嵌入式蓝牙PSTN网关的设计与实现

摘要 针对手机微波辐射对人体造成的伤害问题以及移动通信网络、固话网络间不兼容的问题，设计了一种使用蓝牙技术的PSTN语音网关。分析了PSTN和移动通信网络融合的必要性，阐述了系统的功能，并给出了完整的硬件结构和软件架构。通过实际使用测试，手机和网关在10 m距离内，音质清晰、通话质量良好。
关键词 蓝牙技术；PSTN；网关

近年来随着通信技术的迅猛发展，人们在享受移动通信带来的便捷性的同时，也承担了一些相应的负面影响：首先是手机微波辐射，长时间的微波辐射会引起人体神经衰弱、心悸胸闷、头晕目眩、精神不振等病症，并可能会造成的严重的恶性脑瘤；其次移动通信网络和固话网络之间的切换，多数人既是移动通信网的用户，同时也是固话网用户，而两者之间的不兼容性造成了通信资源浪费。因此，人们对于移动通信网络和同话网络之间的无缝切换需求在不断提高。
蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线通信技术，支持点对点及对多点的通信。目前几乎所有的移动通信网手机都支持蓝牙技术，所以文中通过设计一款嵌入式蓝牙PSTN网关，即可实现手机通过蓝牙无线方式接入固话网络(Public Switched Telephone Network，PSTN)。这样利用网关，用户手机可以转移到固定电话上，避免了手机造成的微波辐射伤害，也充分利用了现有网络资源，其结构如图1所示。

1 系统方案的分析与论证
1．1 需求分析
当前，许多用户因为不同的应用需求，同时拥有移动通信网和固话网两种通信业务，尤其是商务用户，往往拥有多部移动手机，在室内办公时常常会因为接听不同的电话而手忙脚乱。
而且由于手机通信是不间断地与发射基站联系，而必定需要接收和发送强力的通讯电波。在使用手机过程中，天线恰恰离大脑最近，所以会对人脑有负面影响。
人们迫切地需要一款设备，使得只通过固定电话即可接听所有通信网络的来电。眼下较热门的固网和移动网融合(Fixed-mobile eonver gence，FMC)正是这些用户的切实需要。
文中通过设计一款蓝牙PSTN网关把所有手机来电转移到固定电话，达到移动通信网和固话网的融合，使得用户可以通过同定电话接听所有的来电，也完全避免了手机对人体的频繁辐射，满足了用户“一机多接”和健康环保的需求。
1．2 经济效益
根据市场研究公司Informa TelecomsMedia报告：到2011年，全球FMC用户将达到9 200万，FMC收入也将达到280亿美元，占全球移动用户总数的3％。
FMC在是个新兴市场，未来拥有巨大的发展潜力，在市场具有较大的经济效益。
1．3 社会效益
方案具有使用方便、成本低廉、绿色环保等优点。推广开来能为人们的工作生活带来便利，提高通信网络资源的利用率，响应现在人们绿色生活的提议，具有一定的社会效益。
文中的研究设计针对现在的FMC提出了一种新的设计思路和解决方案，阐述了一种实用性很强的嵌入式蓝牙网关系统的开发方法。

2 系统总体设计
设计主要由蓝牙模块、音频编解码模块和电话机接口模块等几部分组成。其系统总体设计框图入图2所示。

网关控制器接收到蓝牙模块发来的数据并通过协议栈解释为摘机、挂机、来电显示等命令，按照相应命令通过线路切换电路进行网络间的切换，当通话链接建立后，手机将语音数据通过蓝牙的SCO链路转接到MC145483芯片转换为模拟信号，最后送往电话机模块。来电姓名、电话号码在液晶屏上显示，键盘用来进行网络线路的切换。

3 各部分模块的设计
3．1 主要芯片简介
系统中的蓝牙模块采用CSR公司的BlueCore4-External蓝牙芯片。BlueCore4-External是一款包含高频组件和基带控制器的单芯片解决方案，该芯片完全遵循蓝牙系统的数据和音频连接，其基于Class 2功率级别，能有效保证10 m以内数据的稳定传输，音频接口支持PCM协议，模块和设备同件完全兼容蓝牙规范V2．1和EDA。芯片还集成了如下功能模块：
(1)RF接收器，由低噪声放大器，A／D转换器组成。
(2)RF发送器，带功率放大器，IQ调制器，D＼A转换器。
(3)功率控制校准器。
(4)基带逻辑，由MMU，批量控制器组成。
(5)基带DSP，负责向前纠错，HEC，CRC校检，数据白化，编解码。
(6)48 kB系统RAM，供MCU使用。
(7)4 Mbit ROM，蓝牙协议栈固件。
芯片接口丰富，提供标准的UART，USB，SPI，语音PCM，可编程B0口。其性能完全满足室内的应用需求。
语音芯片采用摩托罗拉公司的MC145483芯片，该芯片支持13位线性ADC／DAC转换，集成了带通滤波器和低通滤波器及RC电路的前沿和后沿滤波器，并且采用差分模拟电路，以达到低噪声，其接收信号增益控制以3 dB的步长可以从0 dB变化到20dB。
设计中的电话线路接口芯片采用SHL603C，该芯片内置-48 V馈电电源和75 V铃流源，且包含了馈电和馈铃切换电路，无需外接馈电和馈铃切换继电器，并且增加了倒极功能。
3．2 蓝牙模块
蓝牙模块包括蓝牙射频电路、基带处理电路和MCU控制电路，设计中使用了BlueCore4-External单芯片解决方案，其结构如图3所示。