（通信与信息系统专业论文）基于cdma+1x的无线视频监控终端.pdf

山东大学硕士学位论文 c d 【a m p e g q c i f c i f h l t e m e t d s p a r m r a m t c p i p u d p p s t n a 硼m a m p s t d m w d m t d m a w c d m a i s d n a d s l v o p w l a n g s m i p v 6 柚 符号说明 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分多址 m o v i n gp i c t u r 岱e x p e r t sg r o u p 动态图像专家组 ( ! u a r t e rc o m m o nn e 咖e d i a t ef o 衄a t1 4 常用标准化图像格式 c o n 姗o nh l t 锄e d i a t ef o 肌a t 常用标准化图像格式 i n t 锄e t 因特网 d i 百t a ls i i l 罂l a lp r o c e s s o r 数字信号处理器 a d v 趾c e dr i s cm a c h i l l 鹤 高级精简指令集计算机 r a n d o m a c c e s sm 锄o r y 随机存取存储器 1 h n 锄i s s i o nc o n 臼0 lp r o t o c o l传输控制协议 i n t e n l e tp r o t o c o l 互联网络协议 u s e rd a t a 铲锄p r o t o c o l 用户数据报协议 p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t 、o r k 公共电话交换网 a s y n c l 瑚n o l l s1 r a n s f 打m o d e 异步传输模式 a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m 高级移动电话系统 t i l n ed i 啊s i o nm u l t i p l e x时分复用和复用器 w a v e l e l l g t l ld i v i s i o nm u l t i p l e x i i 培 波分复用 t i m ed i v i s i o nh 佃l t i p l ea c c e s s 时分多址 w i d ec d m a 宽码分多址 i n t 昭r a t e ds e 州c ed i 百t a ln e 咖r k 综合业务数字网 a s y i 】姗e t r i cd i 百t a ls u b s 嘶b e rl i n e 非对称数字用户线路 v o i c e o v 盯i n t 锄e t p r o t o c 0 1 l p 语音 w i r e l e s sl o c a la r e an 铂) i r o r k 无线局域网 g 1 0 b a ls y s t e m 矗竹m 0 b i l ec o m m 岫i c 撕。硒 全球移动通讯系统 i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n6 互联网协议第六版 a n a l o g d i 百t a l 模拟数字 s 山东大学硕士学位论文 w i f i g p r s r c a c v b s p a l n t s c s e c a m i i c y u v r g b s d r a m p c i h p i f v b u i m p p p r t p l c p n c p a v v s v o v o l g o v v o p 6 w i r e l e s s f i d e l 时 无线保真 g e n e r a lp a c k e tr a d i os e i c e 通用分组无线业务 r a d i oc o 印o r a t i o no f a m e r i c a i l一种最简单的a v 插头 c o m p o s i t ev i d e 0 b r o a d c a s ts i 盟a 1复合电视广播信号 p h a s ea l t 锄a t i n gl i n e 逐行倒相 n a t i o n a lt d e v i s i o ns y s t 锄c o m m i t t e e 国家电视系统委员会制式 s e q u e n t i e lc o u l e u ra m e m o i r e 按顺序传送颜色与存储 i n t e r i c一种总线结构 l 哪a - c h r o m i n a l l c e c h r o m a一种色彩编码方式 r e d g r e e l l b l u e一种色彩模式 s y i l c h r o n o u sd y i l 锄i cr a n d o ma c c e s sm e i i l o 巧同步动态随机存储器 p e r i p h e r a lc o m p o n 咖h n e r c o n n e c t i o n外设组件互连 h o s tp o t ti n t e r f a c e主机接口 f u l lo fv i d e 0b u f j 衙视频缓冲区满 u s e ri d e n t 耐m o d e l用户识别模块 p o i n tt 0p o i n tp r o t o c o l 点对点协议 r e a l t i m et m s p o r tp r o t o c o l 实时传送协议 “n kc o n t r o lp r o t o c o l链路控制协议 n e t 、) i r o r kc o r ep r o t o c o l网络核心协议 a u d i o s u a l音视频 v i d e 0s e s s i o n视频段 v i d e o0 b j e c t 视频对象 v i d e 0o b j e c tl a y e r视频对象层 g r o u po fv i d e 0o b j e c tp l a i l e 视频对象组层 v i d e o0 i b i e c tp l a l l e视频对象平面 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 壹) 筮盈 日 期：狸壁：童：丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：垂蹲导师签名：裂日期：迎塑： 。万 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着生活质量的逐步提高，人们也越来越关注各方面的安全性问题，人身安 全、财产安全等多个方面，在这个过程中，视频监控产品发挥着极其重要的作用。 同时，伴随着通信行业的不断发展及产品的更新换代，人们对于监控产品安装的 便捷性及可靠性要求不断提高，关注重点由原先的专线视频监控设备逐步转换到 无线传输方式。该论文既是在2 5 g 通信环境下的c d m al x 系统中实现了无线视 频监控终端的设计，通过终端与后台控制中心建立无线互通，使得用户在不用亲 临现场的情况下也能够清楚地了解现场状况，达到了对于q c m 图片格式l 帧秒 的传输速率，以及对于终端上的各项参数和云台设备的控制功能，为将来顺利升 级至适用于3 g 传输的无线视频监控产品做好了铺垫工作。 该论文设计是整合了c d m a 数据通讯功能和数字视频编码功能为一体的终端 产品。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩，通过智能无线通讯终端发射 到c d m a 网络，并根据用户需要加入了对云台的控制操作设计，实现视频数据的 交互，链路的控制维护等功能。根据应用，把实时动态图像传到距离用户最近的 联通通信基站，并由基站转发至1 1 1 t e m e t 互联网。从而实现通过i n t 咖e t 从系统终 端得到实时图像信息。 本论文的主要工作： 1 全面分析了视频监控产品的发展过程及无限视频监控产品的发展趋势，就 其广泛适用的应用环境进行了一定的分析，结合当前视频监控产品中的关 键技术，总结出该产品所具有的广阔的市场前景。 2 分析了该设计中硬件实现的总体框架及几个主要模块，介绍各部分芯片所 具有的突出功能，实现了同等价位产品中的最高性价比特点。并在此基础 上，给出了硬件电路设计中的各项需要注意的内容总结，为后续相关设计 山东大学硕士学位论文 提供一定的借鉴作用。 3 在本论文设计过程中，软件是实现控制的主要部分，结合所申请的专利“一 种用于c d m al x 无线视频监控的控制方法 介绍设计中的软件部分，内容 涉及终端与后台之间的控制与解析、终端各部分模块之间的通信与控制及 视频数据的译码方法。 关键词：无线视频监控；c d m al x ；g 0 7 0 0 7 s b ；s a a 7 1 1 3 h ；视频压缩 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t l lt h ec o n s 仃u c t i o no fi i l f o m a t i o ns y s t e ma n dt l l e 仃a n s i t i o n 丘d mm e m 龃a g 锄e n to f r e m o t ea r e as u c h 鹤o i lf i e l dt oi n f o m a t i o nm a n a g e m e n t ，i ti si m p o r t a n t t 0r e a l i z eap l a t f o mo fv i d e om o i l i t o rs y s t e mt 0s 慨g m 铋m ei i l t e 黟a t i o nm a i l a g e m e n t 0 f t h e 崩n o t ea r e aw h i c hi sh a r dt oa c c e s sb yp e o p l e n sa i mi st 0r e a l i z em e 卸幻m a t i c d a 妇s o u r c ec o l l e c t i o nb yr c a l t i i n em o l l i t o rs y s t e i i l ；栅l s i i l i tt l l ed a t et 0t l l er e a l t i i i l e d a t a b 舔ei i ln l er n ( i l i t o rc e n t e rv i ap u b l i cn e t w o r k 觚di n t 锄e ta u t o m a t i c a l l y ；p r o 啊d e n l e 叩e i ld a t ap l a t f o mt oa l lk i l 地o fm 觚a g e m e n td 印a m 【l e 鹏，恤c hm a l 【e si tp o s s i b l e f o r 恤m a l l a g e r st 0g e ta n dc o n 劬lm e6 e l ds i 饥觚o n 砸ss y s t e i i lc 觚觚s ht h ew h o l e m 趾a g e m e n tp r o c e s sa u t o m a t i c a l l y 孤a l y z ea i l dp r o c e s sn l er e a l 一t i m ed a t 4a i l dc o 纳r o l t h ev i d e 0m o i l i t o rt e n n i n a l 砌n o t e l y 、池e nn e c e s s a 以、) l 恤c hp r o d et l l ek e y “i d e n c eo f w o r kp r o c e s sg o i i l gs m o o m l y i i ln l i sm e s i s ，w i f e l e s sv i d e 0m o i l i t o rt e r m i n a li sd e s i 鲈e db a u s e do nc d m a1xn e t w o r k t h e r ea r et h r e ep a r t sm a i m yi i lt h i sp r o d u c t i o n ：v i d e 0c a p t u r ea l 】l dc o m p r e s sm o d u l e ， w i r e l e s sd a t a 呦s m i s s i o nm o d u l ea i l darmc o n t r o lm o d u l e 1 kv i d e 0c a p 彻e 锄dc o m p r 懿sm o d u l et a l 【e sc h a r g eo fc a p t t l r i n g 啊d c os i 伊a l 舶m c 锄e r aa n dc o m p r e s si t ；a i 洲c _ h i pt r a n s m i t sd a t aa f t e rc o m p r c s s i i l gt 0t l l ew i r d e s s t r a n s m i s s i o nm o d u l e ，c o m f i t so m e r 伽om o d u l e s 觚da d j l l s t sm em o l l i t o rr e 百o n a c c o r d i n gt 0t l l ec o 舢 i l a i l d s 昀n s p o r t e d 劬mt h ec o n 仃0 lc e n t w i r e l e s s 仃a n s i i l i s s i o n m o d u l ei sr e s p o n s i b l e 矗m 缸加s m i t t i n gv i d e od a t at 0b 邪e 似i o n 吐哟u 曲c d m alx w i i e l e s sn e t w d r k 锄df e c e i 、，i n gt h ec o n n 0 l l i n gi n f 0 咖a t i o n 如rn l et e f m i n a l t h eb a s e s t a t i o nt m s p o r t sv i d e 0d a t af b mt e r m i n a lt 0i n t e n l e t 孤dn l e l lt 0m o i l i t o rc e i l t e rf o r p r o c e s s i n g o p p o s i t e l y ，t h ec e n t e rc o u l dc o n f i g u r em et e m i n a l i fn e e d e d 3 山东大学硕士学位论文 1 1 l i sp r o d u c ti n t e g r a t e sc d m ad a t ac o 咖u n i c a t i o ns e r v i c e 锄dd i 百t a lv i d e 0e n c o d i n g 6 m c t i o n t h ep i c h l r e 仔o mc 锄e r ai s c o m p r e s s e db yv i d e oc o m p r e s sm o “l e ，a i l d t r 锄s m i t t e db yt h e 觚t e i l i l at oc d m an e 觚o r k 1 1 1 e r e sa l s o s o m e m i n gd e s i 髓e d a c c o r d i n gt 0u s e rd 锄a n d s ，s u c ha sc o n 仃0 lo p e r a t i o nf o rp a l l t l l i sp r o d u c tr e a l i z e s 缸n c t i o i l so fi n t e r a c t i v e ，r e c e i v i n ga n ds e i l d i n gv i d e od a t a ，锄dt r a i l s m i t t i n gr e a l - t i m e a n dd y n 锄i cp i c 饥鹏t om en e a r e s tc d m a1x n e t 、) l ，o r k f i n a l l y u s e r sc a l lr e c e i v et t l e 啊d e oi n f o 力n a t i o n 丘o mc o n 仃o lc e n t e rt 哟u 曲h n 锄e tn e 觚o r k nt a k e sa d v 锄t a g e so f b o t l lc d 【an e t w o r ka i l di n t 锄e t t t l ew o r kh a sb e e i ld o n ei nm yt l l e s i sa r e ： 1 b 2 l s e d0 n 1 ed c v e l o p m e n to fv i d e 0m o i l i t o rt e 力疵n a l 锄dt 1 1 ek e yt e c l l i 】【i q u e s ， a i l a l y z e dt h ef o r e g r o u i l do fm i sp r 0 1 d u c t 2 i n l m d u c em es u l i l l i l a r yo fh a r d w 盯ef r 锄e w o r k a n a l y z em ec h a r a c t 田s t i c so f e v e r ym o d u l e s a n d 百v es o m ea d v i c e sd l i r i n gt h eh a r d w a r ed e s i g no fm i sp r o d l l c t 3 c o m b i n e dw i t hm ep a t e n to f “am e m o dl l s e di nc d m a1xw i r e l e s sv i d e o m o n i t o r ，o u t l i n et l l em a i np r o c e s s e si n 廿l i sp r o d l l c t 1 ( e yw o r d s ：v i d e om o i l i t o r ；c d m a1x ；g 0 7 0 0 7 s b ；s a a 7 1 13 h ；v i d e 0c 0 n l p l 销s 4 山东大学硕士学位论文 绪论 随着自动化信息系统建设，实时无线视频监控在日常生活、生产中有着非常 广泛的应用。对于油田等偏远地区及无人地区的管理也向信息化管理过渡，逐步 加强了对人员不易到达地区的集中管理，建立远程视频监控系统的平台，其目的 是利用现场监控系统，实现数据源头自动采集，借助现有的无线网络及h l t 锄e t 网 络资源自动加载到监控中心的实时数据库，为各级管理部门应用提供开放的数据 平台，使管理人员及时控制和掌握现场动态，从而实现整个管理过程的自动化； 并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，并根据需要对终端视频监控设 备进行远程控制，从而为保证各方面工作顺利、安全、高质高效的进行提供重要 依据。 然而在现今的视频监控产品中，多是针对有线网络的实时监控，因为在无线 环境中，速度成为一个难以逾越的瓶颈问题。对于即将上马的3 g 网络，将无线速 率提升后对于视频数据的传输提供了很大的支持，于是便产生了为数不多的无线 视频监控终端产品。目前的产品中，多为通过d s p 写入视频处理程序执行，即其 视频压缩通过软件实现并且处理速度有限。而在该发明中则采用了专用的视频处 理芯片，即通过硬件实现压缩，并结合删处理芯片使其处理速度得到很大的提 升，完成的主要功能包括视频信号的采集、压缩、打包和传输等，涉及视频压缩、 嵌入式开发和无线通信三个关键技术领域。其中，主控程序作为监控终端的核心， 对终端的稳定、可靠运行，实现满意的视频监控效果起着决定性的作用。 另外，为了降低成本，终端产品上所使用的存储器，尤其是洲，一般都非 常有限。在相对较小的存储器上高效的完成上述所有功能，是监控终端主控程序 的设计过程中存在的主要困难。在公共移动通信网络传输速率有限的情况下，监 控终端主控程序中通过合理的配置各种参数，以实现满意的视频监控效果，也是 监控终端在实际应用过程中面临的一个非常大的挑战。 7 山东大学硕士学位论文 本论文中的创新点即提出了一种基于c d m al x 的无线视频监控终端的控制 方法，在此控制方法中，提供了一系列数据处理的方法及控制流程，并且在该视 频监控产品上得到了验证，证明了此控制方法的科学性及有效性。 本论文的主要工作是研究无线视频监控终端的设计及实现问题。研究过程中 融入了现代无线通信系统c d m al x 的无线信道和采用m p e g - 4 高压缩率的专用 视频压缩芯片，实现了流媒体数据的无失真传输，具有较高的性价比和实用性， 适用于旷野及室外各种环境下。本论文的体系结构是：第一章详细讨论了视频监 控系统的发展状况及无线视频监控系统的发展方向，并根据当前的市场需求制定 出了产品的设计规格；第二章介绍了本论文中的总体设计架构，并按照各功能模 块的特点进行了详细介绍，分析了各芯片的优点及所带来的优越性能；第三章为 该论文设计过程中的重点，结合所申请的专利“一种用于c d m al x 无线视频监 控的控制方法 着重讲述了本论文设计中的软件设计架构及各子部分的软件设计 流程，重点说明了各模块之间的通信过程及终端与后台控制中心的信息交互过程， 即如何实现了后台监控中心对于前端监控终端的远程控制；第四章为论文设计过 程中的一些经验总结，主要是对硬件设计过程中遇到的一系列问题的解决方法及 设计时的注意事项，以供同类产品后续设计的参考；第五章则概括了本论文中产 品的综合价值，并给出了对该类产品未来发展方向的展望，分析了日后可供升级 的部分。最后一部分是本论文设计的参考文献、致谢、攻读学位期间所发表的论 文及申请的专利。 8 山东大学硕士学位论文 第一章视频监控的发展趋势 1 1 视频监控系统的发展 视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系 统。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来， 随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也有长 足的发展。 1 1 1 视频监控系统的发展历程 视频监控 1 随着社会的进步，近来越来越被广泛地应用到各个领域。同时随 着社会的发展，视频监控系统也随之经历了三个时代。 模拟时代：视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟 处理。 半数字时代：视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输由多媒体控制主机或硬 盘录像主机进行数字处理与存贮。 全数字时代：视频从前端图像采集设备输出时即为数字信号，并以网络为传 输媒介，基于国际通用的t c p 口协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复 用传输，并通过设在网上的网络虚拟( 数字) 矩阵控制主机来实现对整个监控系 统的指挥、调度、存贮、授权控制等功能。此外报警、门禁、巡更等前端设备输 出的数字信号也可由多网合一的方式通过网络复用进行传输并在同一平台上进行 管理与控制。 现今视频监控系统已经步入了全数字时代。这将彻底打破“闭路电视系统 模拟方式的结构，从根本上改变了视频监控系统从信息采集、传输处理、系统控 制的方式和结构形式，也标志着监控正在走向现代“四化阶段即： 9 山东大学硕士学位论文 前端一体化：监控系统前端一体化意味着多种技术的整合、嵌入式构架、 适用和适应性更强以及不同探测设备的整合输出。为系统集成化奠定了基础。 传输_ 网络化：视频监控系统的网络化意味着系统的结构将由集总式向集散 式系统发展，集散式系统采用多层分级的结构形式，将使整个网络系统硬件和软 件资源以及任务和负载得以共享，这也是系统集成与整合的重要基础。 处理擞字化：信息处理数字化意味着信息流的数字化、编码压缩、开放式 的协议，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先 任务调度算法的快速响应，硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系 统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处 理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份， 容错可靠等功能。 系统_ 集成化：系统集成化正是由于构建系统的各子系统均实现了网络化和 数字化，特别是使视频监控系统与弱电系统中其它各子系统间实现无缝连接，从 而实现了在统一的操作平台上进行管理和控制。 1 1 2 视频监控系统的发展方向 前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的 发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视 频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化 2 。 数字化是2 1 世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然， 数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数 字化。 i o 视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流( 包括视频、音频、控制等) 山东大学硕士学位论文 从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破经典闭路电视系统是以摄像机成像技术 为中心的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控 制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监 控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现 管理和控制，这也是系统集成化的含义。 网络化视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式 系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、 多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控 系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通 用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友 好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。 系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统 网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是 系统集成的一个重要概念。 综上所述，随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，世界掀起一股强大的数 字化、网络化浪潮，对于公安、安防行业的发展，必须经历模拟数字混合的阶段， 但是最终的趋势必然是全面数字化，即视频在前端进行数字化、网络化，利用网 络进行传输，采用分布式存储系统，模块化结构，完成视频监控任务。 1 2 通信系统发展 通信技术【3 】的发展是伴随科技的发展和社会的进步而逐步发展起来的。早在 古代，人们就寻求各种方法实现信息的传输。我国古代利用烽火传送边疆警报， 古希腊人用火炬的位置表示字母符号，这种光信号的传输构成最原始的光通信系 统。利用击鼓鸣金可以报送时刻或传达命令，这是声信号的传输。后来又出现了 信鸽、旗语、驿站等传送信息的方法。然而，这些方法无论是在距离、速度和可 靠性与有效性方面仍然没有明显的改善。1 9 世纪，人们开始研究如何用电信号传 送信息。1 8 3 7 年莫尔斯发明了电报，用点、划、空适当组合的代码表示字母和数 山东大学硕士学位论文 字，这种代码称为莫尔斯电码。1 8 7 6 年贝尔发明了电话，直接将声信号转变为电 信号沿导线传送。1 9 世纪术，人们又致力于研究用电磁波传送电信号，赫兹、波 波夫、马可尼等人在这方面都做出了贡献。开始时，传输距离仅数百米。1 9 0 1 年， 马可尼成功地实现了横跨大西洋的无线电通信。从此，传输电信号的通信方式得 到广泛应用和迅速发展。 2 0 世纪2 0 年代起，通信建设和应用广泛发展，开始利用铜线实现市内和长 途有线通信，又利用短波实现远距无线通信和国际通信。 3 0 4 0 年代起，利用铜线传输载波电话，使长途通信容量加大，电信号的 频分多路技术开始步入实用。 5 0 6 0 年代起，半导体晶体管开始在电子电路中替代电子管，其后进入集 成电路技术以及超大规模集成电路的时代。开始建设最早的公用电话通信网。 6 0 年代起，电子计算机应用增多，数据通信开始兴起，电话编码技术得到 应用，模拟通信开始向数字通信过渡。 7 0 年代起，玻璃光纤拉制成功，导致传输网络从电缆通信向光纤通信过渡。 地球同步轨道运行的通信卫星发射成功，卫星通信开始对国际通信和电视转播做 出贡献，也经常在特殊地理环境下作为有线接入技术的替代与补充。 8 0 年代起，各种信息业务应用增多，通信网络开始向数字网发展。电信号的 时分多路技术( p d h 和s d h ) 走向成熟，公共电话交换网( p s t n ) 逐渐得到普 及，交换方式发展出新的类型( a t m ) 。蜂窝网等各种无线移动通信业务向公众 开放，导致个人通信的迅速发展。第一代模拟移动通信网的代表技术为a m p s 。 9 0 年代起，国际互联网i n t e m e t 在全世界兴起，在吸引众多计算机用户踊跃 上网的同时，也吸引人们更多使用计算机。可以在网上快速实现国内和国际通信 并获取各种有用信息，而仅支付低廉的费用。从此，通信网络的数据业务量急剧 增长。这使得以互联网协议( i p ) 为标志的数据通信，在通信网络逐渐占据更为 重要的地位。同时，在光纤通信技术中，波分复用技术( w d m ) 取得成功，与电 信号的时分复用技术( t d m ) 相结合，线路的传输容量显著加大，足以适应通信 业务量急速增长的需要。 1 2 山东大学硕士学位论文 9 0 年代中期起，蜂窝网进入第二代，即数字式无线移动通信，适合时代发 展对个人通信的需求。g s m 作为第二代移动通信系统的代表，更是得到了全球性 的广泛应用，时分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 一同向前发展。除了传 送话音信号之外，还开始提供移动数据通信，让无线移动用户能像有线固定用户 一样自由的访问国际互联网。目前，移动通信技术发展的热点是以w c d m c d m a 2 0 0 0 t d s c d m a 技术为代表的第三代移动通信技术，和以8 0 2 1 1 a 厂b 儋技术为代 表的无线局域网技术，以及不同移动通信技术之间的融合。 1 2 1 通信网络发展历程 早期通信传输网络的基础是铜线传输技术。在相当长的时期内，通信网络的 发展依赖铜线传输。从最早期的单线传输，到二三十年前还广泛使用的频分多路 载波技术，在网络传输上可以说基本上没有实质性的变化。其技术发展的顶峰， 就是同轴电缆。上世纪7 0 年代，9 6 0 路、1 8 0 0 路的同轴电缆，加上微波传输曾 经是我国通信网络传输技术的主体。 在通信网络发展的前期，通信网络建设的基本指导思想是根据传输信号的不 同特性和业务需要建设网络。也就是说，特定的网络只适用于传输特定种类的信 号，不适宜传输其它种类的信号，即所谓按照所传输信号的功能与需求来设计并 建设通信网络。在这种情况下，通信行业中，不仅有电话网，还有电报网，甚至 于出现了传真通信网( 存储转发) 等具有不同数据速率的数据通信网络。总之， 每一种通信业务，甚至不同通信速率的通信系统都需要一个各自的网络。 由于通信网的建设投资巨大、周期长、业务量低、效率差，因此进入上世纪 7 0 年代，人们开始考虑能否将语音信号、各种不同速率的数字信号以及图像信号 集中在同一个通信网络中传输，以试图只需要建设一个网络就可以传输各种不同 性质和不同速率的信号，从而降低网络建设的费用和周期。这就是综合业务数字 网( i s d n ) 的由来。由于各种信号的频率特性相差极大，对于不同特性和速率的 信号都能适应的网络就比较复杂。所以，i s d n 尽管设计思想比较先进、技术上的 考虑比较全面，至今也还只是在很小的范围内应用。 山东大学硕士学位论文 到了当今的i p 网络时代，简单、低成本的t c p i p 协议得到了广泛的应用，提 供了强大的开放互联能力，采用不同传输技术的网络均可以在i p 网络层达到互联 互通。各种信号，如话音信号、数据信号、图像信号，在转变成i p 分组以后，可 以统一的在m 网络上进行传输，而不必考虑原始信号的性质。网络的基本作用只 是为i p 信号提供具有一定质量保证的通路。 此外，无线传输技术也是一种重要的组网技术。但是，从目前通信网发展的 角度来看，除了光纤网络具有的大容量、低成本、高质量、高效率等因素外，加 上无线频谱资源的有限性，所以无线网络一般仍只是作为接入网络的组网技术。 目前，通信网络的基本状况是骨干传输网络仍然是以光纤通信为主，而接入 网络则可以视网络建设需求的不同，采用移动通信、以太网、) s l 、光纤通信、 卫星通信等多种多样的技术构建。 目前的公共电话网络是以程控交换技术为核心构建的。顾名思义，程控交换 即是通过编程来控制话音信号的交换过程。程控交换是以计算机作为交换技术的 核心，它的发展导致历史上各种交换技术都迅速退出了历史舞台。仅仅历经2 0 年 左右的时间，程控交换取代了各种交换技术。并且进一步在电路交换、报文交换、 分组交换的基础上，产生了以路由技术为基础的第二层、第三层交换，这一技术 现在还在继续发展之中。 计算机技术的发展，不仅带动和推动了包括交换技术、传输技术在内的通信 信号处理技术的变革和发展，同时更对通信网络的基本体系结构也发生了重大的 影响。最初，基于t c p i p 技术的i n t e m e t 是被作为一种计算机互联网络设计的。 i n t 锄e t 在发展过程中与通信网络技术产生了不断的融合与相互促进，在提高网络 互联能力的同时，也促进了通信网络向着简化层次结构与网络结构、提高传输的 质量，从而降低传输成本的方向发展。 从目前的发展趋势来看，通信网与计算机网的融合网络宽带i p 网络将作 为通信技术的发展重点和发展方向，尤其引人注目。并且可能成为下代通信网 1 4 山东大学硕士学位论文 络的主要业务组成和业务方式。m 网络的发展对于当前的电信运营行业也将产生 巨大的影响。例如种类繁多的v o i p 应用的诞生，除了使普通电话的通信成本极大 的下降以外，将直接对固定电话公司的业务、经营、效益、利润产生真正令人难 以预料的影响，对于移动通信业务也会产生巨大的影响。目前，基于固定网络的 v o i p 应用在业务质量上已经接近传统的p s t n 通话，并获得了广泛的应用；而像 v o po v 髓w l a n 这样的无线v o m 应用也同样具有着广泛的前景。 1 2 2 通信技术的发展趋势 宽带化更强大的信息传输能力 提高信息速率、获得更宽的带宽，可以说是通信技术发展中的永恒主题。通信 网络各个环节所应用的技术都在追求更宽的带宽。这与计算机行业中，对于硬件 处理能力的追求是非常类似的，c p u 的最高主频，总是在被不断的刷新，无论是 用户还是i n t e l 公司的技术人员都在不停的追逐这一数字，尽管很多时候我们并 不需要这么强大的计算机能力。 归纳起来，推动传输带宽的增长主要有以下几个动力： 更为丰富的通信业务：显然，当运营商开通了新业务肯定会要求更高的带宽； 通信业务的更高质量：例如，拔号上网用户对于5 6 kb i t s 调制解调器的传输 能力感到不满，转而要求使用可达数mb i t s 带宽的a d s l 业务； 来自设备制造商的推动：由于技术发展本身的内在推动力，当一种产品问世 之后，总是会去研发它的后续产品，例如实用的密集波分复用( d w d m ) 产品的 传输能力迅速的从1 0 g b i t s 、4 0 g 渤i t s 发展到现在的8 0 g b i t s 和1 6 0 g b i t s ；另一方 面，设备制造商也需要不断有新的技术来推动市场的发展以及运营商的设备更新。 以下分别列举了骨干网和接入网的带宽演变： 1 骨干网：在9 0 年代前期，我国的全国骨干网络还是以1 5 5 m b i t s 的同步数 山东大学硕士学位论文 字系列技术为主，而目前所建的骨干网均是8 0 g b i t s 、1 6 0 g b i t s 的d w d m 设备，甚至很多大中城市的城域网的技术水平也达到了这一级别； 2 接入网：目前，各种宽带接入技术已经非常普及；利用非对称数字用户环 线( a d s l ) 技术和以太网技术组成接入网络，均可以达到数m b i t s 的带 宽水平，而在国内刚引入拔号接入业务时，调制解调器只能够提供 9 6 k b i t s 的带宽。 广泛化无处不在的通信 前面已经提到，通信已经日益渗透到了我们生活的每一个角落，通信技术将 会以很多令人意想不到的方式渗透到各个行业中，它与我们的日常生活也会结合 的日趋紧密，将会在潜移默化中改变我们的生活。这必然对通信技术的发展提出 了全新的要求： 从通信的环境上来说：要实现在任意时问，任意地点，和任何人的通信，也 就是尽量为人们的通信行为赋以更大的自由度，使之不受到某一具体通信技术的 约束。从固定通信网到移动通信网进而到无处不在的可佩戴式通信设备的发展， 即充分体现了任意地点这一要求；再比如说：不同网络间互联互通技术的发展， 则是实现了和任何人通信这一要求。这即包括不同运营商之间同一通信技术之间 的互通，例如中国移动与中国联通之间g s m 移动通信网络的互通；也包括不同通 信技术之间的融合，例如已经出现的固话短信、无线公话等技术。 从通信技术的载体，也就是可以进行通信的设备来看，越来越多的设备具有 通信能力、可以进入通信网络中，这一变革极大的拓展了通信业务可能的应用范 围。未来的通信设备，将不只是电话，寻呼机这样传统意义上的通信设备，随着 i p v 6 的应用，我们甚至可以为一个烹饪设备加入通信能力并分配i p 地址，这样就 可以在网上“遥控 家中的厨房。此外，很多这样的设备也可以自发的组织成一 个局部的网络。例如在智能家庭环境中，家中所有的音响设备可以组成一个网络， 通过这一网络，不同设备之间可以任意的交换音乐文件、或者为音乐的播放自动 1 6 山东大学硕士学位论文 选择最为合适的音响设备。总之，更多的设备具有通信能力，也必然要求设计全 新的业务模式，这也会推动新的应用的产生。 多样化多种多样的人机交互方式 对于用户来说，通信的根本目的是获取信息并进行有效的使用，对于这些信 息，他们甚至不会关心信息的具体获取方式；而另一方面，通信向其它领域的渗 透会产生新的应用。现有的人机交互手段，已经严重的限制了这些应用的产生与 使用。 例如，手机对于很多人来说，已经不只是一种通信工具，它已经成为一种日 用必需品，围绕手机的各种应用具有广阔的发展前景，但手机的输入( 多数手机 只具有简单的数字小键盘输入) 、输出( 面积小而且分辨率、色彩质量不高的显 示屏) 严重限制了这些新应用。很多操作较为复杂的应用，就很难移植到手机平 台上来。目前，绝大多数国际领先的通信研究机构、特别是研究用户终端设备的 研究机构，先进的人机交互技术无一例外的都是他们的重要研究方向。 综合化多种业务的综合 传统的通信网络基本上是一个单一业务的网络，话音、数据、视频，等多种 业务不仅在传输上是分开的，而且用户也把它们分别作为独立的业务来使用的。 多种业务的综合不仅可以向用户提供更有吸引力的应用，也能够为运营商提供更 多的收入。但是，多业务并不是原有的单一业务的简单叠加，它在很多方面对原 有的通信技术与网络都提出了新的挑战。 目前，很多运营商都面临着“带宽过剩 的问题，包括国际线路、国内骨干 网、甚至某些城市的城域网，都存在着这一问题，很多运营商也在不断的推出各 种的新业务来“填满”这些带宽。但是，在这些业务中仍然缺乏“杀手级”应用，一个 显著的原因就是很多新业务、综合业务的提供，并没有以吸引用户、方便用户为 出发点，而是仅仅为了填补过剩的带宽。提高网络资源利率固然重要，但新业务 并不应只是原有业务的简单叠加。 山东大学硕士学位论文 从传输技术的角度来看，原有以单一业务为主的网络基本上是将不同的业务 分别传送，甚至可以对不同的业务使用不同的传输技术，而在综合业务的环境下， 就必然面对多种业务数据同时传输的问题。一方面，不同的通信业务，它们的属 性是不相同的，这些属性包括：带宽、时延、时延抖动，误码率、丢包率等。以 时延为例：话音业务对于时延的要求显然是最严格的；视频业务其次，而数据业 务( 例如拨号上网) 可以容忍几秒甚至十几秒的时延；另一方面，已有的网络多 是针对单一业务的传输而设计的，例如p s t n 、g s m 网络的设计主要针对话音业 务、i p 网络的设计主要针对数据业务。在已由的这些网络之上提供多种业务也是 对通信技术的一个巨大挑战。 从管理的角度来看，多种业务的运营仍然会要求一个统一的管理与支撑环境。 用户会要求得到统一记费话单，运营商也希望能够集中的、统一的管理这些业务。 此外，多种业务的运营也会涉及到不同的政策制订者和管理机构。 应用中心化对各种信息传输技术和处理技术进行整合 无论是通信网提供的多业务传输能力，还是终端提供的多种人机交互方式， 其中终目的都是为了能够设计更能吸引用户的应用