自适应无线通信系统的软件实现

付琳琳，章 杰，林宇慧，程树英，陈金伙

（福州大学 物理与信息工程学院 微纳器件与太阳能电池研究所，福建 福州 350108）

无线通信技术的应用已经渗透到人们生活和工作的各个方面，包括日常使用的手机和无线电话等，其中3G无线通信[1]是21世纪最热门的应用之一。随着社会的进步和科技的创新，2G网络提供的业务已不能满足人们的需求，3G业务成为人们新的追求。3G业务的推出，不仅能够满足人们对语音通信的需求，还支持数据通信，在传输速率及效率上都有了很大的提高。近年来，嵌入式无线通信技术被广泛应用到各个领域[2]，尤其是在远程监控系统[3]中，通过对嵌入式平台软硬件的设计，实现对远程设备的监控，节省了人力物力资源。但是由于无线通信的移动性，需要随着环境的改变作相应的改变，以适应环境的需要，提高系统的工作性能和稳定性。

基于上述情况，设计了一个无线通信软件包，它通过USB口将3G Modem与三星S3C6410微处理器相连，USB作为一个虚拟串口实现AT指令的收发。该软件包既可以实现语音、数据和短信等方式的通信功能，又可以根据外界网络环境的变化调整网络模式使通信模块工作在最优状态。该软件包可以通过与嵌入式设备相连实现对远程设备的监控，具有一定的现实意义。

1 自适应无线通信系统

1.1 无线通信系统整体架构

本文设计了一个可以进行自适应无线通信的软件包，系统可以在完成无线通信的基础上根据环境变化作出自适应处理。系统整体结构可划分为硬件平台层、驱动程序层、操作系统层和应用层 4层，如图1所示。应用层程序包括语音通信、短信通信和数据通信等，分别通过串口对数据库进行读和写操作，互不影响，并且可以同时进行。这样就可以方便地进行应用程序的升级、移植和扩展，而不对其他应用程序造成影响。而且在不改变系统硬件平台的基础上，可以对系统的功能进行扩展，方便了系统的升级改造。

图1 无线通信系统整体架构

1.2 自适应无线通信软件包

自适应无线通信系统主要包括语音通信、短信通信和数据通信等。系统不仅可以根据不同的功能需求启动相应的功能，而且可以在不同的网络间进行无缝切换，以适应当前网络环境的改变，使系统工作在最佳状态。软件包的组成及其接口函数如图2所示。

图2 无线通信软件包及接口函数

2 自适应无线通信软件包的实现

2.1 软件平台及软件结构

系统软件的实现是基于WinCE6.0平台的VS2005的AT指令编程。WinCE6.0作为微软发布的一款嵌入式操作系统[4]，具有高度的稳定性和实时性。VS2005作为WinCE6.0的一个开发环境，具有高度的集成性和扩展性。

系统软件采用标准的通信软件架构实现，可以方便地进行系统的移植和升级。软件结构如图3所示，其主要的应用程序包括语音程序、短消息程序、串口程序和数据通信程序等。

图3 系统的软件架构

2.2 自适应的实现

自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智能调节自身特性的反馈控制系统，以使系统能按照一些设定的标准工作在最优状态[5]。本文的自适应无线通信系统就是根据这一原理，根据不同时刻网络的信号强度等参数，选择较好的网络，使系统工作在最佳的网络模式。

本文使用的CDMA2000无线通信模块支持CDMA1X和EVDO两种网络模式，因此可以在这两种网络模式中进行工作。关键是怎样实现它们之间的自由切换。具体实现原理如下：程序通过检测线程函数不停地监测两种网络的信号强度，由于接收缓冲区会有很多不同的数据，先将串口接收到的数据保存在一个队列中，在队列中查找有效的信号返回参数。提取其中的有效返回值，通过比较选出较好的网络，最后通过软件实现网络模式的切换。通过这种方式可以选择信号较强的网络，使得通信质量显著提高。

系统上电后，首先进行初始化，测试串口及无线通信模块连接情况。当串口正常打开时，程序执行信号检测线程函数，通过发送AT指令检测CDMA1X和EVDO信号的信号质量。将串口接收缓存收到的数据保存在一个队列中，通过查找函数查找其中有效的信号返回子字符串，然后通过分析信号返回指令提取有效数值。通过比较信号值确定信号较优的一方，继续检测比较，直到较优的信号一方保持一段时间后才进行切换网络，这个时间可以根据具体需要自行设定。切换网络之前首先要发送指令查询当前的网络模式，若为较优模式则不做任何操作，若为较差模式，则切换到较优的网络模式中。其处理的流程图如图4所示。

2.3 无线通信功能实现

无线通信系统的主要功能分为语音通信、短信通信和数据通信3个部分。

图4 自适应实现流程图

（1）语音通信

语音通信部分主要实现电话呼叫功能，通过AT指令编程实现电话呼叫、接听和挂断等功能。拨打电话时，输入呼叫方电话号码，通过调用 Call（）函数实现，当来电时，可以选择 Dial up（）或 Dial down（）进行接听或挂断。

（2）短信通信

短信通信部分的主要功能是完成短信的收发、读取和删除等。首先输入电话号码和短信内容[6]，调用发送函数SMS（num，msg）进行发送。读取短信时，根据短信列表选择要读取的短信的序列号，调用读取函数Read（index）。删除短信时，给出要删除的短信的序列号，调用删除函数Delete（index）。此外，短信部分还增加了短信群发功能，其难点在于正确判断每条短信的发送是否成功。群发的流程是：首先确定将要发送的手机号码和短信内容，然后发送第一条信息，当串口监听收到返回值“OK”时说明发送成功，则进行下一条的发送，过程同上直至将短信全部发送完毕。由于短信发送之间的时延时间很短，因此所有群发的短信几乎同时到达用户。短信发送流程如图5所示。

（3）数据通信

无线通信系统的数据通信部分包括Modem的RAS拨号上网和Socket通信，实现Modem和远程计算机互联，进行数据通信。首先，无线Modem进行RAS拨号（如图6所示）实现远程访问，能够浏览网页等；然后通过Socket编程实现开发板与远程计算机之间的通信，如图7所示。

图5 短信通信流程图

图6 RAS远程拨号流程

图7 TCP客户端和服务器通信流程

3 测试结果

3.1 软件测试平台

该系统软件测试平台由三星S3C6410开发板和CDMA2000无线通信模块组成。S3C6410通过USB接口作为虚拟串口与CDMA2000无线通信模块进行连接，进而连接到CDMA网络，进行无线通信。CDMA2000无线通信模块由一个带USB接口的3G Modem和一张电信的STK卡组成。

3.2 测试结果

将软件包嵌入到设备中，系统初始化以后打开串口，系统将会不停地自动检测设备周围的CDMA1X和EVDO网络信号质量，串口返回值如图8所示。然后，系统提取串口返回值中的有效信号值并进行比较，得出信号较强的网络并切换到该网络，根据串口值得出CDMA1X信号较强，因此，系统将模式切换到CDMA1X模式，如图9所示。

给出电话号码，调用拨打电话函数拨打电话。给出电话号码和短信内容，则可以将短信发送到指定用户，测试界面如图10和图11所示。同时，根据远程计算机的IP地址和端口号，可以实现开发板与远程计算机互联，进行数据通信。此时，远程计算机作为服务器，WinCE6.0系统作为客户端，通信界面如图10和图12所示。

图8 串口返回值

图9 切换到CDM1X模式

图10 短信及数据通信界面

图11 手机接收短信

图12 TCP通信远程服务器端

本文完成了一个自适应无线通信系统的软件设计，实现了短信、语音及数据通信功能，以及在两种不同的网络模式中自适应重选和切换。该系统不仅可以选择不同的通信方式进行通信，而且可以优选驻留在信号较优的网络模式。将该系统应用在远程监控和报警系统中，可以大大提高工作的便捷性和准确性。该软件的实现是基于WinCE6.0的VS2005的AT指令编程，采用标准的软件通信架构，具有简易的接口和完善的功能，可以方便地进行系统软件的升级和移植，适用于支持WinCE6.0的各种设备中。

[1]Xia Jun.The third-generation-mobile （3G） policy and deploymentin China： Currentstatus， challenges， and prospects[J].Telecommunications Policy，2011，35（1）：51-63.

[2]Wang Xiaoli， LiJianwei.CDMA-based application of wireless intelligent monitoring system[C].2010 International Conference on Computer， Mechatronics， Control and Electronic Engineering（CMCE），2010：278-281.

[3]Hong Fuzhou.Wirelesscommunication design in water factory monitor system by sockets[C].WiCOM′08，2008：1-5.

[4]Zhou Yulin， Ning Yang， Lu Guiqiang.Customization and application development of Windows CE.Net core[C].PHEI，2005：36-40.

[5]陈毅红.一种自适应智能交通控制系统设计与实现[J].西南科技大学学报，2008（1）：23.

[6]CHENG T S， SIGNORE K W D， LIN F.Cost effective treatment of short message service on the paging channel for the CDMA system [J].Bell Labs Technical Journal，2007，12（2）：133-144.