一種多模通信手機的重構實現

李慶源

【摘 要】隨著無線通信技術的發展，公用移動通信網絡和專用集群網等多種網絡交叉覆蓋，形成異構通信網絡。因此，研究一種在異構通信網絡下的多模通信手機具有實際的應用需求。以Android系統為平臺，將3G模組和dPMR模組集成一體，實現一個手機對兩種模組的接入控制和切換，實現多模話音和短信業務。在異構網絡環境下進行測試，測試結果表明該多模手機能滿足異構網絡下網絡融合的要求，符合預期設計目標。

【關鍵詞】多模通信 dPMR 模式重構

1 引言

目前，隨著無線通信技術的不斷發展，3G/4G網絡大規模商用，但同時空區域內存在多個專用無線網絡交叉覆蓋，未來將長時間存在時空區域內異構網絡的共存[1]。

異構網絡是指兩個或以上的無線通信網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。異構網絡之間缺少信息共享與交流機制，使得網絡之間相對獨立，同個區域重復建設覆蓋，網絡間相互干擾[1]。現有的多種無線通信系統，通過融合的方式，使系統間取長補短是滿足未來移動通信需求的一種有效手段，能夠綜合發揮各自的優勢。利用多模手機智能化的接入手段，使多種不同類型的網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絡中，因此涉及到不同網絡之間的垂直切換[6]。

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

本文闡述的多模手機的重構，是指在模塊化、開放化硬件平臺上，通過軟件重新配置、加載新波形或新協議，實現多種工作頻段和多種通信協議的功能。本文主要研究在硬件上可配置的無線收發器、可配置的模擬基帶和可重構天線之間的實現，軟件上實現基于IEEE1900.4關于異構網絡架構標準的重構以及多模平臺與Android系統的集成。

2 多模手機的系統設計

本文對多模手機的重構主要研究民用蜂窩網和專用集群網等網絡的重構，因此在民用蜂窩網中選擇典型WCDMA網絡，在專用集群網中選擇dPMR數字對講網絡。多模手機的實現平臺選擇Android手機平臺，操作系統選擇Android手機操作系統。

2.1 多模手機的硬件架構

多模手機的硬件架構如圖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數字基帶連接，FPGA作為dPMR數字基帶通過HPI接口與dPMR協議處理器連接，FPGA數字基帶通過SPI接口與dPMR信道處理器連接。

2.2 多模手機的軟件架構

多模手機的軟件架構如圖2所示，在底層驅動中實現dPMR驅動、WCDMA驅動等硬件驅動，完成多協議間統一轉換[2]。驅動層統一為操作系統層提供硬件抽象操作接口。操作系統層封裝硬件驅動接口，實現應用業務操作接口。應用層調用應用業務操作接口實現無線資源管控、話音和短信業務。

3 多模手機的重構思路

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

3.1 重構功能架構

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

3.2 重構功能流程

多模手機重構流程如圖4所示，當上層協議發出手機模式重構請求時，測量收集器負責采集手機環境網絡信息，將網絡信息發送給重構管理器；重構管理器分析環境網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，將重構策略發送給重構控制器；重構控制器接收重構策略，實現手機網絡模式重構。

4 多模手機的平臺集成

多模手機實現平臺為Android手機平臺，Android手機操作系統框架如圖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、內核層[3-4]。

將WCDMA模組、dPMR模組兩種驅動加入手機平臺內核。按照GSM標準將兩種驅動接口封裝成AT指令標準，為硬件抽象層提供硬件操作接口。RIL電話層調用硬件抽象層接口實現完整GSM標準AT指令集[3-4]。應用框架層實現RIL電話層的狀態和控制，作為應用層與RIL層的傳輸中介和接口協議轉換。應用層為用戶提供人機交互界面，實現網絡重構、網絡資源管控和話音短信業務。

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

5 多模手機測試

多模手機樣機完成后，搭建了測試環境和測試平臺，具體如圖7所示。依據《基于可重構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，異構網絡測試環境如圖8所示，測試其網絡模式切換、通話和短信功能。將多模手機設置到dPMR模式，發送短信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果如表2所示。endprint

6 結束語

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網絡下，實現了對網絡模式重構和網絡資源的管理控制，實現了WCDMA和dPMR兩種網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務，達到預期設計要求，具有一定的工程實踐價值。

參考文獻：

[1] 朱延. 基于一種有效重構策略的多模終端的設計與實現[D]. 西安： 西安電子科技大學， 2013.

[2] 谷豐，袁超偉. 一種多模通信終端的設計與實現[Z]. 2014.

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

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