基于TD－SCDMA的手机图书馆系统设计

贺利娜，李嫄源，田增山

(重庆邮电大学移动通信技术重点实验室，重庆 400065)

责任编辑:许 盈

0 引言

随着3G等移动通信技术的迅猛发展，以手机为视听终端、手机上网为平台的个性化即时信息传播载体(第五媒体)已成为众多用户的最爱。依托于3G技术和第五媒体的手机图书馆也因此受到越来越多的关注，手机图书馆将会成为未来获取知识信息的重要途径和填补人们空闲时间的有效手段。3G技术带来的较宽的无线通信带宽和较高的传输速率以及不断下调的无线通信资费也使得手机图书馆的实现成为可能。本文是基于3G主流标准之一的TD－SCDMA对手机图书馆的系统构建提出了一个新型方案，并对整个系统的架构以及实现上的关键技术等进行了一些探讨。

1 应用现状

手机图书馆将无线通信网和数字图书馆系统结合起来，利用高普及率的手机终端延伸传统的图书馆服务，大幅提高了图书馆资源的整体利用率。目前国内图书馆主要采用基于短信和基于WAP两种方式来构建手机图书馆服务系统［1］。短信方式和WAP方式都能满足用户访问和利用图书馆，但这两种方式均有一些局限。短信方式只能支持单一的文本格式，而且每次发送的文本信息容量有限。若文本信息较长，传送时要将信息拆分成多个消息多次发送，极易产生数据丢失和信息不能实时到达。WAP方式提供了比短信技术更强的服务功能，但是2.5 Gbit/s有限的带宽和较小的数据传输速率使得手机对数据的处理变得复杂［2］。WAP方式不支持POP3、IMAP等协议，而且WAP服务每次获取必须重新登录，只要在线，就需付费，这种高通信费用也成为人们的一种负担。

由于短信方式和WAP方式已经不能满足人们高速度、高效率阅读电子资源的要求，这就需要在构建手机图书馆时采用一种新型的无线设备访问网络的传输技术。TD－SCDMA是一种全新的移动通信技术，采用TDD模式，同时采用同步CDMA、智能天线、接力切换等一系列高新技术。TD－SCDMA系统容量大，特别适合于高业务密度区域。又由于采用智能天线等新技术，TD－SCDMA基站大大降低了发射功率，同时降低了系统运营成本，使得用户的资费下降变为可能。TD－SCDMA的数据传输速度也有了大幅提升，可以实现名副其实的移动宽带，它能够处理文本、图片、视频流等多种媒体形式，并提供网页浏览、电子商务等多种信息服务。TD－SCDMA标准的诸多优点为构建手机图书馆提供了一个新的切入点，是手机图书馆发展的技术突破。

2 系统需求与设计目标

基于TD－SCDMA 的手机图书馆的设计目标是以手机作为无线移动阅读终端，通过手机上网实现用户对图书馆信息资源的访问和利用。其优势在于利用TD－SCDMA的宽带优势和不同网络间的无缝漫游技术，将无线通信系统和Internet连接起来，方便用户查询、浏览、检索、阅读海量电子资源，最大化实现对数字资源的利用，突显手机图书馆的价值，为读者提供全方位的知识获取服务。

手机图书馆依托于TD－SCDMA技术，终端是无线移动设备(如手机等)。但是由于这些设备的硬件性能和操作系统的差异较大，系统构建时应尽量降低对手机终端的软硬件要求，以使用户可以通过功能最简单的手机获取系统提供的各项服务。系统还应具有完善的用户管理机制，使用户方便对个人信息的管理［3－4］。

3 系统设计

3.1 系统架构设计

基于TD－SCDMA的手机图书馆的系统架构如图1所示。整个手机图书馆的构建由图书信息服务中心、嵌入式Internet接入平台和手机终端3部分组成。其中，图书信息服务中心包括数据库服务器、Web服务器和后台管理员。数据库服务器端采用Microsoft SQL Server 2000数据库，是整个图书馆的数据仓库，用户最终从这个仓库中取得数据资源，并制作存储图书、期刊、论文等内容数据［5］;Web服务器提供一个面向手机终端的可视化图形用户操作界面，用来显示和接收用户输入的数据信息，完成与用户之间的对话通信;后台管理员负责管理用户的个人信息、设定各个层次的用户权限、对个人图书馆进行服务等。嵌入式Internet接入平台旨在提供一种基于TD－SCDMA和CDMA 2000双网络的嵌入式Internet接入方案。该方案主要实现3个功能:一是使互联终端具有网内数据转发的能力;二是使互联终端能够通过两个网络接口同时与TD网和CDMA 2000网进行通信;三是将数据通过蜂窝网路由到Internet中去，和Internet进行有目的性的数据交互。手机终端是一个嵌入式系统，用户可以通过手机终端浏览、查询和下载电子资源。

本系统架构在图书信息服务中心之上，以现有的数据库和电子资源为核心，用户通过无线网络接入点访问网络。成功接入网络后系统将用户的请求信息进行压缩、封装，然后TD－SCDMA模块通过TD网发送数据信息，CDMA 2000模块通过CDMA网发送数据信息。Web服务器接收到用户发送的请求信息，通过ODBC方式与数据库建立连接，按用户的请求信息对数据库记录进行查询。服务器将查询结果通过Internet和蜂窝网传递到手机终端，手机终端把接收到的数据信息进行解压缩和恢复，最终将电子资源准确无误地提供给读者。

图1 基于TD－SCDMA的手机图书馆系统架构图

3.2 系统流程介绍

本系统要求用户成功登录后方可对图书信息进行移动查询、下载等在线操作。在手机终端，用户在图书馆首页输入的个人登录信息(用户名、密码等)被发送到后台数据库进行身份验证，只有通过身份验证的合法用户才能发送Http请求信息。这些请求信息被传送到Web服务器，若Web服务器繁忙，则用户可以重新发送请求或者选择放弃操作;若Web服务器空闲，则响应请求信息。用户根据服务器反馈的结果选择操作命令，同时Web服务器与数据库服务器进行数据交互，并将与该操作命令相关的查询结果呈现给用户供其阅读。手机图书馆在线操作过程如图2所示。

图2 手机图书馆在线操作过程

3.3 系统关键模块设计

系统对数据的处理主要集中在图书馆服务中心和嵌入式Internet接入平台上。根据系统设计的需求，系统模块主要包括数据预处理模块、数据压缩模块、数据封装模块、同步组合模块以及无线传输模块5个部分。系统功能模块如图3所示。

图3 系统功能模块

各功能模块功能说明如下:

1)数据预处理模块。该模块是构建数字图书馆的基础，主要目的是屏蔽数据的异构性，将不同结构的数据如TXT、PDF等转化为统一的数据格式，实现接入数据的一致格式化，使其能够在不同的手机终端上阅读。

2)数据压缩模块。该模块用于去除数据的冗余信息，减少各种数据之间的相关性，可以采用静态的压缩格式，将图书采集后的数据进行压缩并保存起来供其他模块使用。

3)数据封装模块。该模块用于确保数据片段可以正确地发送到手机终端。图书数据沿着TCP/IP协议栈向下传输时，每一层都添加一个报头，并将封装后的内容作为数据传递给下一层，直到物理层，数据被转换为比特流进行传输。

4)同步组合模块。该模块用于对接收到的码流进行差错检测控制，以保证系统能正确提取每一帧中的各种信息［6］，完成数据信息的组合。

5)无线传输模块。该模块用于完成对图书数据的网络传输，将处理后的图书信息通过TD网络和CDMA网络传输到手机终端。

4 系统实现的部分关键技术

4.1 数据分割

由于图书信息的长度远远大于TD－SCDMA的数据帧结构，因此传输时需要对图书信息进行分割。TD－SCDMA有多个并行时隙，可将传送的数据流进行分割并映射到多个物理信道上，通过不同的时隙进行传输。

分割原理是这样的:数据流的传送是以数据块为单位的。分割时首先要在数据块上添加循环冗余(CRC)校验比特，并将一个传输时间间隔(TTI)内的所有传送块按顺序级联起来，并对级联后的传送块进行码块分段。如果TTI大于10 ms，那么比特序列将被分割并映射到连续的无线帧上形成TD帧。在TD－SCDMA系统中经过交织后的数据平均分配到两个5 ms的TD子帧上，即子帧分段。TD子帧单元输出的比特流被映射到该子帧时隙的码道上进行传输［7］。TD－SCDMA系统的帧结构如图4所示。

图4 TD－SCDMA系统的帧结构

4.2 数据封装

本文数据信息的封装是基于TCP/IP协议和TD－SCDMA的帧结构进行研究的。TCP是一种面向连接的、可靠的传输层通信协议，它位于IP层之上，TCP不会发生丢包现象。同时TCP会用一个校验和函数来检验数据是否错误，保证了数据的完整性和正确性，比较适合图书数据的传输，所以本文在传输层上选择TCP做协议。

图书信息服务中心进行数据封装时，在传输层采用TCP做报头，并将TCP报头附加在图书信息等高层数据前面形成数据段，完成一次封装。在网络层将用来寻址的IP报头加在数据段的前面封装成IP包，此时IP包将作为数据链路层的高层数据参与封装。传送到数据链路层时，分别在IP包前后加上TD首部和TD尾部，封装形成TD帧。TD帧结构支持智能天线和上行同步，能够将信息快速、可靠地传递给用户。图书数据信息封装过程如图5所示。

图5 数据信息封装过程

4.3 数据解封装

数据解封装是数据封装的逆过程。接收图书数据信息时，先对每个TD帧的帧长参数进行检查，判断参数是否在正常范围内，进而判定接收正确与否。若接收不正确，则采用数据重传机制，要求高层重新传送数据;若接收正确，则读取数据链路层TD帧协议字段的控制信息，同时去除TD帧的首部和尾部，将一次解封装后的剩余信息传送到网络层。每一层执行相同的操作:读取协议信息，依次在网络层去除IP报头信息，在传输层去除TCP报头信息等，最终还原图书数据信息。

4.4 同步组合

本文研究的同步是指TD－SCDMA多种同步技术中的传输信道同步。传输信道同步就是传输信道实体之间的帧同步。帧同步是指接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分帧的起始与终止。同步传输的数据格式如图6所示。

图6 同步传输的数据格式

数据传输时每个数据流的头部和尾部都要附加上一个特殊的字符或者比特序列，用来标记一个数据流的开始和结束，一般还要附加一个校验序列(如16位或32位CRC校验码)，以便对数据流进行差错检测控制。手机终端可以根据不同信道传输的帧标识区分二进制比特流的起始和终止，并启用软件对帧标识进行检测，从而正确接收数据，实现同步并完成数据组合。一旦出现帧丢失和同步时钟问题，就采用TD－SCAMA网络结构中的lu接口时间校正机制，重传缓冲器中的数据，保证传输的QoS。

5 结束语

本文基于3G等移动通信技术的带宽优势，从数据传输速率和传输带宽着手，提出并构建了一种具有TD－SCDMA和CDMA 2000双网络传输的手机在线图书馆设计方案。与传统的图书馆相比，该手机图书馆摆脱了PC机和有线网络的限制，用户可以通过手机移动应用服务在一定区域内随时随地访问图书馆。这种方式大大提高了电子资源的利用效率，改变了图书馆的服务方式，改善和提升了公益性文化事业的功能与作用。由于图书馆提供给用户的是知识和信息，这对于提高国民的综合素质和整体科学文化水平也具有十分重要的意义。

［1］徐忻，娄路.基于3G的手机图书馆服务系统构建研究［J］.图书与情报，2009，20(3):50 －54.

［2］师晓青，艾雾.手机图书馆信息服务现状分析及基于TD－SCDMA的展望［J］. 图书馆学研究，2009，5(4):69 －72，76.

［3］方玮，张成昱，窦天芳.基于资源整合的手机图书馆系统的设计与实现［J］.现代图书情报技术，2009，15(6):76－80.

［4］方杰.基于手机阅读的高校无线移动电子图书馆建设方案初探［J］.科技情报开发与经济，2008，18(28):19－21.

［5］张维容，贾爱霞.手机在移动数字图书馆的应用［J］.科技情报开发与经济，2008，18(22):3 －6.

［6］孙军鹏，赵舒.实现TDMA系统帧同步的一种算法［J］.重庆科技学院学报:自然科学版，2007，9(2):53 －55.

［7］李世鹤.TD－SCDMA第三代移动通信系统［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［8］郭梯云，邬国扬.移动通信［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2000.