧信号时，自动重发该组信息，直到
收到回应帧信号为止。和纠错技术相比较，自动请求重发技术的差错改善较好。
但若传输的线路较差时，需反复重发该组信息，较为费时，重发该组信息次数为
某一定值时，仍未收到回应帧信号，则认为发送失败。
4.3　信道扫描方式
　　无绳电话座机和手机均有十个信道，控制信令的传输采用的是随路话音信道
，如何选取空闲信道来通信也是很关键的。在无绳电话中，考虑到接续时间和手
机省电的问题，一般座机在10个信道扫描，手机在一个或二个信道上扫描。手机
上设有换信道的键［CH］，在通话过程中，如有噪音干扰，可通过手动换信道获
取较好的信道通话。
4.4　信令格式
  

12位位同步 16位帧同步 16位ID码 命令位 数据位
　　16位ID码，由软件随机产生。
　　信令格式有命令帧、回应帧、数字帧等。
　　换醒码：用于唤醒间隙工作状态或信道扫描状态，其帧结构如下所示。
8位循环码 8位循环码 8位循环码 …… 信令帧格式
4.5　通信流程
　　其通信流程如图7所示。
图7　通信流程图
作者单位:蒋少西　广州通信研究所　广州　510310