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基于GPS15L的移動自組網終端系統設計
摘要：無線通信的最終目標是5W。基于TD-SCDMA的移動自組網（MANET）是一種極具發展潛力的個性化通信方式，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移動自組網終端系統，分析了設計中可能存在的問題，提供了其設計思路和方法，指明了其系統設計的未來方向。移動自組網（MANET）是一種由相互間能直接通信而沒有中心控制的移動節點組成的無線通信網絡�；赥D-SCDMA的MANET是在充分利用TD-SCDMA蜂窩網無線資源的條件下而設計的自組織網絡�；赥D-SCDMA的MANET的移動終端不但能夠進行內部的信息交互，而且能夠接入TD-SCDMA蜂窩網并進而連接到Internet。本文分別從底層硬件、軟件和協議的角度設計了基于GPS15L的TD-SCDMA自組網移動終端。
1 MANET終端系統總體設計
與德國FleetNet移動自組網[1]不同，基于TD-SCDMA的MANET沒有固定的網關、獨立的頻率資源和單獨的無線傳輸技術（RTT）等。因此，在移動終端（MT）的軟硬件平臺、通信協議設計及組網方式上與FleetNet均有較大差異。同時，基于TD-SCDMA的MANET各個移動終端由于沒有網絡側（包括Node B）的協調控制，使得MT既可充當純MANET的移動終端，也可是TD-SCDMA蜂窩網的普通用戶設備（UE），或是集MT和UE于一身的網關（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，在原有的現場試驗移動臺（FTMS；相當于UE）上增加OMAP1510開發板（含手寫顯示彩屏、鍵盤、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協調工作，必須增加相應的硬件接口和驅動軟件等。同時，從物理層到應用層的協議軟件均需做相應的修改或重寫。
對基于TD-SCDMA的MANET移動終端系統設計本著從整體到局部、先概要設計到詳細設計和軟硬件并發設計的原則來進行。
2 硬件及接口設計
基于TD-SCDMA的MANET移動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、協議處理模塊、語音編解碼模塊、SIM卡及電源管理模塊、鍵盤及顯示模塊、GPS模塊、PC接口模塊和電源等。其組成和相互關系如圖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的移動自組網得以正常通信的最為簡潔而高效的設備。TD-SCDMA中的“S”代表上行同步，即所有發送到Node B(基站)的用戶設備（UE）信號同時到達Node B。由于移動自組網是一種無中心控制的網絡，所以基于TD-SCDMA的移動自組網節點之間的通信需要一個統一的時間標志，使各個終端之間的信號接收和發送以一定的節拍進行（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，當一個秒脈沖到來時（上升沿），把它定義為每200個5ms無線子幀的起始點。在這里PPS的作用相當于Node B發送的DwPTS。
除了提供PPS之外，GPS15L通過RS-232接口還提供了時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，終端在計算發射功率時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）計數器進行比較。如果在兩個PPS之間多于200個幀中斷信號，則減少幀中斷計數器值，否則增加其計數值，直到剛好有200個幀中斷信號為止。
GPS的位置位置信息直接送到OMAP1510開發板，由運行在該開發板上的高層協議處理。另外，GLS15L的串口速率是可以調整的，可以通過OMAP1510以一定的指令來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的，因此必須編寫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公司生產的集成TMS320C5510數字信號處理器和ARM9 RISC處理器的高性能開放式多媒體應用平臺。DSP MUC是未來嵌入式應用的必然趨勢。OMAP1510開發板提供了嵌入式操作系統、彩色顯示屏、鍵盤和鼠標等外設，因此用它在未來的開發中替代目前配置的一個協議PC機和一個應用PC機，使FTMS具有更大的移動性和可靠性。其接口如圖3所示。
OMAP1510與GPS的接口比較簡單，它通過RS-232接口從GPS得到位置信息。位置信息經OMAP內的ARM9處理后送到其上運行的路由層。OMAP1510通過雙端口隨機存儲器（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議將運行在PC機上。為使PC與OMAP1510之間能
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