用于具有分区协议栈的无线通信终端的多处理器平台的制作方法

专利名称：用于具有分区协议栈的无线通信终端的多处理器平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，更具体地，涉及用于具有分区协议栈的无线通信终端的多处理器平台。
背景技术：
包括有固定客户终端和服务单元的通信系统不再是大规模社交活动的唯一方式，这一点已变得越来越明显。特别是这些现在的客户设备或下一代的客户设备不再仅在一个物理位置使用，或者仅限于一种应用。这种移动客户终端将会已无所不在的通信和计算平台的形式出现，实现消费电子、计算和通信功能的集成。为了使这种集成功能能够实现，当客户终端与各种无线访问网络无缝连接时，需要能够访问多种应用和服务。
这种功能集成可从至少两个方面进行评估。首先，需要考虑实现该集成的多路无线网络的配置方式。其使用户的想象创造可促进用于多路网络交互操作的移动终端结构的发展。
其次，从终端用户的角度看，功能集成可理解是为了给终端用户提供最大程度可能的特定应用网络限制。
从网络的角度看，这种功能集成可通过集成无线局域网(WLAN)和根据通用移动通信系统(UMTS)开发的第三代(3G)蜂窝电话系统实现。该3G蜂窝电话系统包括如基于全球移动通信系统(GSM)和通用分组无线业务(GPRS)的综合系统(即GSM/GPRS系统)，还包括宽带码分多址访问系统(WCDMA)。3G蜂窝电话系统与无线局域网可实现不同程度的集成。例如，可仅仅通过计费共享和用户信息实现一定程度的集成。另一方面，可通过WLAN的核心网络功能性与3G蜂窝电话系统的综合实现相对较大程度的集成。尽管后一种方法能提供更完整的网络功能，但是该方法非常复杂且昂贵。此外，考虑到WLAN和UMTS标准两者的特性，近期内实现WLAN与3G蜂窝电话系统完全集成的前景是渺茫的。因此，前一种类型的系统间集成和配合将可能是未来唯一的实现方法。
参考图1，其提供了一种无线通信系统100的示意图，在该无线通信系统内，上述前一种类型的集成通过连接WLAN 104与UMTS网络106的计费和用户信息实现。从图1中可知，WLAN 104和UMTS网络106共享通用识别系统100以及通用计费系统114。
UMTS网络106由几个主要的部分组成，包括移动用户终端118以及与之结合的用户识别模块(SIM)120、UMTS广播网124、含有交换器和网络智能的UMTS核心网126。系统100运行期间，UMTS广播网124内用户终端118与基站进行通信。该基站将来自用户终端118的无线电信号转换成数字信号并提供给UMTS核心网126内的交换器。所述交换器建立与其他用户终端的电话连接，或者将该数据信号路由给公共交换电话网(PSTN)或其他数据网络(如公共封包数据网(PPDN)或因特网)。
SIM 120用电子卡实现，且为用户终端118提供用户身份信息，为了获得对UMTS核心网126的访问，用户终端118将该信息发送给UMTS广播网124。然后允许用户终端118访问之前，UMTS核心网126先验证用户识别信息的有效性。SIM 120被用作UMTS网络内的主要用户识别和加密机制，尽管这一性能还未在WLAN内实现标准化。但是，好几种用于无线局域网内使用SIM/USIM技术开发验证和加密方案的方法已经被提出。
可以预见，SIM/USIM技术将在通过联合验证(也隐含联合计费)实现WLAN和蜂窝电话系统的网络层集成中充当关键的角色。进一步的这一技术将在解决阻碍WLAN系统所展开的大量安全问题中充当重要的角色。
从终端用户角度来看，第三代无线系统的承诺是为任何人在任何地方、任何时候以最可能低的成本提供各种服务。在UMTS网络发展的早期阶段，能够看到的是现有的GSM/GPRS网络与最新开发的WCDMA网路的结合能够实现该承诺。但是WLAN技术(特别是802.11a/b)的发展和商业化也获得了动力。众多专家的一致意见是两种系统并存。在这一点上，终端用户更多关的是可靠地提供各种不同类型的先进服务，而不是特定技术的可用性。为能够实现提供服务的集成，网络操作员必须确保能够安全执行不同应用程序的用户终端的可用性。此外，还期望能够以最低成本的网络设备提供所述的高级服务。因此，理想的下一代移动终端的结构将能够通过各种不同信道选择器(如GSM/GPRS，WCDMA和802.11a/b)接收服务和应用。
图2所示是典型的第二代(2G)手机200基带平台的方框图。如图所示，手机200包括处理器204(如ARM7或类似处理器)及16位DSP 208。
DSP 208的固件一般于ROM(图中未示出)内执行，而处理器204执行的软件存储于“外接”闪存212中。手机200还包括一定数量的外接SRAM 216，及用于接收前面所述类型的电子SIM卡的SIM接口220。经过稍微的修改，该平台200还可用于实现双模式GSM/GPRS方案。一般地，具有较高速度的处理器204(如ARM9处理器)用于GSM/GPRS手机中，16位DSP 208的时钟速度也相应增加。高速处理器204如ARM9不仅能够运行GSM/GPRS协议栈，还能并行执行应用程序。
因此，从用户的角度看，支持功能集成所必需的大量因素，即支持大量不同应用和服务所需的足够的处理和计算能力以及能使用户访问标准的验证和计费平台的SIM接口，已经在现有的手机中出现。但是，现有的手机一般不支持多路无线电协议或“集合信道”，因此限制了通过各种信道提供的不同服务的集成。例如，某些现有的GSM手机能够通过因特网浏览器访问并显示信息，但是不能在GSM网络与其他类型的无线网络如WLAN、蓝牙或3GWCDMA网络之间无间隙的漫游。
因此，急需要提供一种依据不同协议操作的无线网络间的无间隙移动。为实现这种移动和由此产生的服务集成，急需要提供一种廉价且支持多路信道和服务的移动无线终端，并进一步实现基于用户身份的区别服务。

发明内容
本发明的一个方面涉及一种多模式无线通信装置，其包括用于执行使用于第一无线通信网络中的第一无线通信协议的低级栈操作的第一基带协处理器。所述无线设备还包括一个主基带处理器，用于执行(i)使用于第一无线通信网络中的第二无线通信协议的一组协议栈操作；(ii)所述第一无线通信协议的高级栈操作。一个数据通信信道提供于所述主基带处理器和第一基带协处理器之间，能够传输由所述多模式无线通信装置接收自第一无线通信网络的数据或由所述多模式无线通信装置通过第一无线通信网络发送的数据。
在一个具体实施例中，主基带处理器执行的所述一组协议栈操作包括第二无线通信协议的整组协议栈操作。在其它实施例中，所述无线设备进一步包括用于执行所述第二无线通信协议的低级栈操作的第二基带处理器，且所述第二无线通信协议的高级栈操作由所述主基带处理器执行。
本发明还涉及一种无线通信装置内执行的方法，实现分别遵循第一和第二无线通信协议的第一和第二无线通信网络之间的通信。所述方法包括在第一基带协处理器内执行所述第一无线通信协议的低级栈操作。第二无线通信协议的一组协议栈操作以及第一无线通信协议的高级栈操作也在主基带处理器内执行。能够传输由所述多模式无线通信装置接收自第一无线通信网络的数据或由所述多模式无线通信装置通过第一无线通信网络发送的数据的数据通信信道建立在所述主基带处理器和所述第一基带协处理器之间。在一具体实施例中，所述方法进一步包括在通过所述数据通信信道与主基带处理器通信的第二基带处理器内执行所述第二无线通信协议的低级栈操作。
本发明的另一个方面涉及一种多模式无线通信装置，包括用于执行使用于第一无线通信网络中的第一无线通信协议的低级栈操作的第一处理器。所述设备还包括用于执行使用于第二无线通信网络中的第二无线通信协议的低级栈操作的第二特殊承载处理器。所述设备还提供一个用于执行所述第一和第二无线通信协议共同的高级栈操作的主处理器。所述设备另外还包括无线电收发器，及用于在所述无线电收发器、主处理器、第一特定信道处理器和第二特定信道处理器传输数据的装置。在一具体实施例中，所述第一无线通信协议的低级栈操作包括所述第一无线通信协议特有的物理层函数和特殊承载堆栈函数。类似地，所述第二无线通信协议的低级栈操作包括所述第二无线通信协议特有的物理层函数和特殊承载堆栈函数。
本发明还涉及一种多模式无线通信装置，包括用于执行使用在第一无线通信网络中的第一无线通信协议的低级栈操作的第一集成电路。所述设备还包括用于执行使用在第二无线通信网络中的第二无线通信协议的低级栈操作的第二集成电路。所述设备还包括用于执行使用于所述第二无线通信网络中的所述第一无线通信协议的高级栈操作的第三集成电路。第一数据通信信道提供于所述第一集成电路和第二集成电路之间，且第二数据通信信道提供于所述第二集成电路与第三集成电路之间。


为了更好地理解本发明的技术特征，需要结合以下附图进行详细的描述图1是一种典型的无线局域网与UMTS网络的计费和用户信息相结合的无线通信系统的示意图；图2是典型的第二代无线手机基带平台的方框图；图3是本发明用于无线通信终端内的分层软件结构的示意图；图4是本发明多路处理器间分区的具有分层软件结构的移动终端的方框图；图5是用于多信道无线终端内的多层软件结构的更详细的示意图；图6是通过将图5所示的多层软件结构映射至现有GSM/GPRS平台结构获得的无线装端基带平台的示意图；图7是用于GSM/GPRS以及WCDMA信道服务的双模式无线终端基带平台的示意图；图8是将多个用户应用集成至一个设备的双模式无线终端基带平台的示意图；
图9是根据本发明提供GSM/GPRS、WCDMA以及WLAN信道服务的三模式无线终端基带平台的示意图；图10是本发明典型的集成多模式无线终端的方框图；图11是以时间同步方式描述对GSM/GPRS以及WCDMA信道服务的规定的双模式无线终端基带平台的示意图；图12是由WCDMA基带协处理器中主定时器维持的计数器的示意图；图13是解释依据直接访问读操作的执行的计时同步方法的计时示意图；图14是解释依据中断捕捉操作的执行的计时同步方法的计时示意图。
具体实施例方式
图3是本发明移动无线通信终端310内分层软件结构300的示意图。分层软件结构300包括一个与公共堆栈函数层316通信的应用层314。如图3所示，为移动无线通信终端310定义整个通信协议的一组软件例程组成协议层的堆栈，即协议栈，由公共堆栈函数层316、特定信道堆栈层320和物理层324组成。所述协议栈将整个通信协议划分成分等级的功能层。
结合图3可知，由特定信道堆栈层320和物理层324组成的所述“低”协议层分别是特定的通信协议和无线电收发器设计的具体化。相反，由应用层314和公共堆栈函数层316组成的“高”协议层则完全独立于特定通信协议和收发器设计。由此可知，在某些实施例中，将第一和第二处理器模块330和334间的高协议层和低协议层的处理分成两支是很方便的。这样用于执行期望的无线信道和收发器功能的任何第二处理器模块334可插入终端310内并与第一处理器模块30执行的高层协议进行通信。
很明显，分层软件结构300可分布在用于实现通信终端310的多个物理处理模块中。优选地，不考虑堆栈层320执行的特定通信协议，公共堆栈函数层316允许接收自特定信道堆栈层320的数据流看起来与应用层314相同。这种功能分布能使附加的处理模块334移除并被其它执行不同通信协议的模块替换。
参考图3，应用层314由多个不同的应用程序342组成(如语音通信、网页浏览、视频流)。
每个应用程序342与公共堆栈函数层316相互作用，提供对特定承载通信信道的访问(如GSM/GPRS、802.11或WCDMA)。例如，对于WDMA来说，公共堆栈函数层316执行非访问层(NAS)的功能，基于插入移动终端310内的SIM卡350内的信息实现用户验证。由于NAS由独立于任何特定信道处理单元334的第一处理单元330所执行，该验证以独立信道的方式实现。也就是说，在这个实施例中，不管选择的信道是否是WCDMA、802.11或者GSM/GPRS，用户总是需要用SIM卡350内的信息进行身份验证。
图4是本发明多路处理器间分区的具有分层软件结构的移动终端400的方框图。如图所示，移动终端400包括用于执行应用层例行程序及图3中所述的一组公共堆栈函数的第一处理器410。移动终端400进一步包括多个特定信道处理器414，每个特定信道处理器用于执行特定的无线信道的协议栈的特定信道和物理层。现有的键盘模块418与处理器410交互连接，所述处理器410可以用含有ROM、RAM、多个端口、模数转换器和串口的16位微处理器来实现。除了芯片内上的存储容量，还提供一个外部ROM 420和一个外部RAM 424用于额外的数据处理和通信容量。终端400还进一步包括一个显示控制器以及与之结合用于驱动LCD显示屏434的驱动器电路430。
如下文所述，具体实施例中，本发明的软件结构300能使新的无线信道加入现有的GSM/GPRS平台(如图2所示)，无需对影响核心GSM/GPRS功能的处理模块进行修改。这样本发明可再利用现有的GSM/GPRS解决方案，从而实现移动终端平台的发展，从网络和用户两方面促进功能的集成。因此无线半导体和移动设备生产商可有效而低成本地将现有的单模式GSM/GPRS平台移植为双模式(GSM/GPRS和WCDMA)甚至多模式(GSM/GPRS、WCDA和802.11)方案中。其可通过对现有移动终端平台最小程度的再设计而实现经济有效的新的承载信道的增加。
图5是用于多信道无线终端内的多层软件结构500的更详细的示意图。如图所示，所述结构500由一组四个软件层组成，每个软件层由不同的数据流特定所定义应用层504、通信层506、协议层508及物理层510。
在这一典型实施例中，应用层504由多个用户级应用程序520(如网页浏览，文字消息)组成。因而，通信层506和应用层504之间通过接口524传送的数据实际上易于突发。
通信层506执行与保持通话或其他连接相关的独立承载信道协议堆栈功能。在这一点上，通信层506的功能是验证不同网络中的用户，选择合适的信道来传输数据包，并在信道间切换时维持应用级的连接。也就是说，通信层506提供访问不同信道的程序520，并为使用SIM/USIM机制的所有信道提供验证服务。穿过通信层506与协议层508间的接口530的数据速率比穿过接口524的数据速率更稳定。
协议层508执行不同的特定信道协议栈函数534，并用于提供穿过与物理层510间接口536的更高峰值的数据率。如图所示，物理层510由对应不同信道(如GSM/GPRS、WCDMA和802.11)的多个物理层模块550组成。需要注意的是，图5是软件结构500的分级视图，并不限制映射的特定硬件结构。
从图5很容易得知，为了使四个定义的软件层中的数据流相等，该多层软件结构500需要依赖于缓冲器。
具体地，应用层504包括多个缓冲器556，分别与多个应用程序520相结合；协议层包括多个缓冲器560，分别与每个特定信道堆栈函数534相结合；物理层510包括多个缓冲器564，分别与每个物理层模块550相结合。如下所述，缓冲器556、560和564能使软件结构500可通过使用多种不同地硬件结构来实现。
图6是通过将图5所示的多层软件结构映射至现有GSM/GPRS平台结构获得的无线装端基带平台600的示意图。平台600使用一个基带集成电路或“芯片”601实现，且包括处理器604(如RAM9处理器)和数字信号处理器(DSP)608。与通信层508、协议层506和ISM/USIM验证处理602结合的函数由处理器604执行。如图所示，处理器604执行公共堆栈函数620，也执行特定承载信道GSM堆栈函数622和GPRS堆栈函数624。缓冲器630和632提供与公共堆栈函数620、特定承载信道GSM堆栈函数622和GPRS堆栈函数624的执行有关的不同数据速率。一般，将要通过空气传送的数据存储在片上SRAM 616中，以便有效地访问该与增加或移除头信息等有关的数据。
如图6中所示，物理层510通过DSP 608实现。尽管GPRS物理层模块6502再使用GSM物理层模块6501的功能，从逻辑的角度来看，模块6501和6502中的GSM和GPRS功能可以分离。如图所示，协议层和物理层之间的接口用作片上信箱区610，包括与GSM物理层模块6501关联的第一物理层缓冲器6601和与GPRS物理层模块6502关联的第二物理层缓冲器6602。
图7是用于GSM/GPRS以及WCDMA信道服务的双模式无线终端基带平台700的示意图。如图所示，基带平台700的结构与平台600相似，包括由处理器718(如ARM9处理器)和数字信号处理器(DSP)708组成的GSM/GPRS主基带处理器平台701。平台700进一步包括包含有WCDMA物理层模块708和关联的缓冲器710的WCDMA基带协处理器704。WCDMA基带协处理器704用于执行WCDMA承载信道信号的物理层处理，并与主处理器718所执行的特定承载信道WCDMA堆栈函数716连接。缓冲器722提供与公共堆栈函数720和WCDMA堆栈函数716的执行有关的不同数据传输速率。
图7所示的实施例中，使用处理器916来实现的WCDMA堆栈函数716包括有特定承载信道函数MAC、RLC、PDCP、BMC和RRC。同样地，使用处理器916来执行公共堆栈函数720，在基于WCDMA的结构中，公共堆栈函数720还包括NAS函数。最后，WCDMA基带协处理器704对所有WCDMA相关的“层1”或物理层函数负责。
再参考附图7，慎重的工程设计建议应该对因WCDMA信道的增加而产生的处理器718上的额外处理负荷进行评估。作为最初的因素，与特定承载信道WCDMA堆栈模块716的执行有关的总处理量应予以考虑。
例如，假设WCDMA堆栈函数716、GSM堆栈函数622和GPRS堆栈函数624总共需要30MPIS的处理功率，则处理器718的处理能力如下表I所示表I

从表I可知，处理器718拥有足够的处理资源来执行特定信道WCDMA堆栈函数716和GSM/GPRS堆栈函数622和624。也就是说，当提供WCDMA基带协处理器704来影响WCDMA物理层函数时，本发明能将WCDMA堆栈函数716映射至用于实现现有GSM/GPRS方案的处理器上。由于WCDMA物理层比GSM/GPRS物理层更复杂，经常用专用集成电路(ASIC)来实现WCDMA基带协处理器704，而不是使用通用数字信号处理器。在单个集成电路内集成所有需要的物理层、协议层和通信层GSM/GPRS功能也当然是可能的，但是将使上述方法的优势抵消。
如上所述，当使用一对集成电路(即主基带处理器平台701和WCDMA基带协处理器704)来实现双模式平台700时，存储映象被用来定义协议层和物理层之间的接口。因为该接口可被标准化，根据本发明对现有2.5G平台进行扩充以使根据本发明的包括WCDMA的功能被简化。定义该接口的存储映象一般通过在主基带处理器平台701的存储器内建立一个共享区实现。这个共享存储空间可被逻辑配置分割为具有多个区的双端口RAM，每个区包含一种不同类型的数据。这些数据类型包括如协议栈和物理层之间传送的控制信息、上行链路/下行链路数据。平台700运作期间，该共享存储空间简化主基带处理器平台701和WCDMA基带协处理器704之间每隔一定间隔的数据交换。一般来说，所述间隔对应一个帧的持续时间(如WCDMA中的10毫秒)。在每个帧的结束端，WCDMA基带协处理器704中断主基带处理器平台701和可读取新信息的信号。当主基带处理器平台701读取这些新信息后，其还将新信息写入共享存储空间以便WCDMA基带协处理器704读取。具体实施例中，主基带处理器平台701可在任何希望向共享存储空间写入新数据时中断WCDMA基带协处理器704。
图8为将多个用户应用集成于一个设备上的双模式无线终端基带平台800的示意图。如上述表I所述，本发明可使现有2.5G平台扩充以提供新的高速承载信道服务(如WCDMA)，而保留足够的处理资源以实现用户应用程序的执行。例如，如果该装置是一个特色手机(Feature Phone)，剩余的处理资源将被用于执行实现多媒体信息解码的应用程序或类似程序。若需要更多高级应用程序的执行能力，需要采用图8所示的结构。如图所示，图8所示的实施例中，应用层504被映射至主基带处理器平台701外的应用处理器804。应用处理器804被用于运行操作系统，该操作系统能够执行复杂的应用程序，如MPEG-4编码程序或类似程序。如图8所示，应用处理器804通过一个相对快速的串行接口810与主基带处理器平台701连接。总的来说，应用层504和通信层506之间的数据缓冲可由应用处理器804来处理。
图9是根据本发明提供GSM/GPRS、WCDMA以及WLAN信道服务的三模式无线终端基带平台900的示意图。因为高峰值数据速率表征不同的WLAN协议(如IEEE 802.11)，如图9所示的实施例中，协议层508被视为穿过主基带处理器平台901和WLAN基带协处理器904而实现。如图所示，WLAN信道的协议层508由处理器916所执行的WLAN高介质访问控制(MAC)层908和由WLAN基带协处理器904所执行的WLAN低MAC以及物理层910组成。WLAN高MAC层908一般被主基带处理器平台901执行。由于执行WLAN高MAC层908比执行WLAN低MAC以及物理层910的处理要求低，一般处理WLAN MAC层都希望是两歧状态。也就是说，执行WLAN低MAC以及物理层910需要更多的处理功率，且该执行经常都用单独的芯片实现。
再者，WLAN高MAC层908与WLAN低MAC以及物理层910的不同数据流特性分别由缓冲器920和924提供。
考虑对本发明无线终端平台增加新信道时，至少有两个参数必须考虑，即峰值和平均数据速率。当新信道的数据速率峰值相对较高时，平均数据速率将明显较低。例如，在802.11b和WCDMA承载信道两种情况下，平均数据速率一般大约在200-384千位/秒的范围内，但是数据速率峰值明显较高。出现这种现象至少有两个原因。第一，802.11b系统提供的11Mbps通信带宽被可用覆盖范围或热点内的所有用户共享。
第二，数据和视频压缩能更好地利用带宽，因而只需要较低的平均数据速率。根据本发明，按照上述方式对MAC层的分割可防止在处理数据速率峰值期间因与主基带处理器平台相关的存储器接口的发展而产生的瓶颈现象。通过对MAC层的分割，利用单独的WLAN基带芯片处理低MAC部分的数据速率峰值大约为11Mbps，而通过主基带处理器平台处理高MAC部分的平均数据速率要低得多(如300-400Kbps)。
从逻辑的角度看，每个物理层缓冲器(如缓冲器660、710和924)被用作图9所示实施例中的双端口RAM。物理层缓冲器710中，第一端口由主基带处理器平台901读写，第二端口由WCDMA物理层708同步访问。一般优选实行缓冲器710，这样WCDMA基带协处理器704不作为所连接总线上的主控件。其将导致主基带处理器平台901对第一端口的全部访问无效，使得总线更容易被程序和数据存储器共享。
每个协议层缓冲器(即缓冲器630、632、722和920)通常由主基带处理器平台901的存储器内的一块区域构成。这个存储空间可被静态或动态地分配，主要用作将再发送给应用层2协议的数据的存储库。例如，在TCP的情况下，协议层508发出数据包然后等待来自TCP的已收到确认(即ACK)，以此视为数据包已发送。如果没有收到ACK，相关的数据将从协议层508中再次发送。这种情况下，通信层506不参与再发送，其与以再发送作为一个特定承载信道函数被执行的稳定结构一致。
与协议层缓冲器相似，应用层缓冲器(图未示)通常由主基带处理器平台901的存储器内的一块区域构成。这个缓冲器用于存储应用程序产生的数据，直至这些数据准备被发送。以这种方式，应用层缓冲器支持不同速度信道间通信层的切换。
再参考图7-9，公共堆栈函数720通常包括可用于平台700支持的承载信道的不同堆栈函数。通常被执行的一个这种公共堆栈函数720为一个对话管理函数。将本发明的无线终端平台结合在用于浏览网页的移动终端内便是这种执行的一个例子。在这种情况下，所述移动终端将启动一个TCP/IP对话，对话期间IP包通过任何支持的信道(如WCDMA或802.11)传输。也就是说，当无线终端用户“打开”浏览器程序时，连接(C1)建立，通过该连接一个特定的信道(如WCDMA)被用来传输IP包。假设下一步用户进入一个可使用更快的802.11空中接口的热点区域。这一环境由通信层506检测，通信层506将调用802.11空中接口传输IP包。
但是，从对话角度，所述连接还是C1，无线终端用户不会知道实际上正在使用不同的物理层传输IP包。
公共堆栈函数720还可执行不同的验证操作。公共堆栈函数720经常包括所有必要的软件，如读取SIM卡和生成密码以及类似的与需要的验证操作相关的加密数据的软件。
再次参考图7-9，在该实施例中特定信道WCDMA堆栈函数716包括MAC(媒介访问控制)、RLC(无线链路控制)、PDCP(封包数据集中控制)及RRC(无线资源控制)。MAC、RLC和PDCP函数用于调整数据域内的功能性，RRC用于控制功能性。相反，特定信道WLAN协议栈一般仅由MAC层组成。在这两种情况下，信道特定协议栈函数可用的至少三个主要约束在确定本发明支持集成的终端结构的配置方式时应予以考虑。
具体地，这些约束与使用上述方法集成多个信道所需的编码空间、数据空间和MIPS有关。
所需编码空间执行GSM/GPRS堆栈所需的总的编码空间依据不同的执行而稍微不同，但是通常需要约1.1MB的程序存储器。如表II所示，移至双模式GSM/GPRS和WCDMA方案将增加编码空间大约3MB。但是，增加802.11信道预计仅仅对程序存储器需求产生可忽略的影响。这是因为WCDMA协议栈很复杂以至于其大小是整个程序存储器需求的一大决定因素。
表II

所需数据空间与编码空间需求一样，整个数据空间的需求依赖于具体不同的实现方法。但是，一般单模式GSM/GPRS方案需要大约512KB的数据存储器。如表III所示，若该方案采用双模式的GMS/GPRS和WCDMA来实现，存储需求增加至1MB。同样，802.11b信道的增加将需要额外的128KB的数据存储器。
表III

所需要的MIPS本发明集成终端结构的设计应考虑的第三个参数与所支持的各种信道服务需要的处理资源有关。使用WCDMA和802.11的情况下，不同的因素将决定需要的处理资源。使用802.11b时，主要因素是支持的最大数据速率。相反，与WCDMA信道相关的所需要的总控制主要占用其处理资源的消耗。如表IV所示，采用80.211a/b WLAN MAC的实施例的实现大约需要10MIPS(假设有零个访问所有存储器的等待状态)，以384千位/秒的速率执行WCDMA服务需要大约30MIPS。
表IV

现在请参考图10，图10是本发明典型的集成多模式无线终端平台1000的物理实现方框图。多模式终端平台1000用于在无线终端(图中未示出)内实现处理GSM/GPRS、WCDMA和802.11a/802.11b承载信道的能力。本发明的平台1000使用三个不同的集成电路来实现；若需要的话，WCDMA和WLAN的功能可集成在一个单独的芯片上。如图10所示，平台1000包括GSM/GPRS芯片1002，修改后用于按照上述方式实现WCDMA和802.11上层MAC协议栈功能。GSM/GPRS芯片1002与WCDMA芯片1004连接以实现WCDMA承载信道的物理层处理。同样地，GSM/GPRS芯片1002与802.11芯片1010连接以执行802.11承载信道的低MAC和物理层。如图所示，GSM/GPRS芯片1002还与SRAM 1014以及闪存1020连接。平台1000的有点在于为使用通用的芯片设计来开发不同类型的终端提供了很高的灵活性。这样特定的GSM/GPRS芯片设计可用于制造具有至少以下类型的无线终端单模式的GSM/GPRS、双模式的GSM/GPRS和WCDMA、双模式的GSM/GPRS和802.11以及多模式的GSM/GPRS与WCDMA和802.11。
无线终端平台1000的具体实施例中，WCDMA芯片1004可使用如来自加利福利亚州圣地亚哥的Zyray Wireless公司的SPINNER核心芯片实现。同样地，802.11芯片1010可使用来自加利福利亚州欧文城Intersil公司的IIFA3860或HFA3724实现。
图11是以时间同步方式描述对GSM/GPRS以及WCDMA信道服务的规定的双模式无线终端基带平台1100的示意图。如图所示，基带平台1100包括“主”GSM/GPRS基带处理器1101，由层2处理器1108和GSM/GPRS调制解调器1110组成。具体实施例中，层2处理器1108包括一个来自ARM公司的ARM9处理器。如图所示，主基带处理器1101进一步包括一个主计时器1112，用以维护GSM/GPRS调制解调器1110使用的计数值。平台1100进一步包括一个WCDMA基带协处理器1104，其内含有一个WCDMA调制解调器1116。WCDMA基带协处理器1104进一步包括一个主计时器1118，用以维护WCDMA调制解调器1116使用的计数值。WCDMA基带协处理器1104用于实现WCDMA承载信道信号的物理层处理，并通过基带接口1122与主基带处理器1101连接。关于通过基带接口1122传输给WCDMA调制解调器1116或来自WCDMA调制解调器1116的WCDMA承载信道信号，不同的特定承载信道WCDMA堆栈函数由层2处理器1108执行。图11所示的实施例中，基带接口1122包括位于WCDMA基带协处理器1104存储器内的一个共享区域。这个共享区域可逻辑地配置为双端口RAM，被分割为多个区域，每个区域含有不同类型的数据。该数据类型包括如协议栈和物理层之间传输的控制信息，以及上行链路/下行链路数据。如图所示，基带接口1122与WCDMA主计时器1118间的通信可通过直接访问读取操作1150实现，或通过高级高速(AHB)总线1160实现。AHB总线1160的规范有如来自ARM公司(www.arm.com)的2.0版本AMBA规范。
双模式无线终端基带平台1100操作期间，层2处理器1108执行各种WCDMA特定函数(如MAC、RLC、PDCP和RRC)、GSM/GPRS堆栈函数，还执行各种公共堆栈函数。图11所示的基于WCDMA的结构中，公共堆栈函数包括有NAS函数。最后，WCDMA基带协处理器1104对所有WCDMA相关的“层1”和物理层函数负责。
图11所示的实施例中，主GSM/GPRS基带处理器1101用作与WCDMA基带协处理器1104相关的主设备。主GSM/GPRS处理器1101执行协议栈接口，读写基带接口1122，也读写WCDMA基带协处理器1104的各种寄存器。
平台1100运行期间，基带接口内的共享存储空间实现主基带处理器1101和WCDMA基带协处理器1104之间的每隔一定时间间隔的数据交换。
当主基带处理器1101读取存储于共享存储空间内的新信息时，其还写入WCDMA基带协处理器准备读取的新信息。具体实施例中，主基带处理器1101可在需要向基带接口1122的共享存储空间内写入新信息的任何时候中断WCDMA基带协处理器1104。主GSM/GPRS基带处理器1101和WCDMA基带协处理器1104之间的交互作用实现了双模式系统平台的操作。
双模式无线终端基带平台1100运行期间，GSM主计时器1112和WCDMA主计时器1118两者均更新分别与GSM和WCDMA协议一致的计数器。这些计数器与对以下的控制有关，例如，对GSM/GPRS调制解调器1110及WCDMA调制解调器1116处理的输入(Rx)和输出(Tx)数据流的处理。
图12是由WCDMA基带协处理器1104中主计时器1118维持的计数器1200的示意图。计数器1200包括两个字段即取样计数器1204和槽计数器1208。具体实施例中，两个计数器1204和1028在WCDMA基带协处理器1104的15.36MHz系统时钟的每个上升沿自由运行。取样计数器1024在15.36MHz时钟率时加1，计数达到10239时回到零。当取样计数器1204从10239回到零时，槽计数器1208加1(计数少于14时)或复位为零(计数等于14时)。
本领域的普通技术人员可以理解，使用不同协议的通信系统间的计数器结构不同。例如，主GSM/GPRS基带处理器1101的计数器结构不同于图12所示的结构。
平台1100运行期间，主GSM/GPRS基带处理器1101同步其计数器与WCDMA基带协处理器1104的计数器。一般，主GSM/GPRS基带处理器1101通过直接或间接确定WCDMA主计时器1118维护的计数器的值来启动同步程序。一旦捕捉到WCDMA主计时器1118维护的计数器的值，主GSM基带处理器1101将WCDMA计数器的值与GSM主计时器1112维护的计数器的值进行比较，并确定两个处理器1101、1104之间的计时关系。该计时关系决定了使用双模式无线终端基带平台1100的无线设备内WCDMA和GSM/GPRS网络的计时的同步。
建立该计时同步可使使用双模式无线终端基带平台1100的无线设备同时在WCDMA和GSM/GPRS网络内操作，和/或可在该两种网络内进行处理。
至少有两种方法可以同步或确定GSM/GPRS和WCDMA计数器之间的关系。具体地，主GSM/GPRS基带处理器1101可通过执行“直接访问读取”或“中断捕捉”方法来确定WCDMA主计时器1118维护的计数器的值。该方法将分别结合图13和14进行描述。
图13是解释依据直接访问读操作的执行的计时同步方法的计时图1300的示意图。根据这种同步方法，GSM/GPRS基带处理器1101对WCDMA主计时器1118产生的当前计数器值执行直接访问读取操作。与该直接访问方法一致，WCDMA主计时器1118产生的给定计数器值的每个字段在各个确定的WCDMA时钟周期被GSM/GPRS基带处理器1101读取。其中“确定的”是指GSM主计时器1112维护的至少一个计数器的瞬时值在执行该直接访问读取操作时是已知的；也就是说，当特定GAM计数器达到一个预定值时，GSM/GPRS基带处理器1101执行该直接访问读取操作。图13中，“bsel”表示接收自GSM/GPRS基带处理器1101的再同步读出脉冲。此外，“baddr”表示能访问WCDMA主计时器1118的寄存器的地址总线，“brdata”对应与读取操作1150有关的读出WCDMA主计时器1118的寄存器的数据总线。
图14是解释依据中断捕捉操作的执行的计时同步方法的计时1400示意图。如上所述，图13所示的直接访问方法要求WCDMA主计时器1118维护的给定计数器值的每个字段在各个确定的WCDMA时钟周期被读出。
图14所示的方法中，WCDMA计数器的所有字段可在相同的确定时钟周期内(即WCDMA时钟周期内，该时钟周期在GSM主计时器1112达到一个预定值时出现)被捕捉到。
当特定GSM计数器达到一预定值时，GSM/GPRS基带处理器1101发送中断脉冲给WCDMA基带处理器1104的再同步脉冲发生器1420(图11中所示)。相应地，再同步脉冲发生器1420产生一个再同步脉冲1430，提供给WCDMA主计时器1118。WCDMA主计时器1118收到该中断脉冲后，WCDMA调制解调器1116捕捉其采样计数器1204的值1440和其存储槽计数器1208的值1450，并将之分别存储在sample_c71t_cap和slot_c71t_cap寄存器内。这将有利于允许GSM/GPRS基带处理器1001根据直接访问读取操作访问该存储的值。
上述处于解释目的的描述，使用具体的术语提供对本发明的全面的理解。但是，对于本领域的技术人员来说，很明显这些具体的细节并非实施本发明所必需的。
另外，为了避免对本发明布必要的干扰，已知的电路和设备未在图中表示出来。因此，前述的对本发明具体实施例的描述仅仅处于解释和说明的目的，并非穷尽本发明或将本发明限制在公布的精确形式中。很明显根据上述内容的指示还可以有各种修改和变形。对具体实施例的选择和描述是为了最好的解释本发明的原理和其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好的利用该发明和各种实施例来进行各种修改，以符合特定的预期用途。以下的权利要求及其相当于权利要求的内容定义了本发明的范围。
权利要求
1.一种多模式无线通信装置，包括用于执行使用于第一无线通信网络中的第一无线通信协议的低级栈操作的第一基带协处理器；用于执行第一无线通信网路内第二无线通信协议的一组协议栈操作以及第一无线通信协议的高级栈操作的主基带处理器；位于所述主基带处理器和第一基带协处理器之间，能够传输由所述多模式无线通信装置接收自第一无线通信网络的数据或由所述多模式无线通信装置通过第一无线通信网络发送的数据的数据通信信道。
2.如权利要求1所述的多模式无线通信装置，其中所述所述一组协议栈操作包括第二无线通信协议的整组协议栈操作。
3.如权利要求1所述的多模式无线通信装置，进一步包括通过所述数据通信信道与所述主基带处理器通信连接的第二基带处理器，所述第二基带处理器用于执行所述第二无线通信协议的低级栈操作。
4.如权利要求3所述的多模式无线通信装置，其中所述一组协议栈操作包括所述第二无线通信协议的高级协议栈操作。
5.如权利要求1所述的多模式无线通信装置，其中所述低层栈操作包括所述第一无线通信协议特有的物理层函数和特定承载信道堆栈函数。
6.如权利要求5所述的多模式无线通信装置，其中所述高层栈函数包括所述第一和第二无线通信协议公用的堆栈函数。
7.如权利要求1所述的多模式无线通信装置，其中所述主基带处理器进一步用来执行应用层函数。
8.如权利要求1所述的多模式无线通信装置，其中所述第一基带协处理器包括执行物理层函数的第一物理层模块，执行所述第一无线通信协议特有的特定承载信道堆栈函数的第一特定承载信道模块，与所述第一物理层模块和所述第一特定承载信道模块通信的第一缓冲器。
9.如权利要求8所述的多模式无线通信装置，其中所述第一基带协处理器包括与所述第一特定承载信道模块和所述数据通信信道通信的第二缓冲器。
10.如权利要求9所述的多模式无线通信装置，其中主基带处理器包括一个公共堆栈函数模块和一个或多个应用模块，所述公共堆栈函数模块执行所述第一和第二无线通信协议公共的函数。
11.如权利要求10所述的多模式无线通信装置，其中所述主基带处理器包括与所述对栈函数模块和所述一个或多个应用模块通信的第三缓冲器。
12.如权利要求1所述的多模式无线通信装置，其中所述第一无线通信协议包括WCDMA，所述第二无线通信协议包括GSM。
13.一种无线通信装置内执行的方法，实现分别遵循第一和第二无线通信协议的第一和第二无线通信网络之间的通信，所述方法包括在第一基带协处理器内执行所述第一无线通信协议的低级栈操作；在主基带处理器内执行第二无线通信协议的一组协议栈操作以及第一无线通信协议的高级栈操作；在所述主基带处理器和所述第一基带协处理器之间建立能够传输由所述多模式无线通信装置接收自第一无线通信网络的数据或由所述多模式无线通信装置通过第一无线通信网络发送的数据的数据通信信道。
14.如权利要求13所述的无线通信装置内执行的方法，其中所述执行一组协议栈操作包括执行所述第二无线通信协议的整组协议栈操作。
15.如权利要求13所述的无线通信装置内执行的方法，进一步包括在通过所述数据通信信道与所述主基带处理器通信的第二基带处理器内执行所述第二无线通信协议的低级栈操作。
16.如权利要求15所述的无线通信装置内执行的方法，其中所述执行一组协议栈操作包括执行所述第二无线通信协议的高级协议栈操作。
17.如权利要求13所述的无线通信装置内执行的方法，其中所述执行低级栈操作包括执行所述第一无线通信协议特有的物理层函数和特定承载信道堆栈函数。
18.如权利要求17所述的无线通信装置内执行的方法，其中所述执行高层栈函数包括执行所述第一和第二无线通信协议公共的堆栈函数。
19.一种多模式无线通信装置，包括用于执行使用于第一无线通信网络中的第一无线通信协议的低级栈操作的第一特定承载信道处理器；用于执行使用于第二无线通信网络中的第二无线通信协议的低级栈操作的第二特定承载信道处理器；用于执行所述第一和第二无线通信协议共同的高级栈操作的主处理器；无线电收发器；用于在所述无线电收发器、主处理器、第一特定承载信道处理器和第二特定承载信道处理器之间传输数据的装置。
20.如权利要求19所述的多模式无线通信装置，其中所述第一无线通信协议的低级栈操作包括所述第一无线通信协议特有的物理层函数和特定承载信道堆栈函数。
21.如权利要求20所述的多模式无线通信装置，其中所述第二无线通信协议的低级栈操作包括所述第二无线通信协议特有的物理层函数和特定承载信道堆栈函数。
22.如权利要求19所述的多模式无线通信装置，其中所述主处理器进一步用于执行应用层函数。
23.一种多模式无线通信装置，包括用于执行使用在第一无线通信网络中的第一无线通信协议的低级栈操作的第一集成电路；用于执行使用在第二无线通信网络中的第二无线通信协议的低级栈操作的第二集成电路；用于执行所述第一无线通信协议和所述第二无线通信协议的高级栈操作的第三集成电路；位于所述第一集成电路和第二集成电路之间的第一数据通信信道；位于所述第二集成电路与第三集成电路之间的第二数据通信信道。
24.如权利要求23所述的多模式无线通信装置，其中所述第一无线通信协议的低级栈操作包括所述第一无线通信协议特有的物理层函数和特定承载信道堆栈函数。
25.如权利要求24所述的多模式无线通信装置，其中所述第二无线通信协议的低级栈操作包括所述第二无线通信协议特有的物理层函数和特定承载信道堆栈函数。
26.如权利要求19所述的多模式无线通信装置，其中所述第三集成电路进一步用于执行应用层函数。
全文摘要
本发明公开了一种多模式无线通信装置和一种多模式无线通信方法。所述多模式无线通信装置(1100)包括用于执行用于第一无线通信网络的第一无线通信协议的低级栈操作的第一基带协处理器(1104)。所述设备还包括用于执行第一无线通信网路内第二无线通信协议的一组协议栈操作以及第一无线通信协议的高级栈操作的主基带处理器(1101)。本发明在至少一个主基带处理器和第一基带协处理器之间提供一个能够传输多模式无线通信装置接收自第一无线通信网络的数据或者所述多模式无线通信装置通过第一无线通信网络发送的数据的数据通信信道。
文档编号H04L12/28GK1726663SQ200380106426
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月18日
发明者弗雷德里克·海姆, 米切尔·洛特, 利奥·博罗密欧 申请人:美国博通公司