（计算机应用技术专业论文）基于pocket+pc平台的移动多媒体通信技术的研究与实现.pdf

苎! ! ! ! ! 竺鉴兰鱼堕堡垫兰堡堡望堕垫查 a b s t r a c t t h em o s t f a s c i n a t i n gt e c h n o l o g i e sn o w a d a y s a r ei n t e r n e ta n dm o b i i e c o m m u n i c a t i o n w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e m ，m o b i l ei n t e r n e ti sw a l k i n g in t oo u rl i y e sa n dm o b i l em u l t i m e d i at r a n s p o r ts e e m st ob e c o m et h em a i n c h a r a c t e r i s t i co ft h er e m o t ec o m m u n i c a t i o ni nt h ef u t u r e i nt h i sp a p e r ，t h e p r i n c i p l eo fw i r e l e s sn e t w o r ki si n t r o d u c e di n t h ef i r s t ，a n dt h et e c h n o l o g y o fm o b j l ei n t e r n e tb a s e do nt h ep o c k e tp cp l a t f o r mi sa n a l y z e di nd e t a i l t h e n t h ep r o j e c to fm o b i1 em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ni sd e v i s e d a c c o r d i n gt ot h e m o d e lo ft h i sp r o j e c t ，w ed i s c u s sa b o u th o wt oc o n t r o ld a t ac o 眦u n i c a t i o n ， h o wt ot r a n s l a t et h em u l t i m e d i aa n a l o gd a t ai n t ot h ed i g i t a ld a t a ，a n dh o w t o e n c o d i n g a n dd e c o d i n gt h ed a t a t h er e a l t i m em u l t i m e d i at r a n s p o r t t e c h n o l o g yi sa l s or e s e a r c h e d ，i nw h i c hw ee m p h a s i so f f t h eb u f f e rp r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y ，t h eb a n d w i d t hi n s p e c t i o na l g o r i t h ma n dt h et e r m i n a l s c h e d u l e r i na d d iti o n q o si nt h em u l t i m e d i at r a n s p o r tc a nn o tb en e g l e c t e d c o n s i d e r i n g t h ec u r r e n tb a n d wid t ho ft h en e t w o r kist o on a r r o w ，w ea n a l y z et h ep r o c e s s o fd a t at r a n s p o r ta n dp r o v l d es e v e r a la p p r o a c h e st oo p t i m i z et h ep r o j e c t f i h a l l y ，w es u m m a r i z ef l a w si nt h i sp r o j e c ta n db r i n gf o r w a r dt h ed e s i g no f t h es y s t e me x t e n s i o n s k e yw o r d s ：g p r s ，p o c k e tp c ，m o b i l ei p ，e n c o d e r ，d e c o d e r ，q o ss t r a t e g y 南京航空航天人学硕士学倪论文 1 1 课题背景 第一章绪论 当今世界，在飞快发展的信息领域中，有两支突飞猛进的支柱产业，即移动通信 和i n t e r n e t 。几乎最新的信息、通讯、电子、计算机方面一切新技术，无不为这两 大支柱产业所吸收和采纳。它们的网络覆盖愈来愈大，主干网、接入网的传输速率越 来越快，核心网络设备和终端功能越来越强，体积愈来愈小，价格大幅度下降。而伴 随着二者的飞速发展，这两大领域也开始迅速融合。移动i p 开始从过去的希望变成 现实。事实上，从g s m 移动蜂窝通讯系统诞生的那一天起，移动通信就具有数据通信 能力，主要是基于9 6 k b it s 电路型数据业务，如中文短消息服务。但是，在发展数 据通信的过程中，人们不仅要求得到简单信息，还希望提供包括语音、图像在内的多 媒体信息。这就要求移动通信的运营商们采用新技术，增加传输带宽，进一步引进数 据业务，尤其是与i n t e r n e t 相结合的数据业务。移动i n t e r n e t 正是在这时候开始从 概念阶段走上业务发展的前台，成为移动通信的主流发展趋势。 在需求和技术两种驱动力的作用下，全世界范围内涌现出多种移动i n t e r n e t 技 术。通过移动和无线通信系统接入i n t e r n e t 的方式分为两大类，一是基于蜂窝的接 入技术，如c d p d ，g p r s ，e d g e 等。二是基于局域网的技术，如i e e e 8 0 2 1 lw l a n ， b l u e t o o t h ，h o m e r f 等。总体来说，可以采用的主要有：m o d e m 、w l a n 、g p r s 、b l u e t o o t h 、 m o b n ei p 以及w a p 等等。尽管它们解决问甄的层箍和侧熏点有所不同，但着眼点都 是相同的：一是连接i n t e r n e t 的计算机设备( p c 、膝上电脑、笔记本电脑等) 如何 实现移动性，二是便携终端( 蜂窝电话、传呼机、掌上电脑、p d a 等) 如何接入i n t e r n e t 并获取和显示有效信息。实际上，这二者也是相辅相成的，并且已部分成为现实。 另一方面，网络应用最重要的目标之一就是进行多媒体通信。多媒体信息主要包 括图像、声音和文本三大类，其中视频、音频等信号的信息量是非常大的。而且这些 信息的表达方式、输入、输出的要求也各不相同，因此在多媒体通信中，对这些数据 进行有效的表达和适当处理非常重要。为了满足多媒体通信对带宽的需求，无线通信 网络不约而同的将网络传输速率作为其性能参数中的关键指标。例如g p r s 网络理论 上的最大数据传输速率达1 0 7 2 k b i t s ，而3 g 标准则要求提供2 m b i t s 的数据业务， 这一速率还将在f i 后得到进一步提高。除此之外，多媒体压缩技术的日臻成熟也为移 动多媒体通信的实现提供了技术保证。 目f j i ，我国公用无线数据网g p r s 、c d m a 等已经开始投入使用，利用无线通道传 输话音、数据、视频、图像、消息等已经指同可待。另一方面，对外出办公人群来说， 计算机业务处理与通讯联系是他们的主要工作，如果将两者结合起来，或者更进一步， 南京航空航天人学硕士学倪论文 1 1 课题背景 第一章绪论 当今世界，在飞快发展的信息领域中，有两支突飞猛进的支柱产业，即移动通信 和i n t e r n e t 。几乎最新的信息、通讯、电子、计算机方面一切新技术，无不为这两 大支柱产业所吸收和采纳。它们的网络覆盖愈来愈大，主干网、接入网的传输速率越 来越快，核心网络设备和终端功能越来越强，体积愈来愈小，价格大幅度下降。而伴 随着二者的飞速发展，这两大领域也开始迅速融合。移动i p 开始从过去的希望变成 现实。事实上，从g s m 移动蜂窝通讯系统诞生的那一天起，移动通信就具有数据通信 能力，主要是基于9 6 k b it s 电路型数据业务，如中文短消息服务。但是，在发展数 据通信的过程中，人们不仅要求得到简单信息，还希望提供包括语音、图像在内的多 媒体信息。这就要求移动通信的运营商们采用新技术，增加传输带宽，进一步引进数 据业务，尤其是与i n t e r n e t 相结合的数据业务。移动i n t e r n e t 正是在这时候开始从 概念阶段走上业务发展的前台，成为移动通信的主流发展趋势。 在需求和技术两种驱动力的作用下，全世界范围内涌现出多种移动i n t e r n e t 技 术。通过移动和无线通信系统接入i n t e r n e t 的方式分为两大类，一是基于蜂窝的接 入技术，如c d p d ，g p r s ，e d g e 等。二是基于局域网的技术，如i e e e 8 0 2 1 lw l a n ， b l u e t o o t h ，h o m e r f 等。总体来说，可以采用的主要有：m o d e m 、w l a n 、g p r s 、b l u e t o o t h 、 m o b n ei p 以及w a p 等等。尽管它们解决问甄的层箍和侧熏点有所不同，但着眼点都 是相同的：一是连接i n t e r n e t 的计算机设备( p c 、膝上电脑、笔记本电脑等) 如何 实现移动性，二是便携终端( 蜂窝电话、传呼机、掌上电脑、p d a 等) 如何接入i n t e r n e t 并获取和显示有效信息。实际上，这二者也是相辅相成的，并且已部分成为现实。 另一方面，网络应用最重要的目标之一就是进行多媒体通信。多媒体信息主要包 括图像、声音和文本三大类，其中视频、音频等信号的信息量是非常大的。而且这些 信息的表达方式、输入、输出的要求也各不相同，因此在多媒体通信中，对这些数据 进行有效的表达和适当处理非常重要。为了满足多媒体通信对带宽的需求，无线通信 网络不约而同的将网络传输速率作为其性能参数中的关键指标。例如g p r s 网络理论 上的最大数据传输速率达1 0 7 2 k b i t s ，而3 g 标准则要求提供2 m b i t s 的数据业务， 这一速率还将在f i 后得到进一步提高。除此之外，多媒体压缩技术的日臻成熟也为移 动多媒体通信的实现提供了技术保证。 目f j i ，我国公用无线数据网g p r s 、c d m a 等已经开始投入使用，利用无线通道传 输话音、数据、视频、图像、消息等已经指同可待。另一方面，对外出办公人群来说， 计算机业务处理与通讯联系是他们的主要工作，如果将两者结合起来，或者更进一步， 基丁p o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 能够随时随地对业务处理进行远程研讨，这对提高工作效率、简化事务流程将起到不 可估量的作用。本文探讨的就是如何利用p o c k e tp c 掌上电脑，在窄带宽的无线通道 上进行视频、音频流传输交换，从而实现多媒体商务的效果。在这种情况下，掌上电 脑由于携带方便、计算能力强大以及入网方式简单等优点，逐渐受到了商业人士的青 陕。 掌上电脑自它诞生的第一天起，就与无线多媒体通讯市场结下了不解之缘，原因 是显而易见的。现有的掌上电脑操作系统基本上可以分为p a l m 和w i n d o w sc e 两类， 其中m i c r o s o f t 的w i n d o w sc e 3 0 已经成为市场主流。由于c o m p a q 公司先进的设计 理念，使得基于w i n d o w sc e 的p o c k e tp c 延展能力近乎无限：通过为掌上电脑佩上不 同色彩的“夹克”( 功能扩展坞) ，就可以轻而易举地获得无线网络、电子地图、卫星 定位等能力。掌上电脑无线通讯的方法有很多种，其中最简捷的是利用c o m p a q 在 p o c k e t p c 2 0 0 2 中集成的g p r s 模块，这样就不用另加任何m o d e m 外围设备。关于掌 上电脑无线上网的方法详见第二章。其次，掌上电脑具有和桌面p c 一样强大的计算 处理能力，对多媒体的支持基本令人满意，最新的p o c k e tp c 2 0 0 2 更是几乎可以和家 用p c 媲美。可以想见，如果将可视影音传输与掌上电脑强大的计算能力结合起来， 外出工作人群的受益是不言而喻的。 1 2 论文所作的工作 本课题的主要内容为：研究蜂窝移动技术，接入技术，多媒体视频、音频采集播 放以及传输技术，构造并实现基于p o c k e tp c 平台的无线多媒体通讯方案。在此系统 内分析了目前国内主要蜂窝通信网络g p r s 的概念原理及与i n t e r n e t 的接入技术；针 对移动终端开发出适合多种应用平台的多媒体采集、播放系统，考虑到视频、音频流 的大数据量，不仅需要进行压缩，还构造了专用的传输通信协议；最后，剖析了多媒 体通信的关键技术和设计要点，以及服务质量保证策略。事实上，由于当前的移动通 讯网络都提供了i p 业务，可以说系统与网络基础设施是无关的。另外，通过将数据 采集和播放模块从系统中独立出来，进一步提高了可移植性，目前本模块可以工作在 包括w i n d o w sc e 的w i n d o w s 家族操作系统，也即意味着系统不仅适用于p o c k e tp c ， 同样可以在操作系统为w i n d o w s 系列的具有上网能力( 无论是传统i n t e r n e t 还是移 动通讯网络) 的笔记本、膝上电脑甚至桌面p c 运行。当然，最方便的还是以p o c k e t p c 为平台的移动多媒体通信。 1 3 文章结构 全文共分五章，各章内容如下： 第章是绪论，介绍了课题背景，系统实现的意义以及论文的主要内容和结构。 基丁p o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 能够随时随地对业务处理进行远程研讨，这对提高工作效率、简化事务流程将起到不 可估量的作用。本文探讨的就是如何利用p o c k e tp c 掌上电脑，在窄带宽的无线通道 上进行视频、音频流传输交换，从而实现多媒体商务的效果。在这种情况下，掌上电 脑由于携带方便、计算能力强大以及入网方式简单等优点，逐渐受到了商业人士的青 陕。 掌上电脑自它诞生的第一天起，就与无线多媒体通讯市场结下了不解之缘，原因 是显而易见的。现有的掌上电脑操作系统基本上可以分为p a l m 和w i n d o w sc e 两类， 其中m i c r o s o f t 的w i n d o w sc e 3 0 已经成为市场主流。由于c o m p a q 公司先进的设计 理念，使得基于w i n d o w sc e 的p o c k e tp c 延展能力近乎无限：通过为掌上电脑佩上不 同色彩的“夹克”( 功能扩展坞) ，就可以轻而易举地获得无线网络、电子地图、卫星 定位等能力。掌上电脑无线通讯的方法有很多种，其中最简捷的是利用c o m p a q 在 p o c k e t p c 2 0 0 2 中集成的g p r s 模块，这样就不用另加任何m o d e m 外围设备。关于掌 上电脑无线上网的方法详见第二章。其次，掌上电脑具有和桌面p c 一样强大的计算 处理能力，对多媒体的支持基本令人满意，最新的p o c k e tp c 2 0 0 2 更是几乎可以和家 用p c 媲美。可以想见，如果将可视影音传输与掌上电脑强大的计算能力结合起来， 外出工作人群的受益是不言而喻的。 1 2 论文所作的工作 本课题的主要内容为：研究蜂窝移动技术，接入技术，多媒体视频、音频采集播 放以及传输技术，构造并实现基于p o c k e tp c 平台的无线多媒体通讯方案。在此系统 内分析了目前国内主要蜂窝通信网络g p r s 的概念原理及与i n t e r n e t 的接入技术；针 对移动终端开发出适合多种应用平台的多媒体采集、播放系统，考虑到视频、音频流 的大数据量，不仅需要进行压缩，还构造了专用的传输通信协议；最后，剖析了多媒 体通信的关键技术和设计要点，以及服务质量保证策略。事实上，由于当前的移动通 讯网络都提供了i p 业务，可以说系统与网络基础设施是无关的。另外，通过将数据 采集和播放模块从系统中独立出来，进一步提高了可移植性，目前本模块可以工作在 包括w i n d o w sc e 的w i n d o w s 家族操作系统，也即意味着系统不仅适用于p o c k e tp c ， 同样可以在操作系统为w i n d o w s 系列的具有上网能力( 无论是传统i n t e r n e t 还是移 动通讯网络) 的笔记本、膝上电脑甚至桌面p c 运行。当然，最方便的还是以p o c k e t p c 为平台的移动多媒体通信。 1 3 文章结构 全文共分五章，各章内容如下： 第章是绪论，介绍了课题背景，系统实现的意义以及论文的主要内容和结构。 基丁p o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 能够随时随地对业务处理进行远程研讨，这对提高工作效率、简化事务流程将起到不 可估量的作用。本文探讨的就是如何利用p o c k e tp c 掌上电脑，在窄带宽的无线通道 上进行视频、音频流传输交换，从而实现多媒体商务的效果。在这种情况下，掌上电 脑由于携带方便、计算能力强大以及入网方式简单等优点，逐渐受到了商业人士的青 陕。 掌上电脑自它诞生的第一天起，就与无线多媒体通讯市场结下了不解之缘，原因 是显而易见的。现有的掌上电脑操作系统基本上可以分为p a l m 和w i n d o w sc e 两类， 其中m i c r o s o f t 的w i n d o w sc e 3 0 已经成为市场主流。由于c o m p a q 公司先进的设计 理念，使得基于w i n d o w sc e 的p o c k e tp c 延展能力近乎无限：通过为掌上电脑佩上不 同色彩的“夹克”( 功能扩展坞) ，就可以轻而易举地获得无线网络、电子地图、卫星 定位等能力。掌上电脑无线通讯的方法有很多种，其中最简捷的是利用c o m p a q 在 p o c k e t p c 2 0 0 2 中集成的g p r s 模块，这样就不用另加任何m o d e m 外围设备。关于掌 上电脑无线上网的方法详见第二章。其次，掌上电脑具有和桌面p c 一样强大的计算 处理能力，对多媒体的支持基本令人满意，最新的p o c k e tp c 2 0 0 2 更是几乎可以和家 用p c 媲美。可以想见，如果将可视影音传输与掌上电脑强大的计算能力结合起来， 外出工作人群的受益是不言而喻的。 1 2 论文所作的工作 本课题的主要内容为：研究蜂窝移动技术，接入技术，多媒体视频、音频采集播 放以及传输技术，构造并实现基于p o c k e tp c 平台的无线多媒体通讯方案。在此系统 内分析了目前国内主要蜂窝通信网络g p r s 的概念原理及与i n t e r n e t 的接入技术；针 对移动终端开发出适合多种应用平台的多媒体采集、播放系统，考虑到视频、音频流 的大数据量，不仅需要进行压缩，还构造了专用的传输通信协议；最后，剖析了多媒 体通信的关键技术和设计要点，以及服务质量保证策略。事实上，由于当前的移动通 讯网络都提供了i p 业务，可以说系统与网络基础设施是无关的。另外，通过将数据 采集和播放模块从系统中独立出来，进一步提高了可移植性，目前本模块可以工作在 包括w i n d o w sc e 的w i n d o w s 家族操作系统，也即意味着系统不仅适用于p o c k e tp c ， 同样可以在操作系统为w i n d o w s 系列的具有上网能力( 无论是传统i n t e r n e t 还是移 动通讯网络) 的笔记本、膝上电脑甚至桌面p c 运行。当然，最方便的还是以p o c k e t p c 为平台的移动多媒体通信。 1 3 文章结构 全文共分五章，各章内容如下： 第章是绪论，介绍了课题背景，系统实现的意义以及论文的主要内容和结构。 南京航空航天人学硕七学位论文 第二章阐述了移动互联网的原理和移动i p 技术，以及基于p o c k e tp c 的无线接 入技术。首先从无线网络发展的角度由浅入深解释了移动通信的概念和网络拓扑，然 后对移动互联网的基本技术做出描述，最后指出如何利用掌上电脑接入通信网络。 第三章分析系统的实现方案及采用的核心技术。从信令控制、数据传输两方面进 行分析，涵盖了通信协商、数据采集和播放、编码解码以及多媒体数据传输中所采取 的缓冲预取技术、带宽监控反馈算法以及终端调度机制，从而构建起整个移动多媒体 通信的框架及实现细节。 第四章是在系统实现的基础上对服务质量作出补充，重点突出了端站服务质量保 证策略的若干方面以及如何综合体现在一个完备的系统中。 第五章是对本文工作的总结和展望。 基丁p o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 第二章移动互联网技术 在研究移动多媒体传输技术之前，有必要对移动互联网原理有一个清晰的理解。 事实上，无线多媒体传输系统可以从层次一h 分为两大部分：网络接入和多媒体通信。 本系统无线接入方案主要是利用g p r s 网络。而能够使p o c k e tp c 接入i n t e r n e t 则是 系统构架的第一步，本章讨论移动通信网络的基本原理和移动i p 技术，重点研究g p r s 网络系统。 在移动通信系统中，网络部分占有重要的地位。简单地说，一个完整的移动通信 网络可以分为无线接入网和核心网两个部分，无线接入网的基本问题是无线物理层也 就是空中接口的设计，核心网的基本问题则是实现本网内的交换和与已存在的有线系 统或者是其他的无线系统之间的互连，而无线网络不同于有线网络的一个重要的特征 是无线网络必须支持移动性管理，例如切换和漫游。因此，概括地说，无线网络的功 能主要是：实现与现存的有线网络和其他的无线网络之间信令和业务的交换；支持用 户在网络中的移动性。 在第一代和第二代的移动通信网中，由于受到当时无线技术水平的限制，涉及的 思路往往是由下而上的，核心网和整个的协议结构都是为了物理层或者说空中接口服 务的，而对上层网络所能提供的服务的要求很低，只要求能够支持普通的电话服务， 能够和公众电话网进行业务的交换。而且物理层几乎完全是为支持语音的单一业务设 计的，物理信道的速率很低，在8 k b i t s 到3 2 b i t s 之间，只支持单一业务。网络层 的设计只对电路交换的实时业务进行了考虑，而且上层协议的设计是随着物理层的特 色而各具特色的。这样造成的一个后果就是各个系统各自成网，互相之间不兼容，对 于支持大的范围内的移动性管理造成了很大的困难。无线资源的利用和系统所能够提 供的服务就越来越不能适应要求。同时，随着以t c p i p 为基础的i n t e r n e t 的爆炸式 的飞速发展，和人们对于除了语音业务之外的各种各样的分组业务的需求大大增加， 这种以电路交换为基础和目标设计的网络已经大大落后。基于这样的考虑，第二代移 动通信系统纷纷推出了改进或增强的网络结构用以支持无线的分组业务，g s m 推出了 g p r s ( g l o b a lp a c k e tr a d i os y s t e m ) ，i s 一9 5 推出了i s - 9 5 b ，这些被称为2 g + 的无线 网络无一例外地都将移动无线终端无缝地接入i n t e r n e t 作为设计目标和系统的特色 加以推广。所谓无缝，就必须要求移动通信系统的网络层到物理层的空中接口都要支 持分组业务和能够简单地接入i n t e r n e t 。但是，这些所谓的2 g + 的系统还是沿用了第 二代的空中接口，只是在核心网之上进行了有限的改进，以便适应分组业务。而正是 由于空中接口( 例如调制、速率、接入方式等) 的限制，使得这些2 6 + 的系统并不能 满足需要。 i t u 提出的i m t 2 0 0 0 对第三代移动通信系统的要求是： 在世界范围内的通用性： 南京航空航天人学硕十学位论文 在i m t 2 0 0 0 的系统内以及与现存的其他系统的完全兼容性； 高质量的服务： 小的但是支持多业务的多媒体终端； 支持在全世界范围内的漫游； 提供多种业务包括多媒体的分组业务。 与先前的第一代和第二代移动通信系统比较，可以看出分组业务和支持多业务的 多媒体终端成为了第三代通信系统的明确的目标和鲜明的特色，同时，第三代移动通 信系统要求支持在世界范围内的漫游和世界范围内的通用性。而这些分组业务和大范 围内的移动性的要求需要一个新的先进无线网络的支持。 随着人们对无线网络的认识和理解的不断深入，尤其是在全球范围内的t c p i p 思想的影响下，先进的无线网络设计思想变成了由上而下，或者说上下兼顾。对于网 络的上层，一定要能实现与分组网络主要是i p 网络的无缝集成，对于网络的下层则 针对了上层对分组业务的要求而进行了设计，而处于上下层之间的接入网则各有特 色，而且无线网络能够支持多种业务。 2 1 无线网络的原理 无线网络正在从以电路交换为基础的网络向以分组交换为基础的网络快速发展。 从以g s m 为代表的第二代移动通信系统的单纯电路交换业务到以g p r s 和i s 9 5 b 为代 表的2 g + 移动通信系统的开始支持分组业务，到w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和g s m 演进的增强 数据速率( e d g e ) 的第三代移动通信系统的以完全支持分组业务为设计目标，可以看 出移动通信网络的发展目标使移动蜂窝系统无缝地与i n t e r n e t 的连接，即实现所谓 的i p o c ( i po v e rc e l l u l a rn e t w o r k s ) 。 在以电路交换为基础的无线网络中，其网络的核心实体是实现移动性管理和交换 的m s c ：而在分组交换为基础的无线网络中，其网络的核心实体已经变成了服务器 ( s e r v e r ) 、网关( g a t e w a y ) 甚至就是网络本身。这样的发展是与整个通信网络的发 展是相适应的，在传统的通信网中，核心是各个国家电信发展起来的p s t n ，所有的 移动通信网络都是围绕p s t n 为中心而进行交换的，而现在的发展越来越清晰的显示 通信网络的核心将是i n t e r n e t ，p s t n 将退化为i n t e r n e t 的一个接入网络，而传统的 交换将被路由所代替。 从最有代表性的g s m 系统到g p r s 系统赢至3 g p p ( t h et h i r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 的发展中，可以清晰地看出无线两络的发展。这三种系统都 是欧洲的通信化组织提出来的。g s m 是第二代移动通信系统中的代表，它在全球获得 了极大的成功。据资料显示，g s t t 占据了全球第二代系统的6 0 的份额。g p r s 是在 g s m 系统的基础上为支持分组业务和接入i n t e r n e t 而改进的，它对g s m 的空中接口 不做改动，但是采用了更先进的编码，并在信道的设计上增加了传送分组业务的信道 5 南京航空航天人学硕十学位论文 在i m t 2 0 0 0 的系统内以及与现存的其他系统的完全兼容性； 高质量的服务： 小的但是支持多业务的多媒体终端； 支持在全世界范围内的漫游； 提供多种业务包括多媒体的分组业务。 与先前的第一代和第二代移动通信系统比较，可以看出分组业务和支持多业务的 多媒体终端成为了第三代通信系统的明确的目标和鲜明的特色，同时，第三代移动通 信系统要求支持在世界范围内的漫游和世界范围内的通用性。而这些分组业务和大范 围内的移动性的要求需要一个新的先进无线网络的支持。 随着人们对无线网络的认识和理解的不断深入，尤其是在全球范围内的t c p i p 思想的影响下，先进的无线网络设计思想变成了由上而下，或者说上下兼顾。对于网 络的上层，一定要能实现与分组网络主要是i p 网络的无缝集成，对于网络的下层则 针对了上层对分组业务的要求而进行了设计，而处于上下层之间的接入网则各有特 色，而且无线网络能够支持多种业务。 2 1 无线网络的原理 无线网络正在从以电路交换为基础的网络向以分组交换为基础的网络快速发展。 从以g s m 为代表的第二代移动通信系统的单纯电路交换业务到以g p r s 和i s 9 5 b 为代 表的2 g + 移动通信系统的开始支持分组业务，到w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和g s m 演进的增强 数据速率( e d g e ) 的第三代移动通信系统的以完全支持分组业务为设计目标，可以看 出移动通信网络的发展目标使移动蜂窝系统无缝地与i n t e r n e t 的连接，即实现所谓 的i p o c ( i po v e rc e l l u l a rn e t w o r k s ) 。 在以电路交换为基础的无线网络中，其网络的核心实体是实现移动性管理和交换 的m s c ：而在分组交换为基础的无线网络中，其网络的核心实体已经变成了服务器 ( s e r v e r ) 、网关( g a t e w a y ) 甚至就是网络本身。这样的发展是与整个通信网络的发 展是相适应的，在传统的通信网中，核心是各个国家电信发展起来的p s t n ，所有的 移动通信网络都是围绕p s t n 为中心而进行交换的，而现在的发展越来越清晰的显示 通信网络的核心将是i n t e r n e t ，p s t n 将退化为i n t e r n e t 的一个接入网络，而传统的 交换将被路由所代替。 从最有代表性的g s m 系统到g p r s 系统赢至3 g p p ( t h et h i r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 的发展中，可以清晰地看出无线两络的发展。这三种系统都 是欧洲的通信化组织提出来的。g s m 是第二代移动通信系统中的代表，它在全球获得 了极大的成功。据资料显示，g s t t 占据了全球第二代系统的6 0 的份额。g p r s 是在 g s m 系统的基础上为支持分组业务和接入i n t e r n e t 而改进的，它对g s m 的空中接口 不做改动，但是采用了更先进的编码，并在信道的设计上增加了传送分组业务的信道 5 基于p o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 规范，g p r s 的最大改进在于核心网，能够支持移动终端接入i n t e r n e t ，通常被归为 2 g + 系统。而3 g p p 是一个全新的系统，对第二代的移动通信系统进行了彻底的改进。 在这个系统中，已经明确提出要实现与i n t e r n e t 的无缝集成，它的容量更大，速率 更高，放弃了t d m a 而采用了c d m a 的通信技术，并且为分组业务设计了专门的空中接 口，而且能够支持多种业务的并发运行。以下将分别介绍几种代表性的无线网络。 2 1 1g s m 系统的典型网络机构： 图2 1 是g s m 系统的网络结构。 图2 1g s m 的网络结构 g s m 数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统( b s s ) 由基站收发台( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 组成；网络子系统由 移动交换中心( m s c ) 以及原地位置寄存器( h l r ) 、访问位置寄存器( v l r ) 、鉴权中 心( a u c ) 和设备标志寄存器( e i r ) 等组成。 移动台( m s ) 即便携台( 手机) 或车载台。也可以配有终端设备( ) 或终端适 配器( t a ) 。 基站收发台( b t s ) 负责与移动台通过空中接口进行通信。包括无线传输所需要 的各种硬件和软件，如发射机、接收机、支持各种小区结构( 如全向、扇形、星状和 链状) 所需要的天线，连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控 制装置等。 6 基于p o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 规范，g p r s 的最大改进在于核心网，能够支持移动终端接入i n t e r n e t ，通常被归为 2 g + 系统。而3 g p p 是一个全新的系统，对第二代的移动通信系统进行了彻底的改进。 在这个系统中，已经明确提出要实现与i n t e r n e t 的无缝集成，它的容量更大，速率 更高，放弃了t d m a 而采用了c d m a 的通信技术，并且为分组业务设计了专门的空中接 口，而且能够支持多种业务的并发运行。以下将分别介绍几种代表性的无线网络。 2 1 1g s m 系统的典型网络机构： 图2 1 是g s m 系统的网络结构。 图2 1g s m 的网络结构 g s m 数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统( b s s ) 由基站收发台( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 组成；网络子系统由 移动交换中心( m s c ) 以及原地位置寄存器( h l r ) 、访问位置寄存器( v l r ) 、鉴权中 心( a u c ) 和设备标志寄存器( e i r ) 等组成。 移动台( m s ) 即便携台( 手机) 或车载台。也可以配有终端设备( ) 或终端适 配器( t a ) 。 基站收发台( b t s ) 负责与移动台通过空中接口进行通信。包括无线传输所需要 的各种硬件和软件，如发射机、接收机、支持各种小区结构( 如全向、扇形、星状和 链状) 所需要的天线，连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控 制装置等。 6 南京航空航天人学硕士学位论文 基站控制器( b s c ) 是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发 台和操作维修中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制几个基站收发 台，其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控 制区内移动台的过区切换进行控制等。 移动交换中心( m s c ) 是蜂窝通信网络的核心，其主要功能是对位于本m s c 控制 区域内的移动用户进行通信控制和管理。例如： 1 、信道的管理和分配； 2 、呼叫的处理和控制： 3 、过区切换和漫游的控制： 4 、用户位置信息的登记与管理； 5 、用户号码和移动设备号码的登记和管理； 6 、服务类型的控制： 7 、对用户实施鉴权； 8 、为系统中连接别的m s c 及为其它公用通信网络如公用交换电信网( p s t n ) 、综 合业务数字网( i s d n ) 和公用数据网( p d n ) 提供链路接口，保证用户在转移或漫游 的过程中实现无间隙的服务。 由此可见，m s c 的功能与固定网络的交换设备有相似之处( 如呼叫的接续和信息 的交换) ，也有特殊的要求( 如无线资源的管理和适应用户移动性的控制) 。 原地位置寄存器( h l r ) 是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。在蜂窝通 信网中，通常设置若干个h l r ，每个用户都必须在某个h l r ( 相当于该用户的原籍) 中登记。登记的内容分为两类：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、 接入的优先等级、预定的业务类型以及保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新 的参数，即用户当前所处位置的有关参数，即使用户漫游到h l r 所服务的区域外，h l r 也要登记由该区传送来的位置信息。这样做的目的是保证当呼叫任一个不知处于哪一 个地区的移动用户时，均可由该移动用户的原地位置寄存器获知它当时处于哪一个地 区，进而建立起通信链路。 访问位置寄存器( v l r ) 是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。一个v l r 通常为一个m s c 控制区服务，也可为几个相邻m s c 控制区服务。当移动用户漫游到新 的m s c 控制区时，它必须向该地区的v l r 申请登记。v l r 要从该用户的h l r 查询有关 的参数，要给该用户分配一个新的漫游号码( m s r n ) ，并通知其h l r 修改该用户的位 置信息，准备为其它用户呼叫此移动用户时提供路由信息。如果移动用户由一个v l r 服务区移动到另一个v l r 服务区时，h l r 在修改该用户的位置信息后，还要通知原来 的v l r ，删除此移动用户的位置信息。 鉴权中心( a u c ) 的作用是可靠地识别用户的身份，只允许有权用户接入网络并 获得服务。 设备标志寄存器( e i r ) 是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴 7 基tp o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 别和监视，并拒绝非法移动台入网。 以上概括地介绍了数字蜂窝系统中各个部分的主要功能。在实际的通信网络中， 由于网络规模的不同、营运环境的不同和设备生产厂家的不同，以上各个部分可以有 不同的配置方法，比如把m s c 和v l r 合并在一起，或者把h l r 、e i r 和a u c 合并在一 起。不过，为了各个厂家所生产的设备可以通用，上述各组成部分的连接都必须严格 地符合规定的接口标准。 2 1 2g p r s 系统典型网络结构 一般来说，人们将g p r s 和i s 9 5 b 称为2 g + 移动通信系统，这是因为，这两种系 统分别是针对g s m 和i s 9 5 a 进行改进而来，而这种改进并不彻底，它们对空中接口并 不改动，只是通过一些新的定义对核心网进行了大的改动，使得第二代系统能够支持 分组业务接入i n t e r n e t 。g p r s 的网络结构如图2 2 所示。 这个网络结构中增加了几个主要功能实体： s g s n ：g p r s 服务节点。 g g s n ：g p r s 网关节点。 s m s g m s c ：短消息业务的网关m s c 。 图2 2g p r s 的网络结构 基tp o c k e tp c 平台的移动多媒体通信技术 别和监视，并拒绝非法移动台入网。 以上概括地介绍了数字蜂窝系统中各个部分的主要功能。在实际的通信网络中， 由于网络规模的不同、营运环境的不同和设备生产厂家的不同，以上各个部分可以有 不同的配置方法，比如把m s c 和v l r 合并在一起，或者把h l r 、e i r 和a u c 合并在一 起。不过，为了各个厂家所生产的设备可以通用，上述各组成部分的连接都必须严格 地符合规定的接口标准。 2 1 2g p r s 系统典型网络结构 一般来说，人们将g p r s 和i s 9 5 b 称为2 g + 移动通信系统，这是因为，这两种系 统分别是针对g s m 和i s 9 5 a 进行改进而来，而这种改进并不彻底，它们对空中接口并 不改动，只是通过一些新的定义对核心网进行了大的改动，使得第二代系统能够支持 分组业务接入i n t e r n e t 。g p r s 的网络结构如图2 2 所示。 这个网络结构中增加了几个主要功能实体： s g s n ：g p r s 服务节点。 g g s n ：g p r s 网关节点。 s m s g m s c ：短消息业务的网关m s c 。 图2 2g p r s 的网络结构 南京航空航大人学硕十学位论文 g p r s 的网络结构在g s m 的基础上增加了两个新的节点，一个是s g s n ，另一个是 g g s n 。其中的s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ) 负责一个或者多个g p r s 的b s s 。 这个节点是位于g p r s 的核心网与g p r s 的接入网之间，它负责将分组传送到正确的基 站予系统中，与m s c v l r 和h l r 起负责与m s 的会话管理、移动性管理和逻辑链路 管理。而m s c v l r 和h l r 负责电路交换业务的移动台接入和移动性管理。 g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) 负责与外部的分组数据网( 如i n t e r n e t 或者x 2 5 网) 和g p r s 核心网的交换和路由。从外部的i p 网络看来，g g s n 就相当于 一个普通的网关，支持所有m s 的i p 地址，同时它也可以具有防火墙的功能。g g s n 对g p r s 核心网的功能是根据分组i p 地址找到m s 的位置并为移动台分配一个合适的 s g s n 。 g p r s 的核心网内部，在网络协议中设计了很多的接口，主要包括： s g s n b s s 间的g b 口，s g s n 通过g b 口与基站b s s 相连，为移动台m s 服务。通过 逻辑控制协议l l c ，建立s g s n 与m s 之间的连接，提供移动性管理( 位置跟踪) 和安全 管理功能。s g s n 完成m s 和s g s n 之间的协议转换，即骨干网使用的i p 协议转换成s n d c p 和l l c 协议，并提供m s 鉴权和登记功能。 s g s n g g s n 间的g n 口，s g s n 通过g n 口和g g s n 相连，通过g p r s 隧道协议( g t p ) 建立s g s n 和外部数据网( x 2 5 或i p ) 之间的通道，实现m s 和外部数据网的互联。 s g s n m s c v l r 间的g s 口，用于s g s n