使用软件定义无线电的多无线电实例

申请号 CN200880106572.0 申请日 2008-12-23 公开(公告)号 CN101803213B 公开(公告)日 2014-12-03
申请人 诺基亚公司; 发明人 A-V·S·皮伊波南; K·A·赖斯基拉; P·J·里内-拉科拉; T·J·泽特尔曼; H·I·伯格;
摘要 在第一方面中,本 发明 的示例性实施方式提供一种方法,包括实例化多个无线电协议,利用 基础 物理层操作所述多个无线电协议,其中相同无线电协议的每次实例化均在相同代码模 块 中实现并且其中每次实例化均具有存储于 存储器 中的相关联的数据。所述多个无线电协议的操作包括执行无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述无线电协议的不同实例化之间共享,并且无线电协议的不同实例化不相互干扰。
权利要求

1.一种方法,包括:
实例化多个无线电协议,以及
利用基础物理层操作所述多个无线电协议,其中相同无线电协议的两次或多次实例化中的每次实例化均在相同代码模中实现并且其中每次实例化均具有存储于存储器中的相关联的数据,
其中操作包括:
执行相同的无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述相同的无线电协议的不同实例化之间共享,并且所述相同的无线电协议的不同实例化不相互干扰,以便同时参与所述相同无线电协议的多个无线电网络。
2.根据权利要求1所述的方法,其中每次实例化由至少一个数据处理器核以时间片的方式执行。
3.根据权利要求1所述的方法,其中每次实例化由至少一个向量处理器执行。
4.根据权利要求1所述的方法,其中每次实例化由至少一个数字信号处理器执行。
5.根据权利要求1所述的方法,其中执行每次实例化以便在所述实例化之间划分通信流量。
6.根据权利要求1所述的方法,其中执行每次实例化以处理通信流量的单个流。
7.根据权利要求1所述的方法,其在多订户身份模块无线通信设备中执行。
8.一种设备,包括:
用于实例化多个无线电协议的装置,以及
用于利用基础物理层操作所述多个无线电协议的装置,其中相同无线电协议的两次或多次实例化中的每次实例化均在相同代码模块中实现并且其中每次实例化均具有存储于存储器中的相关联的数据,
其中用于利用基础物理层操作所述多个无线电协议的装置包括:
用于执行相同的无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述相同的无线电协议的不同实例化之间共享,并且所述相同的无线电协议的不同实例化不相互干扰,以便同时参与所述相同无线电协议的多个无线电网络的装置。
9.根据权利要求8所述的设备,其中每次实例化由至少一个数据处理器核以时间片的方式执行。
10.根据权利要求8所述的设备,其中每次实例化由至少一个向量处理器执行。
11.根据权利要求8所述的设备,其中每次实例化由至少一个数字信号处理器执行。
12.根据权利要求8所述的设备,其中执行每次实例化以便在所述实例化之间划分通信流量。
13.根据权利要求8所述的设备,其中执行每次实例化以处理通信流量的单个流。
14.根据权利要求8所述的设备,其在多订户身份模块无线通信设备中执行。
15.一种装置,包括:
存储器;
包含物理层的硬件单元;
以及配置用于实例化多个无线电协议并且利用所述硬件单元操作所述多个无线电协议的控制器,其中相同无线电协议的两次或多次实例化中的每次实例化在相同代码模块中实现,并且所述每次实例化具有存储于所述存储器中的相关联的数据,所述控制器进一步配置用于执行相同的无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述相同的无线电协议的不同实例化之间共享,并且所述相同的无线电协议的不同实例化不相互干扰,以便同时参与所述相同无线电协议的多个无线电网络。
16.根据权利要求15所述的装置,其中所述控制器配置用于通过使用至少一个数据处理器核以时间片的方式执行所述无线电协议的每次实例化。
17.根据权利要求15所述的装置,其中所述控制器进一步配置用于使用至少一个向量处理器执行每次实例化。
18.根据权利要求15所述的装置,其中所述控制器进一步配置用于使用至少一个数字信号处理器执行每次实例化。
19.根据权利要求15所述的装置,其进一步配置用于通过在所述实例化之间划分通信流量来执行每次实例化。
20.根据权利要求15所述的装置,其进一步配置用于利用通信流量的单个流来执行每次实例化。
21.根据权利要求15所述的装置,其实现在多订户身份模块无线通信设备中。

说明书全文

使用软件定义无线电的多无线电实例

技术领域

[0001] 本发明示例性的且非限制性的实施方式一般地涉及无线通信系统、方法、设备以及计算机程序,并且尤其涉及无线电技术、多无线电调度和软件定义无线电(SDR)。

背景技术

[0002] 在此使用了以下缩写:
[0003] 3G: 第三代(蜂窝标准)
[0004] GSM: 全球移动通信系统
[0005] HSDPA: 高速下行链路分组接入
[0006] MAC: 介质访问控制
[0007] MRC: 多无线电电控制器
[0008] RF: 射频
[0009] SDR: 软件定义无线电
[0010] SIM: 订户识别模
[0011] WLAN: 无线局域网(IEEE 802.11族)
[0012] 传统地,无线电接入协议栈已经是具有顶层控制界面和专用硬件资源的单个实体。在同一设备中具有同一无线电系统的两个示例实际上是不可行的,因为这将要求存在所有硬件和软件资源的两个实例。
[0013] 认识到一些无线电标准允许物理层(PHY)和协议部分(PHY之上的层,如MAC)的相当有效的解耦合。这可用于在一个无线电标准的变形之间,或者甚至是在跨多标准之间共享相同的物理层实现。GSM和3G资源共享即是一个例子,其中无线电系统可有效利用许多相同的硬件资源,这是因为它们的标准化是在相同的标准化机组织中是协调的。然而,这仅允许利用不同的无线电接入技术来获取对无线蜂窝网络的访问,一次一种技术。

发明内容

[0014] 通过使用本发明的示例性实施方式,解决上述和其他问题,并实现其他的优势。
[0015] 在本发明示例性实施方式的第一个方面中,提供了一种方法,包括:实例化多个无线电协议,并且利用基础物理层操作该多个无线电协议,其中相同无线电协议的每次实例化均在相同代码模块中实现并且其中每次实例化均具有存储于存储器中的相关联的数据。而且,所述操作包括执行所述无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述无线电协议的不同实例化之间共享,并且所述无线电协议的不同实例化不相互干扰。
[0016] 在本发明另一个示例性实施方式中,存在一种存储计算机可读指令程序的存储器,当所述程序由处理器执行时导致动作,所述动作包括:实例化多个无线电协议,并且利用基础物理层操作所述多个无线电协议,其中相同无线电协议的每次实例化均在相同代码模块中实现并且其中每次实例化均具有存储于存储器中的相关联的数据。所述多个无线电协议的操作包括:执行所述无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述无线电协议的不同的实例化之间共享,其中不同实例化无线电协议不相互干扰。
[0017] 在本发明的又一示例性实施方式中,一种装置,包括:存储器;包含物理层的硬件单元;以及控制器,所述控制器配置用于实例化多个无线电协议并且利用所述硬件单元操作该多个无线电协议,其中相同无线电协议的每次实例化均在相同代码模块中实现并且具有存储于存储器中的相关联的数据。而且,所述控制器进一步配置用于执行无线电协议的每次实例化,从而资源的一部分在所述无线电协议的不同的实例化之间共享,并且所述无线电协议的不同实例化不相互干扰。附图说明
[0018] 在附图中:
[0019] 图1是示出与本发明的示例性实施方式最相关那些部分的SDR系统类图。
[0020] 图2是具有实例化的GSM系统的SDR的对象图
[0021] 图3是具有两个GSM系统实例的SDR的对象图。
[0022] 图4是无线电协议栈的内容类图。
[0023] 图5是示出当实例化两个GSM系统时的协议栈元素的实例的对象图。
[0024] 图6示出了SDR设备的示例性实施方式,如多模蜂窝电话或其他类型的通信设备,其适用于实现本发明的示例性实施方式。
[0025] 图7示出了阐释根据本发明的示例性实施方式的方法的操作以及计算机程序代码的执行的逻辑流程图

具体实施方式

[0026] 如在本文中使用的SDR是假设为包含能够在共享硬件资源的顶部运行并发无线电系统的无线电计算机。这不同于“传统”的、通常使用专用硬件资源而不是共享资源、或其中资源共享非常有限并遵守适用的(或类似的)无线电标准(例如GSM/3G共享相同的射频信号路径)的软件控制的无线电。
[0027] 在根据本发明的示例性实施方式的SDR中,除了包含不能利用软件实现(或效率太低而难以实现)的那些功能的适当的硬件组件之外,无线电系统可使用在一个处理器、或多于一个的不同类型的处理器(例如,通用的、信号处理的、向量处理的)上运行的软件组件实现。在该类型的系统中,可以对单个无线电系统进行两次或更多次的实例化。该同一无线电系统的两个(或更多个)实例可利用相同的硬件资源(处理能和硬件组件),并且MRC为该多个实例授予空中接入时间(例如无线蜂窝接入)。
[0028] 本发明示例性实施方式的用途可至少部分地通过如下的示例性用例描述。
[0029] 用例A:蜂窝电话同时参与多无线电网络。该类型的操作可能意味着电话用户具有两个SIM卡或双SIM(例如工作和私人订制),并且意味着该电话使用两个订户连接同时连接。从无线网络的度看,这表现为两个独立且不同的用户设备。蜂窝无线电在空闲模式下通常具有较低的占空比,并且因此实际上为每个连接保证了无线接入,直至有活动,例如电话呼叫。当一个连接处于活动时,其它连接从网络掉线,或是提供智能化调度以使它们能够偶尔从基站收到一些(空闲状态)消息。
[0030] 此用例假设该独立协议实例可以以时间片的方式共享一些硬件加速器或其他信号处理块(例如,使用MRC提供的调度),这将在下文中更详细地描述。在示例性实施方式中,专用(共享)组件主要居于射频前端。如果一个GSM订户连接移动到GSM 1800MHz频带,并且另一个在GSM 1900MHz频带上操作,则协议实例可更自由地协作并且在电话呼叫期间至基站的连接可保持存活。在此情况下,独立无线电实例是真正独立的,可以在电话用户的接口级处处理任何并存的业务方法。
[0031] 用例B:此用例涉及用于在两个WLAN网络之间路由的双WLAN。(移动)台能够使用时间共享来参与两个网络;具体的用例是同时参加基础设施网络和ad-hoc网络。此类行为也可适用于其他无线电技术。
[0032] 用例C:此用例涉及支持非标准措施/活动。假设虽然激活无线电系统并按标准操作,但它可能不能为无线电用户提供“认知性(cognitivity)”信息。例如,蜂窝无线电可能不受制于适用的标准而扫描其他网络(而不是当前运营商的网络)。这可通过对另一蜂窝无线电进行实例化来克服,且从而使用新实例化的蜂窝无线电来自由地扫描其他一个或多个网络。第一个无线电实例不使用可以在那时调度扫描的该假设。
[0033] 用例D:此用例为多个类型的无线电“用户”提供支持,例如管理员用户、现场测试用户、工厂测试用户、最终用户以及SIM定的最终用户。由于整个无线实例可针对每种用户类型复制,所以给予对无线电系统参数和使用以不同类型的访问权是可能的。这增强了手机的安全性措施。
[0034] 用例E:此用例关注于在多处理器环境中平衡处理器负荷。如果假设底层的硬件资源为一个无线电协议栈提供了过高的数据速率来处理(例如将来实现的所谓“千兆比特无线电”),则解决方案是复制协议并在独立的处理器上运行它们,并继而在时间上共享硬件资源。在此情况下,应用程序数据流在这些多无线电系统实例之间划分,并在某些点处重新合并单独的有效流。
[0035] 根据本发明的示例性实施方式,用于支持这些和其他用例的多无线电系统的实现在SDR上下文中是简单易懂的
[0036] 首先,提供了无线电栈对如何在SDR系统中实现的解释,随后提供了对本发明的示例性实施方式的使用的解释。
[0037] RF信号链可针对大量重配置而设计,以使硬件元件可支持多个无线电标准。然而,还存在不易支持多个配置的RF元件。此类组件的典型示例包括RF前端滤波器和功率放大器。然而,利用它们控制接口中的适当的软件抽象层,可以对更高层协议隐藏不同配置的细节,以使任何支持的无线电协议能连接到RF资源并使用它们。同类的安排对于数字基带功能是可能的。总之,RF和基带功能假定包括物理(PHY)层。
[0038] 图1示出了SDR上下文中无线电接入栈和MRC的示例性类图,其中MRC调度无线电协议对物理资源(PHY层硬件和无线电频谱)的访问。更具体地,图1示出了SDR系统10的实施方式和MRC 12、无线电协议14和PHY 16的安排,并进一步示出了无线电协议14从PHY 16的解耦合。可使用UML(统一建模语言)标记(如图1以及图2-5中所示)。可存在多个可以实例化(即激活)的无线电协议14,以及多个支持一个或多个无线电标准的PHY 16资源元素。MRC 12基本上调度频谱资源。由于RF的性质,这些都通过频谱访问而进行了隐性调度。基带(即使是PHY 16的部分)不一定必由MRC 12调度(相对于传统的MRC操作)。
[0039] 图2示出了当实例化(即激活并准备使用)GSM无线电栈时的SDR系统10(无线电协议14实现GSM协议)。存在用于GSM操作的单个PHY 16部分,以及用于包含GSM栈的行为和参数的单个无线电协议14的部分。MRC 12也被实例化,尽管在给定的单个GSM无线电栈的情况下其功能并非特别相关。
[0040] 根据本发明示例性的实施方式,一个示例性用例(用例A)的实现在图3中示出。在此例中,实例化两个GSM协议栈14A和14B。假设没有用于第二GSM协议栈14B的另外的物理资源16,且原始GSM协议栈14A和新(新实例化的)GSM协议栈14B共享相同的PHY资源16。在此情况下,MRC 12的一个功能是分别经由MRC控制路径12A、12B、通过GSM协议栈14A和GSM协议栈14B来管制对PHY资源16的访问。
[0041] 一般地,协议栈14可以实现为计算机可执行软件。这样,并根据本发明的一方面,复制可执行软件并在两个或更多的处理器(或处理器核(执行单元))上,或如果处理器具有足够的处理能力,则在一个处理器上运行它是可能的。
[0042] 优选的是,将实现协议栈14的软件设计为重入的(或线程安全)。虽然这可能提供了一种目前看起来最佳的方法,但本发明示例性实施方式的实现不需要使用重入代码,且其他方法可由本领域技术人员尝试。通过重入代码的使用,在协议栈14的多个实例之间共享程序代码成为可能。实际上,当创建多个实例时利用重入代码仅需复制协议栈14的数据区域,从而程序代码的每个实例具有相关联的数据区域。进一步地,行为部分(程序代码)需要出现在程序存储器中,但仅一次。这一原理在图4和图5中示出。由于多无线电协议实例的可执行代码部分需要但仅一次地出现在存储器中,该技术一定程度上减少了对存储器的需求。
[0043] 更具体地,图4示出了显示将协议栈14划分为行为部分15A(程序代码)和数据部分15B(例如,通常是无线电参数)的类图。当实例化某种协议类(程序代码15A)时,假设其自动包含了其相关联的数据(数据区域15B)。因此,协议栈14的单独实例的每个可具有相关联的且单独的数据区域。然而,对于每个无线电系统,协议栈15A仅实例化一次。
[0044] 针对图3的示例,图5是示出曾经在SDR系统中类的协议相关实例的示例性对象图。在此情况下,原始GSM协议栈14A和新的GSM协议栈14B都根据相同的GSM协议代码15A(假设其为重入且线程安全的)操作,并且每个原始GSM协议栈14A和新的GSM协议栈
14B均分别具有相关联的且单独的协议数据部分15B1和15B2。
[0045] 图6示出了如多模蜂窝电话或其他类型的通信设备的SDR设备20的示例性实施方式。硬件(HW)块22A包括RF和其他用于支持经由一个或多个天线22B接收与传输无线通信信号的电路。在某些实施方式中,HW块22A可仅包括不能有效实现或由在处理器24上运行的程序代码仿真的电路。在其他实施方式中,所有必须的RF前端及其他所需电路(例如至少某种基带电路)可在HW块22A中实际存在。HW块22A至少使用配置总线23A与处理器24接口连接,从而使处理器24能够被配置、编程并选择某些RF以及其他的电路使用,HW块22A还使用数据总线23B与处理器24接口连接,在数据总线23B中,数据(信息)将被传送,且过后被接收。
[0046] 处理器24可以是与存储器26耦合的单核的或多核的处理器。在单核处理器24的实施方式中,可存在调度器,用于调度代码的执行,例如当时间分片时调度存储在存储器26中的多个软件模块的处理器执行。在多核实施方式中,根据需要每个处理器核能够同时执行单独的软件模块,和/或能够同时处理同一软件模块。本发明最感兴趣的软件模块是实现MRC 12的功能的软件模块,以及实现一个或多个无线电协议栈14的软件模块。在此情况下,可存在不同无线电协议栈14(例如,GSM栈和E-UTRAN(演进的通用陆地无线电接入网络,也称为LTE(长期演进))栈,或者GSM栈和WLAN栈)的多个实例,或相同类型的无线电协议栈的多个实例(如非限制性示例,如图3和图5中示出的GSM协议栈的多个实例,或E-UTRAN协议栈的多个实例,或HSDPA协议栈的多个实例,作为非限制性示例)。如图5所示,在后一情况中,存储器26可仅包含协议代码15A的一个实例,以及协议数据15B的多个实例。
[0047] 假设当MRC 12涉及无线电协议栈14时,其能够全面控制与管理处理器24的操作,并且根据需要(例如,为满足上面讨论的各种用例以及其他用例)能够实例化相同或不同无线电协议栈14的附件实例。
[0048] 应该指出,不旨在以任何方式限制图6中所示的实施方式。例如,在多核处理器24实施方式(多执行单元处理器)中,每个处理器核可具有其自己的相关联的程序和数据存储器,并且可以或也可以不与公共存储器接口连接。进一步地,存储器26本身可以不是一个单独的块,但可与处理器块24(也可以是一些或全部的HW 22A)集成为单个集成电路或模块。进一步地,作为非限制性示例,应该理解,存储器块26也可包括部署在一个(或多于一个)可移动SIM上的存储器,或部署在存储多个用户身份或订制的一个SIM中。
[0049] 进一步地,应注意到,在本发明的一些实施方式中,可能希望将SDR 10实现为数字信号处理器、传统逻辑块和/或向量处理器的阵列。通常,向量处理器可被看作能够单步对数字阵列执行运算的计算机,也可称为阵列处理器。向量处理器可是用于SDR基带信号处理实现的优选硬件实施方式。通过使用向量处理器的阵列,可以加载新的算法集以支持新的/不同的无线电系统。共享向量处理器或数字信号处理器的处理时间的无线电协议的多个实例将以与它们任何共享传统逻辑块类似的方式这么做。作为非限制性示例,在本发明示例性的实施方式中,可在HW 22A中使用包括逻辑块、数字信号处理器和/或向量处理器的任何合适的一个或多个类型的组件进行任何需要的信号处理。
[0050] 如可理解地,创建无线电系统的多个实例允许实现许多重要的和有用的实施方式,而不增加SDR系统和设备20的复杂性。
[0051] 本发明的示例性实施方式为为SDR无线电设备20(HW 22A)提供了支持使用相同RF资源的单个无线电协议栈14的多个实例。各种协议栈的行为在一个或多个天线22B的连接器处“总和”。
[0052] 本发明的示例性实施方式以可在同时具有两个或更多订户连接活动(至少加入网络,且等待呼叫或消息)的多个SIM用户终端中有利地使用。当实现认知的无线电应用和设备时该示例性实施方式也是有用的。
[0053] 本发明的示例性实施方式提供了实例化相同无线电(无线电协议14)的多个实例,且之后如果需要的话,划分该多个实例之间的流量,或单独使用每个实例的能力。
[0054] 本发明的示例性实施方式进一步提供了一种装置,包括:存储器;包含物理层的硬件单元;以及控制器,配置用于实例化多个无线电协议并且用于利用硬件单元来操作该多个无线电协议,其中相同无线电协议的每个实例都实现在相同代码模块中,并具有存储在存储器中的相关联数据。控制器进一步配置用于执行无线电协议的每个实例,从而资源的一部分在无线电协议的不同实例之间共享,且无线电协议的不同实例不互相干扰。
[0055] 基于前述内容,明显的是,本发明的示例性实施方式提供了一种方法、装置和计算机程序用于增强包括多无线电控制器的软件定义无线电的操作。参考图7,在块7A处,执行以下步骤:实例化多个无线电协议,且在块7B处利用基础物理层操作所述多个无线电协议,其中相同无线电协议的每个实例均在相同代码模块中实现且每次实例化均具有存储于存储器中的相关联的数据。在块7B处,所述多个无线电协议的操作包括执行无线电协议的每个实例,从而资源的一部分在所述无线电协议的不同实例之间共享,且无线电协议的不同实例不相互干扰。
[0056] 通常,各种示例性实施方式可在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合中实现。例如,一些方面可在硬件中实施,而其他方面可在可由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实现,尽管本发明并非限定于此。虽然本发明的示例性实施方式的各方面可如框图或使用一些其他图形化表示法阐释并描绘,但容易理解,作为非限制性的实例,于此描述的这些块、装置、系统、技术或方法可在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备,或它们的一些组合中实现。
[0057] 同样,应当理解本发明的示例性实施方式的至少一些方面可在如集成电路芯片和模块的各种组件中实现。
[0058] 当结合附图一起阅读时,根据上述描述,对本发明示例性实施方式的各种修改和改编对于相关领域的技术人员会变得明显。然而,任何以及所有修改仍将落入本发明的非限制性的且示例性的实施方式范围内。
[0059] 例如,尽管已经在GSM、HSDPA和E-UTRAN(UTRAN-LTE)系统的上下文中描述了示例性的实施方式,但应当理解,本发明的示例性实施方式并非限于仅与这些特定类型的无线通信系统一起使用,且它们可以在其他无线通信系统中有利地使用。
[0060] 应注意到,术语“连接”、“耦合”或其他任何变形意味着两个或更多元素之间的直接或间接的任何连接或耦合,且可包含在两个元素之间“连接”或“耦合”在一起的一个或多个中间元素的存在。元素之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。作为非限制性且非穷举的示例,如在此使用的两个元素可视为通过使用一个或多个电线、线缆和/或印刷电子连接,以及通过使用电磁能而“连接”或“耦合”在一起,其中电磁能具有在射频范围、微波范围以及光学(可见与不可见)范围内的波长
[0061] 此外,本发明的各种非限制性的且示例性的实施方式的一些特征可有利地使用而不相应地使用其他特征。同样,上文的描述应视为仅仅是本发明示例性的实施方式原理、教导和阐释,而不是对其的限制。
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