（通信与信息系统专业论文）基于tdscdma的煤矿远程监测方案设计与实现.pdf

论文题目：基于t d - s c d m a 的煤矿远程监测方栗设计与买现 专业：通信与信息系统 硕士生：肖浩( 签名) ：鱼! ! 指导教师：王安义 ( 签名) 习舀寿卜 摘要 随着3 g 时代的到来和移动终端性能的提高，对用户而言，他们更多关注的是通过 3 g 能享受什么样的服务，而不是关注技术本身。目前看来，3 g 主要将应用聚焦于娱乐 与消费领域，随着3 g 移动网络的逐渐成熟，企业类应用需求会越来越多，重要性越来 越大。 本文在分析3 g 无线通信系统和3 g 产业链的基础上，围绕3 g 网络开通以后用户对 新业务的需求，采用c s 结构设计实现了基于t d s c d m a 的煤矿远程监测方案( c o l l i e r y r e m o t em o n i t o r i n gp r o j e c t ，论文中简称t d c r m p ) 。本方案的设计从应用的角度来分析 实现了煤矿安全生产远程监测的功能，从市场的角度来分析旨在以移动梦网服务提供商 的身份尝试一种t d s c d m a 网络开通以后的企业移动应用解决方案。论文主体部分首 先对整个方案进行设计，包括功能模块设计、实现功能分析和预期实现目标：然后采用大 唐移动无线网络设备分地面和井下两部分构建了基于t d s c d m a 的煤矿远程监测专 网；接着研究了j 2 m e 结合j 2 e e 的企业移动应用开发，并设计了服务器端的工作流程； 重点采用m v c 模式在j 2 m e 开发平台上设计实现了手机终端的软件功能模块。包括模 型层的r m s 模块，控制层的网络处理模块，视图层的启动界面模块、自动登录模块和 信息查询模块等。详细分析了各个模块的工作流程和功能实现，同时对涉及到的相关技 术如m d 5 算法、r m s 处理机制、h t t p 联网和m v c 设计模式等进行研究；最后在 l g g 2 8 2 手机上采用黑盒测试的方法对手机终端应用软件进行功能确认测试。 关键词：t d s c d m a ；j 2 m e ；m i d p ；远程监测； 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t h ed e v e l o p m e n ta n dr e a l i z a t i o no fc o l l i e r yr e m o t em o n i t o r i n g p r o j e e tb a s e do nt d - s c d m a s p e c i a l t y ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m n a m e ：x i a oh a o i n s t r u c t o r ：w a n ga n y i a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) 帅舢 w i t ht h ec o m i n ga g eo f3 ga n dp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n to fm o b i l et e r m i n a l ，u s e r s b e g i nt oc o n c e r na b o u ts e r v i c e st h e yc a l le n j o yt h r o u g h3 gn o tt h et e c h n o l o g yi t s e l f n o w , i t i sm a i n l ya p p l i e di nt h ee n t e r t a i n m e n ta n dc o n s u m e rf i e l d h o w e v e r , w i t l lt h em a t u r eo f t e c h n o l o g yo f3 gm o b i l en e t w o r k ，e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n tw i l lb e o fg r e a t i m p o r t a n c e t h i st h e s i sa n a l y z e s3 gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，3 gi n d u s t r i a lc h a i na n du s e r s r e q u i r e m e n to fn e ws e r v i c e s ，t h e nd e s c r i b e st h er e a l i z a t i o no fc o l l i e r yr e m o t em o n i t o r i n g p r o j e c tb a s e do nt d - s c d m a i ta n a l y z e dt h ef u n c t i o n a l i t yo fc o l l i e r yr e m o t em o n i t o r i n g f r o ma p p l i c a t i o na s p e c t , a n de n t e r p r i s em o b i l ea p p l i c a t i o ns o l u t i o n sw h i c hi ss u p p o r t e db ys p b a s e do nt d - s c d m a t h i st h e s i sf i r s t l yd e v i s e st h ep r o j e c t ，s u c ha sd e v i s i n gm o d u l e s ， a n a l y s i so fi m p l e m e n t i o na n de x p e c t e dg o a l s s e c o n d l y , i td e s c r i b e st h ep r o c e s so fb u i l d i n g c o l l i e r yr e m o t em o n i t o r i n gn e t w o r kb a s e do nt d _ s c d m a ，u s i n gg r o u n da n du n d e r g r o u n d e q u i p m e n t so fd t m o b i l e t h i r d l y , i ts t u d i e sj 2 m ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n ti n t e r g r a d e d 、 r i t l l j 2 e e ，t h e nd e v i s e sw o r k f l o wi ns e r v e r f o r t h l y , i tr e a l i z e dt h ee x p e c t e df u n c t i o n a l i t yu s i n g m v cm o d e li nj 2 m e d e v e l o p m e n tp l a t f o r m t h e ni td i s c u s s e sk e yi m p l e m e n t a t i o n ，s u c ha s r m sm o d u l ei nm o d e ll a y e r , s t a r t i n gm o d u l e ，l o g g i n gm o d u l ei np r e s e n t i o nl a y e r , n e t w o r k p r o c e s s i n gm o d u l ei nc o n t r o ll a y e r i ta n a l y z e st h e s em o d u l e si nd e t a i l ，a n ds t u d i e ss o m e r e l a t e dt e c h n o l o g i e s ，f o re x a m p l em d 5 ，r m s ，h t t pa n dm v cd e s i g np a t t e r n s f i n a l l y ，t e s t t h ep r o j e c to nl g g 2 8 2c e l l p h o n ei nt h ew a yo fb l a c k b o x k e yw o r d ：t d - s c d m aj 2 m em i d p r e m o t em o n i t o r i n g r e s e a r c ht y p e ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 压妻彳爹技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他入或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：飞 日期：o 哳峨媳 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 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 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 、 铲劲胆 豸年。月【y 日 指导教师签名： 1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 全球移动通信发展虽然只有短短2 0 年的时间，但已走完了从诞生到全球普遍认可 的路程。从技术看，移动通信已经经历了三代发展历程， 第一代移动通信从发明蜂窝 概念开始，通过频率复用增大了系统容量，实现了语音移动通信；第二代移动通信用数 字技术取代模拟技术，增加了数据业务；第三代移动通信的频带利用率更高，每用户比 特速率更大，并使移动通信与i n t e m e t 进一步融合，为移动中的人们提供广泛的基于i p 的多媒体业务。移动通信与i n t e m e t 的融合，为企业、个人提供更便捷的服务，已经成 为当今时代信息产业发展的必然趋势。未来移动通信的目标是为每个人提供综合的广带 业务，并在业务获得及网络性能上提供前所未有的灵活性。2 1 世纪移动通信的发展，将 为人类社会最终实现任何人，在任何地方和任何时候与任何人进行任何信息的个人通信 提供了美好前景和可能。 随着全球3 g 牌照发放数量的增加以及原有g s m g p r s 移动网络的优化，新的业务 不断涌现，业务应用的广度和深度也不断加强。与2 g 相比，3 g 网络系统在带宽方面( 特 别是无线网的带宽) 优势明显。3 g 系统更好的支持移动多媒体数据业务，使得运营商和 内容提供商可以提供内容更为丰富、种类更多的数据增值业务。在语音业务收入比重逐 渐减少的情况下，数据增值业务无疑成为运营商提高a r u p 值( 平均用户收益) 和利润的 重要途径。 根据一项调查资料显示，预计到2 0 0 8 年底全球手机普及率将突破5 0 ，用户的规 模将突破3 0 亿大关。预计到2 0 1 0 年全球3 g 手机用户将达到1 0 亿户。美国i n s t a t m d r 公司调查资料显示，2 0 0 8 年中国手机用户将达4 9 亿，3 g 手机用户将达到1 1 8 亿，在 这样的市场环境下，移动应用开发便显得尤其重型。 作为移动应用开发的主流语言，j 越，a 语言具有“w r i t eo n c e ，r u na n y w h e r e ”的特性， 深受广大程序开发人员喜爱。本文在j 2 m e 平台上开发了基于t d - s c d m a 的煤矿远程 监测方案，旨在响应3 g 无线市场业务需求，尝试一种t d 网络开通以后的业务解决方 案。 1 23 g 网络与终端设备现状 1 2 13 g 网络的现状 从总体发展来看，3 g 全球市场已经初具规模，并从起步期进入到快速发展期。截 1 西安科技大学硕士学位论文 止到2 0 0 6 年9 月底，全球共有3 4 3 个3 g 网络商用。全球3 g 用户达到了3 2 1 亿人，已 经占到移动用户总数的1 2 2 7 。尽管3 g 用户数增长迅速，但在全体移动用户中所占比 重仍然较小，全面进入3 g 时代尚需时日。人们对于3 g 时代的一个普遍共识是数据业 务将成为运营商的主要收入来源，这也是3 g 受到追捧的一个最大卖点。然而从目前全 球3 g 业务的发展趋势看，语音业务仍将是3 g 运营商主要的业务收入来源。当然，随 着3 g 的规模普及，数据业务的使用量将逐步增长，业务种类也会迅速增加，成为移动 运营商的主要收入来源只是时间问题。 从总体上来看，3 g 网络还有巨大的增长空间，未来几年，3 g 商用网络将保持快速 增长的势头。t d s c d m a 是全球三大主流的第三代移动通信技术标准之一，是我国自 有知识产权的技术，也是我国首次提出的国际通信技术标准。从1 9 9 8 年6 月标准提出 到今天，t d s c d m a 经历了“从无到有”、“建立产业链”、“加快终端芯片研发”到“全面 验证完善”的四个发展阶段，目前t d s c d m a 的整体产业链已经基本建成。而 t d s c d m a 规模网络应用技术试验正进入到最后的关键阶段，有4 个系统厂家、4 个终 端芯片厂家、1 6 款终端获得了实验网试用批文，所有测试验证内容全部完成，并已进入 友好用户发放阶段。随着t d s c d m a 试验接近尾声，中国3 g 发展的脉络也将更加清 晰，中国市场是t d s c d m a 成功的关键瞄j 。 1 2 23 g 移动终端设备发展 到目前为止，手机在人们的生活中所扮演的角色主要还是通话工具，数据业务的应 用还十分有限。到了3 g 时代，对于消费者而言，用手机不再只是打电话这么简单，用 户可以使用手机进行网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。厂商在对3 g 手 机的定义中，也加入了更多功能元素，比如，诺基亚把3 g 手机定位为移动商务解决方 案的核心，摩托罗托视3 g 手机为无缝联接的载体，索爱则希望3 g 手机成为多媒体智 能终端，而l g 电子给3 g 手机以更宽泛的定位新一代信息终端。这些整合了更多 功能的3 g 手机除了带给消费者更多的应用体验外，还将给终端厂商和运营商带来丰厚 的利润p j 。 未来3 g 手机技术会朝着以下几个方面发展： ( 1 ) 智能化发展趋势 具有各种方便的信息服务、强大的商务应用、丰富的多媒体视听功能和无线互联通 信能力的智能化终端，受到越来越多消费者的青睐，”移动办公、轻松娱乐”已经成为公 认的未来手机重要的发展方向。 ( 2 ) 多网络融合趋势 从目前移动通信市场的发展来看，3 g 的标准并不统一，再加之2 g 、2 5 g 也将与 3 g 在较长的一段时间内共存发展。因此，支持多频段多模式、融合现有技术与网络、 2 1 绪论 有效实现互通互联正是手机生产企业发展必须着重考虑的重要问题。 ( 3 ) 终端设计更具针对性、突出个性化 外观设计已经成为了影响人们购买手机的三大重要因素之一。目前，手机制造厂商 在不断追求产品功能的强大的同时已经开始考虑用户的消费心理，力求实现手机的小型 化、适应通信终端轻薄小巧的发展方向。 ( 4 ) 处理能力更强、存储空间更大 3 g 时代所带来的大量多媒体应用和商务应用，要求3 g 终端具有更强的处理能力和 更大的存储空间。 ( 5 ) 手机软、硬件模块化发展趋势 由于手机所承载的移动数据功能越来越多，为减轻终端开发的负担、节省成本，同 时支持应用业务发展。手机设备已经出现了硬件及软件架构向通用化发展的动向，大量 采用嵌入式操作系统与中间件软件，关键零部件也呈现出标准化发展趋势1 4 j 。 1 3 远程监测技术介绍 远程监测技术是利用计算机、测量仪表、远程通信设备对遥远现场的数据进行监控、 测量的一种技术。随着企业生产规模不断扩大，导致不同的生产部门在地域上分布变广， 为了保证设备高效无故障运行，技术人员常奔波于各个生产现场以了解各种实时生产状 况。这种工作方式不仅效率低下，而且浪费大量的人力物力，因此，将远程监测技术应 用到企业安全生产中是十分有必要的【引。 进入2 l 世纪，移动通信技术以惊人的速度迅猛发展。无论是c d m a 、2 5 g 还是 3 g ，移动通信的发展目标都是在更好的语音通信之外，向用户提供更加丰富多彩的高速 无线数据应用。移动通信技术的进步使得高速的无线数据应用成为可能。可以预见，高 速的无线数据应用的发展也将使新的移动通信技术更具吸引力。随着3 g 网络的成熟， 基于无线数据应用的各项服务展现出其独特的魅力。 在此基础上，可以利用3 g 网络的优势进行远程监测。在工业现场布置各种仪表和 监测站进行数据采集，通过现场总线把现场采集到的各种信息数据汇总到现场的监控工 作站( 服务器) ，远程客户终端可以通过指令主动呼叫，或者接收服务器端的现场数据。 因此，工程技术人员可以节省许多人力物力，有序地完成各项维护监控任务，保障整个 企业单位安全高效地运行。基于3 g 的远程监测依仗其前沿的技术和显而易见的优势正 逐步发展壮大，具有非常广阔的应用前景。 1 4 本论文组织结构 本论文t d c r m p 的设计实现分为整体模块及功能设计、3 g 手机终端功能模块实 现、无线网络架构和服务器端开发几个部分，论文组织结构如下： 3 西安科技大学硕士学位论文 第一章介绍了本论文研究背景。主要对3 g 网络现状、移动终端设备的发展趋势及 远程监测技术进行介绍。 第二章对t d c r m p 的网络平台3 g 移动通信系统进行介绍。主要分析了3 g 移 动终端结构、t d s c d m a 系统特征、3 g 产业链和业务。 第三章是t d c r m p 的整体设计部分。对t d c r m p 进行总体设计，重点采用大唐 移动无线网络设备基于t d s c d m a 构架了t d c r m p 的无线网络平台，研究了j 2 m e 结合j 2 e e 的企业移动应用开发，并在此基础上设计了服务器端的工作流程。 第四章是t d c r m p 手机终端应用程序开发部分。参考百宝箱业务应用程序开发 规范一j 越，a 分册，基于j 2 m e 技术详细设计并实现了3 g 手机终端各个模块功能。 第五章对t d c r m p 手机终端应用程序在l g g 2 8 2 手机上的进行确认测试。采用黑 盒测试的方法对手机终端应用程序进行功能实现确认测试。 第六章对本文工作进行总结，同时指出了本方案的进一步研究方向。 4 23 g 移动通信系统研究 23 g 移动通信系统研究 t d - c r i d p 的提出旨在尝试一种3 g 业务的应用，它是建立在t d s c d m a 系统优越的传 输能力和手机客户端较强的计算能力上的，本章对3 g 移动通信系统及终端进行研究。 2 13 g 移动通信系统介绍 随着全球经济一体化和社会信息化的进程，移动通信业务和移动通信用户呈高速增 长的趋势，这使2 g 系统在系统容量和业务种类上趋于饱和，为了适应移动通信个人化、 智能化、多媒体化的需求，代表更先进移动通信技术的3 g 被越来越多的关注。 2 1 13 g 移动通信的基本特征 3 g 代表了未来移动通信的发展走向，是移动用户发展、移动业务发展的必然趋势。 第三代移动通信的基本特征如下【6 1 ： ( 1 ) 具有全球范围设计的，与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型尽可能少 和高度兼容性； ( 2 ) 具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性； ( 3 ) 具有在本地采用2 m b s 高速率接入和在广域网采用3 8 4 k b s 接入速率的数据率 分段使用功能； ( 4 ) 具有在2 g h z 左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽； ( 5 ) 移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存 和互连； ( 6 ) 能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组 和电路交换业务； ( 7 ) 支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种 同步连接； ( 8 ) 语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非话数据和视频信息； ( 9 ) 一个共用的基础设施，可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司； ( 1 0 ) 手机体积小、重量轻，具有真正的全球漫游能力； ( 1 1 ) 具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距离为收费参 数的新收费机制。 2 1 2 移动终端结构 现阶段存在的移动终端，除了传统的话音终端外，多功能终端和初期的智能终端都 5 西安科技大学硕士学位论文 逐渐趋于开放，功能组件逐渐模块化，加上o m a 、3 g p p 、o m t p 等标准化组织的推动， 无线移动终端日益具备了规范的逻辑体系结构，如图2 1 所示。 应用( 文本编辑、浏览、播放等) j a v a b r e w 应用平台 操作系统 硬件平台 图2 1 移动终端的逻辑结构 基于硬件平台( a s i c 、外部设备) 上的包括操作系统、应用平台、应用程序和业务客 户端程序都是通过计算机软件实现，我们统称之为终端软件。随着i p 技术、软件无线电 技术、光电子技术和微电子技术的发展，可以让各种应用成为可能。它们可以把照相机、 摄像机、p d a 、笔记本电脑、电视机和各种概念手机集成于一体，而且可以变成一个真 正掌上的具有上述各种重要功能的无线移动终端【7 j 。 未来终端的产生和实现将会很大的提高人类生活质量，改善人类的工作条件。人类 几千年来的若干梦想将会实现。 移动终端操作系统 移动终端操作系统作为连接软硬件、承载应用的关键平台，在智能终端中扮演着举足 轻重的角色。目前市场上主流终端操作系统有s y m b i a no s 、p a l mo s 等。 s y m b i a no s 是一个实时性、多任务、多线程的纯3 2 位的操作系统。它的特点是功 耗低，内存占用少，适合硬件受限移动终端。 p a l mo s 是一种3 2 位的嵌入式操作系统。它最初是定位于掌上电脑的操作系统，但 是随着手机和掌上电脑的不断融合，p a l mo s 已经在通信方面作出了努力。 操作系统的优劣决定了手机的品位和性能，操作系统设计得越好，不仅用户使用方便， 而且可以为用户提供众多的新功能和应用。从技术发展角度看，操作系统将为终端加快更 新换代提供必要和充分的条件。 移动终端应用平台介绍 应用开发平台构建在硬件平台和操作系统之上，其作用是实现基础功能，帮助软件 开发商快速、便捷的开发出应用软件，以适应市场的快速变化。应用运行平台的引入使 终端更加开放，允许终端从移动通信运营商的移动门户上或互联网上下载各种应用程序， 并在手机创造可执行环境，然后以在线或离线的方式运行这些程序，从而得到所需的服 务。 目前应用广泛的三种应用平台是j 2 m e 平台、b r e w 平台和n e t 平台。其中s u n 6 23 g 移动通信系统研究 开发的j 2 m e ( j a v a2m i c r oe d i t i o n ) 在移动领域得到广泛使用。j 2 m e 技术是由一个虚 拟机k v m ( kv i r t u a lm a c h i n e ) 和一组a p i 组成，这组a p i 适合于为消费和嵌入式电子 设备提供经过剪裁的运行环境瞵j 。 j 2 m e 为移动互联引入了一种新的模型，即允许手机从互联网上下载各种应用程序， 并在手机终端创造可执行环境离线运行这些程序。作为j a 、，a 技术在移动电话等小型设 备的版本，它针对屏幕、电能和内存等资源有限的移动设备进行了优化和定义，这使 j 2 m e 能够在相关限制下仍能提供最低限度的j a v a 语言功能性。 2 1 33 g 网络安全 与第二代移动通信技术相比，第三代移动通信技术可以提供更加丰富的通信业务， 包括语音、传真、短消息、视频通话、多媒体短消息、高速互联网业务等。在此基础上， 第三代移动通信网络用户可以享受丰富的通信业务带来的各种便利，如可以在任何地点 方便地通过网上银行查账及转账，可以通过手机炒股等。这些应用对第三代移动通信网 络的安全性提出了更高的要求。 u m t s 网络针对g s m 网络中存在的安全问题进行了改进，3 g p p 规范中的安全性架 构如图2 2 所示，包括5 中安全特性。这是3 0 安全性架构设计的首要指导原则之m 9 1 。 ，、 1 i 用户应用k 二= 爿 运营商应用 应用层 r=r 、k 兰目t f 苎” d 巨冰、旨i 回 罨黼 s n s n 鬲苯= 湛( 传输层 l h e ：原籍网络环境 a n ：接入网 s i m ：f 1 3 j 户识别模型 s n ：月务网络 m e ：移z d j 设备终端 图2 23 g p p 安全架构 ( 1 ) 网络接入安全：主要表征为与无线相关的接入链路安全，保障用户安全地接入 3 g 业务，在空中接口无线链路上免受攻击。 ( 2 ) 网络域安全：确保避免受到在不同域间固定网络上的攻击。 ( 3 ) 用户域安全：保障移动台接入。 ( 4 ) 应用域安全：提供一系列安全特性确保用户与运营商之间应用业务的安全传输。 ( 5 ) 安全性的可视化及可操作性：表征一系统中是否包含某一安全性属性，是否允许 对其进行操作。 3 g 在2 g 的基础上在网络接入安全方面增强了很多功能，最重要的安全特性有： ( 1 ) 用户与网络之间的互相鉴权； 7 西安科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 临时识别的应用； ( 3 ) 无线接入网络的加密； ( 4 ) u t r a n 内部信令完整性的检验。 基于无线网络的企业应用开发必然涉及到企业信息安全问题，3 g 移动通信系统网 络很好地保证了t d c r m p 无线网络部分的安全【l 0 1 。 2 2t d s c d m a 系统特性 t d s c d m a 是中国自主知识产权、被国际电信联盟批准颁布的第三代移动通信三 大主流标准之一，在频谱资源利用率和系统容量等方面较其他两种标准有很大的优势。近 几年来，经过相关国内国际企业、研发机构的不懈努力，t d s c d m a 标准完善、技术 开发、产品产业化和商业化已取得重大进展。 2 2 1t d s c d m a 系统网络结构 伴随芬兰赫尔辛基国际电联( i t u ) 大会帷幕的徐徐落下，由大唐集团代表中国提 出的我国自主知识产权的t d s c d m a 方案完全满足国际电联对第三代移动通信的基本 要求，在包括c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 的三种第三代移动通信标准提案中，是唯一采用 智能天线技术，也是频谱利用率最高的提案，可以缩短运营商从第二代移动通信过渡到 第三代系统的时间，在技术上具有明显的优势。 t d s c d m a 系统由无线接入网、核心网和用户终端设备三部分组成。核心网受有 线网络的技术发展影响很大，在建网初期，该系统的口业务通过g p r s 网关支持节点 ( o g s n ) 接入到x 2 5 分组交换机，话音和i s d n 业务仍使用原来g s m 的移动交换机。 待基于i p 的3 g 核心网建成后，将过渡到完全的t d s c d m a 第三代移动通信系统。 t d s c d m a 系统由无线接入网、核心网和用户终端设备三部分组成。如图2 3 所示。 图2 3t d s c d m a 网络结构 i u 接口位于核心网和无线接入网之间，它是一个有线接口。u u 接口在无线接入网和用 户设备之间，它是一个无线接口，也称为空中接口。无线接入网u t r a n 由一系列通 8 23 g 移动通信系统研究 过i u 接1 3 连接到核心网的无线网络子系统( r n s ) 构成。一个r n s 由一个无线网络控制 器( r n c ) 和一个或多n o d eb 组成，n o d eb 为负责在一个或多个小区处理来自或到达u e 的无线信号的接收发送的逻辑节点。n o d eb 与r n c 间的接1 3 称为i u b 接口，r n c 用 来分配和控制与之相连或相关的n o d eb 的无线资源。n o d eb 则完成i u b 和u u 接1 3 之 间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。 r n c 用于控制u t r a n 的无线资源。它通常与一个移动交换中一i 二, ( m s c ) 和一个 s g s n 以及广播域通过i u 接口相连，在移动台和u t r a n 之间的无线资源控* j j ( r r c ) 协 议在此终止，它在逻辑上对应于g s m 网络中的基站控制器。 控制n o d eb 的r n c 称为该n o d eb 的控制r n c ( c r n c ) 。c r n c 负责对其控制的 小区无线资源进行管理。 n o d eb 用于完成空中接口与物理层的相关的处理( 信道编码，交织，速率匹配，扩 频等) 。同时它还完成一些如内环功率控制等的无线管理功能。它在逻辑上对应于g s m 网络中的基站。 u t r a n 和c n 之间的接口是i u 接口。从i u 的观点看，u t r a n 的接入点是r n c 。 对于任何一个r n c ，它和c n 间存在三个i u 接口，i u c s ( 面向电路交换域) 、i u _ p s ( 面 向分组交换域) 、和i u _ _ b c ( 面向广播域) 。i u c s 接口为电路型业务接口，与c n 中的移 动交换中心m s c 连接。传输网络层为a t m ，以a a l 2 信元的方式传输话音数据信息、 以a a l 5 的方式传输控制平面信息；i up s 接口为r n c 与核心网c n 中的分组域处理 s g s n g g s n 设备互连的接口；i ub c 接口提供广播域与r n c 的通信，底层为a t m + i p 方式。 i u b i u r 接口为r n c 与n o d eb r n c 之间的通信接口，其数量一定程度上决定了r n c 的容量。 u u 接口为u t r a n 与u e 间的接口，通常称为无线接口。 2 2 2t d s c d m a 系统关键技术 作为中国自己提出的3 g 标准，t d s c d m a 技术的主要突出特点都集中在其无线接 入网的无线传输技术中。采用了时分双工、联合检测、智能天线、动态信道分配、上行 同步和接力切换等关键技术突出了其网络优越性。下面对其关键技术进行简单介绍： ( 1 ) 时分双工 时分双工模式是t d s c d m a 与f d d 系统的根本区别。工作在t d d 模式下的 t d s c d m a 系统在同一载波上进行上、下行链路传输，而不需要像f d d 系统所必须的 上、下行对称频谱。除了充分利用频率资源，极大地提高了频谱利用率以外，t d d 模 式的优势还在于系统可以根据不同的业务类型来灵活调整上、下行转换点，从而提供最 佳的业务容量和频谱利用率。 9 西安科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 联合检测 联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术，它 把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可以充分利用用户信号的扩频码、幅度、 定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰。与智能天线技术相结合，联合检测 技术可以获得更加理想的效果。 联合检测技术己经被纳入3 g 系统的关键技术体系中，但只有t d s c d m a 第一次 在c d m a 通信系统中采用联合检测技术，实现了智能天线和联合检测技术的有机结合。 ( 3 ) 智能天线 智能天线系统由一组天线阵及相连的收发机和先进的数字信号处理算法构成。在发 送端，智能天线根据接收到达的信号在天线阵上产生的相位差，提取出终端的位置信息， 有效地产生多波束赋形，每个波束指向一个特定终端并自动地跟踪终端移动，从而有效 地减少了同信道干扰，提高了下行容量。空间波束赋形的结果使得在保持小区覆盖不变 的情况下，极大地降低总的射频发射功率，一方面改善了空间电磁环境，另一方面也降 低了无线基站的成本。在接收端，智能天线通过空间选择分集，可大大提高接收灵敏度， 减少不同位置同信道用户的干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高上行容量。 ( 4 ) 动态信道分配 t d s c d m a 所采用的动态信道分配技术可以实现在时域、空域和码域对无线的灵 活配置。采用动态信道分配技术使得t d s c d m a 系统能够较好地避免干扰，使信道重 用距离最小化，从而高效率地利用有限的无线资源，提高系统容量。此外，通过使用时 域地动态信道分配，可以灵活分配时隙资源，动态地调整上、下行时隙的个数，从而灵 活地支持对称和非对称的业务。 ( 5 ) 上行同步 上行同步是指在上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，它通过软件 及物理层设计来实现，这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不 会产生多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达 基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问题，提高了t d s c d m a 系统的容量 和频谱利用率，还可以简化硬件电路，降低成本。 ( 6 ) 接力切换 接力切换不同于硬切换和软切换，它是基于同步c d m a 技术和智能天线的结合技 术。当手机用户进行越区切换时，t d s c d m a 系统采用智能天线大致定位用户的方位 和距离，基站和基站控制器根据这些方位和距离信息，判断用户现在是否移动到应该切 换给另一基站的邻近区域。如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切 换准备，达到接力切换的目的。接力切换的方式既适用于同频切换也适用于异频切换， 而且避免了频繁的切换，大大提高了系统的容量1 1 1 1 。 1 0 23 g 移动通信系统研究 采用中国自主知识产权的第三代移动通信标准t d s c d m a ，有利于国内更多的制 造商投入3 g 的开发，将带动我国民族移动通信产业在第三代移动通信技术的群体突破， 并赢得抢先进入市场的先机，为未来市场的发展创造宽松的环境，并极大地推动我国移 动通信的产业化发展。 2 33 g 产业链与业务 随着3 g 技术的逐渐成熟，如何运营这样一个充满挑战和魅力的网络呢? 人们逐渐 开始将视点聚焦于3 g 的应用层面，应用已成为即将部署3 g 业务的运营商们无法回避 的一个核心问题。事实上，全球的3 g 产业链条早已悄然发动，不断地为3 g 强大但却 单调的带宽优势，填充进具有赢利价值的新鲜业务和应用。 2 3 13 g 产业链 产业链理论既是一种理论方法，也是一种非常直观的分析工具。且随着信息经济的 发展，产业链理论逐步形成了在电信领域的应用电信产业链并逐渐为通信企业所接 受，其为通信产业的研究和企业的决策制定提供了一种系统的思维方式、科学的分析框 架和研究视角，在通信企业决策、构建核心竞争力的基础、分析产业联系、指导产业布 局等方面发挥了越来越多的作用。 3 g 与2 g 、2 5 g 的根本区别在于它可以提供速度较高、内容丰富多彩的移动数据业 务，同时也将面临更多的应用及相关的内容提供、应用开发和服务提供问题，这就形成 了运营商与多个环节在更广泛区域内的联系，一条新的产业链在多维互动中形成。3 g 产业链主要包括如下环节：电信运营商、网络设备提供商、终端提供商、系统集成服务商、 内容n 务提供商( s p c p ) 、芯片厂商、测试厂商、终端软件提供商、管制机构与最终 用户等。如图2 4 所示。 图2 43 g 产业链模型 西安科技大学硕士学位论文 在链中，各环节承担着一种或多种角色，同时在不同的发展阶段，产业链主体的重 要性也会产生差异。在3 g 的准备期，设备制造商的重要性最大，设备提供能力决定产 业链是否能正常启动；在3 g 启动阶段，运营商的作用最重要，起着“支配性作用”，产 业链中大部分价值主体的资金流入来源于运营商；在3 g 的成熟运营阶段，内容与服务 提供商及终端制造商有望发挥更大的作用i l 引。 2 3 23 g 业务 细数而来，如今业已出现的3 g 细分与衍生应用已多达千种，但究其本质，所有这 些应用都可以归纳为六种3 g 业务，分别是定位、媒体点播和应用下载、短信息、可视 电话、互联网连接和企业网应用。其中互联网和多媒体即时消息虽然算作3 g 的重要应 用，但是它们在2 5 g 甚至2 g 网络上已经发展的相当完善，3 g 只是为用户带来了更多 的速度快感而已。 目前看来，其余四种应用都要求以大带宽承载能力作为先决条件。 ( 1 ) 定位应用 定位应用，就是通过使用a g p s ( 增强型全球定位服务) 技术，从而为移动终端本 身提供高精度的位置信息。在终端用户允许的前提下，运营商可以为该用户提供多种定 位衍生业务( 包括随身广告、地图指引、移动监护等) 。 当前，全球很多移动运营商， 尤其是3 g 运营商大都拥有定位衍生应用。例如中国联通推出的定位之星服务u m 印， 可以为其用户提供交通、娱乐以及紧急求助等位置相关的信息和服务。 ( 2 ) 媒体点播与应用下载 媒体点播是包含类似体育比赛重播、新闻头条、m t v 和电影预告、广告等音频和 视频内容的流媒体点播或下载服务。应用下载类似于媒体点播中的下载应用，但主要集 中于一些手机终端可以执行的应用程序，典型的包括游戏、商用程序、媒体播放工具以 及铃声等，例如由中国联通于2 0 0 3 年3 月推出的应用下载业务u m a g i c 。 ( 3 ) 可视电话( 或会议) 可视电话( 或会议) 是一种实时视频信息传送应用，允许两个到多个手机用户之间 相互实现可视通话或虚拟电话会议。高端的可视电话( 或会议) 还可以实现二分屏或四 分屏通话。可视电话( 或会议) 需要大量的带宽支持，只有真正的3 g 运营商才可以提 供可视电话( 或会议) 应用。 ( 4 ) 企业网应用 企业网应用是指搭设一个3 g 移动应用平台，通过这一平台可以提供企业网移动接 入并执行企业网内运行的应用。使用移动终端接入企业网络具备其独有的优势，除去可 以提高工作效率之外，使用移动终端形成的n j b 网络连接将具备更高的接入安全性。 目前，3 g 主要将应用聚焦于娱乐与消费领域。真正步入3 g 时代后，企业类的应 1 2 23 g 移动通信系统研究 用会越来越多。本论文所设计实现的t d c r m p 就是一个基于t d - s c d m a 的企业远程 应用，它满足了煤矿企业安全生产的需求，是企业信息化所要采取的重要措施之一【1 3 1 。 2 4 本章小结 本章首先介绍了3 g 移动通信的基本特征、终端结构和网络安全，然后分析了 t d c r m p 的无线网络平台_ t d s c d m a 的系统特征，包括t d s c d m a 系统网络结 构和关键技术，最后分析介绍了3 g 时代的产业链模型和无线业务应用。 1 3 西安科技大学硕士学位论文 3t d c r m p 整体设计 t d c r m p 方案的设计从应用的角度来分析实现了煤矿安全生产远程监测的功能， 从市场的角度来分析旨在以移动梦网s p ( 服务提供商) 的身份尝试一种t ds c d m a 网 络开通以后企业移动应用解决方案。 3 1t d c r m p 应用类型定位及开发平台 本方案的设计参考了中国移动百宝箱业务应用程序开发规范一j a 、，a 分册、百 宝箱业务手机基本功能键设置要求v 1 0 和百宝箱业务终端支持应用程序大小及运行 内存要求v 1 0 等，旨在让方案的设计更合理、更实用。 3 1 1t d c r m p 应用类型定位 目前看来，移动梦网s p 业务主要以游戏和娱乐方面为主，经过一段时间后，企业 类应用会越来越多，重要性越来越大。主要可以从两个方面来考虑：一是企业的人员是流 动的或移动的，二是这些流动的人员有与“总部”或别人信息交流的需求，或者需要及时 从数据库查找并得到信息，或者需要把信息或数据及时传送到数据库，例如公安、监察、 环保、税务、海关、保险、运输、安全生产等行业。 下面分别从用户来源、连接方式、服务内容三个方面对本论文t d c r m p 的应用类 型进行定位。 从用户来源来说，本方案属于企业级应用，企业可以把针对其内部员工的特定的服 务以j a v a 方式提供给其内部员工，这些服务的用户群体是该企业的特定员工，其他用 户将无权访问这些服务。 从连接方式上说，本方案属于联网方式应用，用户利用移动网络从内容服务商处找 到所需的应用后，可下载并存储到手机中，但应用程序的使用需要网络的支持，如与服 务商服务器之间的交互应用，或与另一个手机用户间的交互应用。 从服务内容上来说，本方案属于企业安全生产应用。现阶段此类服务的应用还不是 很普遍，但随着j a 、，a 业务应用的推广，此类应用将成为企业安全生产必然需求【1 4 】。 3 1 2j 2 m e 开发平台 j a v a 的最大目标和特点，就是“w r i t eo n c e ，r u na n y w h e r e ”的平台无关性。同时， s u n 公司认识到一套标准无法适应所有不同的需求。因此，j a 、，a 技术目前共有三个版 本，分别针对不同的平台和应用【15