（通信与信息系统专业论文）3g虚拟手机原理与实现.pdf

摘要随着3 g w c d m a 数字蜂窝通信技术的发展以及中国移动通信市场对多媒体数据业务需求的迅猛增长，移动通信技术正从提供简单的话音业务、低速数据业务向提供话音业务和可变带宽的多媒体数据业务相结合的方向发展，w c d m a已经成为很多国家选用的第三代移动通信的标准。3 g 虚拟手机工作在p c 上，使用c + + b u i l d e r 进行开发，与移动台硬件部分一起构成w c d m a 移动终端。在基站侧开发中可以配合基站开发进行调试，向用户演示w c d m a 手机可以使用的服务和功能。同时还可以对移动台硬件进行参数配置以及采集硬件参数在p c 上进行显示。本文首先研究了3 g 移动通信发展的概况，接着分析了3 g 虚拟手机需完成的功能以及相应的模块划分，另外还介绍了与3 g 虚拟手机联系紧密的两个模块的功能。在介绍设计方法时，分析了功能模块和工作流程，还介绍了所使用的开发工具和应用程序。最后，提出了未来移动通信发展的方向。【关键词】3 gw c d m a 虚拟手机演示配置a b s t r s c tw i mt h ed e v e l o p m e n to ft h e3 gw c d m ad i g i t a lc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sa n dq u i c ki n c r e a s co fc h i n e s em o b i l ec o m m u n i c a t i o nm a r k e t sr e q u i r m e n tt om u l t i - m e d i ad a t as e r v i c e ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gf r o mp r o v i d i n gs i m p l ev o i c es e r v i c e 、l o ws p e e dd a t as e r v i c et op r o v i d i n gt h ec o m b i n a t i o no ft h ev o i c es e r v i c ea n dt h ev a r i a b l eb a n d 、v i d t hm u l t i m e d i ad a t as e r v i c e 、w d m aa l r e a d yh a sb e e na3 gc o m m u n i c a t i o ns t a n d a r di nm a n yc o u n t r y t h e3 gd e m o s t r a t i o ns o f t w a r ei sas i m u l a t o rd e v e l o p e db vc + + b u i l d e rr u no nw 协d o 、】l r sp l a t f o r m w i t ht h eh a r d w a r e i tt u r n e dt ob eaw c d m am t , w h i c hu s e dt os h o wt h em o s tf e a t u r e st h a tw c d m ac o u l do f f e rt oe n du s e r a tt h em e a n t i m e ，t h i ss o f t w a r ec o u l dc o n f i g u r et h ep a r a m e t e ra c c o r d i n gt oh i g h q a y e rr e q u e s ta n ds h o wt h ec u r r e n t s t a t u sa b o u tt h eh a r d w a r e t h i sp a p e rf i r s tg i v eab r i e fo u t l i n eo f3 gd e v e l o p m e n ta n da n a l y z et h em o b i l ef u n c t i o nw h i c hs h o u l db ei m p l e m e n t e d t h e nd i v i d e st h e s ef u n c t i o n si n t os e v e r a lm o d u l e s s e c o n d ，t h i sp a p e rs h o wt w om o d u l e sf u n c t i o nw h i c hh a v eac l o s er e l a t i o n晰t ht h es i m u l a t e dm o b i l e t l l i r d i td e s c i b e se a c hm o d u l ea n dm o b l i ew o r k i n g f l o wi nd e t a i la n dt h et o o l su s e d f i n a l l y , t h i sp a p e rp r e s e n t st 1 1 e f u r t u r em o b i l ec o m m u n i c t i o n仃e n d k e yw b r d s 】：3 gw c d m ad e m o s t r a t i o ns o f t w a r ed e m o s t r a t ec o n f i g u r ei i独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：莹垒日期：沁) 年，月诵关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：鳌盔导师签名：日期：沙)电子科技大学硕士论文第一章引言1 1国内外移动通信发展动态蜂窝移动通信系统自本世纪七十年代问世以来，经历了从模拟到数字、从多个不同的国家标准到区域性国际标准、从单一话音业务至可提供话音与中低速数据业务的变迁，系统的每一次改变都伴随着技术上的重大突破。七十年代，频率复用和小区切换技术的发明，使得移动通信系统得以大规模应用，此时的移动通信系统即为我们今天所谓的第一代移动通信系统。限于当时的技术条件，第一代移动通信多址方式均采用f d m a ( 频分复用) ，话音调制为模拟调频，信令调制为f s k 一类的简单数字调制技术。由于模拟调制的频谱利用率低，抗干扰性能差，因而系统容量有限，业务质量远逊于有线。各个国家空中接口均采用不同的标准，跨国漫游很难实现；同时也没有明确的网络结构和统一的接口标准，各个厂家自行其是，不同厂商的设备无法互连。第二代移动通信系统出现于通信数字化的八十年代末和九十年代初，它基本采用了当时通信和信号处理领域的最新技术。多址方式采用了t d m a ( 时分复用，g s m 系统采用) 或窄带c d m a ( 码分复用，i s 一9 5 系统采用) 技术，空中接口采用数字调制技术和先进的自适应均衡( ) m a ) ，r a k e 接收技术( c d m a ) ，取得了远高于第一代的系统容量，业务质量与有线相当，业务种类上也从单一话音转变到可以提供话音、中低速数据业务。在接口规范的制定上充分考虑了国际漫游的需要，形成了统一的区域性的国际标准，同时也规定了明确的网络结构和系统接口标准，使不同厂商设备的互连变得简单易行。1移动通信到目前为止的发展过程证实：成功的无线业务通常以有线业务需求为先奏。例如从电话到移动电话，从拨号上网到移动通信中的短消息和无线应用协议( w a p ) ，现在的发展趋势则是由各种有线宽带入网技术到宽带无线。因此第三代移动通信应运而生。w c d m a 是第三代移动通信讨论的热点，在第三代移动通信中具有很强的竞争力和应用前景。移动通信发展的最终目标是实现任何人可以在任何地点，任何时间与其它人进行任何方式的通信。到目前为止，移动通信已发展到第二代。第一代移动通信l第一章引言系统采用f d m a 方式的模拟蜂窝系统，其缺点是容量小，频谱利用率不高，不能提供高速数据业务，保密性差，不能满足飞速发展的移动通信业务量的需要。第二代移动通信系统采用t d m a 或c d m a 为主的数字蜂窝系统，如g s m d s c l 8 0 0 ，i s l 3 6 ，i s 9 5 等，其容量和功能都比模拟系统有了很大的提高，但其业务种类主要限于话音和低速数据，而社会的发展对通信业务种类和数量的剧增，人们已不再满足于第二代移动通信系统，在1 9 8 5 年国际电信联盟( i t u )提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，1 9 9 6 年更名为i m 卜2 0 0 0 ( 国际移动通信2 0 0 0 ，意即该系统工作在2 0 0 0 m h z 频率，最高业务速率可达2 0 0 0 k b s ，原计划在2 0 0 0 年左右得到商用。“鲫日本是第三代移动通信的最积极倡导者，他们急切希望通过第三代移动通信产品的推出，改变日本在第二代移动通信中所处的不利局面，决心在第三代系统的标准指定、开发及研制上走在世界前列，并和其他国际组织合作，共同打开国际市场。另外，日本目前的移动通信频谱资源已无法应付其移动用户的迅猛增长。同时，也考虑到通过第三代系统提供的多媒体业务会刺激用户的需求。因此，日本对第三代移动通信系统的研制与标准化工作非常积极，曾先后制定出6 种无线传输技术( r t t ) 方案，经过层层筛选和合并，形成了w c d m a 方案，并且由d o c o m o 公司全球率先推出商用。“”以爱立信和诺基亚为代表的欧洲移动通信厂商也是第三代移动通信的积极参与者，他们在第二代移动通信系统g s m 的研究、生产与制造中占尽了先机，获取了极为丰厚的市场回报。他们希望通过第三代移动通信系统的研制抵御来自北美i 争_ 9 5c d m a 技术的强劲挑战，并保持他们在移动通信方面的领先地位，早在1 9 8 7 年就提出了通用移动通信系统( i n v i t s ) 的概念。目前u n i t s 的标准化工作重点在r t t 方面，前后共提出5 种r t t 方案，其中比较有影响的有w c d m a 和t d d m a 方案。由于体制的差异性和其他一些因素，这两个方案在欧盟内部出现重大分歧，最后形成了一种能同时兼顾w - - c d m a 和t d c d m a两种技术的解决方案，称为u t r a ，即f d d f r d d 两种模式下的w - - c d m a 。北美在第三代移动通信系统研究方面一开始就处于被迫应战的地位。这主要是由于他们的i s 一9 5c d m a 系统尚处于投资阶段，在短时间内使用第三代移动通信会影响到i s 9 5c d m a 系统的市场回报。但由于北美在c d m a 移动通信2电子科技大学硕士论文方面具有良好的研究基础和实际运营经验，因此他们在较短的时间内便推出了能与i s 一9 5c d m a 兼容的第三代移动通信系统标准c d m a 2 0 0 0 。他们拟采取平稳过渡的方针，先行推出能与i s 一9 5c d m a 兼容的c d m a 2 0 0 0 0 1 x 系统，使系统容量达到原有i s 9 5c d m a 的两倍，并能提供6 4 k b p s 至1 4 4 k b p s 的移动多媒体和i n t e m e t 业务。我国有关第三代移动通信系统的研究始于1 9 9 7 年。1 9 9 7 年6 月国家八六三通信技术主题在安徽黄山发起了首次规模较大的有关宽待移动通信系统技术研讨会，来自国内外的著名厂商均派代表参加了本次会议。1 9 9 7 年7 月，中国第三代移动通信评估协调组( c h g e ) 成立。1 9 9 8 年国家八六三通信技术主题又与邮电部第三代移动通信评估协调组( c h g e ) 联合在香山召开了规模更为庞大的第三代移动通信研讨会。这两次会议在较大程度上推动了国内有关第三代移动通信的研究。1 9 9 8 年6 月邮电部技术研究院向i t u 提交了自己的第三代移动通信建议标准t d - - s c d m a ，9 月c h g e 完成了对其他国家有关提案的评估( 重点针对欧洲w c d m a 和北美c d m a 2 0 0 0 ) 报告，并提交i t u 。1 9 9 8 年1 1 月，国家第三代移动通信系统研究开发重大项目启动。1 2 第三代移动通信的主要特点第三代移动通信区别于现有的第一代和第二代移动通信系统，其主要特点可以概括为：1 、普及和全球无缝漫游的系统；第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统是一个在全球范围内覆盖和使用的系统，它将使用共同的频段及全球统一标准。2 、具有支持多媒体业务的能力，特别是支持i n t e m e t 业务的能力。现有的移动通信系统主要以提供话音业务为主，随着发展一般也仅能提供1 0 0 k b p s 2 0 0 k b p s 的数据业务，g s m 演进到最高阶段的速率能力为3 8 4 k b p s 。而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。他应能支持话音分组数据及多媒体业务，应能根据要求，提供所需带宽。i t u 规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足以下三种环境的要求，即：快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b s ；室外到室内或步行环境，最高速率达3 8 4 k b s ；室内环境，最高速率达2 m b s 。第一章引言3 、便于过渡、演进；由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。4 、高频谱效率。5 、高服务质量。6 、低成本。7 、高保密性。第三代移动通信将是基于现有的和正在开发的各种通信技术，充分发挥各种通信技术的优点包括地面移动网，卫星移动网和固定网的互连，组成可提供个人通信服务为目的的一个无缝覆盖全球的通信网络。1 3 第三代移动通信的几种主要无线传输技术1 9 9 7 年和1 9 9 8 年是第三代移动通信技术开发、标准制定最活跃的时期。因为在这期间必须对一些关键技术作出选择，这几种表现在候选r t t 的提交和评估工作上。截止到1 9 9 8 年6 月3 0 日，提交到i n j 的地面第三代移动通信无线传输技术( r 1 r r ) 共有1 0 种。在这1 0 项技术中，欧洲提出的w - - - c d m a 、北美提出的c d m a 2 0 0 0 将是第三代移动通信系统的主要技术，而宽带c d m a 技术将是主流。w c d m a 为欧洲提出的宽带c d m a 技术，它与日本提出的宽带c d m a技术基本相同，目前双方正在进一步融合。e d m a 2 0 0 0 是基于窄带i s 9 5c d m a技术的宽带c d m a 技术。这两类宽带c d m a 技术采用的基本技术和关键技术，如功率控制、软切换等是很类似的，性能上也基本没有太大区别。两种宽带c d m a 技术的主要区别如下表所示：表1 1 两种宽带c d m a 技术的主要区别w 弋d m ac d m a 2 0 0 0最小带宽5 m h z1 2 5 m h z 整数倍采用技术类单载波的宽带直接序列扩频d s 多载波( m c ) 和开直接扩频( d s ) 两种码片速率4 0 9 6 m c p s1 2 2 8 8 整数倍4电子科技大学硕士论文基站问同步异步( 不需g p s )同步( 需g p s )下行信道导采用导频符号与业务数采用独立的连续导频，频据分时复用( t m )业务码道共用( c m )帧长1 0 m s2 0 m s话音编码固定速率可变速率功率控制速1 6 0 08 0 0度其中最主要的三个区别是：让2 11 、码片速率( c h i pr a t e ) ：由于北美的e d m a 2 0 0 0 业务使用目前p c s 频段，因此特别强调与i s 一9 5的后向兼容性，其码片速率必须是窄带系统的l 倍或3 倍，即1 2 2 8 8 m o p s或3 6 8 6 4 m o p s 。所以c d m a 2 0 0 0 的支持者坚持只能在5 m h z 的带宽上采用3 6 8 6 4 m o p s 的码片速率。而w - - c d m a 采用直接扩频序列，码片速率为4 0 9 6 m c p s 。欧洲以改为3 6 8 6 4 会降低容量为由，一直不愿做出妥协。经过i t u 和运营者融合组织( o h g ) 的多方面努力，终于在1 9 9 9 年5 月份将f d dc d m a - - d s ，即w - - c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的直接序列方式的码片速率统一为3 8 4 m c p s 。2 、基站同步方式：c d m a 2 0 0 0 仍沿用i s 9 5 系统所采用的方式，即采用g p s 使基站之间严格同步。w - - - c d m a 则采用异步方式。虽然日本也提出了同步方式作为可选项，但仍采用异步方式的3 步捕捉同步的方式，只是省略了第3 步。其同步的含义和c d m a 2 0 0 0 的同步方式相差甚远。3 、导频信道方式：c d m a 2 0 0 0 仍沿用i s 一9 5 系统所采用的方式，即采用公共导频方式。wc d m a 则采用专用导频符号，与业务数据流分时复用。1 9 9 9 年5 月，f d dc d m a - - d s 的导频方式统一为：公共导频采用连续导频方式，专用导频采用非连续导频方式。总体来讲，第三代移动通信的无线传输技术主要是c d m a 技术。第一章引言1 4 第三代移动通信的发展第三代移动通信的发展目标，即i m t - - 2 0 0 0 标准制定的宗旨，是希望能提供不同速率的多媒体业务，适应不同的应用环境和有线网络，有一个单一的个人通信号码，能全球覆盖和漫游，系统容量极大，频谱效率非常高。发展第三代移动通信最主要的一件事就是标准化问题。在现在提出的i m t - - 2 0 0 0 的各种建议中，w - - c d m a 和c d r a a 2 0 0 0 是较有竞争力和应用前景的，彼此之间又很多共同点，但也有明显差别。如他们之间能统一融合成一个标准，无论对经营者、生产者，还是用户都是有利的。运营者可以降低投资，减少网络间互连互通的技术麻烦。生产者也可避免对不同标准的重复研究开发，降低研究开发成本，提高效益。但是，从目前来看，这个工作难度还相当大。因此，在努力促进标准统一和融合的同时，也要考虑如何面对多个标准研究开发中国的第三代移动通信技术和系统。1 5 第三代移动通信系统结构与w c d m a 移动通信系统1 5 1i m t - - 2 0 0 0 系统结构i m t - - 2 0 0 0 系统构成如图1 1 ，它主要由四个功能子系统构成，即核心网( c n ) 、无线接入网( 必n ) 、移动台( m t ) 和用户识别模块( u i m ) 组成。分别对应于g s m 系统的交换子系统( s s s ) 、基站子系统( b s s ) 、移动台( m s )和s i m 卡。2 1 1l 荑能i m t 0 2 0 0 0l 家巍旗受鹣镶l 移嘲u i m - m t 攘i j茏绞接ur a n 。c nn n l 绥娜f m ( u n l 接l j粥户谈潮模块圆l 劬无线授入网( 默m糟户终端1 3 国核, c , m c o r en e t w o r k ( 锚)图i 一1i m l l _ 2 0 0 0 系统电子科技大学硬士论文另外i t u 定义了四个标准接口，即：1 、网络与网络接口( n n i ) ：由于i t u 在网络部分采用了“家族概念”，因而此接口是指不同家族成员之间的标准接口，是保证互通和漫游的关键接口。2 、无线接入网与核心网之间的接口( r a n - - c n ) ，对应于g s m 系统的a 接口。3 、无线接口( u 叮)4 、用户识别模块和移动台之间的接口( u d “一m t )1 5 2w c d m a 移动通信系统的结构正如前所述w c d m a 系统的网即u m t s ( 全球移动通信系统) 网，它也由四部分组成：1 、u t r a n ( u m t s 地面无线接入网络) ：完成无线接入功能2 、c n ( 核心网) ：完成移动性管理、连接管理和与其他网络的互连3 、u e ( 用户设备) ：用户设备终端4 、u s i m ( 用户识别模块) ：完成用户身份的识别功能u t r a n 由由一系列的无线网络予系统( i n s ) 组成，它通过i u 接口连接到核心网。一个r n s 由多个无线网络控制器( r n c ) 和一个或多个节点b ( n o d eb )组成。r n c 负责资源管理、容许控制、切换管理以及数据流的转接等功能，r n c之间通过i u r 接口互连。节点b 是负责在一个或多个小区的无线信号接收发送的逻辑节点，i u b 接口为在r n c 和节点b 之间的接口。u t r a n 结构如图l 一2 所示。；。，1j 一。，一一。j图1 - - 2u t r a n 系统7第一章引言1 6 本文主要工作上海华龙信息技术开发中心的3 g w c d m a 项目自2 0 0 0 年启动至今已有近三年时间，在2 0 0 1 年1 1 月的上海工业博览会上，只展示了话音业务。因此决定以3 0 虚拟手机的形式全面展示w c d m a 手机在未来的应用。3 g 虚拟手机项目主要包括w c d m a 移动台演示系统及控制系统，本人承担的工作包括：1 、演示系统。演示系统包括1 )界面控制模块。界面控制的任务包括色彩改变和弹出提示信息。该模块可以实现点击虚拟手机键盘时，手机的键盘颜色及屏幕图案都有相应改变，全面模拟真实手机操作环境。同时在可能出现误操作的地方弹出警告及提示信息。2 )开启业务模块。该模块的作用是，用户点击虚拟手机功能键后可以实现虚拟手机的三大功能：视频点播( v o d ) 、可视电话( n e t m e e t i n g ) 以及网页浏览。2 、控制系统。控制系统包括：1 )通信模块。通信系统的作用是与移动台硬件进行数据交互。2 )显示模块。显示模块用动态图表或编辑框的形式显示由移动台硬件上传的各种系统信息3 )配置模块。配置模块提供输入框，将配置移动台硬件的信息下传到硬件部分。8电子科技大学硕士论文第二章3 g 虚拟手机功能及模块2 1w c d m a 移动台模块概述在w c d m a 移动通信系统中，将一个移动通信服务区划分为着干个以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，一个正六边形称为一个小区，每个小区设置一个基站，可以设在正六边形的中心( 中心激励方式) ，也可以设在正六边形的顶点( 顶点激励方式) 。基站和移动台( 包括手持式即手机，车载式等) 通过空中接口进行通信。其基本工作方式如图2 1 所示。图2 1 基站和移动台工作方式在上海华龙信息技术开发中心的w c d m a 项目中，移动台部分主要是为配合基站芯片研发而设计。所谓虚拟手机是指，以软件形式工作在p c 上，通过与移动台硬件( 即m p c 8 6 0 、d s p 以及发送、接收、译码三块f p g a ，以下统称移动台硬件) 进行数据交互，实现w c d m a 手机的各种功能，向用户展示未来手机能享有的服务。即以p c 机取代了真实手机的显示屏、键盘以及控制部分，而硬件部分与真实手机基本相似。之所以采用基于p c 的虚拟手机是因为：第一，上海华龙信息技术开发中心的主要研发方向是基站芯片，如果做出真实w c d m a手机，将耗费很多不必要的人力及财力资源，对其主营业务也没有促进作用；第二，可以利用p c 机较大的屏幕，其在各种展示会上以及向投资方展示时有较好的效果；第三，在进行外场测试时，可以利用笔记本电脑更方便地取得各种数据第二章3 g 虚拟手机功能及模块并进行移动台硬件的配置。因此，3 g 虚拟手机的作用有两点：首先：向用户展示3 g w c d m a 手机在日常生活中的各种功能，同时也可以直观感受其带宽和稳定性( 如时间长码流大的视频点播业务) ；其次，在内部测试中，可以用来对移动台硬件进行配置，以及查看硬件上传的各种数据。移动台硬件部分模块构成如图2 2 所示：图2 2 移动台硬件组成示意图上图中m p c 8 6 0 是主控c p u ，它完成对移动台其他部分的控制，提供硬件控制平台和规范的i o 总线；d s p 需要完成整个移动台硬件流程控制，发送和接收的链路处理，以及和m p c 8 6 0 实现数据平稳交互；三块f p g a 分别完成发送( t x ) 、接收( r x ) 和译码( d e c o d e ) 的功能；模拟前端和射频模块共同构成了模拟前端单元，其中，其中模拟前端包括收发信频率合成器、低噪声放大器、调制解调和带限滤波等，而射频模块包括天线、双工滤波器和功率放大器等。它们负责向移动台接收f p g a 提供模拟信号，并接收来自移动台发送f p g a 的模拟信号。移动台上层主要由d s p 、m p c 8 6 0 ，以及工作在p c 上的3 g 虚拟手机组成。移动台上层模块框架如图2 3 所示：i o电子科技大学硕士论文l、嘲鹦l磷鬻霉# 磷，1 1 警嘲警1ll图2 3 移动台上层系统构架图2 - - 3 所示的三大模块中m p c 8 6 0 以控制为主，d s p 则以数据处理为主，而p c ( 3 g 虚拟手机) 则负责直接面向用户的业务演示和数据显示以及参数配置。m p c 8 6 0 模块在整个m p c 8 6 0 中处于中心地位，负责各模块间的调度以及和d s p的接口。移动台上层三大模块的工作流程如图2 4 所示。图2 4 移动台上层工作流程图a 是指虚拟手机选择业务，并传递给m p c 8 6 0 ；虚拟手机配置参数，传递给m p c 8 6 0 。b 是指m p c 8 6 0 解释高层命令，将参数直接传递给d s p ，并将虚拟手机的t c p f i p 业务包分割成适当大小，传递给d s p 。第二章3 g 虚拟手机功能及模块c 是指d s p 如果发生错误，向m p c 8 6 0 报告。d 是指d s p 将硬件参数传递给m p c 8 6 0 。e 是指m p c 8 6 0 将收到的参数传递给虚拟手机。2 2m p c 8 6 0 功能及模块2 2 1m p c 8 6 0 的功能及模块构成m p c 8 6 0 系统负责处理虚拟手机和移动台硬件之间的通讯( 包括虚拟手机配置硬件参数接收和解析和硬件状态参数返回虚拟手机显示) ，负责虚拟手机业务数据的截获、打包、组包和发送。同时，当收到d s p 的中断时，去查询d s p 的工作状态，通知其它模块进行相应动作。蠲麓擎。么赢疆鼍i 董聪争_ i 喇n q p 嘲常一图2 5m p c 8 6 0 工作流程及模块图m p c 8 6 0 系统主要分为两个大模块：以太网驱动模块。由于m p c 8 6 0 本身的操作系统提供的以太网驱动，只能安装正规的网络通讯的方法，无法满足移动台系统需要截获以太网其它计算机( 即一台或数台虚拟手机) 发送的业务数据包需要，所以用开发驱动模块代替。任务模块。完成接收虚拟手机传来的参数并写入移动台硬件，定时从移动台电子科技大学硕士论文硬件提取需要显示的参数传到虚拟手机，切割从以太网驱动截获得业务数据包，发送组合好的业务数据包。在中断处理程序中完成数据的写入和读出。1 b k l 负责接收虚拟手机发送的控制参数，并写于基带板硬件( 即d s p以及发送、接收、译码三块f p g a ，以下简称基带板) 。1 瓠娩负责读取基帝板硬件需上传的显示参数，并发送给虚拟手机。协k 3 负责分割以太网上截获的业务数据包。1 缸k 4 负责把组合好的业务数据包发送到以太网上。下图可以表示m p c 8 6 0 和其他部分在功能上的关系。d s p 对于m p c 8 6 0 而言，是一个受控的对象，虚拟手机通过m p c 8 6 0 向d s p 发布一些控靠4 命令，由m p c 8 6 0解释后对d s p 进行控制。同时，如果d s p 收到移动台发过来的数据时或者d s p的通道空闲时需要和m p c 8 6 0 进行交互数据。d s p 一般1 0 毫秒给m p c 8 6 0 发一个中断，m p c 8 6 0 根据d s p 的状态指示和d s p 进行数据交互。口图2 6m p c 8 6 0 功能示意图2 2 2m p c 8 6 0 简介m p c 8 6 0p o w e r q l i c c 是一个应用广泛的单片微处理器，特别适合用于在通信和网络系统中作为集成通信控制器使用。m p c 8 6 0 由嵌入式3 2 位p o w e r p c 核、系统接口单元( s i u ) 以及通信处理第二章3 g 虚拟手机功能及模块模块( c p m ) 组成。当系统时钟为5 0 m h z 对，m p c 8 6 0 可提供5 0 m p s 的处理能力。m p c 8 6 0 相对于m c 6 8 3 6 0 ，其c p m 增加了1 2 c 通道，并且加入了d s p 功能。因而可以同时提供八个通道：四个s c c 、两个s m c 、一个s p i 和一个1 2 c 。四个串行通信控制器( s c c s ) 可支持以太网肥e e 8 0 2 3 、h d l c 、s d l c 、u a r t 、i r d a 等协议。1 、p o w e r p c 核m p c 8 6 0 处理器核采用3 2 位p o w e r p c 结构，其基本特征为：支持u i s a ；3 2 个3 2 位通用寄存器( g p r s ) ；3 2 位地址总线，3 2 位数据总线( 可动态设置为8 位、1 6 位和3 2 位) ；4 k 字节的指令c a c h e 和4 k 字节的数据c a c h e l内部存储器管理单元( m m l s ) 支持多种页面大小( 4 k ，1 6 k ，5 1 2 k和8 m 字节) ，支持1 6 个虚拟地址空间；2 、系统接口单元( s l u )s l u 控制整个系统，提供各种监视器和定时器。包括总线监视器、软件w a t c h d o g ，定时器、周期定时器( p i t ) 、p o w e r p c 减数计数器、时基时钟、实时时镑等。s i u 还支持电源管理。时钟同步器为其他模块和外设提供时钟。外部总线接口处理内部总线和外部总线之间的信号传输。存储控制器可以提供达8个存储b a n k ，负责管理外部地址空间，每个b a n k 可以有自己的时序特征。s i u还支持j t a g 调试口和p c m c i a 接口、以及中断处理。3 、通信处理模块( c p m )c p m 支持多种通信信道和协议，具有灵活的固件可编程性。c p m 主要有三部分组成：c p ( 通信处理器) ，d m a 控制器，通用定时器。1 4电子科技大学硕士论文2 3 d s p 的功能及模块2 3 1d s p 功能及模块d s p 主要完成下列任务：发送( u p l i n k ) 和接收( d o w n l i n k ) 的链路处理基带发送f p g a 。接收f p g a 以及译码f p g a 的控制与m p c 8 6 0 的数据交互d s p 和m p c 8 6 0 的关系可用图2 5 表示d s p 程序根据设计具体要求，可以划分为4 个部分：流程控制，发送，接收和数据交互，如图2 7 所示图2 7d s p 功能划分流程控制模块模块根据接收到的虚拟手机命令，控制d s p 完成响应的动作主要处理动作包括：1 ) 初始化d s p 以及相关变量2 ) 控制发送的开始和停止3 ) 控制接收的开始和停止4 1 控制与m p c 8 6 0 的数据交互第二章3 g 虚拟手机功能及模块5 ) 监测接收质量并给出指示6 ) 系统异常监视即简单的恢复处理发送模块设计要求包括：1 ) d p d c h 符号级数据的处理2 】最大必须支持3 8 4 k 的业务3 ) 最大支持两个传输信道4 ) 支持上行压缩模式2 3 2t m s 3 2 0 c 6 2 0 1d s p 简介t m s 3 2 0 c 6 x 是t i 公司针对通信应用推出的高档3 2 位d s p 系列产品。其中c 6 2 x 系列是定点数字信号处理器，c 6 7 x 系列是浮点数字信号处理器。c 6 x 系列芯片内部时钟频率高达2 0 0 m h z ，有8 个并行处理单元，运算速度达1 6 0 0 m i p s内置6 4 k 字节的程序存储器和6 4 k 字节的数据存储器；有四路独立的d m a 通道控制器；外围设备包括多通道缓冲串口m e b s p 、外部存储器接1 ：3e m i f 、d m a控制器等。1 1 公司为该系列芯片提供了一套完整的软件开发工具，包括一个高效的c 语言编译器、一个汇编优化器和一个基于w i n d o w s 环境的d e b u g g e r接口，方便用户进行程序开发。该系列芯片的上述特点以及t i 公司所提供的软件开发环境，使其在通信、信号处理等领域都获得了广泛的应用。1 6电子科技大学硕士论文第三章3 g 虚拟手机系统设计3 13 g 虚拟手机系统概述3 1 13 g 虚拟手机需完成的功能演示系统提供给用户虚拟手机界面，通过点击相应功能键，实现视频点播、网页浏览和可视电话三项功能。其中前两项是通过访问基站侧服务器实现的。视频点播访问的是基站侧h e l i x 服务器，网页浏览同样将通过基站侧的代理服务器实现。系统设计确保用户可以在各个功能之间顺畅地进行切换。三项功能都有详细易用的菜单项可进行选择，视频点播由于其要进行数层菜单选择的特殊性也有与其他两项不同的界面友好的菜单选项。在用户可能出错的地方有弹出提示或警告框，以防止误操作。其各个细节设计都参照真实手机进行。同时控制系统可以将手工配置的参数通过m p c 8 6 0 传递到d s p 等，如果没有配置，将固定参数传递到m p c 8 6 0 ，再由其传递到d s p 等。同时实时接收移动台硬件通过m p c 8 6 0 传来的技术参数，根据其不同特性分别用动态图表加以显示。要显示的参数有：1 初始捕获结果：手机开机时先搜索能量最大的六个径，显示为初始捕获结果六个，即这六个径的位置，范围是0 - 5 1 1 9 。2 主扰码号一个，码组识别号一个：在下行( 从基站到移动台) 链路中，在码组发生器里一共有8 1 9 2 个扰码，将其按照偏移量o 一1 5 ，1 6 3 1 分为5 1 2 个扰码组，每个扰码组中的第一个是主扰码，即第0 个、第1 6个是主扰码，其余1 5 个是辅扰码。每8 个扰码组组成一个主扰码组，一共6 4 个。3 公共导频信道信号强弱：越区切换时要测量相邻的三个小区的信号强弱。需要显示在2 5 6 个码片宽度上，三个小区公共导频信道( c p i c h ) 的信号能量，这组数据是越区切换时的重要数据。如果移动台在小区交界处，需要测量邻近小区的公共导频信道信号能量，哪一个小区信号能量大就用哪一个小区。如果当前小区信号质量差，就切换到邻近小区。1 7第三章3 g 虚拟手机系统设计4 多径值：由于高大建筑物或远处高山的等阻挡体的存在，常常会导致发射信号经过不同的传播路径到达接收端。这就是多径传播效应。各径信号经过不同的路径到达接收端时，具有不同的时延，因此系统将在2 5 6个码片的时间宽度上进行搜索。需要显示六个最大的径的能量。5 c r c 校验结果：d s p 进行c r c 校验以后，通过m p c 8 6 0 传递到虚拟手机的结果，该结果一共有两个，即正确或错误。6 系统帧号( s f n ) ：系统帧号是指系统给每一帧的标记，不论是否在进行通话，只要开机就开始计数，范围从0 - 4 0 9 5 ，目前是1 0 毫秒一帧，因此就是1 0 毫秒一个系统帧号。7 连接帧号( c f n ) ：连接帧号是从设备开始通话开始计数，每一帧个连接帧号。8 公共导频信道( c p i c h ) 信噪比。9 数据流量。1 0 当前速率。1 1 当前业务。要配置的参数包括：1 初始发射功率：初始发射功率是指移动台开机的时候，测量信道质量确定发射功率。这也是3 g 和2 g 一个很大的不同之处：2 g 手机发射功率固定，而3 g 具有功率控制，减少对人体的辐射。按照协议，初始发射功率应该由硬件自行测量决定，但是该功能尚未加入，故采用手动配置。2 主扰码：可以选择长扰码或短扰码，芷如在下行链路中扰码分为主扰码和辅扰码，在上行( 移动台到基站) 链路中，扰码分为长扰码和短扰码，在上行链路中没有辅扰码的概念。3 信道化码：不论是上行还是下行链路，信号通过信道化码的处理就变为扩频信号，在w c d m a 中就被扩频到了3 8 4 m 带宽上。其顺序是符号级数据通过扩频变为码片级数据，然后再进行加扰( 和选中的扰码进行与运算) 。4 置频点：嚣频点的作用是使移动台和当前小区工作在同一频率下，作为商用的移动台应该自行捕获，但目前移动台功能未完善，便设计为手动电子科技大学硕士论文设置。5 传输格式：传输格式是指传输块的大小、个数和传输时间等不同决定的不同格式。3 ，1 23 g 虚拟手机模块描述3 g 虚拟手机的演示系统分为开启业务模块和界面控制模块：开启业务模块是整个系统的核心，所有的实质业务都由该模块完成。界面控制模块调控整个系统的工作，包括协调各个画面的关系，弹出警告和提示信息等。控制及数据显示主要包括通信模块、显示模块和配置模块。通信模块主要用于进行与m p c 8 6 0 的数据交互，虚拟手机与m p c 8 6 0 的通信使用的是t c p i p 协议，发送和接收的数据都是按事先规定的数据结构进行。显示模块将通信模块采集到的硬件数据根据其不同逻辑意义分别用不同方式加以显示，显示方式有动态曲线、动态柱状图以及编辑框内动态变化的数据等。配置模块的作用是提供数据配置界面，并且根据要配置的数据的不同类型进行检查，拒绝越界数据。3 23 g 虚拟手机方案设计3 2 1 业务演示系统方案设计业务演示系统设计原则和方法：设计用户界面，点击虚拟手机键盘可选择进入三种业务。在主菜单下分别用三个键代表w e b ( 网页浏览) ，v o d ( 视频点播)及n e t m e e t i n g ( 可视电话) 三种业务。菜单的选择通过更换手机屏幕上的图来实现。点击w e b 键，打开i e 浏览器；v o d 类别及片名选择通过数字键来实现，点击v o d 键，进入v o d 选择子目录，播放时打开r e a l p l a y e r 或r e a l o n e 播放器播放指定远程片源；点击n e t m e e t i n g 键，打开n e t m e e t i n g ；点击后退键，回上层目录，同时寻找目前运行的三种应用程序( r e a l p l a y e r 、n e t m e e t i n g 和i e ) 的句柄，加以关闭。业务演示系统原方案1 ：将手机屏幕设计为编辑框，将各种选择菜单以文字形式显示，这样做的优点是方便菜单更改；在手机图形右方设计一个编辑框，用1 9第三章3 g 虚拟手机系统设计以显示各种帮助信息以及w c d m a 系统介绍等；放弃此方案的原因：编辑框色彩过于单调，与色彩鲜艳的背景有较大出入，同时矩形的编辑框也无法与手机屏幕弧形外缘吻合；业务演示系统原方案2 ：不设“后退”功能键，结束当前业务时，由用户手动关闭当前业务，并直接点击并点击其他业务功能键进入另一项业务：将视频点播服务器口地址固化在代码中；不使用视频点播服务器，直接使用播放器播放局域网内共享的视频文件。放弃此方案的原因：加入“后退”功能键，用户感受更接近真实手机；设计可变的i p 地址设置，可以适应调试及展示过程中基站侧服务器经常变化的需要，同时也提高软件的可移植性；直接播放在p c 对p c 中实验可行，但是这样做包含了一些播放器自身的协议t 3 3 ) 只能辨认t c p i p 的m p c 8 6 0 不能支持，所以必须使用恰当的视频点播服务器软件。3 2 2 控制系统方案设计控制系统设计原则和方法：在上层提供移动台硬件参数配置口，并将配置好的参数按固定数据结构下传。采用固定数据结构采集移动台硬件上传的数据，根据其内容分别用不同的动态图表分类加以显示，这些图表包括编辑框、柱状图、面积图和线图。在确定各个数据的显示方式时，有如下考虑：1 初始捕获结果：这六个位置值相对固定，只在开机的时候变化，因此使用编辑框就能清楚地显示。2 主扰码号，码组识别号：这些都显示其序号，编辑框显示即可。3 公共导频信道信号强弱：要显示三个小区信号强弱的变化，用曲线图表示清晰明白。4 多径值：要显示2 5 6 个码片位置上的六个最大径能量，既有位置信息，又有能量信息，选用柱状图较为理想。同时在动态条件下，还可以看出当移动台位置变化时能量的滑动变化。5 c r c 校验结果：校验结果只有正确和错误两种，用红绿圆点表示符合人们日常生活经验。6 系统帧号( s f n ) ：简单计数，用编辑框显示。电子科技大学硕士论文7 连接帧号( c f n ) ：简单计数，用编辑框显示。8 公共导频信道( c p i c h ) 信噪比：数值简单，变化小，用编辑框显示即可。9 数据流量：大小随时问变化，根据流量显示的一般表示方式，用面积图显示。1 0 当前速率：变化不大，直接显示在面板上。11 当前业务：变化不大，直接显示在面板上。控制系统原设计方案1 ：发送和接收数据都按照字符串形式；在显示多径能量时，显示全部2 5 6 个码片宽度上的径能量，这样做