集成5G通信技術(shù)和GPS定位的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)與開發(fā)

孔祥銘

（深圳市恒祥通天線技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

移動(dòng)終端一般體積小、便于攜帶且具有極強(qiáng)的通信功能和良好的人機(jī)界面，在信息處理功能方面表現(xiàn)豐富，為目前集成5G通信技術(shù)和GPS定位的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)與開發(fā)創(chuàng)造了良好平臺(tái)。文中將5G、GPS等技術(shù)有機(jī)集成到同一系統(tǒng)中，其在理論研究以及工程實(shí)踐方面都具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。

1 5G通信技術(shù)對(duì)移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)的影響分析

1.1 5G通信技術(shù)的基本特征

5G通信技術(shù)屬于第五代移動(dòng)通信技術(shù)，相比于前一代4G技術(shù)，5G通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)在速度表現(xiàn)上更為出色，其基站峰值要求至少在20 Gb/s以上。作為一種新通信技術(shù)，其速度存在極大提升空間，目前已經(jīng)達(dá)到730 Mb/s以上。

5G通信技術(shù)目前已經(jīng)建立了泛在網(wǎng)絡(luò)，隨著當(dāng)前通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，5G通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)也無所不在，它在豐富業(yè)務(wù)的同時(shí)也在復(fù)雜場(chǎng)景中被廣泛應(yīng)用。大體來講，泛在網(wǎng)絡(luò)所展現(xiàn)出的價(jià)值內(nèi)涵包含兩個(gè)層面，分別為廣泛覆蓋與縱深覆蓋。廣泛覆蓋指社會(huì)生活各個(gè)地方的廣覆蓋，如某些山區(qū)也能做到覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)5G通信。在縱深覆蓋方面，其采用大量傳感器建立環(huán)境、空氣質(zhì)量地貌變化監(jiān)測(cè)體系，這體現(xiàn)了5G通信網(wǎng)絡(luò)的縱深覆蓋能力，提供了高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)深度覆蓋，如在某些網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)不好的地下停車場(chǎng)、衛(wèi)生間等封閉空間也能覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)[1]。

5G通信技術(shù)具有低功耗、低時(shí)延特征。首先談低功耗，5G通信技術(shù)能夠支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，在有功耗要求背景下，5G技術(shù)能將功耗直接降低，最大限度改善用戶體驗(yàn)，確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品快速普及于市場(chǎng)。其次談低時(shí)延，5G通信技術(shù)目前已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化、無人駕駛等領(lǐng)域展開操作，保證建立人人、人機(jī)信息交流機(jī)制，時(shí)延范圍控制在1 ms以內(nèi)。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求較高的大背景下，5G技術(shù)也在新領(lǐng)域應(yīng)用中大顯身手。例如，在無人駕駛汽車中就采用了5G通信技術(shù)，它能夠在瞬間將信息傳送到車輛上做出反應(yīng)，對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)與控制。

除此之外，5G通信技術(shù)的互聯(lián)機(jī)制也非常成熟，它能夠?qū)崿F(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”。目前，5G互聯(lián)網(wǎng)在智能設(shè)備應(yīng)用方面發(fā)揮了重大價(jià)值作用。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)的影響

5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)的影響較大，在結(jié)合現(xiàn)實(shí)需要提供帶寬的過程中需要滿足多個(gè)環(huán)境的多種要求。首先在快速移動(dòng)環(huán)境中，其最高速率可達(dá)到512 kb/s。另外，5G通信技術(shù)對(duì)于移動(dòng)計(jì)算的影響較大，體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)速度上，切實(shí)促進(jìn)了移動(dòng)設(shè)備通信能力的全面升級(jí)。在未來5G全面普及的時(shí)代，必定出現(xiàn)移動(dòng)終端發(fā)展?jié)M足眾多新業(yè)務(wù)要求，主要面向智能化方向快速發(fā)展。另外就是基于多種外設(shè)強(qiáng)化移動(dòng)終端功能，保證品牌終端外設(shè)兼容相關(guān)外設(shè)功能，真正做到外設(shè)終端發(fā)展方向全面優(yōu)化。就目前看來，5G移動(dòng)通信終端已經(jīng)成為了我國(guó)移動(dòng)通信體系中的重要組成環(huán)節(jié)，它在建立開放、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方向體系過程中也希望創(chuàng)建多種制式，結(jié)合多模終端實(shí)現(xiàn)全球不同制式背景下的移動(dòng)終端發(fā)展優(yōu)化[2]。

2 移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)需求分析

目前的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)需要滿足多方面需求，簡(jiǎn)單分析3點(diǎn)。

2.1 移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)主要功能需求

在當(dāng)前GPS模式配合5G通信技術(shù)的背景下，其手持移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用背景相對(duì)較好，在移動(dòng)智能終端管理、移動(dòng)車輛管理、地質(zhì)勘探應(yīng)用管理、巡檢監(jiān)察管理等諸多方面都希望做到技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化，為系統(tǒng)優(yōu)化提供多功能內(nèi)容支持。具體來說，目前的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)其主要功能需求主要包括了語(yǔ)音視頻通信、與5G公共通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)資料檢索功能，與此同時(shí)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星GPS定位，實(shí)現(xiàn)信息管理中心數(shù)據(jù)有效協(xié)調(diào)[3]。

2.2 移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)構(gòu)需求

就目前來看，移動(dòng)終端在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中需要匹配極強(qiáng)的通信能力，建立移動(dòng)終端設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中包括了語(yǔ)音控制、電子導(dǎo)航、數(shù)字秘書、5G通信控制、實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)、微小型低功耗計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)以及各種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)接口，組建完整的電源系統(tǒng)。

2.3 移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)選擇

在移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)中選用嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux系統(tǒng)。嵌入式Linux系統(tǒng)主要以Unix作為核心基礎(chǔ)，它可為系統(tǒng)提供較為強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，基于多種選擇創(chuàng)建窗口管理器。該系統(tǒng)可被應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)上，在配置許可證與商家合作關(guān)系過程中建立不同設(shè)備配置，保證Linux高度模塊化機(jī)制有效構(gòu)建，體現(xiàn)系統(tǒng)代碼開放性，在定制系統(tǒng)方面更為便捷，最大限度降低開發(fā)費(fèi)用。實(shí)際上，Linux內(nèi)核功能表現(xiàn)強(qiáng)大，且性能穩(wěn)定、小巧靈活、裁減方便，在滿足硬件配置要求基礎(chǔ)上也能完備Linux內(nèi)核，建立輕量級(jí)操作系統(tǒng)[4]。

3 集成5G通信技術(shù)和GPS定位的移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)開發(fā)方案與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 總體設(shè)計(jì)

對(duì)于正常用戶而言，需要利用軟件界面分析功能操作與控制內(nèi)容，保證發(fā)揮移動(dòng)終端的硬件能力，保證GPS模塊與觸摸式顯示屏應(yīng)用到位，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)定位，確保其具有GPS信息數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能、連接監(jiān)聽功能以及GPS信息打包與短消息發(fā)送功能，同時(shí)具備一定的錯(cuò)誤識(shí)別功能。就總體設(shè)計(jì)而言，需要結(jié)合串行接口管理模塊設(shè)計(jì)GPS定位模塊，保證通過Linux串口操作函數(shù)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立封裝過程。與此同時(shí)，要基于串口監(jiān)聽工作實(shí)現(xiàn)線程操作，保證串口狀態(tài)下監(jiān)聽到位，合理且正確地判斷不同串口狀態(tài)下的串口數(shù)據(jù)發(fā)送變化，分析其存儲(chǔ)緩沖技術(shù)要求，設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志位[5]。

3.2 功能實(shí)現(xiàn)

在集成5G通信技術(shù)和GPS定位技術(shù)以后，需要建立一套完整的移動(dòng)終端機(jī)制，其中的串口設(shè)計(jì)在功能實(shí)現(xiàn)方面表現(xiàn)突出，下文結(jié)合5點(diǎn)具體來談。

3.2.1 串口設(shè)置與讀寫功能實(shí)現(xiàn)

在串口設(shè)置方面，需要利用移動(dòng)終端系統(tǒng)中的5G通信模塊與GPS模塊共同實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)讀寫，其中主要利用Linux操作系統(tǒng)對(duì)串口編程進(jìn)行分析，提供良好技術(shù)支持。具體來講，其串口打開技術(shù)流程應(yīng)該如下：

在Linux串口文件中融入/dev串口一/dev/ttyS0；

打開串口二/dev/ttyS1；

打開串口并通過標(biāo)準(zhǔn)文件打開函數(shù)操作；

基于讀寫方式打開串口fd=open（/dev/ttyS0,0_RDWR）；

If（-1==fd）；

Perror（提示錯(cuò)誤！）

在設(shè)置串口過程中，需要保證串口設(shè)置滿足波特率設(shè)置要求，同時(shí)在校驗(yàn)位設(shè)置與停止位設(shè)置方面分析串口設(shè)置情況，保證結(jié)構(gòu)成員值分析到位。在這里，要采用到GPS模塊，配合移動(dòng)終端設(shè)備電池限制分析電能節(jié)約方案，保證結(jié)合GPS數(shù)據(jù)打開串口并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，在讀取完畢后關(guān)閉串口。

3.2.2 串口監(jiān)聽與功能實(shí)現(xiàn)

在移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)過程中要分析串口監(jiān)聽功能，保證串口設(shè)備采用線程機(jī)制對(duì)串口狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)聽，同時(shí)分析串口的3種狀態(tài)，分別為數(shù)據(jù)連接狀態(tài)、監(jiān)聽狀態(tài)以及語(yǔ)音連接狀態(tài)。收發(fā)數(shù)據(jù)過程中主要通過判斷狀態(tài)來決定處理機(jī)制，保證狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖設(shè)置到位，優(yōu)化數(shù)據(jù)流。在數(shù)據(jù)流中就涵蓋兩種信息內(nèi)容，分別為GPS數(shù)據(jù)信息與文字命令編號(hào)信息，主要通過附加數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)區(qū)分信息類型，列出全部通信事件與處理方法。在這里就運(yùn)用到了5G single-slot機(jī)制，結(jié)合接收數(shù)據(jù)內(nèi)容分析相應(yīng)處理方法，發(fā)送slot處理函數(shù)，對(duì)相應(yīng)模塊處理結(jié)果進(jìn)行分析，如此才能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的有效傳輸[6]。

3.2.3 通信接口函數(shù)模型設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

在集成5G通信技術(shù)與GPS定位技術(shù)建立移動(dòng)終端過程中應(yīng)該思考其通信接口函數(shù)模型構(gòu)建過程，滿足功能實(shí)現(xiàn)要求，結(jié)合AT命令實(shí)現(xiàn)功能內(nèi)容。結(jié)合功能子函數(shù)分析執(zhí)行特定內(nèi)容，建立AT命令函數(shù)機(jī)制，對(duì)函數(shù)發(fā)送AT命令進(jìn)行判斷，分析子函數(shù)完成工作內(nèi)容，保證函數(shù)嵌入對(duì)上層，形成接口函數(shù)有效信息，直接發(fā)送AT命令控制移動(dòng)終端，體現(xiàn)更大的靈活性與獨(dú)立性，便于終端有效調(diào)試。例如，采用嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口建立通用功能機(jī)制，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備遵循接口，結(jié)合內(nèi)核最底層網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議模塊設(shè)計(jì)要求。在PPP項(xiàng)目中也可以注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)接口，結(jié)合接口面向IP層接收和發(fā)送數(shù)據(jù)服務(wù)，代替TTY終端例程分析串口驅(qū)動(dòng)連接Modem和Internet，保證物理層與Internet數(shù)據(jù)有效交換[7]。

3.2.4 GPS數(shù)據(jù)解析與功能實(shí)現(xiàn)

在移動(dòng)終端設(shè)計(jì)開發(fā)過程中合理利用串口緩沖區(qū)，對(duì)GPS數(shù)據(jù)存放內(nèi)容進(jìn)行分析，建立數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Buffer，對(duì)數(shù)據(jù)提取信息內(nèi)容進(jìn)行分析，建立windows附件中的超級(jí)終端。在觀察GPS接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)格式過程中需要分析GPS接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格內(nèi)容，保證傳輸資料格式滿足通信協(xié)議要求，介紹GPS數(shù)據(jù)格式背景下的定位應(yīng)用內(nèi)容，并將數(shù)據(jù)解析算法設(shè)計(jì)到移動(dòng)終端中，希望實(shí)現(xiàn)其功能應(yīng)用，滿足GPS數(shù)據(jù)解析要求。在初始化程序過程中要設(shè)置緩沖區(qū)，設(shè)置布爾量標(biāo)志，形成GSA-Rflag，正確判斷數(shù)據(jù)接收情況。再一點(diǎn)就是通過數(shù)據(jù)頭來判斷數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證判斷標(biāo)志位，對(duì)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)移入結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，完成數(shù)據(jù)解析過程[8]。

3.2.5 GPS封裝與功能實(shí)現(xiàn)

在GPS封裝過程中要實(shí)現(xiàn)模塊功能，實(shí)現(xiàn)某些封裝功能。具體來講，首先要保證串行口控制到位，通過GPS設(shè)備來連接串行口，識(shí)別GPS設(shè)備隨機(jī)接入內(nèi)容，保證建立主動(dòng)控制機(jī)制。其次要自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容，主要按照GPS點(diǎn)系列來設(shè)置時(shí)間間隔內(nèi)容，并讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。在這一過程中要解析并保存數(shù)據(jù)內(nèi)容，確保解析讀入數(shù)據(jù)到位，保存特定緩沖區(qū)內(nèi)容，建立軟件機(jī)制管理緩沖區(qū)，記錄不同設(shè)備數(shù)據(jù)背景下的相關(guān)數(shù)據(jù)使用狀況。在傳輸GPS數(shù)據(jù)過程中，需要參考一定協(xié)議對(duì)GPS數(shù)據(jù)信息進(jìn)行封裝處理，建立固定幀數(shù)結(jié)構(gòu)。而在通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)或短信息方式建立傳輸點(diǎn)過程中也需要設(shè)置伙伴節(jié)點(diǎn)，完成定位導(dǎo)航功能需求[9]。

4 結(jié) 論

總體看來，移動(dòng)終端便于攜帶、體積小且通信功能強(qiáng)大，因此集成當(dāng)前的5G通信技術(shù)與GPS定位技術(shù)來設(shè)計(jì)開發(fā)移動(dòng)終端是有必要的。這就希望合理應(yīng)用5G通信技術(shù)與GPS定位技術(shù)，保證基于多點(diǎn)技術(shù)原則設(shè)計(jì)技術(shù)框架，實(shí)現(xiàn)某些重要功能，提高移動(dòng)終端的整體開發(fā)水平。換而言之，就是要基于移動(dòng)計(jì)算瓶頸與限制制約條件來實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，保證移動(dòng)終端設(shè)計(jì)與開發(fā)到位。