【摘要】文章从通信终端满足轻便小巧、多样化接入等使用需求出发，参照软件通信架构(SCA)标准，对软件化多模式手持终端设备的设计实现进行研究，论述了其系统体系槊构、基本原理及主要关键技术。
【关键词】软件通信架构 手持终端 可重构直接转换型结构 GPP
1 概述
随着无线通信技术的飞速发展，新的无线通信网络不断出现，从上世纪90年代中开通运营的GSM、IS-95及数字集群通信系统，到近几年开通运营的TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、WLAN、军用移动通信及卫星通信等，按照长期演进计划，还将出现3 9G、4G……。目前，一个用户携带2个甚至多个手机的现象随处可见，这也带来了使用及保管的麻烦。
现有的移动通信终端设备不能方便地在不同网络之间相互通信，对各种通信系统的兼容、升级、自适应等非常困难，在重量、体积、功耗等方面不能适应新的要求。同时，这些因素严重影响了军民用移动通信网络基础设施的效能发挥。
为此，迫切需要对移动通信终端设备，特别是手持终端设备的设计技术进行提高，使其具有支持多种通信模式、多种业务的能力，而且轻便、小巧。因此，移动通信终端设备，特别是手持终端设备在技术上面临以下新的要求：
(1)具有高度开放性和灵活性的移动通信系统将更多地依靠模块组件的能力从而适应不同的通信网络；
(2)必须综合利用各种固定、移动的信息基础设施为用户提供“即插即用”式的个人通信；
(3)在提供可靠质量话音业务的同时，不断增加多媒体业务；
(4)利用多频段、多模式手持机实现跨体制移动通信网络的互连互通；
(5)运用快速发展的软件无线电技术成果，设计灵活、开放的体系结构，支持手持设备的演进与平滑升级。
近年来，软件无线电(简称“软无”)标准的发展使通信设备从数字化逐步进入软件化，软件通信架构为解决软件化多模终端手持设备的研制提供了有效的参考规范，美军的联合战术无线电系统(JTRS)就采用了SCA标准。因此，借鉴scA标准，研究适合军民两用、接入多种无线通信网络的软件化多模通信终端技术，提高手持终端通信能力，灵活配置组件，满足手持终端对未来移动通信的需求是非常必要的。
2 技术路线设想
我们将具有软件化多模通信功能的手持终端设备称为软无手机。要实现多模式、可软件重构、低功耗小体积等任务和特点，且考虑到目前射频技术发展程度和器件工艺等因素，射频结构宜采用直接转换型(零中频转换或低中频型)结构。
软无手机的平台操作环境的构建以开源OSSIE为基础，不受特定硬件平台及非开源商业软件组件的制约，通用性和开放性高，也可完全进行自主设计，包括二次开发和优化设计等。
3 软无手机系统设计
系统主要由天线、可重构射频单元及多模基带处理单元等部分组成，其整机顶层结构框图如图1所示。系统前端信道设计采用先进合理的射频可重构技术，多模基带设计采用DSP、FPGA、通用处理器等先进技术，印制板设计采用多层印制板设计技术，加上高效的软件设计，最终实现手持终端具备小型化、低功耗的特点。同时，在射频／信道处理和基带处理两大部分硬件、软件的相互有机配合下，实现所需的功能和性能。
软无手机采用软件无线电台体制，主要由软无手机硬件平台、基础下部组织、应用对象及服务四大部分组成。其系统功能分层体系结构如图2所示。
从图2可见，由于服务是由顶层提供的，因此可独立于底层的硬件。DSP和FPGA的处理软件使用CORBA代理支持顶层的应用，组件间的接口可用UML描述和接口定义语言(1DL)描述。
接收时，从天线耦合进来的信号根据系统设置通过天线进入直接转换型(零中频)射频接收，经由FPGA及DSP完成解调、同步和纠错等数字信号处理后，送至保密模块进行解密，再由GPP处理器完成链路／网络协议拆包处理，最后由DSP完成音频解码及数据处理，GPP还负责系统初始化和管理功能。
发射时，音频及数据信号经由DSP完成信源编码、GPP完成网络／链路协议封包处理后送给FPGA、DSP进行纠错编码及调制，再送给直接转换型射频发射通道进行变频、放大和滤波处理，最后由天线发射出去。
(1)基带硬件结构设计
基带硬件主要包括：GPP、DSP、FPGA、模拟音频处理、供电管理及USB、LVDS等接口驱动电路，如图3所示。其中，GPP、DSP选用双核处理器(如T1公司的OMAP系列)，FPGA选用ACTEL~司的芯片，模拟音频处理及供电管理电路也可选用手机中常用的高集成度芯片，尽量降低电路设计的复杂性。
(2)射频单元硬件结构设计
采用可重构直接转换型(零中频／近零中频型)结构，主要包括：高效极坐标线性功放、可调谐射频前端、正交调制／正交解调变换、可编程基带模拟滤波放大、高动态∑AADC／DAC、快速换频本振源(高分辩∑△小数频合或高速DDS)等部分电路，带宽、增益、时钟等变化通过相应的控制器分别实现，满足射频可重构的要求，如图4所示。
(1)软件系统功能描述
软件系统功能，主要包括：波形应用组件、网络层模块、逻辑链路控制(LLC)层模块、媒体访问控制(MAC)层模块、物理层模块及接口模块等，如图5所示，各层模块控制采用数据实时控制(A)与非实时控制
(B)。
(2)软件体系结构
按照SCA标准，软件体系结构具有支持动态安装、加载、运行、卸载不同波形的能力，为波形的嵌入提供一个通用的软件平台。软件体系结构由核心框架、中间件和操作系统三部分构成，如图6所示。为降低开发成本、缩短开发周期，中间件和操作系统可选用开源的基础组件。
(3)软件及组件部署
组件主要包括：物理层、链路层、网络层、输入输出等。核心框架、中间件、操作系统、链路层组件、网络层组件、组件代理等部分部署在GPP处理器侧，为应用软件提供一个通用的软件平台。调制解调及纠错编码等物理层部分功能由FPGA完成，音频处理和部分实时性要求较高的物理层控制功能由DSP完成，其余功能由GPP实现。软件及组件部署如图7所示：
4 主要关键技术
软无手机要满足通信模式多、工作频段宽、体积小的实用要求，必须解决小型化、宽覆盖的可重构射频信道设计技术问题，包括：采用直接变换型射频结构，覆盖范围宽、转换速度高、插入损耗小的小型可编程前端滤波器，良好的宽带天线匹配，大动态范围的前端放大器，高效率宽带线性功放，小型手持设备的电磁兼容设计等。
参考SCA软件通信体系结构框架，研究适应多模通信波形组件的可移植和可重用技术，特别是波形的动态重构技术，提高硬件的使用
效率，建立多种模式的波形算法库和组件库，实现单／双工通信、军民两用移动通信、卫星通信等工作方式及功能更新、升级。
软无手机主要以机内电池供电，为提高实用性，必须解决整机低功耗工作的技术问题，包括：研究选择低功耗高性能的处理器和控制器硬件平台，设计能够配合各种模式有效工作的省电控制机制等。
为使软无手机在军用、民用多种波形下可靠地工作，必须突破在多模通信方式下可靠和高效的动态资源管理技术，研究适合多模通信的动态无线资源管理的模型和算法，解决多模通信的接入控制、动态信道分配、频谱管理、功率控制、切换和容量管理等。
5 结束语
满足SCA标准的软无手机设计技术研究及产品开发正处于起步阶段，本文介绍的设计思路已经形成了验证平台，相信经过一段时间的努力能够形成手持样机。
参考文献
[1]杨小牛，楼才义，徐建良软件无线电原理与应用[M]北京电子工业出版社，2001
2010中国通信产业十大新闻
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