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cdmaX图像传输技术
基于CDMA1X的图像传输技术
谢方方,物理与电子信息工程学院
摘要:
本文基于CDMA2000-1X网络和CDMA开发模块,设计了一个点对点静态图像传输系统。
该系统基于现有SMS(短信息服务)的基础设施,利用AT指令实现图像信息的收发。
着重对CDMA1X网络、CDMA模块、SMS系统以及AT指令做了详细阐述。
关键词:
CDMA2000-1X;CDMA开发模块;SMS;AT指令
Imagetransmissiontechnologybasedoncdma1X
XieFangfang,theCollegeofPhysicsandElectronicInformation
Abstract:
Apoint-to-pointstaticstateimagetransmissionsystemisdesignedinthispaper.ThesystemisrealizedbyCDMA2000-1XnetworkandCDMAdevelopmentmodule.TheimageinformationissentandreceivedbasedonSMS(ShortMessageService)infrastructureandATinstruction.TheCDMA1Xnetwork,SMSsystem,CDMAmoduleandATinstructionarediscussedindetail.
Keywords:
CDMA2000-1X;CDMAdevelopmentmodule;SMS;ATinstruction
1引言
现代社会是一个信息社会。
自从网络、手机等现代化通信工具问世以来,都得到了广泛的应用,对人们传统的生活方式也造成了很大的冲击,它们为人们提供了方便有效的交流。
短信息是手机等通信工具之间传递信息的一种方式,它是无线通信在20世纪末所做的一次重要飞跃,不仅可以传送音频,也可以传送文本、图像等数据信息。
利用短信息传送数据信息时,被发送的信息经过编码后的消息长度最长为140个字节,而原始静态图像的数据量十分巨大,所以静态图像在发送前要进行压缩处理。
尽管如此,图像信息一般情况下也不止140个字节,这时可以对图像信息自动分割、连续发送、拆分和拼接。
1.1国内外图像传输技术的应用及发展现状
在抗洪抢险、工程事故等的处理过程中,往往需要和场外的领导、专家进行会商决策。
会商时,除了现场人员所提供的口头汇报和数据资料外,更需要将事件发生现场的直观图像实时提供给场外人员,这就需要远程实时图像的传输[1]。
图像传输按其信道的物理连接方式划分,可分为有线和无线2种,有线方式的图像传输再现质量好,但在投资费用受限制的情况下,监视范围固定且有限,缺乏灵活性。
近年来,无线、移动通信发展很快,在无线信道上传输图像信息是一个重要发展方向。
目前,无线传输图像已经有3种模式:
(1)摄像机和专用电台(如微波、卫星),特点是实时动态、图像清晰、投资大、使用复杂。
(2)数码相机、计算机和无线调制解调器,多用于记者报道用,特点是静态非实时、图像清晰、投资较大、使用不方便。
(3)现在流行的带照相功能手机,使用方便、静态非实时、图像质量差、适合民用。
论文设计的图像传输系统就是基于CDMA无线终端和CDMA1X无线网络,实现静态图像信息的无线传输。
1.2论文的主要工作
论文在研究SMS的工作原理、AT指令的详细用法的基础之上,利用PC机强大的存储、管理功能,依托CDMA1X移动通信公众网实现静态图像的点对点传输。
2图像传输系统设计
论文设计的图像传输系统实际上是一个图像信息的短信收发系统,该系统由图像采集压缩设备,无线终端设备以及通信网络组成。
2.1系统组成
图2.1系统原理框图
系统框图如图2.1,带USB接口的摄像机通过USB接口和PC主机相接,将采集到的图片数据压缩处理后以十六进制代码的形式存入计算机中,以备程序调用。
在PC机上运用VB语言完成各种程序的编写,控制AT指令的收发。
CDMA无线模块通过串口或者USB接口和PC机相接,根据PC机发来的AT指令收发图像信息。
系统硬件平台设计的关键在于CDMA2000-1X无线网络以及CDMA无线模块[2][3][4]。
2.2CDMA1X技术及网络
目前,国内各大网络运营商中只有中国联通铺设了CDMA1X网络,系统就是基于该网进行的设计。
2.2.1CDMA1X技术
CDMA1X执行CDMA2000的第一阶段标准,它是一种单载波方式,独立使用一个1.25MHZ的载波。
CDMA的全称是码分多址,在码分多址通信系统中,不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用不同的编码序列来区分,或者说,靠信号的不同波形来区分(例如用Walsh码来区分信道,用PN码区分用户)[5]。
2.2.2CDMA1X网络
CDMA1X执行CDMA2000的第一阶段标准,理论数据传输速度高达307.2kb/s,该速率高于IS21995标准,低于2Mb/s,实际传输速度受网络编码方式和终端支持的影响,最高可达153.6kb/s,平均数据传输速度为80kb/s-100kb/s。
如果以一幅图片30Kbit计,每秒最多就可传输5-6张图片,这样的传输效果是比较理想的。
网络部分引入分组交换,可支持移动IP业务,是在现有CDMAIS21995系统上发展起来的一种新的承载业务,目的是为CDMA用户提供分组形式的数据业务。
目前,CDMA1X的实际应用传输速率大约为100kb/s(双向对称传输),在此信道上利用TCP/IP连接,可以用于移动IP、Internet连接、数据传输以及企业VPN业务等。
CDMA1X网络支持多种业务,其中语音业务通过电路交换实现,计费方式采用计时方式,高速数据业务通过分组交换实现,计费方式采用计量方式。
短信业务,WAP业务,下载类业务,消息类业务,定位业务等是主要的数据业务[6]。
论文所设计的系统之所以采用联通的CDMA1X网,而不是移动的GPRS网,是因为前者从数据传输速率、安全性能、经济性和可升级性等角度分析,都优于后者(表2.1)。
表2.1 CDMA1X与GPRS性能对比
传输指标
联通CDMA1X
移动GPRS
传输速率
理论307.2kb/s,实际80~100kb/s
理论153Kb/s,实际20-40kbp/s
带宽
1.25MHz
200KHz
延时
永远在线,高速传输,延时较小
永远在线,转接延时较大
稳定性
语音和数据分离,数据业务不易中断
不同业务互相干扰,易掉线
快速登录
接通率高,登录速度快(20~40s)
登录速度慢(50~90s)
保密性
多级安全认证
认证不完整
升级
可平滑向3G升级
不能够平滑向3G升级
资费
0.005元/kb
0.01元/kb
2.3CDMA无线终端[7]
该模块采用的是武汉长江通信公司生产的CCMG-1X800CDMA无线终端,它是世界上最小的CDMA1XRTT模块之一,具有以下功能:
(1)支持IS-95A/BCDMA协议;
(2)支持IS-20001XMCRTT;
(3)支持GPSONE系统
(4)支持最高速率为153.6Kbps同步信道的前向链路和反向链路;
(5)增强型的I/O支持高达230.4Kbps的RS-232串口通信;
(6)支持R-UIM卡的直接插入,支持全国漫游;
(7)模块状态指示灯;
(8)允许应用软件开发,提供开放AT命令集及YCIG拓展AT命令集;
(9)支持数据包,动态数据,传真,双信道短信,快速网络连接,IP包等。
2.3.1终端系统图解析
图2.2中,TE2指控制终端PC机,MT2指CCMG-1X800,TE2与MT2之间有两种通信方式:
(1)RMinterface串口方式;
(2)USBinterfaceUSB接口方式.实际应用时可任选其一。
RMinterface有两种端口方式:
UART1和UART2,两种工作模式:
用户模式和测试模式。
在用户模式下,UART1是专用的数据通信端口,UART2用来传输控制信息;在测试模式下,只能通过UART1端口传输信息进行程序调试,软件升级,系统维护等。
R-UIMinterface是R-UIM卡或者SMART卡的插入接口。
PowerControl&LDOS是电源控制模块。
MSM-5100是CDMAModule的主芯片,处理由TE2发送或天线接收的各种命令和数据。
图2.2终端方框图[7]
2.3.2管脚信息
模块管脚图如图2.3。
模块控制引脚:
6.PWR_ON/OFF模块电源控制60.RESOUT复位信号
串口引脚:
28.DSR/模块设置完毕30.RI/铃声指示32.CTS/允许发送数据34.DTR/控制终端设置完毕36.TXD发送数据38.RXD接收数据40.RTS/请求发送42.DCD/数据载波检测18.DM_RXD诊断监控接收数据(UART2)20.DM_TXD诊断监控传输数据(UART2)
模块状态指示引脚:
共有6个指示引脚,外部对应6个LED信号指示灯,分别指示模块的各种数据状态。
12.GPIO_5_CDMA_LED指示模块已连接29.GPIO_10_CKT/PKT指示业务状态(电路交换/分组交换)31.GPIO_11_SMS指示模块中有未读短信33.GPIO_12_TX/RX指示现行数据的发送/接收35.GPIO_13_RSSI现行RSSI电平状态37.GPIO_14_PWR_SAVE_CON外部LED开/关控制。
其它管脚信息详见参考文献[7]
图2.3模块管脚图[7]
2.3.3CDMA终端与控制终端之间的数据通信
MT2与TE2进行数据通信时,MT2和TE2互发“设备准备就绪”信号(DSR/和DTR/),TE2向MT2发“请求发送”信号(RTS/),MT2接收到该信号后如果允许则发送“允许发送”信号(CTS/),TE2通过TXD信号线发送数据,TE2通过“数据载波检测”信号)(DCD/)检测MT2是否有数据要发送给TE2,如果有,TE2通过RXD信号线接收。
整个过程的具体流程图如图2.4所示。
图2.4串口通信流程[7]
本章主要介绍了支持系统的硬件平台以及系统传输的主网络,至于图像信息是如何通过此平台和网络实现传输收发的,我们还不知道,接下来的这章,论文就将介绍短消息服务技术,即SMS技术。
3SMS技术
SMS是ShortMessageService短消息服务的缩写,指的是通过运营商网络提供有限长度文本或数据信息传输的服务。
这种信息的传输是在手机之间或手机与其他短消息实体之间通过业务中心进行信息收发实现的,其中业务中心是独立于运营商网络的一个业务处理系统,主要功能是提交、存储、转发短消息,并完成与PSTN,HITEMET等网络的互通,以实现来自其他短消息实体SME(ShortMessageEntity如:
人工台/自动台、各种服务提供商SP建立的资讯平台等)的短消息的传递。
短消息业务是运营商系统提供给手机用户的除了通话服务外的另一种特殊而重要的服务,短消息也称作短信息或短信[8]。
3.1SMS业务分类
短消息业务按其实现的方式可以分为点到点短消息业务和小区广播短消息业务(点到多点)。
点到点短消息业务是指将一条短消息从一个实体经短消息服务中心SMSC(ShortMessageServiceCenter)发送到指定目的地址的业务。
被发送的信息经过编码后最大长度为140个字节(如果按ASCII字符7BIT编码,一次最多发送160个英文字母,如果采用Unicode编码方式则一次最多发送70个中文汉字,还有一种8BIT编码,用于发送数据),如果信息的长度超过了140个字节,短消息系统会将其自动分割为多条连续短消息,按多条方式连续发送。
小区广播短消息业务是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。
通常移动通讯公司会使用这种方式在一定的区域内向所有短消息用户循环发送一些具有通用性的信息,如交通信息、天气情况、股市信息、新闻、广告等。
比如当你进入某个新的城市或进入某个大型商场区域时收到一些欢迎信息或广告,这就是小区广播的信息。
3.2短消息业务结构
短消息业务系统是由移动业务交换中心(MSC)、短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)、本地用户寄存器(HLR)、访问者位置寄存器(VLR)和短消息服务中心(SMSC)等部分组成的。
它们之间的关系如图3.1所示。
图3.1短消息业务系统
各部分的含义和功能如下:
移动台(MobileStation),移动通信设备如手机,CDMAMODEM等,可以收发短信息。
基站(BaseStation),负责在移动台MS和移动交换中心MSC之间传递信息。
移动交换中心(MobileSwitchingCenter,MSC)负责系统切换管理并控制来自或发向其他电话或数据系统的拨叫。
短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC:
SMS-GatewayMSC),接收由SMSC发送的短信,向HLR查询路由信息,并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心。
短消息服务中心(ShortMessageServiceCenter,SMSC)简称短信中心,负责在基站和SME(短消息实体)间中继、存储或转发短消息。
本地用户位置寄存器(HomeLocationRegister,HLR)用于永久存储由SMSC产生的管理用户和服务记录的数据库。
HLR用于保存用户的永久信息,如国际移动用户识别号(IMSI),移动用户的ISDN号(MSISDN),还有用户目前正在漫游中的MSC,VLR号码,但HLR仅保留本地用户的信息。
如在芜湖的HLR中只保存芜湖短消息用户的信息。
还保存用户的动态数据,如开、关机的状态信息和目前处在哪个位置区(LAC)的数据等。
访问位置寄存器(VisitorLocationRegister,VLR)含有用户临时信息的数据库。
交换中心服务访问用户时需要这些信息。
VLR可以保存本地区以外用户的数据,例如南京用户漫游到芜湖,在芜湖的VLR中就可登记,将数据暂存储在芜湖数据库中[9]。
3.3SMS传送流程
当SMS短消息从一个可发送SMS的手机发出后,这个短消息和一个普通呼叫建立的处理没有什么不同,它从手机发送到基站(BaseStation),然后到MobileSwitchingCenter(MSC),寻址到需要的SMSC。
如果移动台漫游到外地,被访问的移动网将把短消息路由到合适的短消息业务/互连移动交换中心(SMS-WMSC)SMS-WMSC再将短消息传递给MSC,最后MSC将消息传送给目的MS(移动台)。
当移动台(如手机)接收短消息时,SMSC要确定一个移动台终结短消息的路由,SMSC把短消息转发到短消息业务/网关移动交换中心(SMS-MSC),SMS-MSC向目的移动台的归属位置寄存器(HLR)询问路由信息并把消息发送到合适的移动交换中心(MSC),由该MSC把消息发给目的移动台。
此外,短消息服务需要在网络中安排一台或者若干台专用服务器。
这个短消息服务器可称为服务中心SC(ServiceCenter),其任务是存储和重发短消息,直到收件人自行收取到短消息。
当短消息发给一个移动台,移动台在服务区以外、关机或信号不足时,服务器保存该消息。
当移动台重新开机或回到服务区时,网络就通告短消息服务器,使它成功地将储存的消息重新发给收件人。
本章介绍了SMS技术以及消息在网络中的传送流程,但是消息是通过什么命令经由CDMA模块发送到网络中的,发送前经过什么编码处理,都还不知道。
下一章就将讨论这些问题,即讨论AT指令及PDU编码在系统中的作用。
4AT指令
AT即Attention,AT命令是从控制终端TE通过接口向移动终端MT发送的,控制MT的功能,与CDMA网络业务进行交互。
用户可以通过AT命令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。
AT指令在应用时,每行的开头都必须有“AT”或者“at”作前缀,结尾都要加回车符,在同一行可以输入好几个AT指令,这样就不必在每个命令前输入“AT”或者“at”,而只需要在命令行开头键入一次就可以了,用分号作为命令的分界符。
当键入一系列AT指令的时候,在两条命令间需要一些时间间隔等待返回“0K”,这样可以避免同时输入太多AT指今而不能等待每条指令的回复。
论文所采用的CDMA模块时武汉长江通信公司生产的CCMG-1X800模块,它提供了开放的AT命令集和YCIG拓展AT命令集,这将有利于应用软件的开发和综合开发。
(1)AT$$SMSOPT短信处理方式选择
该命令用于设置短信息的处理方式
命令(TE->ME)AT$$SMSOPT?
查询当前设置
响应(MT->TE)$$SMSOPT:
1|0
OK
命令(TE->ME)AT$$SMSOPT=1|0设置处理方式,0表示删除已读取的短信息,1表示新信息读完后储存,并且标记为已读信息,未读信息仍然标记为新信息。
、响应(MT->TE)$$SMSOPT:
1|0(成功|失败)
OK
(2)AT$$HEXCHDISP数据转换模式选择
命令(TE->ME)AT$$HEXCHDISP?
响应(MT->TE)$$HEXCHDISP:
1|0查询当前设置
OK
命令(TE->ME)AT$$HEXCHDISP=1|0设置数据转换模式,1表示短信息的用户数据部分将被视为十六进制ASCII码,0视为未转换的中文,英文或数字。
响应(MT->TE)$$HEXCHDISP:
1|0(成功|失败)
OK
(3)AT$$SMSNOTIF短信通知方式选择
命令(TE->ME)AT$$SMSNOTIF?
查询当前设置
响应(MT->TE)$$SMSNOTIF:
value(value:
0-2)
OK
命令(TE->ME)AT$$SMSNOTIF=value设置收到短信息时的通知方式:
0-没有通知,1-通知1次(默认值)2-每2分钟通知1次。
响应(MT->TE)OK|ERROR完成|出现错误
(4)$$SMSALERT新短信通知
通知(MT->TE)$$SMSALERT仅在SMSOPT为0时使用,由MT发给TE。
(5)$$NEWMSG新短信通知
通知(MT->TE)$$NEWMS:
rcvmsgnumber,rcvtime,
[callbacknumber],TI,msg
-rcvmsgnumber:
接收信息索引号
-rcvtime:
时间戳(yyyymmddHHMMSS)
-callbacknumber:
返回号,可省
-TI:
用户终端业务标识符(4098:
TEXT4097:
PAGING)
-msg:
用户数据仅在SMSOPT为使
由MT发给TE。
(6)AT$$READMT读取一条接收已读信息
命令(TE->MT)AT$$READMT=rcvmsgnumber读取MT中接收已读的短信息。
响应(MT->TE)$$READMT:
(*)rcvmsgnumber,rcvtime,
[callbacknumber],TI,msg
OK
-(*):
优先读取
-rcvmsgnumber:
接收信息索引号
-rcvtime:
时间戳(yyyymmddHHMMSS)14bytes.
-callbacknumber:
返回号,可省
-TI:
用户终端业务标识符(4098:
TEXT4097:
PAGING)
-msg:
用户数据
(7)AT$$READNEWMT读取一条接收未读信息
命令(TE->MT)AT$$READNEWMT从接收缓冲区中读取新信息。
响应(MT->TE)$$READNEWMT:
(*)rcvmsgnumber,rcvtime,
[callbacknumber],TI,msg
OK
-(*):
优先读取
-rcvmsgnumber:
接收信息索引号
-rcvtime:
时间戳((yyyymmddHHMMSS)14bytes.
-callbacknumber:
返回号,可省
-TI:
用户终端业务标识符(4098:
TEXT4097:
PAGING)
-msg:
用户数据
(8)AT$$MTCNT查询MT收到的短信总数
命令(TE->MT)AT$$MTCNT?
响应(MT->TE)$$MTCNT:
rcvmsgcount,unreadmsgcount
OK
-Rcvmsgcount:
收到短信总数
-Unreadmsgcount:
未读短信总数
(9)AT$$MOREQ发送短信
命令(TE->MT)AT$$MOREQ=orimsgnumber,callednumber,
[callbacknumber],TI,msg
-orimsgnumber:
短信索引号(0~255)
-callednumber:
接收方号码
-callbacknumber:
返回号,可省
-TI:
用户终端业务标识符(4098:
TEXT4097:
PAGING)
-msg:
用户数据(最多160个字节)
响应(MT->TE)$$MOREQ:
orimsgnumber(发送前)
$$MOACK:
orimsgnumber,1|0(发送后)
(成功|失败)注意:
当用户数据部分包含中文或数据字节大于0x80时,发送命令要改AT$$MOREQU
(10)AT$$READALLMT读取所有接收已读短信,不包括语音短消息
命令(TE->MT)AT$$READALLMT
响应(MT->TE)$$READALLNEWMT:
(*)rcvmsgnumber,rcvtime,
[callbacknumber],TI,msg
OK
-(*):
优先读取
-rcvmsgnumber:
MT短信索引号(0表示最新的一条)
-rcvtime:
时间戳(yyyymmddHHMMSS)14bytes
-callbacknumber:
返回号,可省
-TI:
用户终端业务标识符(4098:
Text,4097:
Paging)
-msg:
用户数据(OnlyText(4098)message)
(11)AT$$READALLNEWMT从接收缓冲区读取所有接收未读短信
命令(TE->MT)AT$$READALLNEWMT
响应(MT->TE)$$READALLNEWMT:
(*)rcvmsgnumber,rcvtime,
[callbacknumber],TI,msg
OK
-(*):
优先读取
-rcvmsgnumber:
MT短信索引号(0表示最新一条)
-rcvtime:
时间戳(yyyymmddHHMMSS)14bytes
-callbackn
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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- cdmaX 图像 传输 技术