李慶源

【摘 要】隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和專用集群網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)交叉覆蓋，形成異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)。因此，研究一種在異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)下的多模通信手機(jī)具有實(shí)際的應(yīng)用需求。以Android系統(tǒng)為平臺(tái)，將3G模組和dPMR模組集成一體，實(shí)現(xiàn)一個(gè)手機(jī)對(duì)兩種模組的接入控制和切換，實(shí)現(xiàn)多模話音和短信業(yè)務(wù)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該多模手機(jī)能滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下網(wǎng)絡(luò)融合的要求，符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】多模通信 dPMR 模式重構(gòu)

1 引言

目前，隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，3G/4G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模商用，但同時(shí)空區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)交叉覆蓋，未來(lái)將長(zhǎng)時(shí)間存在時(shí)空區(qū)域內(nèi)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的共存[1]。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是指兩個(gè)或以上的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用了不同的接入技術(shù)，或者是采用相同的無(wú)線接入技術(shù)但屬于不同的無(wú)線運(yùn)營(yíng)商。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間缺少信息共享與交流機(jī)制，使得網(wǎng)絡(luò)之間相對(duì)獨(dú)立，同個(gè)區(qū)域重復(fù)建設(shè)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)間相互干擾[1]?，F(xiàn)有的多種無(wú)線通信系統(tǒng)，通過(guò)融合的方式，使系統(tǒng)間取長(zhǎng)補(bǔ)短是滿足未來(lái)移動(dòng)通信需求的一種有效手段，能夠綜合發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。利用多模手機(jī)智能化的接入手段，使多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)共同為用戶提供隨時(shí)隨地的無(wú)線接入，由于多模手機(jī)接入到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，因此涉及到不同網(wǎng)絡(luò)之間的垂直切換[6]。

因此研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間融合，實(shí)現(xiàn)資源有效管控，是未來(lái)無(wú)線通信的必然趨勢(shì)。所以研究一種多模通信手機(jī)，在民用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)與專用集群網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的重構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)垂直切換[1]和實(shí)現(xiàn)話音短信基礎(chǔ)業(yè)務(wù)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本文闡述的多模手機(jī)的重構(gòu)，是指在模塊化、開放化硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件重新配置、加載新波形或新協(xié)議，實(shí)現(xiàn)多種工作頻段和多種通信協(xié)議的功能。本文主要研究在硬件上可配置的無(wú)線收發(fā)器、可配置的模擬基帶和可重構(gòu)天線之間的實(shí)現(xiàn)，軟件上實(shí)現(xiàn)基于IEEE1900.4關(guān)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的重構(gòu)以及多模平臺(tái)與Android系統(tǒng)的集成。

2 多模手機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文對(duì)多模手機(jī)的重構(gòu)主要研究民用蜂窩網(wǎng)和專用集群網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，因此在民用蜂窩網(wǎng)中選擇典型WCDMA網(wǎng)絡(luò)，在專用集群網(wǎng)中選擇dPMR數(shù)字對(duì)講網(wǎng)絡(luò)。多模手機(jī)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)選擇Android手機(jī)平臺(tái)，操作系統(tǒng)選擇Android手機(jī)操作系統(tǒng)。

2.1 多模手機(jī)的硬件架構(gòu)

多模手機(jī)的硬件架構(gòu)如圖1所示，以TI-AM3359為核心處理器，通過(guò)USB和UART異步串口與WCDMA模組連接[2]。核心處理器通過(guò)SPI接口與FPGA數(shù)字基帶連接，F(xiàn)PGA作為dPMR數(shù)字基帶通過(guò)HPI接口與dPMR協(xié)議處理器連接，F(xiàn)PGA數(shù)字基帶通過(guò)SPI接口與dPMR信道處理器連接。

2.2 多模手機(jī)的軟件架構(gòu)

多模手機(jī)的軟件架構(gòu)如圖2所示，在底層驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)dPMR驅(qū)動(dòng)、WCDMA驅(qū)動(dòng)等硬件驅(qū)動(dòng)，完成多協(xié)議間統(tǒng)一轉(zhuǎn)換[2]。驅(qū)動(dòng)層統(tǒng)一為操作系統(tǒng)層提供硬件抽象操作接口。操作系統(tǒng)層封裝硬件驅(qū)動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用業(yè)務(wù)操作接口。應(yīng)用層調(diào)用應(yīng)用業(yè)務(wù)操作接口實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源管控、話音和短信業(yè)務(wù)。

3 多模手機(jī)的重構(gòu)思路

多模手機(jī)重構(gòu)是指在模塊化、開放化硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件重新配置、加載新波形或新協(xié)議，實(shí)現(xiàn)多種工作頻段和多種通信協(xié)議的功能。重構(gòu)需要解決的問(wèn)題有：（1）無(wú)線資源管控包括異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入控制，網(wǎng)絡(luò)切換，信道分配，功率控制等；（2）網(wǎng)絡(luò)接入算法[9]。

3.1 重構(gòu)功能架構(gòu)

根據(jù)文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]的介紹，IEEE1900.4定義的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)和用戶端與網(wǎng)絡(luò)端信息交互接口的架構(gòu)[5]，多模手機(jī)重構(gòu)功能架構(gòu)如圖3所示，其分為手機(jī)重構(gòu)控制器（TRC）、手機(jī)重構(gòu)管理器（TRM）和手機(jī)測(cè)量收集器（TMC）。TRM負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)模式重配置決策，TMC負(fù)責(zé)用戶手機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息的收集和存儲(chǔ)，TRC負(fù)責(zé)接收TRM決策策略，執(zhí)行決策命令[5]。

3.2 重構(gòu)功能流程

多模手機(jī)重構(gòu)流程如圖4所示，當(dāng)上層協(xié)議發(fā)出手機(jī)模式重構(gòu)請(qǐng)求時(shí)，測(cè)量收集器負(fù)責(zé)采集手機(jī)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)信息，將網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)送給重構(gòu)管理器；重構(gòu)管理器分析環(huán)境網(wǎng)絡(luò)信息和無(wú)線資源選擇策略，評(píng)估頻譜使用，做出無(wú)線資源選擇策略，將重構(gòu)策略發(fā)送給重構(gòu)控制器；重構(gòu)控制器接收重構(gòu)策略，實(shí)現(xiàn)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式重構(gòu)。

4 多模手機(jī)的平臺(tái)集成

多模手機(jī)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)為Android手機(jī)平臺(tái)，Android手機(jī)操作系統(tǒng)框架如圖5所示，自頂向下分為應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、RIL電話層、硬件抽象層、內(nèi)核層[3-4]。

將WCDMA模組、dPMR模組兩種驅(qū)動(dòng)加入手機(jī)平臺(tái)內(nèi)核。按照GSM標(biāo)準(zhǔn)將兩種驅(qū)動(dòng)接口封裝成AT指令標(biāo)準(zhǔn)，為硬件抽象層提供硬件操作接口。RIL電話層調(diào)用硬件抽象層接口實(shí)現(xiàn)完整GSM標(biāo)準(zhǔn)AT指令集[3-4]。應(yīng)用框架層實(shí)現(xiàn)RIL電話層的狀態(tài)和控制，作為應(yīng)用層與RIL層的傳輸中介和接口協(xié)議轉(zhuǎn)換。應(yīng)用層為用戶提供人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)資源管控和話音短信業(yè)務(wù)。

多模手機(jī)人機(jī)交互界面如圖6所示，給用戶提供實(shí)現(xiàn)多模手機(jī)重構(gòu)和業(yè)務(wù)功能的選擇。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，用戶從WCDMA網(wǎng)絡(luò)和dPMR網(wǎng)絡(luò)中選擇網(wǎng)絡(luò)模式，接入和切換網(wǎng)絡(luò)。用戶對(duì)多模手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理控制，對(duì)頻率和功率進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)模式下話音和短信業(yè)務(wù)。

5 多模手機(jī)測(cè)試

多模手機(jī)樣機(jī)完成后，搭建了測(cè)試環(huán)境和測(cè)試平臺(tái)，具體如圖7所示。依據(jù)《基于可重構(gòu)通信技術(shù)的軟件化手機(jī)技術(shù)檢驗(yàn)測(cè)試大綱》對(duì)多模手機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目包括：（1）頻率覆蓋范圍和信道占用帶寬；（2）通信功能。

對(duì)多模手機(jī)的通話功能進(jìn)行測(cè)試，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境如圖8所示，測(cè)試其網(wǎng)絡(luò)模式切換、通話和短信功能。將多模手機(jī)設(shè)置到dPMR模式，發(fā)送短信5次以上，語(yǔ)音呼叫保持1分鐘，并重?fù)?次以上驗(yàn)證。將多模手機(jī)設(shè)置到3G模式，發(fā)送短信5次以上，語(yǔ)音呼叫保持1分鐘，并重?fù)?次以上進(jìn)行驗(yàn)證。多模手機(jī)通信功能部分測(cè)試結(jié)果如表2所示。endprint

6 結(jié)束語(yǔ)

多模手機(jī)通過(guò)第三方測(cè)試，出具了測(cè)試報(bào)告（編號(hào)E201609263565-1），證明了多模手機(jī)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)模式重構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)資源的管理控制，實(shí)現(xiàn)了WCDMA和dPMR兩種網(wǎng)絡(luò)模式下的接入控制、模式切換，在該模式下進(jìn)行話音和短信基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，具有一定的工程實(shí)踐價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱延. 基于一種有效重構(gòu)策略的多模終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 西安： 西安電子科技大學(xué)， 2013.

[2] 谷豐，袁超偉. 一種多模通信終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[Z]. 2014.

[3] 郭霖. 第一行代碼（Android）[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[4] 宋小青，周東升. 基于Android平臺(tái)的應(yīng)用開發(fā)研究[J]. 軟件導(dǎo)刊， 2011，10（2）： 104-106.

[5] 曾業(yè). 基于IEEE1900.4無(wú)線資源管理的研究[D]. 西安： 西安電子科技大學(xué)， 2010.

[6] Mark Stemm， Randy H Katz. Vertical handoffs in wireless overlay networks[J]. Mobile Networks & Applications， 1998，3（4）： 335-350.

[7] Song Qingyang， Jamalipour. Network selection in an integrated wireless LAN and UMTS environment using mathematical modeling and computing techniques[J]. IEEE Wireless Communications， 2005，12（3）： 42-48.

[8] Buljore， Harada. Architecture and enablers for optimized radio resource usage in the heterogeneous wireless access networks： The IEEE1900.4 Working Group[J]. IEEE Communications Magazine， 2009： 122-129.

[9] LI Jun， Song Mei. General Beyond 3G Multi-Radio Access Architecture[J]. Journal of Wuhan University， 2005.endprint