六、嵌入式系统走向融合（IP电话与3G手机）
1.IP电话 (VoIP，Voice over IP)
从数字网初建的时候，人们就希望能把电话信道并入数字网络来传送，但是技术上不是那么容易。最初采用时分多路复用的办法，按带宽成比例的分配时间，电话传模拟信号分配最长的时间，占64K个bps时间，而从局域网经网桥来的数据占19.2K个bps时间，计算机串口传来的数据量小于局域网，分配9.6K时间，这三个通道轮流按时间片复用线路。话音在电信局的X.25网上跑不起来，因为该网执行出错重传功能，重传造成语音混浊，传输延迟使语句断续难懂。帧中继网络相当于高速的X.25，同时能够动态处理带宽，开始解决了时分复用系统的电话使用难题。后来的ATM网因为带宽足够已可传多媒体电话。
顾名思义，VoIP是可以运行于支持IP协议网络上的电话，那么无论是以太网还是英特网上都可以运行。IP电话是数字电话，随着音视频的数字化，IP电话的音质得到改善，可视电话成为顺理成章的事，问题仅在于话路的带宽是否足够。多媒体数字电话为保证话音的实时性，必须满足RTP协议(实时通信协议)，即需支持UDP、IP、IPX、ATM等具体技术要求，另外还必须满足RSVP协议(持续品质带宽保证协议)和H.323协议(语音、影像的IP传输标准)等规定。它们集中体现在VoIP网关里。网关可以独立存在，或内嵌于用户接入路由器。IP电话使用时，先向交换系统拨号，数据经网卡先到VoIP网关再上路由器，一路上被不同的路由器不断路由直到目标话机，电话接通，可以通话。如果设置过RSVP，路由器会为话音分配一定的带宽，并记录在案封入数字化的语音数据包内，剩下的最大问题就是网络传输中的延迟。传输延迟是最头痛的问题，它决定于临场的网络环境，谁也无法预计。克服的方法也只有语音的压缩/解压、静音抑制和其它减少延迟等手段，而这些手段还得要在封包之前完成。这就是遥远长途IP电话通话时会有不同断音感觉的原因。
2.无线移动通信多址技术
无线通信多址技术是关于发射信道的复用技术。它是划分无线通信制式的关键，所以要先作介绍。
两对用户的产生的两路话音信号在同一变量域上做正交变换时，其自相关变换结果为1，互相关变换结果为0，便称此两信号为正交。 理论上讲，两信号如果满足正交条件，则在此变量域上便不相干扰。由于在不同的变量域上分割用户信号，有很多场合都能满足正交条件，故可产生不同的复用技术或多址技术。下面介绍的都是已经开发成功，满足正交条件的不同多址技术。
* 频分多址（FDMA）--最早开发，被第一代移动通信技术的下列标准所采用：AMPS、TACS等。FDMA信道窄（30KHz）限制业务发展，基站需要带通滤波器消除寄生辐射干扰，对于移动台还需要增加双工器以便同时收发，成本较高。
* 时分多址（TDMA）--被第二代移动通信技术的GSM标准所采用。TDM用户仅在分配给自己的时隙上工作，用户独占信道全部带宽，频带资源被共享，信道使用率高，系统用户容量大。系统的收和发在不同的时隙进行，无需双工器。为消除码间干扰，因发射速度高需采用自动均衡器。
* 空分多址（SDMA）--新发展的多址技术，第三代移动通信系统采用。中国提出的时分同步码分多址移动通信标准
(TD-SCDMA)属于的SDMA一种。由于它的变量域是空间，所以它要求天线能够给出每个用户的空间点的波束。仅就用户的空间位置就可以区分用户的信号，也就是说，处于不同位置的用户可以使用同一频率和同一码型而不会互相干扰。SDMA都是与其它多址方式同时使用的，所以容量得以扩大。缺点是它要求智能天线，技术复杂，算法困难。
* 扩频多址（SSMA）或码分多址（CDMA）--扩频的意义是用于传输的带宽要远大于信号带宽；而多址是靠一组优选的扩频码区分地址和进行控制。由于正交变量域是扩频码域，故也叫码分多址（CDMA）。它为每个用户分配一个扩频码(即地`址码)。关于.扩频码集的选择技术性要求很高：1，应满足自相关很强，而互相关很弱；2，码集足够大，满足用户对容量的需求；3，.扩频码应容易扑获且同步建立时间短，故常用伪随机码；4，码集的统计特性应似白噪声，增强隐藏性。按扩频实现方法的不同，扩频多址现在使用的有多种：
* DS-CDMA（直接序列码分多址）--用于现正流行的第二代和即将来临的第三代移动通信中。本法的扩频原理是将携带信息的窄带信号与高速的地址码相乘获得宽带扩频信号。收端用相同的高速的地址码控制进入变频器的载频相位来解扩。据Shannon定理有下列公式：
C=Blog2（1+S/N）
其中：C-系统极限传输率，B-信号带宽，S/N-信噪比
在受限的百噪声信道里，极限传输速率与带宽成正比，与信噪比有一定的对数关系。如果保持速率不变， 窄带信息经扩频为宽带信号后， 可以在极低的信噪比下传输。DS-CDMA正是这样的一种应用。
DS-CDMA将型号功率谱在很宽的频谱上分散开来，背景噪声未变，信噪比变得很低，宛如信号隐藏在噪声之中。所以DS-CDMA有抗窄带干扰抗多径衰落的能力，和保密性耗的优点。
· FH- CDMA（跳频码分多址）--通常多与其它扩频技术混合使用，而且用于军事场合。
· FT- CDMA（跳时码分多址）--通常多与其它扩频技术混合使用，而且用于军事场合。
· HCDMA（混合码分多址）--是指码分多址之间或码分多址与其它多址方式之间的混合，目的是取长补短。
* 分组射频/随机多址(PR/RA)--将要传送的数据分组打包，用户在需要发射的任何时刻立即发射，然后等带反射回来的碰撞检测型号，存在碰撞，便按照一定的算法等待一段时间再发，直到发射完成。由于碰撞后的处理算法不同，而有多种分组射频/随机多址技术。CSMA/CD（碰撞检测/载波侦听多址）是其中的一个，它被用在有线通信的著名以太网中。
* 正交频分复用（OFDM）-如果DS-CDMA是第三代移动通信的核心技术，则OFDM就是第四代移动通信的核心技术。OFDM属多载波调制（MCM）的一种，它是将信道分成若干正交的子信道，而高速数据流先被转换成并行的低速数据流，再调制到子信道上予以传输。在接收端使用相关变换分离出相互正交的信号，从而减少子信道间的干扰。由于子信道上的数据带宽远小于子信道带宽，数据间的干扰很少；子信道的带宽又远小于信道带宽，信道的均衡变得容易。无线环境中分配到的频谱资源有限而珍贵，本法对频谱利用率很高。并允许根据信道的好坏自适应地选用高效或高抗干扰的调制方法，使用适当的加载算法还可以把更多的数据集中放到条件好的信道上传送。OFDM有许多独特的优点：
·频谱利用率很高，比 一般串行系统高出近一倍。这一点对于频谱资源有限的无线环境意义重大。OFDM的相邻子载波互相重迭，理论上讲频谱利用率接近极限。
·抗衰落能力强。用户信息被分在多个子载波上传输，所以在子载波上的传输时间比在单个载波系统上的信号时间长很多倍。使抗脉冲噪声和抗信道块衰落能力增强。一般没有必要再使用均衡器。
·特别适合高速数据的传送。OFDM的调制机制使不同子载频可自适应地根据信道条件和背景噪声大小选择调制方法，使用加载算法可以给条件好的信道加载较多的数据高速传输。
·抗码间干扰能力强。 只要信道的频带是有限的就会有码间干扰， 还有很多原因都会产生码间干扰。OFDM采用的循环前缀有很高的抗码间干扰能力。
正因为如此，OFDM已广泛用于DAB、DVB、ADSL、VDSL、802.11a、802.16等标准和第四代移动通信的UWB标准之中。
* OFDM与分组技术的融合-OFDM可以和多种分组技术融合，以取得优势互补的效果，是未来移动通信技术的发展方向。
3.无线移动电话（2G/2.5G/3G手机）
过去的3C产品（计算机、通信和消费）已经被信息(家电)产品IA(Informatiion Appliances)所取代。信息产品有两个主流，移动产品（以上网手机为代表）和手持产品（以上网PDA为代表）。进入21世纪首先火爆的是手机（学名移动电话）。手机毕竟比PDA更为广大人群所需要和喜爱。手机还牵连着最受人们关注的无线网络和无线上网。表3是手机的发展概况。现正处在手机的2.5G时代和3G的初始期。
数字移动电话有两大标准，欧洲的GSM(Global System
for Mobile Communication)标准和它的延伸型GPRS(Global Packet Radio System)标准;美洲的CDMA(Code
Division Multiple Access)标准和W-CDMA（宽带CDMA）标准。CDMA使用较先进的扩频技术，通话品质好，蜂室之间采用软交接，话音平稳；基站电台覆盖面积大，系统容量大，功耗低，安全性好。
JAVA以其语言的跨平台性、固有的安全性和非常适合网络产品等优点，在3G手机产品中倍受青睐。SUN公司使用JAVA袖珍版的J2ME开发了4层的软件体系结构，即操作系统层、JAVA虚拟机层、配置层，和应用范例层（Profile）构造了上网嵌入式系统。它的特点是把接入功能做在虚拟机中。具有完备接入功能的虚拟机叫C-VM，只有受限接入能力的虚拟机叫K-VM。前者需要存储器容量1~10MB,而后者只有32~512KB。前者适于生产上网的便携产品PDA和微型笔记本电脑，后者非常适合生产上网手机。软件的JAVA虚拟机执行多媒体程序的字节码显得速度不够用，后研制出硬件的JAVA芯片，字节码直接在这个硬件的称为picoJAVA机上执行，效率猛升到15倍。现在更将picoJAVA机做成SIM卡大小，压入手机中使用。
无线移动电话的第一代是模拟式的“大哥大”。第二代就是数字式“手机”了。手机的第2代、第2.5代、第3代和第4代的总的情况归纳在表3中。重点是关键技术、速率、频段和多址技术。它们可以作为你购买手机时的参考，和评定是否物有所值。具体内容不再重复。
4.手机嵌入式技术走向融合
消费类嵌入式产品从功能上趋向IA化 (不是分立的3C而是融合的3C)， 从实现上趋向SOC硅片化。
有代表性的就是手机。 从功能上看， 它不仅仅停留在嵌入于无绳电话使其智能化， 而是喧宾夺主，从交换语音扩大到交换数据，再扩大到交换文字文件(包括电子邮件)、音频文件(包括高保真音乐)、图像文件(包括动画与游戏)、视频文件(包括交互式音视频流媒体)，再扩大到接入Inter-net网，(上载下载，浏览播放)，如此融合计算机、通信、消费之3C于一身,堪称真实不虚。别看现在工业产品没有达到3C融合，总有一天会走到这一步。因为人不会满足于仅看看枯燥的数据，总希望第一时间、亲自经历“耳听为真眼见为实”的情景。
