雙卡雙待手機的原理

雙卡雙待手機的原理
source: 夜猫子的家

NeilWong (neilwong@hotmail.com)

手機通訊發展到一定程度之後,很多用戶希望擁有或已經擁用多個手機電話號碼,特別是針對那些經常需要出差,需要經常切換SIM卡的商務人士而言,其迫切希 望能將自己的手機承載多個電話號碼, 根據市場上的這一需求,能同時支持兩張SIM卡的手機也應運而生.

早期的多卡手機雖然能夠同時接兩張SIM卡,但實際上當前可用的只有一張,由 硬件電路來實現兩張卡的切換,一般在開機時選擇,因為協議棧的影響,一般在工作狀態中不能實現兩張SIM卡的動態切換,如果切換一般需要重新啟動手機系 統.(主要是啟動手機協議棧/上層軟件等等),此時的手機被稱為雙卡單待系統.

雙卡單待系統只擁有一套RF,一套BaseBand,一套協議棧.

因為雙卡單待系統實際有用的只有一個號碼,造成另外一個號碼不能待機,這就大 大影響了其實際推廣, 其實用性也大打折扣.一種折衷的方案是採用移動運營商提供的呼叫轉移以及來電秘書服務保證另外一個號碼不會丟失呼叫等信息.

正是因為單待手機的一些限制,雙卡雙待手機才根據市場需求登上市場.

在此簡單介紹一下雙模手機的概念,因為目前兩大移動運營商擁有GSM網絡和CDMA網絡,其協議實現有很大的不同,因此很多手機或者只支持GSM,或者只 支持CDMA,雙模手機就是可以支持GSM/CDMA兩種網絡的手機,在此不做詳細介紹,下面主要介紹的還是以GSM網絡為準.

雙卡雙待系統克服了以往單待手機的侷限性,其可以實現兩張SIM卡的同時待 機,類似同時具備兩部手機,顯然實用性得到大大提高.

早期的雙卡雙待機,實際上是擁有兩套系統, 兩套RF/兩套BaseBand/兩套協議棧,擁有兩套系統的雙卡雙待手機也可以稱之為真正的雙卡雙待手機,其有一個最大的特點,也就是一個手機上的兩個號碼可以互相撥號.這也是判斷其是否為真 正雙卡雙待手機的唯一條件.

採用兩套系統的雙卡雙待手機確實可以完成兩套手機的真正同時待機及通話,也可以稱之為雙卡雙待雙通系統,但因為是增加了兩套RF/兩套BaseBand /兩套協議棧軟件, 成本增加了很多,並且相應的耗電量也大大增加了, 因為有兩套硬件設備,手機的體積也隨之增大.對於RF而言,因為存在同頻干擾問題,一般是將一個RF設計在手機頂端,另外一個設計在手機末端,以儘量減少 干擾.兩根天線之間的距離一般必須大於100毫米.

正是因為存在同頻干擾等問題,設計出來的雙卡雙待手機性能方面的一個重要指標就是信號質量問題,另外還需要解 決的就是電源管理衝突問題,功耗問題以及軟件協同工作問題,因為是兩套協議棧在並行工作,承載協議棧的上層OS/DSP/CPU等都比單套系統時增加了一 倍的工作負載.

後期出現的雙卡雙待手機多稱為雙卡雙待單通系統,其相比上面的兩套系統而言,只使用了一套RF,一套 BaseBand,因為上層協議棧需要協同工作,因此原先的兩套獨立運行的協議棧需要密切整合,實際操作將更加複雜化,有可能由一套協議棧軟件來實現該雙 卡雙待效果.(因為兩個SIM卡, 或者說兩套系統並不能夠真正並行運行,某個特定的物理時隙只能分配給其中的某一個號碼, 因此完全用一套協議棧來實現是很有可能的,實際處理當然並非那麼簡單)

該雙卡雙待方案並非真正意義上的雙卡雙待,但其相比上面的系統有很大優勢:

1. 減少了硬件成本,只使用一套RF/BaseBand

2. 減少了體積

3. 不存在同頻干擾問題

4. 更低的功耗

該方案雖然不能實現雙通,但大部分情況下,兩個手機只要不是同時通話,都可以正常待機並接聽電話,同上面真正 雙卡雙待手機的使用效果差別並不是很大.並且一個手機的兩個號碼實現互撥也沒有實際意義.

下面主要就雙卡雙待單通方案談談其可能的工作原理,目前市場上採用單芯片雙卡雙待方案的手機估計都屬於此範疇. (因為水平有限,不能保證推測的工作原理完全正確,僅供大家參考)

目前市場上主要的雙卡雙待單通方案主要集中在MTK和展訊的方案上,其中展訊的方案從其宣傳而言,應該有更好 的性能和更高的雙卡接通率.

一般雙卡雙待單通主要是針對相同運營商的兩個SIM卡而言的,這樣,因為是相同的運營商,其可以實現小區共享,因為兩個卡可以同時駐留到相同的小區,這樣 SI信息可以實現共享.也就是說,只需要解析一次BCCH就可以了.當出現位置更新等階段性任務時,可以分開時間段來執行,或者另外一個SIM卡申請信道 時,如果所分配的信道和當前卡上已分配的信道發生衝突時,可以重新申請信道.因為是同一小區,如果是相同頻點,一般分配的物理信道是不同的.如果是不同頻 點,因為 SDCCH/8+SACCH/C8 可以分配的專用信道一共有8個, 因此出現衝突的機率也並非很大.

需要注意的是,因為協議規定,RF發射和接收之間必須間隔1到2個時隙, (因為RF發射需要佔用上一時隙的 Guard-Period時間, 並不能對鄰近物理信道造成干擾), 因此實際處理兩個SIM卡的動作時需要保證安全的時間間隔.

當處理兩個SIM卡的尋呼/通話信息時,只需要同時檢測相應塊上的PCH信息即可.通道申請和專用信道上的處理流程可以參考前面的論述.當其中一個卡正在 通話時,一般情況下,此時上層軟件可以停掉另外一張卡的動作,其通話請求信息可以利用移動運營商提供的呼叫轉移以及來電秘 書服務等保證信息不被丟失.當所分配的TCH物理信道和TS0物理信道有安全的時間間隔時,例如分配的TCH物理信道為TS3,此時上層軟件可以完全不關 閉另外一張卡的動作,可以繼續解析其相對應的PCH信息,並進而利用通道申請等動作瞭解是否有電話撥入等動作,當然如果通話過程中還需要檢測另一張卡的動 作將會使協議棧和BaseBand的實際工作流程更為複雜.

當所分配的TCH信道為TS0或TS7時, 此時物理上的時間已經重合,其中一張卡在通話時,不能夠檢測另外一張卡的PCH等信息,即便利用26復幀中的IDLE幀也不能滿足需求,因為PCH信道需 要連續的4個Frame才能組成一個信息塊.可能的方法只能是偷取TCH幀的時間.否則的話,將不能保證另外一個電話的撥入動作.

展訊方案所宣傳的可以大大提高兩卡的接通率,不知是否是採用偷TCH幀的方式還是僅僅是商業上的運作或者是有其獨特的解決方案,並且其宣稱可以同時支持兩 個運營商的卡,因為如果是不同運營商的卡,其對應的頻率範圍也是不同的,上面提到的小區共享等動作都是不可能實現的,其出現衝突的幾率會更大.

因為物理上的時間發生重合時,針對一套RF,不可能完成兩個頻點的動作的, 所以估計展訊方案可能是採用偷取TCH幀的方式來解決時間重合問題.(當然如果本身兩個SIM卡的工作時隙具有安全的時間間隔時,兩個SIM卡可以同時工 作)

展訊宣稱的可以同時支持不同運營商的卡,其可能的工作衝突會更大,當兩個不同網的卡的TS0時間衝突時,解析BCCH上的SI都不可能同時 進行,上層協議棧可以採用不同TC週期來解析SI的方式來實現SI的解析動作,雖然可以實現,但和協議棧所要求的在1個TC週期完成的標準相衝突.

the maximum time allowed to read the BCCH data, when being synchronized to a BCCH carrier, is 1.9 s or equal to the scheduling period for the BCCH data, whichever is greater (see 3GPP TS 05.02).

1.9s ( 8 * 51 * FN = 8 * 60/13 ms * 51 = 1.88 s )

另外其宣稱的在通話過程中可以大大提高兩個卡的接通率,估計也是採用偷取TCH幀的方式來實現的,因為每個26復幀中的語音信息塊是採用塊間交織和塊內交 織的方式, 當直接偷走其中間連續的4個Frame時,估計對當前通話質量有一定的損害,並且其要實現對不同運營商的卡的支持,其協議棧和BaseBand的工作將比 上面介紹的方式更加複雜.