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基于GPS15L的移動(dòng)自組網(wǎng)終端系統設計
摘要：無(wú)線(xiàn)通信的最終目標是5W�；赥D-SCDMA的移動(dòng)自組網(wǎng)（MANET）是一種極具發(fā)展潛力的個(gè)性化通信方式，而全球定位系統為通信、導航等提供了極為有力的幫助。結合國家“863”研究項目，研究了基于GRS15L的TD-SCDMA移動(dòng)自組網(wǎng)終端系統，分析了設計中可能存在的問(wèn)題，提供了其設計思路和方法，指明了其系統設計的未來(lái)方向。移動(dòng)自組網(wǎng)（MANET）是一種由相互間能直接通信而沒(méi)有中心控制的移動(dòng)節點(diǎn)組成的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )�；赥D-SCDMA的MANET是在充分利用TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)無(wú)線(xiàn)資源的條件下而設計的自組織網(wǎng)絡(luò )�；赥D-SCDMA的MANET的移動(dòng)終端不但能夠進(jìn)行內部的信息交互，而且能夠接入TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)并進(jìn)而連接到Internet。本文分別從底層硬件、軟件和協(xié)議的角度設計了基于GPS15L的TD-SCDMA自組網(wǎng)移動(dòng)終端。
1 MANET終端系統總體設計
與德國FleetNet移動(dòng)自組網(wǎng)[1]不同，基于TD-SCDMA的MANET沒(méi)有固定的網(wǎng)關(guān)、獨立的頻率資源和單獨的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)（RTT）等。因此，在移動(dòng)終端（MT）的軟硬件平臺、通信協(xié)議設計及組網(wǎng)方式上與FleetNet均有較大差異。同時(shí)，基于TD-SCDMA的MANET各個(gè)移動(dòng)終端由于沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )側（包括Node B）的協(xié)調控制，使得MT既可充當純MANET的移動(dòng)終端，也可是TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)的普通用戶(hù)設備（UE），或是集MT和UE于一身的網(wǎng)關(guān)（GW）。因此，在MANET終端系統設計上，較普通的UE系統設計為更為復雜和深奧。
充分利用現有的研究成果是系統設計的首要原則。硬件平臺上，在原有的現場(chǎng)試驗移動(dòng)臺（FTMS；相當于UE）上增加OMAP1510開(kāi)發(fā)板（含手寫(xiě)顯示彩屏、鍵盤(pán)、鼠標等外設）和GPS模塊。為使增加的外部設備能夠與原有的FTMS協(xié)調工作，必須增加相應的硬件接口和驅動(dòng)軟件等。同時(shí)，從物理層到應用層的協(xié)議軟件均需做相應的修改或重寫(xiě)。
對基于TD-SCDMA的MANET移動(dòng)終端系統設計本著(zhù)從整體到局部、先概要設計到詳細設計和軟硬件并發(fā)設計的原則來(lái)進(jìn)行。
2 硬件及接口設計
基于TD-SCDMA的MANET移動(dòng)終端系統由以下幾部分組成：射頻及中頻模塊、模擬基帶處理模塊、數字基帶處理模塊、協(xié)議處理模塊、語(yǔ)音編解碼模塊、SIM卡及電源管理模塊、鍵盤(pán)及顯示模塊、GPS模塊、PC接口模塊和電源等。其組成和相互關(guān)系如圖1所示。
2.1 GPS15L模塊
為什么使用全球定位系統（GPS）？GPS是一種使基于TD-SCDMA的移動(dòng)自組網(wǎng)得以正常通信的最為簡(jiǎn)潔而高效的設備。TD-SCDMA中的“S”代表上行同步，即所有發(fā)送到Node B(基站)的用戶(hù)設備（UE）信號同時(shí)到達Node B。由于移動(dòng)自組網(wǎng)是一種無(wú)中心控制的網(wǎng)絡(luò )，所以基于TD-SCDMA的移動(dòng)自組網(wǎng)節點(diǎn)之間的通信需要一個(gè)統一的時(shí)間標志，使各個(gè)終端之間的信號接收和發(fā)送以一定的節拍進(jìn)行（幀同步）。美國GARMIN公司的GPS15L提供了秒脈沖（PPS），其精度為±100ns。利用這一特性，當一個(gè)秒脈沖到來(lái)時(shí)（上升沿），把它定義為每200個(gè)5ms無(wú)線(xiàn)子幀的起始點(diǎn)。在這里PPS的作用相當于Node B發(fā)送的DwPTS。
除了提供PPS之外，GPS15L通過(guò)RS-232接口還提供了時(shí)間信息和地理位置信息，這些信息對設計功率控制算法和路由算法極為有利。有了對方的相對位置，終端在計算發(fā)射功率時(shí)就更為準準確確可靠，路由尋址就更有目的性。GPS15L的接口如圖2所示。
GPS的PPS送到FPGA以后，與5ms的幀中斷（幀同步）計數器進(jìn)行比較。如果在兩個(gè)PPS之間多于200個(gè)幀中斷信號，則減少幀中斷計數器值，否則增加其計數值，直到剛好有200個(gè)幀中斷信號為止。
GPS的位置位置信息直接送到OMAP1510開(kāi)發(fā)板，由運行在該開(kāi)發(fā)板上的高層協(xié)議處理。另外，GLS15L的串口速率是可以調整的，可以通過(guò)OMAP1510以一定的指令來(lái)調整其最佳工作速率（默認值為4800bps）。由于GPS送出位置信息不是主動(dòng)的，因此必須編寫(xiě)適當的指令以定期讀取這些信息。
2.2 OMAP1510接口模塊
OMAP(Open Multimedia Application Platform)則由TI公司生產(chǎn)的集成TMS320C5510數字信號處理器和ARM9 RISC處理器的高性能開(kāi)放式多媒體應用平臺。DSP MUC是未來(lái)嵌入式應用的必然趨勢。OMAP1510開(kāi)發(fā)板提供了嵌入式操作系統、彩色顯示屏、鍵盤(pán)和鼠標等外設，因此用它在未來(lái)的開(kāi)發(fā)中替代目前配置的一個(gè)協(xié)議PC機和一個(gè)應用PC機，使FTMS具有更大的移動(dòng)性和可靠性。其接口如圖3所示。
OMAP1510與GPS的接口比較簡(jiǎn)單，它通過(guò)RS-232接口從GPS得到位置信息。位置信息經(jīng)OMAP內的ARM9處理后送到其上運行的路由層。OMAP1510通過(guò)雙端口隨機存儲器（DPRAM）與FTMS的物理層控制芯片ARM7交換數據。
OMAP1510還提供了USB接口，用它做前期的仿真調試。最初的路由和應用層協(xié)議將運行在PC機上。為使PC與OMAP1510之間能
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