一種多模通信手機的重構(gòu)實現(xiàn)

李慶源

【摘 要】隨著無線通信技術的發(fā)展，公用移動通信網(wǎng)絡和專用集群網(wǎng)等多種網(wǎng)絡交叉覆蓋，形成異構(gòu)通信網(wǎng)絡。因此，研究一種在異構(gòu)通信網(wǎng)絡下的多模通信手機具有實際的應用需求。以Android系統(tǒng)為平臺，將3G模組和dPMR模組集成一體，實現(xiàn)一個手機對兩種模組的接入控制和切換，實現(xiàn)多模話音和短信業(yè)務。在異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下進行測試，測試結(jié)果表明該多模手機能滿足異構(gòu)網(wǎng)絡下網(wǎng)絡融合的要求，符合預期設計目標。

【關鍵詞】多模通信 dPMR 模式重構(gòu)

1 引言

目前，隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，3G/4G網(wǎng)絡大規(guī)模商用，但同時空區(qū)域內(nèi)存在多個專用無線網(wǎng)絡交叉覆蓋，未來將長時間存在時空區(qū)域內(nèi)異構(gòu)網(wǎng)絡的共存[1]。

異構(gòu)網(wǎng)絡是指兩個或以上的無線通信網(wǎng)絡采用了不同的接入技術，或者是采用相同的無線接入技術但屬于不同的無線運營商。異構(gòu)網(wǎng)絡之間缺少信息共享與交流機制，使得網(wǎng)絡之間相對獨立，同個區(qū)域重復建設覆蓋，網(wǎng)絡間相互干擾[1]。現(xiàn)有的多種無線通信系統(tǒng)，通過融合的方式，使系統(tǒng)間取長補短是滿足未來移動通信需求的一種有效手段，能夠綜合發(fā)揮各自的優(yōu)勢。利用多模手機智能化的接入手段，使多種不同類型的網(wǎng)絡共同為用戶提供隨時隨地的無線接入，由于多模手機接入到多個網(wǎng)絡中，因此涉及到不同網(wǎng)絡之間的垂直切換[6]。

因此研究異構(gòu)網(wǎng)絡間融合，實現(xiàn)資源有效管控，是未來無線通信的必然趨勢。所以研究一種多模通信手機，在民用移動蜂窩網(wǎng)與專用集群網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡下的重構(gòu)、網(wǎng)絡垂直切換[1]和實現(xiàn)話音短信基礎業(yè)務具有實際應用價值。

本文闡述的多模手機的重構(gòu)，是指在模塊化、開放化硬件平臺上，通過軟件重新配置、加載新波形或新協(xié)議，實現(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線收發(fā)器、可配置的模擬基帶和可重構(gòu)天線之間的實現(xiàn)，軟件上實現(xiàn)基于IEEE1900.4關于異構(gòu)網(wǎng)絡架構(gòu)標準的重構(gòu)以及多模平臺與Android系統(tǒng)的集成。

2 多模手機的系統(tǒng)設計

本文對多模手機的重構(gòu)主要研究民用蜂窩網(wǎng)和專用集群網(wǎng)等網(wǎng)絡的重構(gòu)，因此在民用蜂窩網(wǎng)中選擇典型WCDMA網(wǎng)絡，在專用集群網(wǎng)中選擇dPMR數(shù)字對講網(wǎng)絡。多模手機的實現(xiàn)平臺選擇Android手機平臺，操作系統(tǒng)選擇Android手機操作系統(tǒng)。

2.1 多模手機的硬件架構(gòu)

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

2.2 多模手機的軟件架構(gòu)

多模手機的軟件架構(gòu)如圖2所示，在底層驅(qū)動中實現(xiàn)dPMR驅(qū)動、WCDMA驅(qū)動等硬件驅(qū)動，完成多協(xié)議間統(tǒng)一轉(zhuǎn)換[2]。驅(qū)動層統(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)動接口，實現(xiàn)應用業(yè)務操作接口。應用層調(diào)用應用業(yè)務操作接口實現(xiàn)無線資源管控、話音和短信業(yè)務。

3 多模手機的重構(gòu)思路

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

3.1 重構(gòu)功能架構(gòu)

根據(jù)文獻[7]和文獻[8]的介紹，IEEE1900.4定義的異構(gòu)無線網(wǎng)絡的整體架構(gòu)和用戶端與網(wǎng)絡端信息交互接口的架構(gòu)[5]，多模手機重構(gòu)功能架構(gòu)如圖3所示，其分為手機重構(gòu)控制器（TRC）、手機重構(gòu)管理器（TRM）和手機測量收集器（TMC）。TRM負責網(wǎng)絡模式重配置決策，TMC負責用戶手機網(wǎng)絡環(huán)境信息的收集和存儲，TRC負責接收TRM決策策略，執(zhí)行決策命令[5]。

3.2 重構(gòu)功能流程

多模手機重構(gòu)流程如圖4所示，當上層協(xié)議發(fā)出手機模式重構(gòu)請求時，測量收集器負責采集手機環(huán)境網(wǎng)絡信息，將網(wǎng)絡信息發(fā)送給重構(gòu)管理器；重構(gòu)管理器分析環(huán)境網(wǎng)絡信息和無線資源選擇策略，評估頻譜使用，做出無線資源選擇策略，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，實現(xiàn)手機網(wǎng)絡模式重構(gòu)。

4 多模手機的平臺集成

多模手機實現(xiàn)平臺為Android手機平臺，Android手機操作系統(tǒng)框架如圖5所示，自頂向下分為應用層、應用框架層、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)動加入手機平臺內(nèi)核。按照GSM標準將兩種驅(qū)動接口封裝成AT指令標準，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現(xiàn)完整GSM標準AT指令集[3-4]。應用框架層實現(xiàn)RIL電話層的狀態(tài)和控制，作為應用層與RIL層的傳輸中介和接口協(xié)議轉(zhuǎn)換。應用層為用戶提供人機交互界面，實現(xiàn)網(wǎng)絡重構(gòu)、網(wǎng)絡資源管控和話音短信業(yè)務。

多模手機人機交互界面如圖6所示，給用戶提供實現(xiàn)多模手機重構(gòu)和業(yè)務功能的選擇。在異構(gòu)網(wǎng)絡下，用戶從WCDMA網(wǎng)絡和dPMR網(wǎng)絡中選擇網(wǎng)絡模式，接入和切換網(wǎng)絡。用戶對多模手機無線網(wǎng)絡資源進行管理控制，對頻率和功率進行設置，實現(xiàn)該網(wǎng)絡模式下話音和短信業(yè)務。

5 多模手機測試

多模手機樣機完成后，搭建了測試環(huán)境和測試平臺，具體如圖7所示。依據(jù)《基于可重構(gòu)通信技術的軟件化手機技術檢驗測試大綱》對多模手機進行測試，測試項目包括：（1）頻率覆蓋范圍和信道占用帶寬；（2）通信功能。

對多模手機的通話功能進行測試，異構(gòu)網(wǎng)絡測試環(huán)境如圖8所示，測試其網(wǎng)絡模式切換、通話和短信功能。將多模手機設置到dPMR模式，發(fā)送短信5次以上，語音呼叫保持1分鐘，并重撥5次以上驗證。將多模手機設置到3G模式，發(fā)送短信5次以上，語音呼叫保持1分鐘，并重撥5次以上進行驗證。多模手機通信功能部分測試結(jié)果如表2所示。endprint

6 結(jié)束語

多模手機通過第三方測試，出具了測試報告（編號E201609263565-1），證明了多模手機在異構(gòu)網(wǎng)絡下，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡模式重構(gòu)和網(wǎng)絡資源的管理控制，實現(xiàn)了WCDMA和dPMR兩種網(wǎng)絡模式下的接入控制、模式切換，在該模式下進行話音和短信基礎業(yè)務，達到預期設計要求，具有一定的工程實踐價值。

參考文獻：

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