蜂窝/WLAN多模终端的设计考虑

在现有蜂窝终端架构中集成WLAN功能完全可行，相关网络基础设施以及硬件和软件构建模块已可获得和使用。设计者需要仔细考虑和分析的就是各种使用模式，以了解和管理移交技术和功耗的要求。

多模终端可以实现不同种类的无线接入网络之间的无缝连接，即蜂窝UMTS/EDGE/GPRS与IEEE 802.11无线局域网(WLAN)的连接。WLAN可在小范围的家庭和热点区域提供很高的数据速率，而蜂窝网络可以提供更高的灵活性和无处不在的覆盖，但数据速率较低，如果能够结合两者的优点，用户将能从中受益。通过已经部署的基础设施与移动子系统模块，可以很容易地利用这些优势。在WLAN接入点的覆盖范围内，多模终端利用WLAN进行数据访问和VoIP应用，同时还能使用重叠于其上的蜂窝网络，进行语音呼叫或媒体访问。一旦终端监测到WLAN的存在，或者与WLAN网络连接，用户就可以发起WLAN访问，或自动分配访问。先进的会话移动管理技术和免授权移动访问(UMA)技术的利用，进一步实现了WLAN与UMTS/EDGE/GPRS网络之间的漫游和数据/语音移交。

集成不同种类的UMTS和WLAN网络(图1)是一项非常具有挑战性的课题：1. UMTS可以支持定义明确的服务级别的QoS的同时，人们还在部署具有语音呼叫优先级，并且支持IEEE 802.11e QoS的WLAN解决方案；2. WLAN满足LAN级的移动性，然而要支持不同种类网络之间的移动性，必须符合一些规范，例如UMA或3GPP Release 6 GAN；3.在使用场景和移交实践中，还需要考虑其它一些问题。我们可以假设一个家庭或热点场景，运营商根据这些场景来结合使用UMTS，提供高速数据，确定一些基本的用户方案：a. 使用WLAN和UMTS，分别进行数据和语音连接，终端能够同时维护两种连接；b. 用户利用WLAN提供的数据服务，同步或在UMTS数据流空闲期间补充UMTS的数据服务；c. 单独使用UMTS和WLAN，分别提供数据和语音服务，而在存在覆盖盲区时，可以使用WLAN，作为蜂窝网络的补充。在每种情况下，根据会话移动管理功能，数据包流被重新定向到适当的网络。

多模终端软硬件架构

图2中的硬件架构包括了L1处理器和双处理器，前者面向每个MAC接口，后者处理通信和应用程序。L1处理器/DSP子系统，与帧调度器和Viterbi协处理器(EDGE/GPRS/GSM)或Rake接收器(WCDMA)相结合，主要用于物理层控制和DSP功能，例如：采集、跟踪、RX路径中的解调/解码、TX路径中的格式化/编码。通信处理器是UMTS-EDGE/GPRS/GSM协议栈的专用处理器，可以处理L2-3协议，执行一些系统控制功能(如电源管理、时钟和存储)。应用处理器成为一个独立的实体，用于支持用户应用程序，如MMI、多媒体和大容量存储设备等。

前端包括了射频子系统以及模拟基带信号的A/D-D/A信号转换，集成度主要取决于运营商的要求。举例来说，如果只支持UMTS压缩模式，就有可能减少收发器电路的数量。通过WLAN的分组数据转移可在空闲插槽上进行，也可在GSM TDMA多帧结构的帧上进行，或者每次只使用一个网络。该架构可通过商用部署终端中的可用模块加以实现，集成的主要目的是获得一个成本效率和功率效率都很高的解决方案，并且符合法规和标准。

图2：多模终端硬件/软件架构。

协议栈的实现(图2中对照OSI模型进行了描述)可支持WLAN和压缩的GSM/WCDMA无线接口。IEEE 802.11 L2包含了MAC和802.2 LLC实体，它们与物理层一起构成终端驱动。一直到接入层L1/L2的UMTS和EDGE/GPRS/GSM协议栈实体是独立的。除PHY/MAC层外，设备驱动的EDGE/GPRS/GSM 部分还包含了IP层以下的协议，例如，L2中的LLC，它提供终端与SGSN之间的连接；L3中的SNDCP(见图2)将高层次数据协议与LLC连接起来。控制平面包括多个协议，诸如用于无线资源控制的L3 RRC/RR/GRR，用于移动性和会话管理的GMM/SM。数据协议套件还包括用于QoS信令和资源保留的RSVP，以及一个本地WLAN移动性管理协议。

集成问题

接下来本文将概述多模终端设计的基本考虑因素，特别是关于WLAN子系统与可用UMTS/EDGE/GPRS核心架构的集成。不同的实施方案要在功能、多功能性与成本、紧凑外形和功耗之间进行权衡。不过，任何集成都可基于符合条件并且已经商用的硬件/软件构建模块上很容易地进行。

硬件集成：可实现的集成主要取决于所支持的用户场景，以及集成的WLAN/蜂窝收发器的可用性。最初推出时，很可能会利用分立式架构，每种运行模式都使用独立的收发器。最先进的实现方案采用了单芯片收发器、单封装或双封装微处理器、蜂窝基带和电源管理单元、带主机接口控制的WLAN DSP/MAC器件、用于功率放大和滤波的外围器件，以及支持不同多媒体功能的模块。

主机接口：这是WLAN DSP/MAC控制器与主机应用处理器之间的接口。该接口应该具有足够的带宽，能够提供确定的数据速率和在两端的兼容性(例如USB和SPI等标准接口)。

符合标准：终端应该符合3GPP蜂窝规范(3GPP TS 51.010/34.121)和WLAN标准(IEEE 802.11及其扩展版本)。此外，终端符合标准的要求还应该包括扩展的多模用户情况，如WLAN和蜂窝模式的同步运行(如使用WLAN接收数据包数据，同时使用UMTS进行语音呼叫)，以及它们对电磁兼容性的影响。

功耗：对于便携式设备来说，功耗和电池寿命会给设计造成相当大的制约，并对产品定义和质量产生一定的影响。对于蜂窝电话，在流量模式下，通信引擎的功耗主要用于特定的电源控制、语音活动或数据吞吐。而在空闲模式下，功耗主要用于满足寻呼需求。功耗要求应该根据以下因素来模拟和确定：a. 基带和电源管理IC设计，包括所使用的工艺技术、电压调整和效率；b. RF收发器和元件规格及设计，包括功率放大器效率；c. L1/堆栈设计(针对达到标准对功率效率的要求)以及管理核心引擎模块和无线装置(例如，在空闲期或时钟下降沿，应当关闭不使用的模块，在不需要媒体访问时，应该进入休眠状态)。类似的设计考虑因素也适用于WLAN子系统。

对蜂窝运行来说，特别是在休眠和待机模式下，或在语音呼叫期间，功耗的峰值和平均值都是根据IC的性能规格和系统参数确定的，如子系统模块的行为因素。数据包传输和接收的功耗在很大程度上取决于数据速率和多插槽配置，以及系统支持的编码机制。

WLAN子模块的功耗取决于运行模式(休眠、接听、接收和传输)。在“休眠”期间，系统大多数模块的电源都要关闭；处于“接听”状态时，终端会接听，尽管它不会向主机处理器传输任何数据；当处于“接收”和“传输”状态时，终端将主动传输和接收分组数据，并交换这些数据。功耗取决于不同的使用场景，即搜索、连接和空闲。TCP上行链路/下行链路可基于不同运行状态的加权平均值。

从表1中的概括和对无线终端的功率分析来看，涉及到终端WLAN功能集成的主要注意事项是：a. 在WLAN搜索或空闲模式下，电流消耗会对标准移动电话的总预期待机时间产生很大的影响，因而需要花费很大的精力来增强WLAN子系统的节能模式；b. 尽管可以排除两种无线电同步运行的情况，但还是需要通过通信处理器主控制来监控和减少高峰电流消耗。当蜂窝子系统支持高功率的语音呼叫时，尤其应当如此。