无线视频传输技术

无线视频传输技术（共11篇）

无线视频传输技术 篇1

0 引言

超宽带(Ultra-Wideband,UWB)是无线电通信及信号处理领域的热点之一。FCC在2002年提出的UWB信号的定义为:在-10 dB的带宽超过500 MHz的信号都是UWB信号[1,2]。而信道模型是超宽带通信系统设计和研究的基础。超宽带技术具有隐蔽性好、抗多径和窄带干扰能力强、传输速率高、系统容量大、穿透能力强、低功耗、系统复杂度低等一系列优点,而且可以重复利用频谱。对于无线视频的传输,可以解决频谱拥挤的问题[3,4,5,6,7]。本文主要研究UWB的信道模型,并对修正的S-V的四种信道模型进行了Matlab仿真及在NS2中构建UWB网络模型。NS构建的网络模型在模拟传输JM压缩后的H.264文件时减小了构建系统的复杂度,NS构建的UWB网络不需要将视频进行调制解调,只需要将H.264文件进行解析,解析完成后会生成一个txt格式的文件。直接传输txt文件形式的trace文件,为视频传输减少了调制与解调带来的复杂过程。

1 IEEE 802.15.3a信道模型

UWB的信道模型主要有两种:路径损耗信道模型;多径衰落信道模型。路径损耗信道模型有:大尺度衰落信道路径损耗模型和IEEE 802.15.3推荐的路径损耗模型;多径衰落信道模型有:802.11信道模型、Rayleigh信道模型、Saleh-Valenzuela(S-V)信道模型、Δ-K信道模型和修正的S-V信道模型[8,9]。本文主要对修正的S-V模型的四种信道进行了研究和仿真。

IEEE信道模型最终决定采用基于簇方式的模型,IEEE对S-V模型进行了一些修改:用对数正态分布表示多径增益幅度;用另一个对数正态随机变量表示总多径增益的波动;最后,信道系数采用实变量而非复变量。

IEEE信道模型的信道冲激响应为:

式中:X为对数正态随机变量,代表信道的幅度增益;L为观测到的簇的数目;K(l)为第l簇内接收到的多径数目;αlk为第l簇中第k条路径的系数;Tl为第l簇到达的时间;τlk为第l簇中第k条路径的延时。

信道系数αlk定义为:

式中:plk为以等概率取+1和-1的离散随机变量;βlk为第l簇中第k条路径的服从对数正态分布的信道系数,表示为:

式中:xlk是均值为μlk,标准差为σlk的高斯随机变量,xlk=μlk+ξl+ζlk,ξl和ζlk是两个高斯随机变量,分别表示每簇和每个分量的信道系数变化,σξ和σζ分别表示ξl和ζlk的标准差。

簇幅度和簇内每个多径分量的幅度都服从指数衰减的特点,从而得到μlk的值:

2 信道模型的Matlab仿真

IEEE 802.15.3a工作组给出了四种不同信道环境,见表1。各信道主要对距离和是否是视距进行了研究。

图1为各信道冲激响应模型连续时间冲激响应的仿真结果。通过对信道模型的仿真对信道有一定的了解。通过对四种模型的仿真对四种模型的环境有更加深入的了解,对UWB网络的构建奠定了基础。

从图1中可以看出CM1与CM2的传输距离相同时,由于CM2在发射极与接收极之间有障碍物,能量衰减严重。CM3与CM1,CM2相比具有更大的时间弥散。CM4发射能量的时间弥散比前面任何一种更为明显。

3 NS2网络的构建

3.1 NS2简介

NS2是目前主流的网络模拟软件之一,其开源、免费和易于扩展的特性被大多数开发者青睐。NS2是一个面对对象的、离散时间驱动的模拟器,使用C++和OTcl(面对对象的Tcl语言)作为开放语言[10]。

3.2 NS2模型的创建

由于在视频传输的仿真中,需要将真实的视频码流在网络中传输,因此必须对NS2进行扩展与修改,添加视频传输仿真过程中所需的网络元素,包括代理的设计[11,12,13]。

图1四种信道模型的冲激响应

首先为Otcl脚本的编写,根据实际网络的要求,定义网络节点,配置网络拓朴结构,确定链路的基本特性;建立UDP代理,将UDP发送、接收代理分别绑定在相应节点上;设置好trace对象,将trace文件,注入到NS2模拟网络中进行传输,然后模拟网络根据trace文件中的参数生成模型,随后得到相应的trace结果;最后根据trace文件对传输后的视频进行质量评估。流程图如图2所示。

3.3 NS2模型创建结果

本文创建的UWB网络是一个由三个节点组成一字形的拓扑结构,在CM1的条件下节点0向节点2发送恒定速率的数据流CBR。图3为NS2构建的UWB信道两张瞬时图。

从图3可以看出节点0会发送无线数据由节点1再传给节点2,从图中可以看出简单数据流的发送过程。

4 结语

本文主要对UWB的信道进行研究,进而利用NS2创建UWB网络。UWB网络的创建为无线视频的传输提供一个平台,尤其是高清视频的传输。NS网络模型的构建也为无线视频传输的仿真过程减小了复杂度。利用UWB网络可以对无线视频传输的丢包率、时延、吞吐量等进行进一步研究。

无线视频传输技术 篇2

科技创新与时代发展共同催生了数字化、计算机、互联网等新型技术，现在它们已经应用在了生活的各个层面，而且产生了深远的影响，同时，也推动了广播电视技术的革新与发展。从目前的发展情况来看，传统与现代的融合是大趋势，行业分工出现细化、多元发展的形态，出现了资源的再次整合，总体来看，竞争与繁荣并存，发展与机遇同在。除了技术方面的进步以外，还应该注重于对技术的管理，比如，在当下对于无线传输发射事业方面的技术管理就非常值得研究。

一、解放思想、和谐发展

在市场经济与技术普遍革新的时代，应该进一步解放思想，提高对无线传输发射事业在当下的发展与改革的认知，注重技术性革命带来的促进与重大影响；另一方面，应该认识到和谐发展、促进其融合的必要性，这是因为，计算机与互联网技术为代表的信息技术再不断的冲击着传统的广电媒体，因此，应该做好融合事宜，坚持引入新技术。另外，应该以现代化的管理思维去思考管理方面的全面性，比如，对于技术的管理，也应该纳入其中；因为只有技术的功能性得到较好的管理，才能更优化，才能更好的将作用发挥到极致。在这些新思想的应用前，还应该注意到我国当下提倡的“以人为本”的发展理念与“和谐共生”的发展期望。

二、将事业与机制创新并举

从改革开放三十多年来的经验分析，机制创新在每一项事业中都起到了举足轻重的作用。从无线传输发射事业的发展方面看，近年来的变化是巨大的，比如在技术装备方面的更新、在技术手段方面的改善、在维护方式方面的便捷化以及队伍结构的优化与调整，加之环境建设的不断完善等，都可以很好的促进无线传输发射技术与无线传输发射事业共同发展，机制的改革创新与无线传输发射事业共同发展。以十年来的发展可以认识到，设备总功率的提升、传输总时间的增加、发射总时间的翻倍等。但是体制创新较为薄弱，传统的管理思维模式较为牢固，因此，应该加强反思能力，增加多样性，宽容差异性，正确对待个性化的发展与独立表达的风格。首先，应该使老旧传输发射业务与新的业务发展相结合，并且为其整合与融合提供便利条件；其次，应该以创新为主导，将发展作为第一要素加以认知，并积极去进行机制探索与创新；第三，应该以技术管理为中心，并对其各层面进行挖掘式探析，比如对于用人机制、激励机制、全台管理机制等方面的探索等；第四，应该做好检验机制的创新，从系统化的角度进行体系化的评估体系建设。

三、做好传统方式向现代方式的转型准备

首先，在电台技术管理方面，有四大基础环节，分别是技术运维、技术安全、技改大修、技术培训，传统的管理方式采用值班与检修相结合，并形成了应知应会加岗位责任制，而且还形成了预案技术运维管理；其次，新形势下的智能化发展等，体现了新技术要求适合于其身的管理方式；现代化的处理方式主要是利用网络信息与一体化、自动化完成值班、抄表、换频、检修等任务。因此，应该注重二者的差异与共同之处，充分的理解技术运维方式的重要价值，并对其重新进行定位分析，防止因盲目及操之过急而带来麻烦；还应该调动各方面积极性，解决好人员的重组问题，职能管理部门应该加强分类指导。总之，应该积极的促进传统向现代的逐步良好过渡，切勿操之过急。第三，具体来讲，应该更新设备，并做好技术应用方面的学习与研讨，重要的是通过对这些新技术的应用实现对其有效的管理，也就是说，把技术应用吃透、弄精，然后，在其基础上，加强技术管理，以此推动整体的转型。因为从整体上讲，技术与科学是推动人类社会向前发展的动力；此前，人们注重利用科学与应用技术，但现在，应该在技术应用的基础上，探讨管理问题，实质上，也是对技术的科学应用与合理配置，以及优化升级，比如德国工业4.0的出现，就是通过技术管理与优化实现的，所以，应该积极的抓好无线传输发射事业的技术管理，从而提升其整体的升级改造能力。

四、加强专业维护与系统维护

首先，应该承认，近些年来的改革与发展，确实改变了诸多弊病，但是，以系统维护的角度分析，各方面还存在诸多不足，比如在思想认识、理论联系实践以及科学合的措施跟进方面一直略显不足，所以，应该积极的加强专业维护与系统维护两个方面。换句话讲在维护管理中，应该进行重点维护、系统维修相结合的管理理念。其次，应该做好人才的选拔与人才的培养，尽可能的向社会招贤纳士，在内部实行竞争激励制度，并利用一系列的资源，进行综合性治理，以专业化的技术性培训为主，以现代化的管理思维进行头脑训练，还可以进行一些“头脑风暴”之类的小桌会议等，不断的促进人才素质的提升，以此保证专业化人才的基础牢固化；第三，即是在人才培训与培育的基础上，进行团队建设，最好是以合作精神为主导，先进行一些理念方面的讲解与更新，转变思维，有一个整体上的认识方面的更新；第四，应该坚持现代化的科学管理理念，以技术管理、资源管理、财务管理等相结合，形成一种全面化的综合管理模式，如此，才能更好的为无线传输发射事业提供更为强劲的动力。

五、从结果管理到过程管理的转变

当前形势下的无线传输发射事业，需要加强技术管理，然而技术渗透于每个必要的细节之中，因此，就应该认真的去研究技术，并且对其各个细节进行记录与分型，利用经验积累，完成从设备机械的维护到设备维护机构的调整，通过全局运维管理，完成各方面的改造升级工作。另一方面，应该将过程化管理与产业发展结合起来，并利用管理上的进步与事业上的延伸融合，达到多元化发展的目的。另外，还应该注意对管理人才的培养，一方面加强对其专业知识与技能的训练工作，另一方面，应该对其组织性建设、团队建设添加一些新的力，从而将人才培养提升到一个新的阶段，以此与现代化的传播能力相适应。最后，还应该注重专家群体与一专多能相结合，避免出现顾此失彼的现象。

六、产业化经营发展之路

无线传输发射事业的技术管理是为了提升其事业，为其发展提供可靠保障。但是从当前市场经济环境与不断的改革深化背景看，将其产业化是重要的发展趋势之一。因而，应该在无线传输相关企业单位中进行一些产业化问题的研讨。首先，应该确保无线传输发射事业的绝对向好发展，并努力提升其管理水平，优化技术管理，做好它的转型与现代化改革，应用现代化的管理思维克服传统的管理思维带来的负面影响，最终做好这一事业的繁荣发展；其次，该事业的发展，有力于促进一种新的思维方式，比如，促进其向产业化方向发展，从而提升产业化经营的手段与战略部署，从而逐渐进行两者的协调共处，共同向前；第三，分析其中的原因可以认识到，市场经济环境下的人民需求与经济表现的形式更加多样、丰富，而且新技术的更新，新业务的扩展，投资、融资方面的多元渠道的开拓等，都有利的使单一的公益性服务受到了极大刺激，有利于形成多方向发展的产业化运营方式，并且由于多层需求的增加，广电产业化的发展趋向与发展之路也已开启。第四，应该构建起更为和谐的技术发展环境，换句话讲，即处理好技术与发展之间的矛盾，以技术促进发展，以加强技术管理推动整体发展向着环保、节约、和谐的方向发展。第五，在这方面的发展，应该以事业作为基础，以产业作为发展目标，坚持资源的有效利用以及发展方向的科学化，坚持以人为本，并利用创新思维进行一系更的事业、产业协调发展等。

七、结束语

总而言之，笔者认为在新的时代，就应该坚持与时俱进、因时制宜；所以，在无线传输发展事业方面，一方面应该加强技术的引入与研究，另一方面更应该加强在普遍的技术发展状况下的技术管理。尤其是应该坚持创新精神，进一步解放思想、转变理念，搞好队伍建设，增强新形势下的适应性，还应该以和谐发展、可持续发展为战略上的导向，以专业与系统的维护技术为保障，从而促进广电无线传输发射事业的全面发展。

参考文献:

无线视频传输技术 篇3

【关键词】无线电力传输技术；电磁感应；射频

时至今日，供电网、高压线已遍布全球的角角落落。不知不觉各种理不清的电源线、数据线带来的困扰也与日俱增。不过，在无线数据传输技术日益普及之时，无线电力传输也不再是幻想，在未来的生活中摆脱那些纷乱的电源线已成为可能。准供电线圈就能开始充电。

1.无线电力传输的基本原理

1.1电磁感应—短程传输

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系与转化。电磁感应是电磁学中的基本原理，变压器就是利用电磁感应的基本原理进行工作的。发射线圈和接收线圈之间利用磁耦合来传递能量。若发电线圈中通已交变电流，该电流将在周围介质中形成一个交变磁场接受线圈中产生的感应电势可供电给移动设备或者给电池充电。

1.2电磁耦合共振—中程传输

中程无线电力传输方式是以电磁波“射频”或者非辐射性谐振“磁耦合”等形式将电能进行传输。它基于电磁共振耦合原理，利用非辐射磁场实现电力高效传输。在电子学的理论中，当交变电流通过导体，导体的周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。当电磁波频率高于100khz时，电磁波便可以在空气中传播，并且经大气层外缘的电离层反射，形成较远距离传输能力，人们把具有较远距离传输能力的高频电磁波称为射频（即：RF）。将电信息源（模拟或者數字）用高频电流进行调制（调幅或者调频），形成射频信号后，经过天线发射到空中；较远的距离将射频信号接收后需要进行反调制，再还原成电信息源，这一过程称为无线传输。中程传输是利用电磁波损失小的天线技术，并借助二极管、非接触IC卡、无线电子标签，等等，实现效率较高的无线电力传输。

具体来说，整个装置包含两个线圈，每一个线圈都是一个自振系统。其中一个是发射装置，与能量相连，它并不向外发射电磁波，而是利用振荡器产生高频振荡电流，通过发射线圈向外发射电磁波，在周围形成一个非辐射磁场，即将电能转化为磁场。当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。

1.3微波/激光—远程传输

理论上讲，无线电波的波长越短，其定向性越好，弥散就越小。所以，可以利用微波或激光形式来实现电能的远程传输，这对于新能源的开发利用、解决未来能源短缺问题也有着重要意义。

2.无线电力技术的应用前景

2.1为难以架设线路或危险的地区供应电能

高山、森林、沙漠、海岛等地的台站经常遇到架设电力线路困难的问题，而工作在这些地方的边防哨所、无线电导航台、卫星监控站、天文观测点等需要生活和工作用电，无线输电可补充电力不足。此外，无线输电技术还可以给游牧等分散区村落无变压器供电和给用于开采放射性矿物、伐木的机器人供。

2.2解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题

我国的新疆、西藏、青海等地降雨量少、日照充足且存在大片荒芜土地，南方部分地区水力、风力资源丰富，这些地区有利于建造地面太阳能发电站或水电站、风力电站。但是，这些地区人烟稀少、地形复杂，在崇山峻岭之中难以架设线路。采用无线输电技术，还可以把核电站建在沙漠、荒岛等地。这样一方面便于埋葬核废料，另一方面当电站运行发生故障时也可以避免对周围动植物的大量伤害和耕地的污染。

2.3无接点充电插座

随着无线电力技术的发展，一些小型用电设备已经实现了无线供电。无线供电“片”/“垫”是一种家用电器无线供电方式，用一片图书大小的柔软塑料膜片就可对家电进行无线供电，可为装饰灯、鱼缸水中的灯泡、小型电机、手机、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件、甚至是植入式医疗器件等供电。

2.4为以微波作为能源的交通运输工具供电

以微波作为能源推进的发动机叫做微波发动机。微波是工作频率在0.3-300GHz的电磁波，不能直接用它来驱动电动机，如果把微波能量转变为直流电流的整流器，那么微波就可以直接作为交通工具的能源了。

3.结束语

从长远来看，该技术具有潜在的广泛应用前景。但是，每一种无线传输方式，都有一系列问题需要解决，如电能传输效率问题，电力公司如何收费和计费，能量传输所产生的电磁波是否对人体健康带来危害，等等。不管怎样，一旦这项技术能够普及，就会给人们的生活带来巨大的便利。

【参考文献】

［１］白明侠，黄昭.无线电力传输的历史发展及应用［J］.湘南学院学报，2010，31，（5）：51-53.

无线传感器网络视频传输技术 篇4

无线传感器网络是由一组传感器节点来组成, 这些节点配置有专门的传感器, 以无线通信的形式进行组网和交互。在传感器网络的部署工作中, 通常把节点安置在监控区和目标环境中, 再按照需求对温度、湿度、压力等相关的环境数据做采集的工作。

2 技术应用的难点

在技术应用的早期中只能够对简单的数据进行收集分析, 而且被应用的范围也比较小, 直至摄像头和相机等设备应用到传感器的节点后, 无线传感器网络采集信息的范围才得到拓展。能够直观和深刻的理解到目标对象想表述的意思, 这是用户最终的要求, 而无线传感器网络技术呈现出的多媒体内容刚好符合用户的需求, 因此此项技术很快被广泛的用户所接受。技术在引用的过程中会受到工作环境和硬件设备的制约, 在对多媒体内容的处理上仍然会存在一些问题比较难处理。

2.1 业务要求较高

时延、丢包率和网络工作时间等业务在无线传感器网络中都应该得到有效的服务保障。多媒体业务除了要具备以上基本的指标, 还会对声音质量、图像质量和时延抖动率等内容提出相关的服务性要求。由于受到一些客观条件的制约, 无线传感器网络在多媒体业务指标的实现上更加困难。

2.2 节点的功能较弱

节点在无线传感器网络中拥有的数量比较多, 在多数情况中只使用一次, 并且不做回收处理, 由此可见节点的支付成本不高。在成本的有效控制下, 节点的质量无需不高, 因此所具备的工作能力有限, 只需拥有通信和计算的能力。

2.3 能量不充足

技术只需具备一次性的野外环境使用功能, 而传感器的节点在供电上通常采用电池来完成, 由于用电池来供电时比较麻烦, 所以电能的供应较为紧张, 因此不能够做比较复杂的任务处理和计算工作。

2.4 信号传输时冲突比较多

无线信道是无线传感器网络的通信媒介, 所有的节点经常需要在一个无线信道上工作。在某一个区域中如果有事件发生, 所在区域附近的节点都能观测得到, 再通过无线信道来做数据的提交工作, 这样就容易引发通信的冲突事故。此外, 数据报文的转发和报文控制都会给节点增加负担, 致使信道冲突的问题更加严重。

3 视频传输技术

3.1 单层协议视频传输技术

3.1.1 分布式视频编解码

其主要被运用到在应用层上, 基本任务是, 对原始的视频文件在发送端做编码工作, 接收端进行数据的解码, 将原始的视频文件恢复出。视频资料中会有背景相似的连续在一起的图像资料, 或者局部颜色相类似的图片, 这些数据中的相似性正是视频编码器能够用来编解码的内容, 不仅能够将数据量减少, 还能确保图像资料传输的质量, 相对于传统的数据传输技术更为便捷。分布式编码 (图1) 是指, 发送端的数据在进行编码时, 视频帧相互独立工作, 各自完成不同的编码任务, 待经过编码的数据传到接收端以后, 解码器再依据视频帧的相关性做解码的工作。此种办法的编码端计算量比经典编码器的计算量小, 这样就能够满足传感器节点能量不足的限制。Slepian-Wolf和Wyner-Ziv编码是分布式编码的两大类型, SlepianWolf的编码方法是无损压缩类, WynerZiv的编码方法是有损压缩类。

3.1.2 QoS路的应用

QoS路由主要在多层网络中被应用, 为应对多种多样的无线传感器网络的视频业务, 被研究出的QoS路由所具备的功能也不一样。被动式路由协议和主动式路由协议两大类型。被动式路由协议的节点在没有收到通信要求之前对维护网络的信息不需要进行主动的查找和计算工作。主动路由协议则要对网络链路信息做主动的维护, 并且只要节点一有通信的要求就必须进行数据的计算和传输。

3.1.2 多径传输的应用

多径传输也被应用在网络层中, 无线传感器网络中业务的数据量比较大, 仅通过一条路径来传输很容易出错, 因此可以采用多径传输的方式。多径路由传输的运用可以相应的减少传输的任务和能量耗损状况, 将网络的工作寿命延长, 并且还能将网络的服务水平进行提升。

3.2 多层联合优化的视频传输技术

无线通信环境中数据的传输要考虑到各层之间的连续性, 单层进行数据的优化很容易造成信息的冗余和功能目标不一致的情况出现。因此跨层设计的视频传输方法被研究出来。以下是跨层设计所具有的优势。

3.2.1 传输速率的优化

在网络的各层协议中, 流量控制和差错控制由传输层来承担, 如果在网络数据传输任务量较小的情况下, 其可以通过加快数据传输的速率将网络的利用率进行提升;如果网络中的数据传输发生拥堵的现象, 可以通过降低数据传输的速率来缓解网络流量呈现出的问题。

3.2.2 数据的传输更具可靠性

数据量较大的视频文件在多条或一条路径中传输时会因各种各样的因素干扰造成数据的丢失和遗漏。因此把网络层和应用层相结合起来研究后, 就能减少此类现象的发生。采用多描述编码来分割在应用层中的视频文件时, 在面对已经丢失的数据文件仍然能够在接收端恢复出较为清晰的原始文件。但多描述编码的缺点会将数据包的冗余增强, 从而加重数据传输的负担。只适合在网络环境均较差的无线网络中运用。

3.2.3 图像的质量到保障

视频数据的传输遭到丢包就会严重的影响到数据传输的质量, 前文中提到的多描述编码可以解决这个问题, 但在应用的过程中也会将数据传输的负担加重。MPEG-4编码方法也是在网络层和应用层的优化中运用, 可以解决数据传输负担加重的问题, 并且能够将视频业务的传输质量提高。

以下为数据丢包的概率运算方程:

4 两种技术的比较分析

这两种方法在传输视频数据的应用上, 各自存在优缺点, 虽然单层协议的设计和优化都很简单并且具有清晰的逻辑功能划分, 拓展性也很强;但是单层独立的设计优化会造成功能目标不一致的现象, 从而影响到整体的性能。而跨层协议的优化设计在综合对多层性能进行考虑时, 设计的难度就会加大, 没有较好的拓展性。

5 结语

无线传感器网络视频的技术应用是时代的要求, 但技术运用的同时也会存在一定的困扰, 而文中对这些问题进行分析后, 将单层协议和多层协议的视频传输技术做了分析性的探讨, 将其各自的优势和缺点统筹出。发现这两种协议在应用到无线网络传感器的视频业务上将会具有较好的发展趋势。

摘要：对无线传感器网络视频传输技术进行分析研究, 从而找出技术在应用时遇到的难点。把单层协议和多层协议设计优化的视频传输技术进行比较, 分析出两者各自存在的优缺点。

关键词：无线传感,器网络视频,传输技术研究

参考文献

[1]饶文碧, 李颖姝.无线传感器网络中视频质量评估方法[J].计算机与数字工程, 2009, 37 (4) :114-117.

[2]赵衍娟, 张艳, 关博.无线传感器网络中视频传输系统的研究[J].传感器世界, 2010, 21 (8) :26-28.

无线视频传输技术 篇5

摘要：文章介绍了目前两种第3代移动通信系统中的宽带无线传输技术方案――以欧洲为代表的W-CDMA和以美国为代表的CDMA2000。

关键词：移动通信宽带码分多址直接扩频无线传输技术

信息时代对通信系统的依赖越来越强，随着人们对移动通信需求和业务类型的增加，现有的移动通信系统已面临许多问题。由于用户的不断增加，现有系统的容量越来越显得不够，且现有系统很难提供新业务，全球覆盖、漫游业务更难以实现。为此，国际电联(ITU)提出了全球用一个统一的标准来实现第3代移动通信系统，即后来的IMT-2000。

日本于1997年初就着手第3代系统的标准化过程，并提出了一种基于宽带CDMA的方案，日本的行动促进了欧洲和美国的标准化进程。由于日本自然条件的限制，为了使自己能在未来的第3代移动通信市场中占有较大的份额，日本倾向于欧洲提出的宽带CDMA方案W-CDMA，日本方案将可能与欧洲方案统一，形成以欧日为代表的W-CDMA方案。在美国和韩国等国，由于基于IS-95标准的CD-MA第2代系统的研制成功，提出了以IS-95为基础向宽带发展的第3代移动通信系统，具有代表性的是宽带CDMAOne，后来改为CDMA2000。因此目前有关第3代移动通信系统无线传输技术(RTT)方案基本上分为以上两大派别。这两种方案中除了扩频码速率和下行链路结构上的不同之外，网络同步问题是两者的又一区别，W-CDMA系统中各小区是异步操作的，而CDMA2000中各小区是同步操作的，后者采取同步操作的一个原因是考虑到与IS-95的兼容问题。当然在IMT-2000无线传输技术方案提交的过程中也有其它一些方案，但本文主要介绍W-CDMA和CDMA 2000这两种方案。

1 CDMA2000

CDMA2000方案中主要考虑到空中接口与IS-95的兼容问题，最大限度地沿用了IS-95的主要技术和技术思路。CDMA2000的扩频带宽为N×1.25MHz(N=1，3，6，9，12)，即1.25MHz，3.75MHz，7.5MHz，11.25MHz和15MHz。在该方案中，当N=1时，就是IS-95所支持的扩频带宽。在其它带宽上，为了和现存的IS-95系统载波正交地并存，除了采用直接扩频的方式外，还使用了多载波方式。从整个方案看，CDMA 2000可以看作为IS-95的升级版，所有IS-95的信令系统可以看作是CDMA 2000的一个子集，因此CDMA 2000与IS-95的信令系统、空中接口尽可能地保持一致或相似或共存，系统可以覆盖IS-95的工作频段。

CDMA2000中定义了如下一些物理信道：前向、反向基本信道，前向、反向增补信道，前向、反向专用控制信道，前向、反向公共控制信道，前向、反向导频信道，前向寻呼信道，反向接入信道，前向专用辅助导频信道，前向公共辅助导频信道，前向同步信道。按照信道所传输的信息可以将这些物理信道分为专用信道和公共信道两类。前向专用物理信道以点对点的方式从基站向一个移动台传输信息。反向专用物理信道用来传输从某个移动台到基站的信息。公共物理信道也分为前向和反向公共物理信道，前向公共物理信道主要是以点对多点的形式由基站向一组移动台传输两种信息：广播式的管理信息(如系统参数)和发送给指定用户的定向信息(如寻呼信息)。反向公共物理信道包括反向接入信道和反向公共控制信道，主要以竞争方式向基站传输来自多个移动台的信息。

在前向链路中，考虑到和IS-95的兼容，CDMA2000的前向同步和寻呼信道具有两种方式：共享同步和寻呼信道、宽带同步和寻呼信道。共享方式所提供的信道可以供CDMA2000和IS-95使用，显然这种信道只能用在系统配置为覆盖方式情形下。而宽带信道方式是作为前向公共物理信道的一部分，并在整个信道带宽上进行调制，这种信道可以应用在覆盖配置和非覆盖配置的系统中。CDMA2000中，系统为所有用户提供了一个前向公共导频信道。该导频信道是以0号Walsh码扩频过的全0序列。公共导频信道在基站以广播形式通过天线扇区传输，需要导频信号和用户数据能通过同样的路径传输，因此一个天线波束需要一个单独的辅助导频信道。在CDMA 2000中，当在基站使用天线阵列时，前向辅助导频信道就是为了这个目的而引入的，该信道和其它前向信道使用正交Walsh码码分复用在物理信道上。由于辅助导频信道上传输的是全0，而且该信道的引入占用了一个Walsh码道，减少了用于业务信道的可用正交Walsh码，所以辅助导频信道可以使用较长的Walsh序列。在保持码正交性的前提下，可用增加Walsh码长度的方法增加用于辅助导频信道的码数目。

CDMA2000前向链路支持N×1.2288Mcps(N=1，3，6，9，12)。N=1时，与IS-95相似，但是使用了四相相移键控(QPSK)调制和快速闭环功率控制。当N≠1时，可以采用N个1.25MHz载波进行多载波传输，每个载波上的扩频切谱速率为1.2288Mcps(Mcps为每秒兆切谱数);也可以用切谱速率为N×1.2288Mcps在一个载波上对数据进行直接扩频。CDMA2000中提供了两种前向数据信道：基本信道和增补信道。这两种信道使用正交码将它们分开，而且一般传输功率也不相同。CDMA2000就是利用这两种信道处理用户同时发起的多业务问题的。前向基本信道上传输的是和IS-95中一样的变速率业务，在接收端需要进行速率检测，每种速率的业务用正交码道传输，帧周期为20ms和5ms两种。其中20ms帧可以支持IS-95中业务速率集合RS1和RS2。前向增补信道支持两种工作模式：第1种模式用于数据速率不超过14.4kbit/s的业务，在接收端用盲速率检测数据速率。该模式下所支持的数据速率是由IS-95中业务速率集合RS1和RS2所派生出来的业务速率。帧结构和20ms的前向基本信道相同;第2种模式是提供数据速率信息的。前向基本信道和增补信道的第1种模式所传输的数据用循环编码，而在增补信道的第2种模式中，高速数据可以采用循环码或Turbo Code的编码方式。值得一提的是前向增补信道可以根据实际情况有多个增补信道。

CDMA2000系统中，数据采用了调整编码速率，符合重复以及序列重复等多种速率匹配的方法。系统中，每个基站可以有多个前向寻呼信道，各个寻呼信道用经过掩膜算法的长码加以区分。前向专用控制信道的帧周期也是5ms和20ms两种，并采用循环编码。CDMA2000中为了减少小区内干扰，每个前向物理信道都经过正交的Walsh码调制。不同的信道使用的Walsh码字是不同的，所有经过Walsh正交复用的各个信道经过速率匹配、信道编码(循环码和Tur-boCode)以及交织等处理后，通过用户长码进行扰码，再映射到I、Q路(对于多载波方式，首先将数据分为N路)，分别进行信道增益、功控信息插入及Walsh扩频等处理。经过脉冲整形滤波器和射频调制后发射出去。如前所述，当N=1时，系统可以在现有的IS-95频段上进行射频调制，也可以在其它频段上调制，而其它新的CDMA 2000信道则要求和现有的IS-95信道正交地存在。

在反向链路上，反向专用信道除了反向导频信道常用外，反向基本信道、增补信道及专用信道根据实际业务需要可用可不用。各信道用正交Walsh码分开。导频信道和专用控制信道映射到I路，基本信道和增补信道映射到Q路。I、Q路的数据用伪随机数(PN)序列扩频。经脉冲整形滤波后，调制到射频发射。增补信道一般用2比特的Walsh码扩频，当需要用两个增补信道时，则采用4bit的Walsh码。如再需要增补信道，则可通过增加Walsh码的长度(最长为8bit)，同时将其分别映射到I、Q路。反向导频信道上发送的是经过时分复用的功率控制信息和一个固定的参考值。基本信道传输IS-95支持的RS1和RS2速率。反向增补信道与前向增补信道一样，也是两种模式。基本信道和增补信道的信道编码方式与前向的编码方式相同。反向公共信道中，反向控制信道扩展了反向接入信道的能力，公共信道以时隙ALOHA方式工作。每个反向接入信道或反向公共控制信道都由一个接入前导部分和接入消息封装组成。前导部分为无数据承载的反向导频信道，长度为N×1.25ms(N≠0)，N由基站指定。前导部分的长度由基站搜索PN码的速率、小区半径以及小区的多径特性所决定;接入消息封装包含接入或公共控制数据以及相关的导频信号。当移动台以某一种方式和基站通信时，与接入信道相关的反向导频信道和与反向公共控制信道相关的反向导频信道在结构上是相同的。它们的主要区别在于与接入信道相关的反向导频信道没有功率控制子信道，它传输的是全0。反向接入信道是以固定的9600kbit/s或4800kbit/s发送的，通常是9600kbit/s。基站可以通过广播信号指定移动台接入信道的发送速率。而当移动台发送功率受限时，移动台也可以自动地将接入信道的速率降低到4 800kbit/s。但是在一个接入周期内，该速率保持不变。反向公共控制信道的数据速率为9.6kbit/s、19.2kbit/s和38.4kbit/s，在后2种速率下的发射功率分别比9.6kbit/s的发射功率高3dB和6dB。同样基站可以指定其发送速率，移动台可根据本身发射功率自动调制发送速率。

2W-CDMA

1998年元月，欧洲电信标准委员会(ETSI)从各家公司提出的5种候选方案中选出两种方案：基于频分双工(FDD)的WCDMA和基于时分双工(TDD)的TD-CDMA方案，

显然这两种方案不可能同时独立地提交给ITU(ITU起先的意图是实现全球标准统一化)。但是这两种方案各有优缺点，因此ET-SI正努力试图将这两种方案融为一体，形成一个FDD、TDD双模式共存的方案，期望这种方案能够灵活地适应不同环境、数据速率的变化以及各个运营商的要求。WCD-MA可能工作在覆盖面积较大的区域，提供中、低速业务，而TD-CDMA则主要侧重于业务繁重的小范围内，提供速率高达2Mbit/s的业务。该方案的基本参数为：1920～1980MHz频段分配给FDD上行链路，2110～2 170MHz频段分配给FDD下行链路，而没有镜像频率的1 900～1 920MHz频段分配给TDD双工模式使用。基本带宽为5MHz，但其实际值可以200kHz为步长，根据需要在4.4MHz到5.2MHz之间调整。基本带宽可以扩展到10MHz、20MHz。基本扩频码速率为4.096Mcps，扩频码速率同样也可以扩展到8.192Mcps、16.384Mcps。下行链路通过时隙边界来划分。

2.1W-CDMA的FDD模式――WCDMA

WCDMA定义了5种物理信道：专用物理数据信道，用于传输第2层以上的专用数据;专用物理控制信道，用于传输第1层产生的控制信息，如用于信道估计和相干检测的导频信息、功率控制信息、速率指示信息等;普通控制物理主信道和次信道，产生固定速率的下行信息，不产生功控信息和速率信息;物理随机接入信道，用于移动台向基站传输随机接入信息;主同步信道和次同步信道，主要用于小区搜索，该下行同步信号在每个时隙发送一次。

移动台通过物理随机接入信道向基站发送随机接入信息，它是以时隙ALOHA的方式工作。移动台仅在相对于小区广播控制信息帧的边界处，在一个固定时延后发送一个随机接入突发信息发起接入尝试。该信息由1ms前导部分和10ms消息部分组成，两者之间有0.25ms的间隙。因此用户发起随机接入时，相对于小区广播控制信息帧边界的时差为N×1.25ms，N=1，2，…，8，代表了随机接入时隙号，也就是说一帧内有8个随机接入时隙，在一个小区中，哪些特征序列可以使用的消息通过基站下行信道予以广播。前导部分由16个复数符号组成，消息部分的结构与上行专用物理信道相同，也分为数据和控制两部分，数据部分的扩频增益SF为256、128、64、32，而控制部分为256。数据部分包含16比特的移动台标识符(由移动台在发起随机接入时随机地选择)、服务要求和CRC校验等，也可以携带短用户信息。

在第3代移动通信系统中，存在对多业务的支持问题。多业务的设计是要求在保证频谱利用率的前提下，灵活地将不同服务质量(QOS)要求的各连接复接起来。WCDMA方案中采用了对不同QOS要求的业务进行不同的信道编码策略，以编码增益来换取对不同QOS要求的业务进行同样的处理方法，标准业务仅采用卷积编码，高质量业务在卷积编码的基础上增加了RS编码或选用TurboCode的编码方法，而对于特定业务则在第1层不采用纠错编码而完全由高层采取差错控制。这样处理的结果使得各种业务变化为同一种数据，使后级的扩频和调制过程得到简化。

在宽带CDMA中，用来对付多径衰落的有效方法是采用RAKE接收机。WCDMA中，上下行信道都有导频信号，因而可以在接收端通过准确同步，利用本地导频信号和接收到的导频信号进行相关运算，估计信道，实现相干解调。

2.2W-CDMA的TDD模式――TD-CDMA

大部分第3代移动通信系统的空中接口方案都是基于FDD模式的，也有一些是TDD模式的，如基于TDD的TD-CDMA。TD-CDMA中使用CDMA的目的是为了将不同的信道复用到一个TDMA时隙里。在第2代移动通信系统研究中，有关TDMA和CDMA的争论持续了很久，因为两种多址接入方式各有优缺点。但CDMA以其容量大、频带利用率高等特点使其在第3代移动通信系统中站稳了脚跟。在TD-CDMA系统中，除了CDMA的一些优点外，有一部分优点来自TDMA的使用：

(1)由于使用了TDMA，使得上下行信道可以用TDD的复用模式，而这种模式的最大优点在于它可以工作在没有镜像频率的频段上，不像FDD模式对频段要求那么严格。

(2)TD-CDMA由TDMA带来的另一个好处在于用户被分配到不同的时隙中，这样就使得同时处于激活状态的用户数大大小于纯CDMA的方式。而且，由于用户数较少，就可以用联合检测和智能天线的方法减少用户间的干扰。

(3)TDMA的工作方式，可以将用户按照实际情况，重新分配其占用的时隙，使得用户可占用干扰较小的时隙，从而提供传输的可靠性。

(4)由于在TDMA中，用户处于非连续发射状态，因此用户除了监听它所属的基站信号外，还可以监听来自其它基站的信号，以便切换到信号更强的基站区域内工作。

同样TDD复用模式也给TD-CDMA带来了不少好处：

(1)TDD模式可以灵活分配上下行信道之间的带宽，只需要调整上下行信道占有的时隙数即可。

(2)TDD模式中可以实现快速、精确的开环功率控制。在TDD中，上下行信道占用同样的频率，可以认为在一段时间内其信道特性相同，因此不仅阴影效应在上下行信道上引起的信号衰落是相关的，而且上下行信道在多径衰落上也是高度相关的，这样在TDD中仅需要开环功率控制即可。

(3)分集合并技术用于抗多径衰落非常有效，但是分集接收方法由于实现复杂，不适用于移动台。在TDD模式中，基站通过测量不同接收天线上的接收信号，选出最强的信号来解调信号。由于上下行信道衰落高度相关，基站选择上下行链路中接收信号最强的天线作为下一帧下行链路的发射天线，这样就使移动台用一个天线实现了选择性天线分集。

(4)在TDD模式下，发射和接收是分时进行的，因此可以不使用双通道滤波器，减少了模拟电路，因此TDD比FDD更适用于实现低功耗系统。

在TD-CDMA系统中，一个TDMA帧周期为10ms，分为16个时隙，每个时隙对应256个码片。为了通信能正常进行，不管上下行信道之间的带宽怎么分配，都至少有一个时隙分配给下行链路，即时隙0分配给下行链路作导引信号。系统有两种扩频方式：

(1)多码传输

在这种方式下，扩频增益是固定的。在上行链路上，每个时隙可以有8个不同的数据突发，使用不同的扩频码将它们分开，而这8个突发可以分配给8个不同的用户，也可以分给同一个用户。如果一个用户占有了一个时隙内的多个突发，那么这个时隙内可以有多于8个的突发。在下行链路上，可以有8个以上的突发。

(2)变扩频增益方式

一个移动台使用一个扩频码，并以不同的扩频增益传输不同速率的数据。基站通过扩频码区分移动台，用一个突发广播一个移动台的扩频增益。如果一个移动台传输高速率的数据，它可能会占有多个时隙。

在TD-CDMA中，基本物理信道由时隙和时隙内的CDMA扩频码决定。对于同一个连接的多个服务可以各自进行信道编码、交织后，再映射到不同的基本物理信道上，这种情况下，各个QOS可以分别独立地控制，也可以以时分复用的方式在不同的信道编码方法处复用后，再映射到基本物理信道上。在TD-CDMA方案中，前向纠错编码与WCDMA的相似。该方案中在一个时隙内可以有K个正交的CDMA码，可以分配给一个或多个用户，一般每个数据符号对应Q=2p个码片，其中1≤p≤4，p可以按照实际干扰和服务要求选择。数据被分为两块填入相应的突发数据分组中，经QPSK调制和脉冲整形滤波器(滚降系数为0.22)进行滤波处理后再用正交扩频码扩频，经射频电路调制发射出去。TDD可以工作在至少能传输一路速率为4.096Mcps数据的任一频段的载频上，在接收端可以使用联合检测接收。

当然它有利也有弊。TDD非对称资源分配也会带来一些不利因素。假如移动台MS1、MS2分别在基站BS1、BS2所属小区内，当MS2处于BS2小区边缘时，MS2将以较大的发射功率传输信号给BS2，这时由于各小区上下行信道所占用的时隙不一定相同，MS1如果距离MS2较近，MS2则会干扰MS1的接收;另一方面，基站BS1的发射功率一般都会比MS2大，这样BS1发射的信号就会影响BS2对MS2信号的接收，因此在TDD资源分配算法中应避免这种情况的出现。

3结束语

无线传输技术是IMT-2000系统中的重要组成部分。从目前的情况看，虽然全球统一标准化已不可能实现，但是未来的方向极有可能是多种不同的地区性第3代标准共存，现在的目标是尽量减少地区性标准的数目。从目前各国提交给I-TU的方案看，CDMA2000由于是建立在IS-95空中接口的基础上，并利用已成熟的信息系统、越区算法的技术，因此，相对来说技术复杂程度低、风险小，有利于第3代双模手机的开发。

作者简介：

李景峰，东南大学移动通信国家重点实验室博士研究生。

程时昕，东南大学教授、博士生导师、移动通信国家重点实验室主任，中国电子学会和中国通信学会会士，国家“863”通信高技术第1届专家领导小组成员。主要研究方向为：数字移动通信和个人通信技术。

无线视频传输技术 篇6

【关键词】家用电器；无线电能传输技术；研究

无线电能传输技术最早始于十九世纪，主要经历了微波无线电能传输、核磁共振式无线电能传输、感应耦合式无线电能传输三个发展阶段[1]。相对于导线传输电能，无线电能传输技术在用电安全、用电设备保护以及维护保养方面具有显著的优势特点。核磁共振式无线电能传输技术被广泛应用家用电器之中，较微波无线电能传输技术，其在使用安全性和防止应用副作用方面具有优异的性能；而较感应耦合式无线电能传输技术，其咋传输功率大小方面与家用电器使用功率正好吻合。下面着重以核磁共振式无线电能传输技术为例进行其结构原理、设计应用分析：

一、无线电能传输系统结构

核磁式无线电能传输系统主要由整流桥、逆变器、耦合线圈以及负载四部分组成[2]，其中最为关键的组成部分为耦合线圈。核磁式无线电能传输过程：外部电网供电先进入整流桥内，转变为直流电后传输至逆变器中，逆变器将接收的直流电转变为几十kHz以上的交流电，耦合线圈接收到变化电流后激发出交变磁场，并产生频率相同的交流电，后再经整流器接收后转换为直流电供给负载使用。

二、无线电能传输原理分析

核磁式无线传输系统关键技术在于耦合线圈技术，常见的耦合线圈连接拓扑结构包括串联-串联、并联-并联、串联-并联、并联-串联四种。由于家用电器电源为相对稳定的直流电压，通常耦合线圈以电容和电感串联方式为主，主要通过串联-串联和串联-并联两种结构完成。对于耦合线圈串联-串联拓扑结构，当输入和输出线圈回路固有谐振频率相同时，输出电压与输入电压间相位差为90°；当输入和输出线圈回路固有谐振频率不同时，输入和输出电流与电压是同位的，且负载变为纯阻性负载。耦合线圈串联-并联拓扑结构，即在耦合线圈发射线圈上为电容与电感以串联方式连接，而接收线圈中电容与电感以并联方式连接。在耦合线圈串联-并联拓扑结构中，电容与电感间的相位差与线圈工作频率、谐振电容、接收线圈的性能参数以及负载有密切关联。

三、无线电能传输系统的设计

进行无线电能传输系统设计时，主要从设计要求、耦合线圈的设计和硬件电路的设计三方面分析，具体为[3]：

（一）设计要求

以核磁式无线电能传输原理进行设备设计，对家用电器进行无线供电，设计要求具体为：发射端线圈要求在40*50cm以内；接收端线圈要求在20cm以内，供电电源要求为308V直流稳压电源；设备工作频率要求低于200kHz；负载要求为300-700w阻性负载；电压输出有效值要求在220V±10%；设备传输效率要求最低值大于70%。

（二）耦合线圈设计

进行耦合线圈设计时，主要从确定导线、线圈绕制、耦合系数以及电容的确定四方面进行分析。

（1）在确定导线方面，受趋肤效益影响，导线截面积缩小使得电流传输过程中电阻增大。由于线圈电阻对整个无线电能传输系统传输效率有明显影响，因此对组成耦合线圈导线进行确定选择时，应充分考虑导线直径。根据本系统设计要求，该导线直径确定为1mm，且使用漆包处理。

（2）在线圈绕制方面，对于发射线圈既可以做成圆形，又可以做成方形，就本系统设计要求来说为避免出现磁通量为零情况发生，选择发射线圈为方形。并且咋绕制过程中，采用单边绕制方法，由外向内进行线圈绕制，且保证线圈与磁芯保持同侧。对于接收线圈来说，通常采用双线圈并联方法，可有效将线圈电阻值降低。

（3）在线圈耦合系数方面，通常情况下耦合系数随耦合线圈距离增大而减小，且对无线电能传输系统的传输效率有重要影响。一般使用高磁导率材料，增强线圈耦合度，以此增大耦合系数。线圈组合不同，其耦合系数也随之改变。此外，耦合系数也受接收线圈中加入磁芯影响，这是由于磁芯的加入，提高了接收线圈的电感值，进而使耦合系数增加。线圈的相对位置对耦合系数也有影响，接收线圈间距越小，耦合系数越大。

（4）在确定电容方面，电容对于无线电能传输系统的传输效率具有重要影响，对电容进行确定时，首先确保电容量承受的电流、电压变化率足够大；其次是电容具有优良的高频特性；再次是确保等效串联电阻要足够小。电容值的能否匹配合适，可通过将多个电容串并联完成，既有效的降低了电容所承受的负担，又可以增强其分流分压特性。

（三）硬件电路设计

对无线电能传输硬件电路进行设计时，主要从逆变器、驱动电路、电流采样和保护电路三方面进行，具体为：

（1）在逆变器设计方面，当供电输入端为直流电压时，逆变器通常采用单相电压型方波逆变器，主要包括全桥逆变电路和半桥逆变电路两种。根据本系统设计要求，在该系统中主要采用全桥逆变电路。

（2）在驱动电路设计方面，驱动电路功能是接受由控制器发出的控制信号，并对该信号进行放大用以产生功率，当功率足够大时即完成对开关器件的开关状态控制。驱动电路在接收到控制器输出的控制信号后，在驱动电路内经一级推挽电路后，将控制信号芯片所需求电平，后进入集成驱动芯片，经芯片放大功率，将功率提高至开关器件所需功率水平，以完成对开关器件开关状态的控制。

（3）在电流采样和保护电路方面，根据设计要求，控制器的功能主要产生控制信号和采样检测输入电流。通常情况下，输入电流设置量程为5A，当大于量程时，系统通过对输出信号进行切断处理，以此保护功率。传感器输出信号的稳定性，是由信号输出处理电路决定的。传感器输出信号处理电路主要包括三级：第一级主要对电路进行滤波和运算处理；第二级主要以参考电压为基准，对信号进行运算；第三级主要利用RC滤波电路对信号进行二次滤波。

四、小结

当前，无线电能技术的改进和发展，使其具有更加广泛的应用空间，特别是在家用电器方面。无线电能传输技术较导线电能传输在安全性、便捷性等方面都具有较明显优势。本文以核磁式无线电能傳输技术为例，对其结构构成、原理技术以及相关设计方面进行分析，为无线电能传输技术后期应用奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]黄学良，谭林林等.无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报，2013（10）：1-11.

[2]赵争鸣，张艺明等.磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报，2013年1月：83-87.

无线视频传输技术 篇7

海上靶场军事试验中,试验指挥人员和技术鉴定人员希望能将海上试验现场的视频图像信息实时、清晰、可靠的传回试验指挥中心,使指挥中心的所有试验指挥人员和技术鉴定人员均能通过大屏幕投影实时了解海上试验现场的具体情况。针对高质量图像传输的需求,海上靶场采用了一种基于编码正交频分复用技术(Coded orthogonal frequency division multiplexing,COFDM)的无线视频传输系统,真正解决了视频传输“高速率、非视距、动中通”兼容的难题。编码正交频分复用技术(COFDM),让信道编码技术与这种多载波技术进行了有效的结合,这样COFDM的抗多径衰落能力,抗码间干扰能力,抗多普勒频移能力等得到了显著提高。该技术是目前世界上最先进和最具发展潜力的调制技术。

1 COFDM技术基本原理

COFDM(Coded orthogonal frequency division multi-plexing)是编码正交频分复用的简称,其基本思想是把高速率的信源信息流变换成N路低速率的并行数据流,然后用N个相互正交的子载波进行调制,将N路调制后的信号相加得到发射信号。在所传输的频带内,当N个子载波并行传输一路数据信号时,每个子信道的符号周期相对于串行传输展宽了N倍,因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响,提高了抗多径衰落的性能[1]。

编码(C)是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式,它可将突发性误码进行分散处理,以确保整帧图像的正确传输;正交频分复用(OFDM)指使用大量的载波(副载波),它们有相等的频率间隔,都是一个基本震荡频率的整数倍;复用(M)指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上,形成一个频道。编码正交频分复用是结合了信道编码的正交频分复用,采用信道编码与OFDM相结合的方法,使信息在频域和时域扩展,各单元码信号受到的衰落近似于统计独立,从而消除平坦性衰落及多普勒频移的影响,可有效对付信道的频率选择性衰落和各种干扰[2]。

一个OFDM符号是由多个经过调制的子载波合成的,每个子载波又可以根据信道状况的不同选择不同的调制方式,比如BPSK,QPSK,16-QAM,64-QAM等。假设系统总带宽为B,子载波数量为N,则子载波频率间隔Δf=B/N,OFDM符号宽度Ts=1/Δf。令Si(i=0,1,⋯,N-1)为分配给每个子信道的数据符号,fc为载波频率,则从t=t开始的OFDM信号可以表示为[3]:

解调过程为,将接收信号与第k路的解调载波exp[-j2π(fc+kΔf)(t-ts)]相乘,然后在持续时间Ts内进行积分。

OFDM信号子载波之间的正交性还可以从频域角度来解释。OFDM信号子载波的频谱是sins函数,主瓣较窄,旁瓣随频率增加逐渐衰减,与相邻的子载波频谱部分重叠,在每个子载波的载频处,其他子载波的频谱值恰好为零,即子载波之间不存在相互干扰。其频谱如图1和图2所示。

在早期的OFDM系统中,调制端和接收端所需要的子载波频率都是由正弦波发生器产生的。这种解调方式,当子载波数N非常大时,系统就非常复杂和昂贵。为了简化正弦信号发生器阵列,1971年,Weinstein和Ebert把离散傅里叶变换(DFT)应用到并行传输系统中[4,5]作为调制和解调过程的一部分,有效的降低了OFDM调制解调的复杂度。

假设式(1)中的fc=0,对信号s(t)进行Ts/N的采样,可以得到

式(3)表明,sk等效对sk进行了离散傅里叶变换逆变换(IDFT)。在接收段,通过对信号进行逆变换,离散傅里叶变换(DFT),解调出调制在各子波上的数据符号。在接收端可得到[6]

使用离散傅里叶变换对(IDFT/DFT)来实现OFDM系统,不需要为各子载波设立独立的振荡器和带通滤波器,大大简化了系统结构。在发送端,通过N点IDFT运算,把频域数据符号变换为时域数据符号,经过射频载波调制之后,发送到无线信道中,在接收端通过DFT恢复出频域信号。

在OFDM系统的实际应用中,可以采用更加方便快捷的快速傅里叶变换(IFFT/FFT)来实现调制和解调。N点IDFT运算需要实施N2次的复数乘法,而IF-FT可以显著地降低运算的复杂度。对于常用的基2IFFT算法来说,其复数乘法的次数仅为(N/2)log2N,而采用基4IFFT算法来实施傅里叶变换,其复数乘法的数量仅为(3/8)N(log2N-2)。

2 海上无线视频传输系统应用

由于海上通信只能使用无线手段达成,而基于COFDM技术的无线视频传输系统传输距离远、传输带宽大、抗干扰能力强,特别是COFDM技术先进的多载波技术和强大的编码纠错能力,使得COFDM技术在复杂电磁环境中,具备优异的抗干扰性能,特别适合海上靶场对视频传输的使用要求。

视频传输系统设计工作频率fc=1.2 GHz,系统带宽B=8 MHz,工作在2 K模式下,每个COFDM符号由N=1 704个子载波组成,其中用于传输数据的子载波为k=1 512个,其余193个用于传输导频信息及传输参数指令。系统选择QPSK高速调制,采用MPEG2视频编码,传输576*720图像质量清晰,便于日后编辑。

系统子载波间的间隔频率f=B/N=4 695Hz,有用符号持续时间Tu=1/f=213μs,保护间隔TG取有用符号持续时间的1/4,则符号持续时间TS=TU+TG=266μs。

当舰船移动速度为30节(约55 km/h),载波频率为1.2 GHz时,信道产生的最大多普勒频移为[5]:

此时,计算出信道的相干时间为:

在时域上,需要5个相邻的COFDM符号,二维信道估计相关时间为5×266μs=1.33ms,小于信道的相干时间Tc=8.29ms,因此获得较好性能。经实际海上拉距试验证明,无线视频传输系统可稳定传输4 SIF高清图像,图像质量在视觉上无明显变化。

3 结束语

目前,尽管COFDM在实现技术上比其他的数字调制方式复杂,但是由于其具有高频带利用率和抗多径干扰的突出优点,已经在单向无线图像传输领域显示出强大的优越性。随着技术的发展和研究的深入,COFDM技术将被引入双向视音频传输、数据传输、网络通信等更广泛的无线通信领域。

摘要：编码正交频分复用(Coded orthogonal frequency division multiplexing,COFDM)是一种多载波数字通信调制技术,它具有频谱利用率高和可对抗多径时延扩展等特点。文章介绍了COFDM技术的基本原理,对基于该技术的无线视频传输系统在海上视频传输的实际应用进行了分析论述。

关键词：编码正交频分复用,无线视频传输,应用

参考文献

[1]佟学俭.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2003:101-103.

[2]樊昌信.通信原理[M].5版.北京:国防工业出版社,2003:233-243.

[3]程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,2001:187-190.

[4]Weinstein S B,Ebert P M.Data transmission by frequency-divis ion multiplexing using the discrete Fourier transform[J].IEEET ransactions on Communication,1971,19(5).

[5]Rappaport T S.Wireless Communications:Principles and Pract ice(Second Edition,影印版)[M].北京:电子工业出版社,2004.

无线视频传输技术 篇8

关键词：视屏通信,质量,OFDM无线传输技术

科技的发展给人们的生活带来许多便利, 现在人们对于通信技术和通信水平的要求越来越高了, 无线视频传输技术已经受到了社会各界人士的关注。随着无线视频传输技术的成熟发展, 无线链路的稳定性及如何提高目前无线网络资源利用率, 已经成为了无线网络通信研究的重要课题之一。

一、OFDM无线传输技术的定义及特点

OFDM技术最初用于军事战争通信, 随着OFDM技术的深入, 后来逐渐用于数字视频广播、ETS标准的数字音频广播、高清晰度电视中。近几年随着科技的发展和需要, OFDM技术又被用于手机视频通信中。OFDM是不连续多音调的正交频分复用技术, 它最显著的优势就是可以将不同频率的大量信号合并成单一的信号传输。OFDM技术可以将信道分成许多正交子信道, 将原本处于高速的电子流转化成低速的电子流, 把降速的电子流分配到各个子信道上传输。为了减少子信道电子流之间的影响, 可以通过相关技术使正交信号接收端口的电子流分开。母信道上相关的信号宽带大于各个子信道上的信号宽带, 为了消除码间串扰, 在业界通常将子信道看作是平坦型衰落。这是因为OFDM技术抗干扰性强的优势, 所以它才能在40年的发展史中迅速崛起, 成为通信中最重要的通信技术之一, 也常常被用于容易受外界干扰的传输介质中。

二、如何提高视频通信质量的OFDM无线传输技术

2.1前向纠错编码的无线视频传输技术

前向纠错编码的无线视频传输技术是目前通信中最常见的用于纠错和检测的传输技术。它主要是通过在传输信息中加入一定量冗余当作检验信息, 在解码过程中可以检验和纠正错误传输信息。可以将无线视频传输中的错误分为随机比特错误和删除错误两类, 要想降低无线视频传输过程中出现的随机比特错误的概率, 可以将前向纠错编码应用与压缩视频比特流中, 比如:H.263视频编码标准中就明确指出了BCH码, 可以有效地降低随机比特错误对视频传输质量的影响。为了降低无线视频传输中的删除错误, 可以将前向纠错编码分组使用, 运用统计学原理可以降低视频分组出现错误的概率, 比如:s.H.Lee掣58l使用Reed.Solomon编码与块交织相结合的方式来恢复传输中丢失的视频分组。综上可知, 前向纠错编码的无线视频传输技术, 可以有效的降低传输中错误对视频恢复的影响。它的缺点在于前向纠错编码的无线视频传输技术在传输过程中, 会引入一定量冗余的检测编码, 这些检测编码降低了传输效率, 并且在前向纠错编码的无线视频传输技术解码过程中浪费了时间。所以前向纠错编码的无线视频传输技术适合稳定状态的信道。

2.2自动请求重发的无线视频传输技术

自动请求重发的无线视频传输技术同样也是提高通讯数据可靠性的技术之一, 它主要利用了接收端对错误信息进行反馈重传, 直到接收端接受的信息中没有出现错误信息为止。自动请求重发的无线视频传输技术可以与前向纠错编码的无线视频传输技术结合使用, 这种技术的关键之处在于接收端进行重传时会造成时间上的损失, 所以不适合急时行的视频传输。为了解决自动请求重发的无线视频传输技术的时间损失, 以M.Podolsky为代表的研究人员率先提出了“时延受限的重传”机制, 这种机制可以降低最大重传的次数, 从而在固定的时间内传输更多的视频信息, 提高传输的可靠性, 达到改善视频通信质量的最终目的。合理机制的自动请求重发无线视频传输技术, 可以在不增加冗余量的基础上增加视频传输的可靠性, 从而提高视频传输质量。它的缺点在于视频接收端和发送端之间必须有稳定的反馈信道, 并且自动请求重发无线视频传输技术还会增大网络负载。

2.3分级调制的无线视频传输技术

分级调制的无线视频传输技术主要是将不同种类的业务数据映射在调职符号的不同位置, 使得调制符号中不同位置数据的抗误码性不同, 这种技术可以适应不同的无线接收环境。与前向纠错编码的无线视频传输技术和自动请求重发的无线视频传输技术相比, 分级调制的无线视频传输技术不会引入过多的冗余也不会引入过多的浪费传输时间, 并且方便与其他技术相结合使用, 在提高视频通信质量的OFDM无线传输技术中, 分级调制的无线视频传输技术被广泛使用。不过这种技术最大的缺点在于采用了启发式的星座点调整方案, 不适于多变的无线信道传输。

三、结束语

视频通信是时代发展的产物, 如何提高视频通信质量是现在社会普遍关注的问题, 本文重点论述了三种提高视频通信质量的技术, 希望能对视频通信质量的改善有所帮助。

参考文献

[1]邓磊.OFDM技术在无源光网络及光无线系统中的应用与研究[D].华中科技大学, 2012.

[2]樊同亮.OFDM系统的信道估计和信号均衡技术的研究[D].重庆大学, 2012.

无线视频传输与上位机显示 篇9

随着社会的发展，视频监控技术成了各行各业的迫切需求。视频监控在很多的场合起着不可忽视的作用，尤其是在一些比较危险的生产和作业环境。

传统的视频监控技术大多受距离和地域的限制，这为生产和作业带来了很大的不便。本文介绍了一种轻量级的远程无线视频传输系统。结合现在的无线3G网络，在视频传输效率和距离上会有相当大的提升空间。

1. 系统设计

本系统能够通过远程下位机ARM平台进行视频采集，采用无线网络把视频传输到上位机显示终端，上位机利用CxImage来显示视频。系统可以分为两个功能模块，一是下位机采集与传输模块，二是上位机接收与显示模块。

(1）系统硬件设计

系统平台采用SAMSUNG公司处理器S3C2440，该处理器是内部集成ARM公司的ARM920T处理器核32位微控制器，资源丰富，带独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache, LCD控制器，RAM控制器，NAND闪存控制器，3路UART, 4路DMA, 4路带PWM的Timer，并行I/O口，8路位ADC, TouchScreen接口，II2C接口，IIS接口，2个USB接口控制器，2路SPI，主最高可达203MHz;在处理器丰富资源的基础上进行了相关的配置和扩展，平台配置了一32Mxl6位的FLASH和两16Mxl6位的SDRAM，通过以太网控制器芯片DM9000扩展一个网口，另外引出一个串行接口和一个HOSTUSB接口。通过在USB接口上外接一USB HUB来连接USB口的摄像头和一个无线网卡，将采集到的视频图像数据通过无线网卡发送到上位机上。系统的硬件设计框图如图1所示：

(2）系统软件设计

系统采用USB摄像头采集视频数据，下位机ARM平台上运行LINUX操作系统，为整个下位机软件提供了实时的运行环境。下位机软件通过调用V4L接口函数对视频数据进行采集，采集到的数据再通过网络套接字传输到上位机上。

上位机软件运行在WINDOWS XP系统上，上位机软件通过网络Socket接收下位机传输来的视频数据，视频数据按比特格式进行发送，上位机软件将比特数据打包成帧，再调用CxImage图像库将采集到的帧数据显示成图像，Socket不断接收传输来的视频数据，这样就形成了连续的视频。系统的软件框图如图2所示：

2. 视频采集

视频采集采用的是Linux下的Video4Linux驱动模块。Video4Linux是Linux中关于视频设备的内核驱动，它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数，这些视频设备包括现今市场上流行的TV卡、视频捕捉卡和USB摄像头等。对于USB口摄像头，其驱动程序中需要提供基本的I/O操作

接口函数open、read、write、close的实现。对中断的处理实现等，并把它们定义在struct file_operations中。这样当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等系统调用操作时，Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。例如，当应用程序对设备文件执行读操作时，内核将调用file_operations结构中的read函数。在系统平台上对USB口数码摄像头驱动，首先把USB控制器驱动模块静态编译进内核，使平台中支持USB接口，再在需要使用摄像头采集时，使用insmode动态加载其驱动模块，这样摄像头就可正常工作了，接着进行了下一步对视频流的采集编程。

在USB摄像头被驱动后，只需要再编写一个对视频流采集的应用程序就可以了。根据嵌入式系统开发特征，先在宿主机上编写应用程序，再使用交叉编译器进行编译链接，生成在目标平台的可执行文件。宿主机与目标板通信采用打印终端的方式进行交叉调试，成功后移植到目标平台。本文编写采集程序是在安装Linux操作系统的宿主机PC机上进行的，下面是具体论述。

视频编程的流程如下：

(1)打开视频设备。

(2)读取设备信息。

(3)更改设备当前设置。

(4)进行视频采集，两种方法：

a.内存映射。

b.直接从设备读取。

(5)对采集的视频进行处理。

(6)关闭视频设备。

close (vd->fd) ;

3. 视频传输

视频传输采用的是套接字编程。Linux下网络编程的规范Linux Sockets是Linux下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口。从1991年的1.0版到1995年的2.0.8版，经过不断完善并在Intel、Microsoft、Sun、SGI、Informix、Novell等公司的全力支持下，已成为Linux网络编程的事实上的标准。考虑到视频传输的精确性，本系统采用的是面向有连接的(TCP)的socket编程。ARM处理单元是视频传输的服务器端。

套接字编程的流程：

(1)创建套接字(socket);

(2)将套接字绑定到一个本地的地址和端口上(bind);

(3)将套接字设为监听模式，准备接受客户请求(listen);

(4)等待客户请求到了;当请求到了后，接受连接请求，返回一个新的对应此连接的套接字(accept);

(5)用返回的套接字与客户端进行通信(send/recv);

(6)返回，等待另一客户请求;

(7)关闭套接字;

4. 视频显示

CxImage类库是一个开源的图像操作类库。它提供了快捷地存取、显示、转换各种图像的解决方案。

一个CxImage对象是一个扩展了的位图。作者只是在位图结构上添加了一些起存储信息作用的成员变量。一个CxImage对象(同时)也是一组层。每个层只有在需要时才会分配相应的缓冲区。CxImage::pDib代表着背景图像，CxImage::pAlpha代表着透明层，CxImage::pSelection代表着被选中的层，被用来创建图像处理时让用户感兴趣的区域。在这三个特殊层面的基础上，你可以增加一些额外的层，这些层可以存储在CxImage::pLayers中。一般说来，层是一个完整的CxImage对象。因此，你可以构造很复杂的嵌套层。

5. 结束语

本系统提供了一种远程视频传输的解决方案，整个系统实现起来比较简单，避免了过于复杂的硬件和软件设计。系统在视频传输和显示上都采用了开源的软件编写，这可为系统设计节约很多的开支和缩短开发周期。由于采用了开源的库和API，系统在软件的执行效率上进行了优化，提升了视频的传输效率和稳定性。

参考文献

[1]汪庆年, 孙丽兵, 李桂勇.一种基于ARM的视频监控系统的设计[J].微计算机信息, 2009.

[2]孙鑫, 余安萍.VC++深入详解[M].电子工业出版社, 2006.

无线视频传输系统原理与设计 篇10

与传统的有线网络相比，无线传输环境的信道环境较为恶劣，再加上网络时代的时变性、Qos保障的复杂性等特点，给无线视频传输服务提出了更多挑战，尤其体现了视频图像编码、传输技术、压缩技术等应用特点。

1.1 信道资源有限

虽然视频数据经过了压缩编码处理，但是仍然需要较多的传输频带，例如，电视质量编码、传输容量等。但是鉴于恶劣的无线信道环境，而带宽资源比较匮乏，因此给数据传输带来更高要求。虽然目前蓝牙技术日益发展与完善，但是以蓝牙2.0协议来看，最多只能支持3M左右的传输速率。

1.2 实时性要求较高

以传统的通信数据来看，视频通讯的实时性、完整性要求较高。但是在多媒体应用中，点到点延迟一般在150ms范围内。在这一过程中，除了实现数据和发送端、接收端的压缩和解压缩功能之外，还应包含延迟传输。

1.3 Qos质量保障

与传统的移动通信系统相比，普遍存在误码率高现象。在无线通信的传输过程中，带来Qos质量影响的因素较多，包括用户数量变化、环境变化、天气变化等。为了实现宽带的压缩，应该在发送端，压缩视频信息。同时认识到，压缩之后的数据相比压缩之前的数据，对传输误差更敏感，而极少的误差也可能造成重建视频质量的大幅下降，对Qos产生直接影响。因此，在无线通信系统中，实行视频发展，具有一定难度，这就要求传输系统与视频编解码必须解决高误码比、包丢失等问题，以此确保Qos质量。

2 无线视频传输系统的设计

鉴于视频传输数据的特殊性，无线视频传输系统中，对实时性的要求较高。以下将对视频编码协议中的实时性问题进行具体分析与阐述。在小波编码算法中，存在较多优点，但是算法较为复杂，目前与实时性的要求甚远。基于协议编码计算的基本环节，对提高无线视频传输系统的实时性具有重要意义。

2.1 运动模式的估计

通过对编码的预测，可有效减少时间域的冗余信息。运动模式的估计，是预测编码的关键环节。在参考帧中，寻找与目前帧图像块基本类似的图像块，也就是最佳匹配块。一般估计结果由运动量来体现。研究运动模式的估算方法，主要就是研究相匹配的搜索算法。经分析研究表明，在原始的运动估算法中，编码器消耗了大约70%的编码器执行时间。因此，为了加快编码器的执行速度，必须加快估计算法的研究，可实现全局结果，但是由于运算量比较大，在实际应用中存在一定弊端。通过减少搜索时间与空间的方式，采取快速估计算法，加快搜索过程。在实际应用中，快速搜索的典型算法主要有：二维对数法、三步搜索法、交叉搜索法以及共轭方向搜索法。

2.2 算法结构的并存

在并行的处理结构体系中，一般利于系统处理能力的提高，再加上视频编码的计算方法处理潜力较强。因此，加强对并行运算方法的编码计算研究，可确保编码算法的顺利实现。例如，在两个处理器并存的情况下，可以同时实现图像块运动或DCT变换。这样，就可极大缩小运动估计与DCT的变换环节运算。

2.3 专业DSP设计

在微电子计算发展过程中，DSP的专业芯片也有所进步。目前，基本实现了几十甚至上百BOPS每秒的运算速度，提高DSP应用性能。这给系统的实时处理能力，提供了硬件保障。通过利用高速DSP芯片，在视频编码算法研究中，扮演重要的角色，给很多厂商提供了专用芯片。

3 Qos的质量控制

3.1 网络技术为核心

以网络技术为核心的Qos，主要通过基站、交换机、路由器等提供支持，包括丢包率、数据率、传输延迟等。在传统的互联网应用中，给单一等级尽量提供服务，但是还无法确保Qos质量。根据Qos的质量要求，主要提出了以网络为核心的两种Qos控制策略：集成服务与区分服务。出于集成服务，应该在传输路径中，给每个节点的数据传输预留空间，并做好资源维护工作，因此在实现中存在一定难度，缺乏扩展性。在此基础山，提出了区分的服务模型。区分服务模型，主要在网络的入口处，实现各个数据分类，在数据包中相应标记区分服务，以此提高数据包的路径处理效率。

3.2 终端技术为核心

鉴于终端控制机制，主要包括差错控制与拥塞控制两种形式。拥塞控制的主要目标在于采取某种办法控制网络阻塞问题，降低丢包率与时延问题。一般拥堵控制机制主要包括速率自适应视频编码、速率控制以及速率整形。对于视频流的来说，常见方式为速率控制，基本方法为：通过应用速率反馈体系，利用媒体流的效率，提高层次编码能力，在媒体服务器端，实现媒体的动态调节，提高传输效率，确保客户端在网络应用中，即使带宽发生变化，也不会影响流媒体的收看质量。

通过采取拥堵控制措施，只能尽量降低数据包的丢失，但是在实际网络应用中，不会出现丢失数据包的现象，如果达到时延过大的分组现象，也可能由于没有用而丢弃，进而降低视频质量。若想改善视频质量，必须采取一定的差错控制策略。其中包括：重传延迟约束、前向纠错、隐藏差错、弹性编码的纠错等。一般隐藏差错仅能在接收端完成，而其他控制机制，只需要在接收端与发送端完成即可。

本文对无线视频传输的基本原理进行全面的阐述，提出了无线视频传输系统设计方法及Qos质量控制原理，对无线视频传输系统硬件设计有较大的参考价值。

摘要：随着移动通信业务与技术水平的不断提高, 无线通信应用越来越广泛。除了基本的语音服务之外, 无线网络逐渐拓展到高速数据、多媒体、数据图像业务等领域。在全新移动多媒体环境下, 给无线传输系统的设计提出了全新要求。

关键词：无线视频传输,视频图像,压缩编码,Qos

参考文献

[1]邱锦波, 冯镔, 邓慧萍, 喻莉, 朱光喜.一种针对无线视频传输的帧内宏块更新方法[J].计算机科学, 2011 (6) .

无线视频传输技术 篇11

关键词：UWB,RJ-45,以太网控制器

近年来, 随着无线通信技术的发展, 越来越多的新兴技术引入到无线通信领域里来, 超宽带 (Ultra Wideband, UWB) 技术视频传输系统, 具有传输速率高、频谱利用率高等特点[1,2], 能够很好地满足家庭等对带宽有较高需求的局域无线应用场合, 因而倍受业界关注。

目前针对UWB无线视频传输系统并没有一个比较通用的设计方案[3], 各种符合产品形态的方案层出不穷, 针对当前现状, 本文提出一种UWB无线视频传输系统的设计实现方案, 通过此方案能够加速技术的转换实现。

1 方案介绍

本文中的方案是一个UWB无线视频传输系统设计实现方案, 通过此方案可以快速设计点对点的UWB无线视频传输系统, 可以作为一个比较通用的设计方案, 进而可以保证设计实现结构也具有比较好的通用性。

系统设计方案如图1所示, 一个UWB无线视频传输系统方案, 包括主机端、UWB设备端、以太网集线器RJ-45, 其中UWB设备端包含以太网控制器、媒体访问控制器MAC、基带处理器BBP和无线发射接收模块RF。

主机端通过RJ-45与UWB设备端连接, MAC完成以太网的MAC帧向UWB的帧格式的转换, MAC通过定义好的接口分别与以太网控制器、BBP进行通信, 设置好主机端的对等网络连接, 即可完成点对点的UWB无线视频传输。

该方案的优点:

1) 通过此UWB无线视频传输系统的设计方案, 可以快速设计实现点对点的UWB无线视频传输。

2) 可以作为一个通用的UWB无线视频传输系统的方案, 例如可以借助基于集成AX88180以太网MAC控制器和M88E1111以太网PHY芯片模块, 结合自行设计的UWB的MAC、BBP和RF模块, 实现一个UWB无线视频传输系统。

2 设计实现

一个利用此设计方案设计实现的UWB无线转输系统示意图如图2所示, 本例采用集成了的AX88180以太网MAC控制器和M88E1111以太网PHY芯片的模块, 结合自行设计的UWB的MAC、BBP和RF模块, 实现了一个UWB无线视频传输系统。

在具体实现中, 主机端通过RJ-45与以太网控制器相连接, UWB MAC, BBP的具体电路实现可在Xilinx Virtex 6的FPGA平台上实现。UWB MAC完成ECMA-368 MAC层功能同时完成以太网的MAC帧向UWB的帧格式的转换, UWB MAC与以太网控制器的接口为已定义好的local bus接口, UWB MAC与BBP的接口为已定义好的UWB MAC与PHY接口, MAC与PHY接口根据ECMA-369协议规范, 定义好MAC与PHY接口信号时序、数据格式。此设计方案的各个模块各自分别设计, 设计完成后将各个模块设计集成在一起, 完成一个UWB无线视频传输系统。

2.1 以太网控制器

以太网控制器采用如图3的开发板实现, AX88180以太网MAC控制器和M88E1111以太网PHY芯片采用RGMII接口相连接, AX88180以太网MAC控制器采用local bus接口与UWB设计相连接。

以太网卡控制器可以提供千兆的传速速率, local bus接口时钟频率可达百兆, 此处接口不是UWB无线视频传输系统速率的瓶颈[4]。

2.2 UWB MAC与PHY接口

UWB设备MAC与PHY之间接口由ECMA-369规范进行了限制, 便于MAC与PHY的各自独立设计实现。该接口包括了8 bit数据接口、控制接口、CCA接口与管理接口[5]:

1) 数据接口用于MAC与PHY的数据传输;

2) 控制接口用于指示MAC关于PHY的收发状态;

3) CCA接口用于指示空闲信道状态;

4) 管理接口用于访问PHY的寄存器。

2.3 工作过程

UWB无线视频传输系统在发送过程中, 主机端 (PC、Modem或其他主机) 通过以太网线连接到UWB设备端并且下发以太网数据, 由UWB设备端的以太网卡解调并接收, 以太网卡配置为不对数据地址做任何匹配, 并且不对数据做任何修改, 将数据保存在自己的缓存中, 然后通知UWB MAC存在新的数据。UWB MAC接收到通知后启动ECMA-368发送数据帧过程, 并将以太网卡中的数据取出, 作为发送数据帧的帧体内容, 将组好的帧发送至UWB BBP。最后UWB BBP协同RF/DAC将数据帧发送到无线信道中。

UWB无线视频传输系统在接收过程中, 首先UWB BBP协同RF/ADC将无线信道中的数据调制解调下来, 之后UWB MAC接收UWB BBP解调得到的数据帧时, 对数据帧进行解析, 并获取数据帧中的帧体部分, 然后将帧体数据发送到以太网卡中, 最后由以太网卡通过网线将数据发送至主机端。

本设计中的UWB系统实际上实现了两个主机设备之间的以太网数据通过无线媒介的透明传输。UWB设备端中的以太网卡没有对收到的以太网帧进行匹配或过滤工作, UWB组帧过程中也并没有修改以太网帧的内容, 因此当两个UWB系统点对点连接时, 两个主机端发送接收的以太网帧与它们通过网线连接时的帧完全一致, 因此实现了以太网数据的透明传输。

3 测试结果

3.1 吞吐率

通过Ix Chariot测试对等网络环境下吞吐率的实验, 实现了TCP层260 Mbit/s左右的吞吐率, 同时能够长时间在高吞吐率下保持稳定的数据传输, 说明了本UWB无线视频传输系统的可行性, 见图4。

3.2 点到点高清视频播放

通过点到点高清视频播放实验, 说明了本方案实现了点对点通信, 同时可以支持多达4路高清视频源的播放, 较好地满足了对高速视频显示的要求, 播放效果如图5所示。

4 结论

本文提出的UWB无线视频传输系统作为一种比较通用的设计方案, 可以加速UWB技术转换, 特别适用于点对点高速传输应用 (如高清视频播放) 的场合, 进而可以为超宽带无线通信技术的标准化和产业化提供有力支撑, 经过测试验证, 该设计方案可行。

参考文献

[1]王一强, 孙罡, 侯祥博.UWB超宽带技术研究及应用[J].通信技术, 2009, 42 (3) :70-75.

[2]周祥为, 冯金振, 郑国莘.UWB无线通信关键技术与应用[J].电视技术, 2007, 31 (9) :51-53.

[3]田晶磊, 肖振宇, 金德鹏.超宽带无线视频监控系统的设计与实现[J].电视技术, 2010, 34 (8) :117-120.

[4]亚信电子AX88180数据手册[EB/OL].[2014-02-25].http://www.asix.com.tw/cs/download.phpsub=briefdetail&PItem ID=88.