无线通信终端研究论文

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由于计算机硬件发展的超前,为移动终端硬件提供了强大的技术支持,无线移动终端硬件基础设施也因此相对稳定。随着互联网的推动以及通信业的自身发展,无线移动终端产业长期存在的“垄断性”将被淡化,从封闭、垂直生产正走向开放、合作、横向集成,各种终端操作系统、运行平台、应用程序琳琅满目,各种网络业务也正向互相融合的方向发展,而支撑终端产业发展和变化的主要技术基础从硬件的演进转变成了软件的发展。

本文与上一讲“无线移动终端的历史及其硬件结构演进”和下一讲“通信业务引领无线移动终端发展未来”合起来,将对我国无线移动终端的过去、现状和未来以及无线移动终端上的主要技术有一个较详细的介绍。

无线移动终端的现状

针对不同的用户群体,现阶段无线移动终端高、中、低端三大类并存,而且多功能终端占据主要市场。多功能终端较传统话音手机功能丰富,它可以摄像、拍照,可以有PDA、MP3甚至计算机的处理功能,它也可以看电视,下载视频节目,还可以做电子钱包或成为电子商务终端。但这种终端由于通信能力和主CPU数据处理能力的限制,需要复杂数据处理能力的业务的实施不够完善,例如摄像头像素可能不够,如果像素够了又受移动网络传输能力限制而出现不能无线传输的问题,到了网络电视和流媒体,对网络传输能力的要求就更高了。所以总的来说,现有网络条件下,业务已经多种多样,但还是不能满足用户体验需求,很多业务目前只是起步阶段,是3G业务的一个雏形,到了3G或者后来的4G,开放的智能终端最终满足用户对移动通信的需求。

传统意义上的移动业务局限于话音业务,硬件结构主要由射频模块和基带处理模块两部分组成。在此硬件基础上的软件比较简单,而且多由终端生产厂商自己研究开发,软件和用户界面都已经固化到终端里,不能修改,或只能通过厂家修改和升级。

如今移动终端数据处理能力不断增强,其应用也日益多样化,对整个系统的软硬件资源要求不断提高,移动终端已不再是传统意义上的移动电话,除了简单的话音通信功能外,它还具备数据通信和数据计算功能。现有的多功能终端能满足一定的数据处理能力,它们多采用ARM9或者ARM11等功能较强的处理器作为控制芯片,而且具有较强的独立终端操作系统,操作系统或通过JAVA和BREW等应用运行平台对外开放应用程序接口(API),以便第三方应用和业务客户端能通过下载运行于终端之上。

目前市场上已经出现了很多功能强大的双处理器(CPU)终端,现阶段的智能移动终端一般就是指这种具备了两个处理器的终端。围绕这两个CPU形成移动智能终端中的两个子系统:通信子系统和应用子系统。目前的这种终端由于标准化程度还不够,不能实现应用的广泛互通,不能实现外部功能接口的互通,也不能实现功能组件的相互替换,所以它们还仅仅是智能终端的雏形。但即便如此,这样强大而复杂的硬件资源需要系统化管理,单独的智能移动终端操作系统主要用来完成诸如进程、内存、外部设备等系统资源的调度和管理,并提供或通过JAVA或BREW等应用运行平台为上层应用软件提供服务。

现阶段存在的移动终端,除了传统的话音终端外,多功能终端和初期的智能终端都逐渐趋于开放,功能组件逐渐模块化,加上OMA、3GPP、OMTP等标准化组织的推动,无线移动终端日益具备了规范的逻辑体系结构,如图1所示。

移动终端操作系统作为连接软硬件、承载应用的关键平台,在智能终端中扮演着举足轻重的角色。目前市场上主流的普通多功能终端操作系统主要有NucleusPLUS、pSOSystem等,主流的智能终端操作系统有Symbian、WindowsCE、PalmOS、Linux等。

NucleusPLUS是由AcceleratedTechnologyInc.(ATI)公司推出的、专为实时嵌入式应用设计的一个抢先式多任务操作系统内核,其95%的代码是用ANSIC写成的,因此非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。从实现角度来看,NucleusPLUS是一组C函数库,应用程序代码与核心函数库连接在一起,生成一个目标代码,下载到目标板的RAM中或直接烧录到目标板的ROM中执行。在典型的目标环境中,NucleusPLUS核心代码区一般不超过20K字节大小。NucleusPLUS采用了软件组件的方法,由于采用了软件组件的方法,NucleusPLUS各个组件非常易于替换和复用。

pSOSystem(简称pSOS)是集成系统有限公司(IntegratedSystems)研发的产品,它是一个由标准组件组成的、可扩展可裁减的嵌入式实时操作系统,包含单处理器支持模块(pSOS+),多处理器支持模块(pSOS+m),文件管理器模块(pHILE),TCP/IP通讯包(pNA),图形界面,JAVA,HTTP等。pSOSystem功能模块完全独立,开发者可根据应用要求扩展系统功能和存储容量。pSOS在中国市场占有率较高,主要应用领域包括通讯、航天、信息家电以及工业控制。pSOSystem的主要缺点在于其上下文切换时间长,实时性不强,采用的集成开发环境SniffPlus与产品兼容性不好,部分关键功能无法使用。

Symbian公司是由诺基亚与松下、爱立信、Psion等公司联合注资的,它的成立就是要防堵微软的移动终端市场的进入和称霸企图,为未来智能无线移动终端提供一个标准作业平台。SymbianOS是一个实时性、多任务、多线程的纯32位的操作系统。其前身是PsionSoftware公司的Epoc操作系统。它的特点是功耗低,内存占用少,适合硬件受限的移动终端。再加上它的技术支持上都是一些老牌的具有丰富经验的手机制造商,所以它们与2G、2.5G、3G有平滑接口,而适应手机范围跨GSM/GPRS/WCDMA和CDMA2000两大系列。对原有的通信协议,外设支持全部继承,因此受到了占世界产量75%以上的终端制造商的欢迎。最早微软推出了用于手机的WindowsCE1.0和WindowsCE2.0,后来又于2000年推出了WindowsCE3.0,曾以PocketPC和Smartphone命名该针对移动终端的操作系统,目前用于移动通信终端的WindowsCE3.0统称为WindowsMobile。WindowsCE3.0专门用于为包括移动与低能耗设备在内的大量产品建立动态应用程序及服务。此外,WindowsCE3.0的扩展平台特性集实现了模块化,因此,开发人员可以仅从200多个成熟的前沿操作系统组件中选择自己所需的组件。WindowsCE3.0可以工作在12种不同的处理器体系结构、180余种CPU上,可以用于许多种不同的设备,包括工业自动化、手持便携式PC、高速数据获取设备以及一些用户应用程序如游戏控制台和机顶盒。目前主要被一些新兴或有IT基础的厂商所采用,并与PC应用联系紧密。

PalmOS是一种32位的嵌入式操作系统。此系统是3Com公司的PalmComputing部开发的。PalmOS最初是定位于掌上电脑的操作系统,但是随着手机和掌上电脑的不断融合,PalmOS已经在通信方面作出了努力。Handspring已经推出了支持GSM和CDMA等不同制式移动通讯网络的掌上电脑,使用的就是PalmOS操作系统。

嵌入式设备非常适合像Linux这样的操作系统,因为Linux本身是开放源代码的,而从源代码级来对个性化的产品进行定制是最根本和最深入的。开发人员已经开发出了诸如互联网应用、工业控制系统以及数据获取设备的相关产品。随着嵌入式Linux技术的不断成熟,它已能够满足更加灵活的体积要求,并支持越来越多的不同体系结构的处理器产品,开始逐步进入主流的嵌入式市场。然而,嵌入式Linux在发展过程中也遇到了一些制约瓶颈。首先,嵌入式Linux系统在这个领域的产品发展比较晚,开发的时间比较短,在某些方面还有待成熟;其次,嵌入式设备个性化比较强,导致从事嵌入式Linux开发的厂商所开发的产品现在互不兼容。在众多Linux开发人员的共同努力下,它正在不断地完善以满足新一代消费产品的需求,在2003年,摩托罗拉推出了全球第一款采用Linux操作系统的手机——A760。

操作系统的优劣决定了手机的品位和性能,操作系统设计得越好,不仅用户使用方便,而且可以为用户提供众多的新功能和应用。从技术发展角度看,操作系统将为终端加快更新换代提供必要和充分的条件。

应用运行平台

应用运行平台的引入使终端更加开放,允许终端从移动通信运营商的移动门户上或互联网上下载各种应用程序,并在手机创造可执行环境,然后以在线或离线的方式运行这些程序,从而得到所需的服务。由于定义了可执行程序下载的标准,并在手机上创立了可执行环境,由此,在移动通信业第一次为软件开发商创造了巨大的商业机会,手机用户在得到丰富应用体验的同时,也大大提高了运营商的网络流量。Java是目前最主流的应用平台,BREW在CDMA终端中应用广泛,也随着WindowsMobile的推广日益兴盛。

Java由于它简便易行、跨平台、开放等特点受到了广泛的欢迎。它可以做到与平台无关“一次编写,到处运行”。J2ME(Java2MicroEdition)作为Java2平台的一部分,与J2SE、J2EE一道,为无线应用的客户端和服务器端建立了完整的开发和部署环境。由于专门针对多样化的嵌入设备和消费电子设备,J2ME的结构与传统的编程序语言和规范有一些不同,它是由配置(Configuration)、简表(Profile)和可选包(OptionalPackage)三要素构成。J2ME技术由一个虚拟机和一组API组成,这组API适合于为消费和嵌入式电子设备提供经过剪裁的运行环境。Java的一个关键优点是它能同时为多种连网的便携机、台式机或其它工作站和服务器提供服务,无论运行在这些客户机上的软件是Javaapplets、独立的Java程序、HTML浏览器还是本地的应用程序,它都可以同时支持。利用J2ME,这些企业系统也可以直接与各种电子设备进行通信。

J2ME体系的一般结构是:由Configuration定义的Java虚拟机运行于设备的宿主操作系统之上,构成整个平台的基础。Configuration提供了基本的语言特性,Profile提供针对设备的特殊功能API和扩展类库。应用程序的运行环境需要一个Configuration和至少一个Profile,多个Profile可以共存,也可以叠加。

本讲小结

目前市场上高、中、低端无线移动终端并存,分别满足不同用户群体的需要,但在未来相当长一段时间内具备独立操作系统和一定开放接口的多功能终端将继续占据主导地位,在这段时间内,终端硬件平台由TI、Qualcomm等公司提供核心Modem芯片和解决方案,协处理器和双处理器结构相对稳定,所以终端上的操作系统、运行平台、游戏、客户端等应用程序成为决定终端功能的主要因素,而且由于功能软件和应用软件之间兼容性和互通性差,因此终端上的软件开发也就成为终端生产厂商研发的重点。随着终端技术发展和标准化工作的推进,移动终端必然更加开放和功能标准化,到时,终端成本降低,成为用户使用全业务的载体,到时终端的发展受限于通信业务发展。

也正因为移动终端和业务现阶段的多样性以及技术产品的非严格规范性,在将来很长一段时间内另外一个发展动向也值得注意,即运营商将向终端制造商直接定制某些特殊要求的终端,这对运营商来说是竞争所需。另外,由于终端的多业务、多服务也不可能制造出万能的全标准化终端,未来无线移动终端发展将会根据用户需要和各方利益在定制和标准化之间取得平衡。