浅谈GPRS的无线通信模块的设计

　　一、引言
　　摘要：随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，自动化，智能化程度的不断的提高，利用GPRS技术进行无线通信的模块,使传统的串口通讯扩展为GPRS无线网络通讯，实现串口设备的快速无线联网。文中给出了模块的硬件结构，PPP协议和TCP／IP协议的软件实现。该模块能广泛应用于无线数据传输等领域，具有较高实用价值和良好的应用前景。
　　关键词：GPRS，STM32，TCP／IP，RS232
　　如今通信技术、电子技术迅速发展．智能化建设不断成熟，越来越多的设备都有了联网的需求．需要即时传输大量的数据，有线连接的方式已不再能满足人们的需求，而无线接入方式具有方便、快捷和廉价的特点．弥补了有线方式的不足。GPRS网络的优点是覆盖面广泛，可持续利用和开发．为无线接入产品提供了一个广阔的平台。
　　一． GSM无线通信网络优化的概念
　　GSM无线通信网络优化是通过对现己运行的网络进行参数采集、数据分析、找出影响网络质量的原因，并且通过参数的修改、网络结构的调整、设备配置的调整和采取某些技术手段(如采用同心圆技术等)，确保系统高质量地运行，使现有网络资源获得最佳效益，以最经济的投入获得最大的收益。而GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务)是在现有的GSM移动通信系统基础之上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组交换功能实体，以支持采用分组方式进行的数据传输。
　　要实现深层次的GSM无线网络优化，要从用户对网络的满意程度出发，在保证充分利用现有网络资源的基础上，采取种种措施，解决网络存在的局部缺陷，如解决由于网络质量问题引起的用户每一个投诉等。最后达到无线覆盖全面无缝隙、接通率高、通话持续、话音清晰且不失真，保证网络容量满足用户高速发展的要求，让用户感到真正满意。
　　一、模块工作原理
　　1．GPRS网络原理
　　GSM—GPRS通过在原GSM网络基础上增加一系列功能实体来实现对分组数据的传输．新增功能实体和软件升级后的原GSM功能实体组成GSMGPRS网络，作为独立的网络实体完成GPRS数据业务，原GSM网络则完成电路业务。GPRS网络与GSM原网络通过一系列的接口协议共同完成对移动台的移动性管理功能。
　　GPRS新增如下功能实体：
　　服务GPRS支持节点(SGSN．ServingGPRSSupportNode)其功能为处理话务、路由寻址、手机移动性管理、鉴权和加密、计费和统计。
　　网关GPRS支持节点(GGSNGatewayGPRSSupportNode)，其功能为GPRS话务处理、与外部IP数据网络的接口、安全策略计费和统计。
　　此外还有点对多点数据服务中心等。同时，对原有的一系列功能实体进行软件升级。GPRS的特点：可利用成熟的GSM网络平滑过渡投资小：灵活的计费方式可按流量时间服务等级等；与现有的GSM网络并存互不干扰：快速接入：利用IP与外部分组数据网互联。
　　2．GPRS无线通信技术介绍
　　GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的资料承载和传输方式，目的是给移动用户提供高速无线IP或x．25服务；GPRS理论带宽可达171．2Kbids，实际应用带宽大约在40～100Kbids，在此信道上提供TCP／IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用；GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用；GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源；GPRS永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
　　3．无线通信模块工作原理
　　无线通信模块要与Internet交互的数据先通过GPRS模块与当地GSM基站中的GPRS业务节点进行无线通信．并进入GPRS网络．然后通过GPRS网关与Internet进行数据交互。微控制器(MCU)通过串行接口连接GPRS模块，数据端的串行数据经微控制器的串口发送到GPRS模块上。微控制器通过发送AT指令与GPRS模块进行通信，GPRS模块通过路由管理来进行寻址和建立数据连接，通过ATD拨号过程、PPP协商过程、TCP连接过程之后就连接上Internet，这样无线通信模块就可以访问Internet了．如图1所示。
　　
　　二、模块的硬件设计
　　无线模块主要由微控制器(MCU)和GPRS模块组成，模块硬件框图如图2所示。MCU选用意法半导体(ST)公司的STM32系列微控制器中的STM32F103VET6。GPRS模块选用SKYWORKS公司的ZTG20l，通过RS232串口与微控制器连接。
　　
　　1． 微控制器STM32F1O3VET6
　　STM32F103VET6的工作频率为72MHz。片上集成了高速存储器(Flash为512KB，SRAM为64KB)通过APB总线连接的丰富和增强的外设和I／O。所有的设备都提供标准的通信接口(两个I2C接口．3个SPI接口和5个USART接口)。片上还带有两个l2位的ADC、一个12位的双通道DAC、11个16位计时器。
　　2．GPRS模块ZTG2O
　　SKYWORKS公司的ZTG201采用SKYW0RKS的射频解决方案(RF)，接收器灵敏度：-108dBm，支持CMUX．支持SMS收发和GPRS同时在线，内置TCP／IP协议栈，能够满足GPRS模块的要求。
　　三模块的软件设计
　　1模块协议体系结构
　　无线通信模块的协议体系结构如图3所示。
　　
　　物理层：在对GPRS模块进行参数设置后，微控制器利用AT指令通过GPRS模块拨号．AT指令格式表示从串口发送的所有数据都发送给了GPRS模块。正确反馈及应答后，一条物理通道即GPRS信道就在GPRS模块和GPRS网络之间建立起来。
　　数据链路层：PPP帧格式表示从串口发送的所有数据都透明的发送给了GGSN。PPP协议将原始的GPRS物理层连接改造成无差错的数据链路，模块将远程登录Internet，并得到GPRS网关分配的IP地址。
　　网络层：利用IP协议作为网络层协议，经过IP路由选择，可以实现模块与连在Internet的终端进行数据交换。
　　传输层：选择TCP作为传输层协议，为数据传输提供可靠的面向连接服务。

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