无线信道图像传输系统（精选八篇）
无线信道图像传输系统 篇1
无线图像传输又称视频实时传输。由于传送视频流需要足够的带宽的限制, 无线网络一直被排除在外。但随着信息技术的飞速发展, 特别是互联网络和移动通信技术在全球的普及, 无线网络已经可以承载视频图像, 并逐渐代替有线传输, 从而让我们获取所需信息更方便、更快捷。尤其是对于某些具有突发性、移动性、紧急性和临时性等特点的场合, 通过无线网络的通信手段可以方便地实现与中心交互, 将现场的图像送回中心。目前, 移动无线图像传输的方式主要有以下三种[1]:移动GPRS通信网络、卫星通信网络及联通通信网络。
由于无线网络带宽资源有限, 另外干扰因素多, 而且信息的数据量十分惊人, 实时性要求高, 因此要在带宽有限的无线网络上传送信息, 必须经过压缩编码。经证明, 联合信源信道编码是一种行之有效编码技术。联合信源信道编码技术将信源与信道编码两者结合考虑, 与传统方案相比较而言更加有效。本文提出了一种基于纠错算术码的联合信源信道编码算法, 经过仿真验证, 此方法图像质量比传统方法有明显提高。
2 联合信源信道编码
总的来说, 一个通信系统应分为两个领域的问题, 即信源编码和信道编码。信源编码即数据压缩, 而信道编码恰好与之相反。Shannon的信源信道编码理论阐述了在何种条件下, 通信系统中的信源和信道编码器可以分别进行优化设计而不会牺牲系统的整体性能[2]。根据这个观点, 信源编码器设计成能获得最大的压缩比, 而信道编码器设计成在给定的传输速率下能够产生最小的差错概率。我们有必要将信源编码与信道编码联合起来进行设计。以实现结构来划分, 目前联合信源信道编码系统主要有以下两种: (1) 信源编码与信道编码结构仍然分开; (2) 一体式的联合信源信道编码。
2.1 算术码
算术编码是一种无前缀的编码方法, 其将信源表示为实轴上0和1之间的一个区间, 信源集合中的每一个元素都用来缩短这个区间。简单地说, 算术编码的过程就是不断分割编码空间的过程, 而编码空间的长度是与各个信源符号概率大小相对应的。假设某信源符号的概率越大, 那么它所占用的编码空间长度就越长, 反之则越短。假设以S表示长度为N的信源符号序列, 则算术编码过程将产生出N+1个区间
undefined
其中
undefined
整个算数编码过程如下:
undefined
式中p (sundefined) 表示为s1到sk的累积概率。
2.2 纠错算术码
纠错算术码又称算术码内嵌禁用符号, 其对信道错误十分敏感, 任何单个比特的错误都将给后续比特的译码带来相当严重的后果。纠错算术码利用算术码对于错误的超高敏感性通过人为加入禁用区间在实现信源压缩的同时, 给编码码字提供了错误保护的能力[3]。近些年, Grangetto就算术编码中引入禁用符号后的检错能力、编码码率作了很多研究, 并提出了基于最大后验概率的联合信源信道解码系统, 即MAP。
2.3 性能仿真及评价指标
目前许多新的图像视频编码标准都采用了算术码作为最后的熵编码。但正如上所述, 算术编码对于传输错误十分敏感, 所以有必要对纠错算术编码性能进行仿真, 人们就如何提高算术编码的鲁棒性作了大量的研究工作。目前使用最多的仿真方法是利用Matlab软件进行模拟仿真验证。
纠错码的纠错能力主要用字错误率即误字率来表示误码率, 另外还有传输实时性、图像质量及传输鲁棒性等评价指标。
1) 误码率:一般由误比特率 (BER) 表示。作为一项标准指标, 其可以用来比较不同纠错码系统的性能。
2) 传输实时性, 更快的编码速度, 更短的传输时延。
3) 图像质量, 获得令人更满意的图像质量。
4) 传输鲁棒性, 更好适应传输信道的误比特干扰。
3 纠错算术码的联合信源信道编码
带禁用符号的算术编码利用了算术编码对于错误的高度灵敏性这一特点, 在信源空间中加入一个保留不用的概率空间而实现算术码的检错能力, 这一保留的概率空间在编码过程中始终不会使用, 在译码过程中, 一旦解码区间落入这一保留的空间内则表明前面某个或几个比特有错误。纠错算术码的联合信源信道编码算法正是利用算术编码中加入的禁用符号实现整体编码, 利用一阶马尔科夫信源模型实现信源的自适应, 根据信道状态信息调整禁用符号概率的大小从而调整编码码率的大小实现信道自适应。
3.1 联合编码
本文讨论的是一阶的马尔可夫信源{Sn}∞n=1, 其中q0, q1∈ (0, 1]分别为状态0和状态1的自转移概率, 信源的转移概率可如下表示:
undefined
其中sn∈{0, 1},
undefined
一般分为以下两种情况:
1) 当q0=1-q1≠1/2, 此时信源只包含统计冗余ρD, 即ρD=log2 (|S|) -H (S1) 。
2) 当q0=q1≠1/2, 信源信息冗余只包含有记忆冗余, 即时间相关性ρM:ρM=H (S1) -H∞ (S) , 其中H∞ (S) 表示马尔可夫信源的熵率。
一般而言, 马尔可夫信源同时具有上述两种信息冗余。
3.2 基于最大后验的联合解码
当编码码字undefinedk进入到信道以后 (表示为undefined, 信道输出为等长序列undefined, 最大后验概率译码的思想是根据信道输出序列undefinedk找到一个合法的编码器输入序列undefined, 使得后验概率达到最大即:
undefined
对于解码器而言, 信道输出序列是已知的, 因此上式中的分母在计算中为确定数, 考虑到其对最大值求解没有任何影响, 进而忽略来减少多余的计算量, 上式可以简化为:
undefined
上式中, 最大值的求解范围是长度为L的二进制序列, 也是编码器的输入序列, 且此二进制序列经过编码器后产生的码字长度必须等于N (k) 。
3.3 图像传输中的性能仿真
信道条件不理想时, 较弱的信道编码码率使得分离编码所重建的图像在主观视觉上能看出显著的信息损失, 而且因算术码引起的误码扩散问题也较为明显 (连续出现错误) ;为验证本文提出方法的性能, 进行仿真验证, 经验证此方法图像质量比传统方法有所提高。
4 结论
无线图像传输已经成为个人终端获取信息的普遍途径, 在介绍了无线图像传输发展及纠错算术码基本概念基础上, 本文首先提出了一种基于纠错算术码的联合信源信道编码算法, 经过仿真验证, 此方法图像质量比传统方法有所提高。
摘要：随着计算机及通信等技术日新月异的发展, 无线图像传输技术得到了广泛的重视。针对视频、图像传输效率低及通信系统性能没有达到最优等问题, 在列出了基本概念基础上, 本文提出了一种基于最大后验概率的联合信源信道编码算法, 经过仿真验证, 此方法图像质量比传统方法有所提高。
关键词：无线图像传输,联合信源信道,算术码,纠错算术码
参考文献
[1]刘争芳.利用CDMA技术传输用电监视数据及图片的研究[D].华北电力大学硕士学位论文, 2007.
[2]史君良.无线图像传输中的联合信源信道编码[D].南京理工大学硕士学位论文, 2004.
[3]P.G.Howard, J.S.Vitter, Analysis of Arithmetic Codingfor Data Compression[J].Information Processing andManagement, 1992, 28:749～763.
无线信道图像传输系统 篇2
一、概述
伴随着国际通信技术的迅猛发展，COFDM调制技术也应运而生，以及TDS-OFDM技术为基础的DMB-TH国家标准推行，使得“高速运动中”和“非视通条件下”实现高质量实时图像和数据传输得到了长足的发展。无线数字图像传输系统采用了先进的OFDM调制解调技术、信道编码技术，并结合数字图像压缩MPEG2/MPEG4等多媒体网络传输技术，能够在高速移动环境下实现视频、语音、数据等宽带多媒体业务的实时、同步传输。具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据率高、稳定性和可靠性突出等显著优点，为指挥、抢险、侦察、野外作战等应急通信提供远距离、高质量、高速率、无线实时传输的理想解决方案，广泛应用于公安、武警、消防、野战部队等军事部门和广电、城市管理、人防、交通、海关、油田、矿山、水利、电力、地质、金融等国家相关部门。
二、系统特点和优势
无线数字图像传输系统设备采用先进的COFDM（信道编码的正交频分复用）全数字调制解调技术，具备以下特点：
1、绕射功能：在城区内车辆之间支持2-5公里移动中传输；在建筑屋顶与车车辆/人员这间支持5-30公里移动中传输。
2、移动速度：支持200公里/小时高速移动传输。
3、传输速率：支持高清晰度音视频和高速数据。
4、水面传输：在海岸与船艇这间传输距离40公里以上。
5、远距离传输：支持地面全向传输100公里以上，机载传输200公里以上。
6、携带方式：发射机可单兵背负、车载、船载、机载使用。
7、电池工作：设备内置电池可工作180分钟以上。
系统优势：
1、抗多径能力，适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用，表现出卓越的“绕射”“穿透”能力
2、适合高还移动传输，可应用 于车辆、船舶、直升机/无线人机等平台
3、适合高速数据传输，满足高清晰度音视频的传输
4、在复杂电磁环境中，抗干扰能力和抗衰落能力强
5、系统设计实用性好、可靠性高
三、系统传输结构
根据系统传输结构特点，可以分为以下4类：点对点应用，点对多点应用、多点对多点应用和多点接力
1、点对点：使用一套无线数字图像传输系统，同一个前端发射系统和一个接收系统组成，这种应用最为广泛，大部分使用都是采用该结构
2、点对多点
点对多点应用一般有两种方式：
一发多收，即一点发多点收
其实这种方式为点对点应用的延伸。一个发射前端只占有一个传输通道，接收系统由多个频段接收机组成。
多发一收
采用这种结构，必须采用频分方式，由多个不同频点的发射机组成前端发射系统，而接收系统内里必须能接收到不同频段发射机传回来的信号。
3、多点对多点
多点对多点，指的是由多个不同频点的发射前端和接收系统组成的应 用网络，系统比较复杂，成本较高，一个中等以上的城市采用多点对多点的网络结构，可以将多个部门的图像共享，传输多路图像。
4、多点接力
多点接力，指的是同多个不同频点的发射前端和接收系统组成的应用网络。
适合军队、边防武警等部队训练和实战中的机动灵活特点，将前方的图像传输到指定后方接收地。
四、系统工作方式
根据系统工作方式则可以分为下列几种方式应用:人到车，车到车，车到指挥中心，人到车到转信台到指挥中心，舰船、飞机到指挥中心和全城联网覆盖（移动基站覆盖方式）
1、人到车应用
一般的，在某些部门使用无线数字图像传输系统，由工作人员携带前端设备，如军队的侦察人员、消防部门的消防和搜救队员以及公安部门的刑侦队员等，工作人员采用专用背架背负发射前端设备，将信号从各种现场（建筑物内，街道，广场，战场等）传到后方的指挥车或者直接传到指挥中心，这种应用方式主要是受到发射机功率的限制，因为人员携带设备在功耗和功率上都必须降低要求，对发射机的供电和天线的长度以及设备的体积和重量都要综合考虑，因此，传输距离较短。
背负式发射前端到指挥车
2、车到车应用
车到车方式，一般在军队和公安等部门使用比较广泛，由于发射前端安装在机动车上，从而能够保证有正常的供电系统，可以在机动车上合用大功率发射机，从而提高传输距离，在地市环境同一路面，有阻挡的情况下，最小传输距离可以达到2公里，最大传输距离可以达到4公里，在城市环境同一路面，无阻挡情况下，车到车之间的最小传输距离可以过到5公里，最大传输距离可以达到7公里。
车载接收系统可以使用带升降杆和高增益全向天线结合的方式，接收天线的高度越高，传输距离越远，因此，车载接收系统使用车载天线也要尽可能的使用高增益天线，并尽可能使用大型车辆及升挂设备。
3、车到指挥中心应用
车到指挥中心，一般指的是发射前端安装在机动车上，而接收系统安装在指挥中心，这和车到车方式类似，但由于接收系统安装在指挥中心，也就有条件安装在比较高的位置上，这样，其覆盖范围大大提高。如果安装接收天线的高度达到100M，则在有楼群阻挡的情况下，无线数字图像实时传输系统能够传输5-10公里，最远传输距离可以达到20公里。如果高度达到200米，则可以在有阻挡的情况下可以传输20公里，而在无阻 挡的情况下，一般有效距离为50公里以上（视距传输），如果传输环境理想，最大可以传输100公里远。车到指挥中心这种工作方式，适合在大、中型城市使用，也可以作为一种中继方式使用，适合公安、消防、人防、军队和城市管理指挥车等应用。
4、人到车、车到转信台、转信到指挥中心应用
人到车、车到转信台、转信到指挥中心方式，一般在军队、公安、城市管理、人防等部门使用比较广泛，工作人员携带前端设备，将信号从各种现场（建筑物内，街道，广场，战场）传到机动指挥车，利用机动车上较大功率发射机，向处安装条件更高的位置上的基地转信台传送信号，并由基地转信台将信号发送到指挥中心，从而极大的提高传输距离。
5、舰船、飞机到指挥中心应用
舰船、飞机到指挥中心和车到指挥中心类似，一般发射前端安装在舰船或飞机上，而接收系统安装在指挥中心。和车到指挥中心相比，飞机离地面较高，舰船水面空间较开阔，所以其传输环境建筑物遮挡相对较轻，同时飞机和舰船移动方向相对来说比较容易定位。所以结合定向高增益全向天线，其覆盖范围大大提高。
6、全城联网覆盖应用（移动基站覆盖方式）
无线信道图像传输系统 篇3
时延和多普勒频移是无线衰落信道中最重要的统计参数。对这两个参数具备量化的认识对我们研究无线信道有很大的帮助。时延是由多径产生, 取决于用户所处的地理环境, 例如, 在大部分大城市里面, 由于基站比较密集, 时延维持在P A (Pedestrian A[3]) 的量级, 大约几百纳秒。而在农村地区, 大部分都保持在5微秒以下。然而, 有些地方譬如山区或者偏远农村地区, 时延可以达到2 0微秒。多普勒频移由用户相对于基站的速度以及载波的频率决定。例如对于以2 G H2为载波的系统, 一般行人用户的多普勒频移都在5 0 H z以下, 而高速公路上以1 2 0公里/小时行驶的小轿车中的用户, 多普勒频移在2 2 0 H z左右。
1 通信系统中信道模型的演变
通过进行实地测量和分析, 我们可以将各种无线信道抽象为模型, 然后依据这些模型对无线通信系统进行设计和优化。理论上来说, 无线通信信道就是一个线性滤波器。发射的信号通过这个滤波器后被接收, 所以信号传输就是一个信号处理的过程。信道模型给出了信道的基本统计信息, 因此它是信道估计的基础。我们这里要讨论的信道模型有以下几类:Typical Urban (TU) 模型, I T U信道模型, L T E扩展信道模型。
在G S M网络投入运行之前, T U模型就已经被用来决定G S M中均衡器的需求和性能。后来3 G P P组织提出的一个新的T U模型, 其与旧T U模型的最大区别在于新模型的最大时延只有旧模型的一半。随着时间的推移, 在3 G系统进入标准化阶段的过程中, ITU (International Telecommunication U n i o n) 组织提出了一系列的信道模型。这一系列一共有6个模型[3]:4个具有经典J a k e s谱的模型和2个具有矩形谱的模型。4 G通信系统的标准在制定过程中首先需要确立自己的信道模型, 然而, 随着通信系统的演变和基站数量的增加, 以前人们确定好的模型已经不再适合被用来模拟当今通信系统中的信道, 因此, 制定L T E标准的3 G P P组织确立了3个从旧信道模型演变出来的扩展信道模型, 它们分别是[5]:E xtended Pedestrian A (EPA) , Extended Vehicular A (EVA) 和Extended Typical Urban (E T U) 模型。图1给出了这些常用信道模型的累积分布函数。
2 信道模型的仿真及信道估计
在介绍信道的仿真和信道估计之前, 我们先讨论信道估计的核心基础:二维采样定律。具体说来就是, 在给定信道的带宽τma x∆F和fDmaxTs后, 导频的在时间轴和频率轴上的间隔必须满足:
这样我们才能够在没有噪声的前提下, 完美地恢复出信道参数。通过二维采样定理, 我们可以大体计算出基于导频进行信道估计的通信系统在没有噪声情况下所能维持的最大的时延和多普勒频移。表1给出了D V B-H 4 K模式和L T E系统一些结构参数和理论能够维持的最大时延和频移。在这里, τmax和fDmax分别表示最大时延∆F和TS多普勒频移, 和分别表示载频的间隔和信号的码元长度, 而NT和NF则表示导频在时间轴上的码元间隔和频率轴上的载频间隔。
前面我们已经提到过, 无线信道可以模拟为有限冲激响应滤波器。这个滤波器的阶数是由信道的时延决定, 而滤波器的每一阶是一个锐利随机过程。我们可以首先产生独立同分布的零均值复高斯噪声, 然后将此噪声通过由信道频谱决定的多普勒滤波器来产生滤波器的每一阶, 这样我们就可以仿真出我们所需要的信道。
信道估计是一个通过利用导频获得的信道参数, 在压制噪声同时估计未知信道参数的过程, 它是一个信号的采样与恢复的过程。我们可以使用维纳滤波器来最大压制噪声, 获得最小均方误差的信道估计。维纳滤波器是在最小均方误差准则下最优化的信道估计方法。对于均匀分布的时延扩展和矩形多普勒频谱, 令τn和fn分别表示标准化的最大时延和多普勒频移, 我们可以获得最小均方误差如下:
该公式可以让我们对信道估计和信道的统计参数对信道估计的影响有一个量化的认识, 同时, 通过该公式, 我们还可以估计在非均匀分布的时延扩展和J a k e s谱情况下信道估计所可能产生的最小均方误差, 而且此估值和精确值的偏差并不大, 这一点可以通过仿真来获得验证。
3 结语
在这篇论文中, 以下一代通信系统为背景, 我们简要阐述了无线通信信道的一些基本理论和一些常用的信道模型, 同时讨论了信道模型的仿真及信道估计。
参考文献
[1]Qualcomm.3GPP Long-Term Evolu-tion (LTE) .2008.
[2]G.Faria, J.A.Henriksson, E.Stare, DVB-H:Digital Broadcast Services to Handheld Device.Proc.IEEE, 94 (1) :194～209.
[3]Recommendation ITU-R M.1225.Guidelines for Evalution of Radio Transmission Technologies for IMT-2000.1997.
无线信道图像传输系统 篇4
1 信号发射源系统
1.1 信号源系统的硬件
本文研究中实验测量的信号源硬件主要包括:7.4V高性能锂电池、STM32F103 YL-8最小系统板、YL-100T信号模块、433M天线。
1.2 STM32F103 YL-8最小系统板
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核。F103系类板嵌入了ARM32位Cortex-M3 CPU, 最高工作频率72MHz, 1.25DMIPS/MHz。采用了从32K到512K字节的闪存程序存储器。系统模块带有8个定时器。YL-8是一块功能较为齐全的单片机开发板, 这里利用定时器中断产生周期性脉冲信号。
1.3 YL-100T信号模块和天线
YL-100T是无线采集, 无线数传和无线收发模块。YL-100T是一款高稳定性, 低功耗, 高性价比的采用GFSK调制方式的无线透明数据收发模块。它不改变任何数据和协议, 完成无线传输数据功能。该模块相对一般模块具有尺寸小, 灵敏度高, 传输距离远, 通讯数率高, 内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。
2 基于USRP的信号接收系统
USRP硬件平台基本结构主要是由两个部分组成, 包括母版和射频前端, 核心器件就是母版。USRP-N210母版包含两路100 MS/s 14-bit的模数转换器 (ADC) 和两路400 MS/s 16-bit的数模转换 (DAC) , 还有一块赛灵思Sparten-3A系列FPGA芯片和一个ETHERNET (1Gb/s) 接口。其中FPGA主要是做一些非常重要的但是计算量又非常大的输入信号的预处理工作。
USRP母板通过ETHERNET (1Gb/s) 接口与普通PC机相连接, PC机部分主要是完成基带处理功能。在发送端USRP中FPGA对信号进行内插, 上变频到中频频段, 并最终通过DAC进行数模转换, 然后由子板形成射频信号并通过天线发送;在接收端, 通过模数转换将信号转换FPGA能够处理的信号, 同时在FPGA中完成数字下变频和信号的抽取, 使通过ETHERNET接口的数据率大大降低, 以便普通的PC机处理。
每个主板可以安装最多四个子板:两个接收, 两个发射。Ettus Research为这些子板配备了多个系列, 覆盖从直流到5.9GHz整个频率范围。本文研究中使用的子板类型是SBX, 支持复采样的子板 (频率覆盖范围为400MHz至4.4GHz) 。
USRP硬件平台需要依靠GNU Radio信号处理方案在主机CPU上完成所有时域、频域波形相关的处理。GNU Radio是一个开源的软件定义无线电平台。它提供许多通用软件无线电需要的库, 其中包括各种调制方式 (例如:GMSK, QAM, PSK, OFDM等) 、信号处理模块 (最优滤波器、FFT、均衡器、定时恢复) 、纠错码 (R-S码、维特比码、Turbo码) 和系统调度等。
本测量系统中采用的是基于Ubuntu 12.04的Linux系统下的GNU Radio软件模块。它提供一整套信号处理模块库, 并架起了将用C++程序语言编写的信号处理模块连在一起的桥梁。GNU Radio是一个很灵活的系统, 允许用户使用C++或者Python开发应用程序。因此, 开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统, 而所有高速通用操作都在FPGA上完成, 比如数字上下变频、抽样和内插等。
3 实验测量以及数据处理
4 结语
本文设计的实时信道测量系统具有价格低廉、可扩展性好、连续数据存储速率高和存储容量大的特点, 适用与科研工作者与在校学生对无线信道的探测与研究, 不但价格低廉, 而且灵活性强。它的主要缺点是测量带宽有限, 暂时只能测量信号的接收功率无法测试更多的信道参数的。
参考文献
[1]基于GNU Radio和USRP的无线通信系统建模仿真[J].现代电子技术, 2013, 36 (18) :73-77.
[2]曹瀚文, 王文博.GNU Radio:开放的软件无线电平台[J].电信快报:网络与通信, 2007 (04) :31-34.杨宏, 孔耀晖, 茹晨光等.
无线信道图像传输系统 篇5
1.驱动软件的总体组成及设计
1.1 总体组成
本软件的硬件平台由海上GPS定位数据发送端和陆上GPS定位数据显示端组成。
海上GPS定位数据发送端需要编写大容量FLASH存储器的驱动软件、DTMF编解码电路的驱动软件、GPS OEM板驱动软件。
陆上GPS定位数据显示端需要编写LCD显示器的驱动软件、触摸屏控制器的驱动软件和DTMF编解码电路的驱动软件。
驱动软件的内容如图1 所示。
1.2 海上端硬件驱动软件设计
1.2.1 GPS OEM板驱动软件设计
GPS OEM板上电工作后,按照一定的波特率输出NMEA0183 语句。方案采用GARMINGPS25LP GPS OEM板,该板出厂时默认波特率为4800bps,输出语句为$GPGGA 、$ GPGSA 、 $GPGSV 、$GPRMC和$PGRMT语句,因此GPS OEM板上电工作后就会以4800bps每秒分别输出一帧$GPGGA 、$ GPGSA 、 $GPGSV 、$GPRMC和$PGRMT语句。可以通过$PGRMO语句屏蔽它们。$PGRMO语句格式为:$PGRMO,<1>,<2>,*hh<CR><LF>
根据单片机测量需要,只保留输出$GPRMC语句,通过单片机串口向GPS OEM板输入:
$PGRMO,,2(屏蔽所有输出语句)
$PGRMO,GPRMC,1(激活GPRMC语句)
通过以上设置后,GARMINGPS25LP将连续输出$GPRMC数据,波特率为4800bps。
单片机读取$GPRMC语句的程序设计方法如下:
对于图像传输微波机定位来说,只关心GPS OEM板输出的的经纬度和时间。因此在设计读取$GPRMC语句的单片机软件时,只关心四组数据,即:UTC当地时间的时分秒(hhmmss),UTC当地时间,日月年(ddmmyy);纬度ddmm.mmmm,经度dddmm.mmmm。对GARMIN GPS25LP进行设置后,每隔一秒GARMIN GPS25LP将发送一帧$GPRMC数据。$GPRMC语句格式为:
从$GPRMC数据格式,可以知道第一个逗号之后的字符属于时间的时、分、秒数据;第三个逗号之后的字符属于纬度数据;第五个逗号之后的字符属于经度数据;第九个逗号之后的字符属于时间的日、月、年数据。因此,从收到第一个字符"$" 后,通过判断逗号就可以寻找到设计所关心的数据,具体程序如下:
以上程序将GPS时间的时、分、秒数据存放在stringtime1[]数组中,共占6个字节;将日、月、年数据存放在stringtime2[]数组中,共占6个字节;将纬度数据存放在stringlat[]数组中,共占10个字节;将经度数据存放在stringlon[]数组中,共占10个字节。
1.2.2 FLASH存储器驱动软件设计
FLASH存储器选用三星K9F2808UC0C。该芯片容量为132Mbits,由1024 块组成,每块又由32 页组成,一页有528 字节(512 + 16)×8bit。对K9F2808UC0C进行读写操作时,必须以页为单位进行操作。对K9F2808UC0C进行擦除操作,必须以块为单位进行操作。从设计方案可知,单片机的P25、P26 用于控制74LS245 的数据方向。K9F2808UC0C的驱动程序由读数据程序、写数据程序、擦除程序和写命令程序三部分组成。具体程序如下:
1.2.3 DTMF编解码电路驱动软件设计
GPS定位数据经过DTMF MT8880 编码后,通过图像微波机传输设备的伴音信道传送到陆上的图像微波机端。陆上的图像微波机端接收到DTMF信号的GPS定位数据后,经过DTMF MT8880 解码转换成数字信号, 由CPU的INT0 中断接收。对MT8880 的操作由初始化程序,数据发送程序,数据接收程序组成。具体实现程序如下:
1.3 陆上端硬件驱动软件设计
1.3.1 触摸屏控制器驱动软件设计
本设计中采用触摸屏专用控制芯片ADS7843 实现对触摸屏的控制。它是一款具有同步串行接口的12 位取样模数转换器。由于89C51 没有专门的同步串行接口,因此采用I/O口模拟同步串行接口(SPI)的方式进行设计,触摸屏被按下时产生INT1 中断,单片机通过INT1 中断服务程序实现触摸点位置的读取。具体驱动程序如下:
1.3.2 LCD显示电路驱动软件设计设计
本设计采用台湾晶采光电科技股份有限公司生产的AG320240A4STCW-T51 液晶显示屏,该液晶显示屏内置SED1335 LCD控制器,具有320 列240 行的显示能力。LCD显示屏与单片机之间通过一片74ls245 进行连接。LCD显示屏主要有两个程序,一个是写命令程序,一个是写数据程序,程序如下:
本设计中的USB接口电路不需要特意编写驱动程序,PC机端的驱动程序Silicon公司免费提供,单片机端的驱动程序其实就是UART的收发程序。
2.结束语
本文根据海上图像传输微波机实时定位所设计的的硬件实现方案,设计了相应的驱动软件。论文中所涉及的软件作者工作中都曾经配合相应电路使用过。年初在验证DTMF信号进行数字通信的PCB板上,使用本文所设计的软件成功实现了数字信号的发送和接收。因此可以说,本文所设计的软件是可行的。
参考文献
[1]马忠梅等,《单片机的C语言应用程序设计》,北京航空航天大学出版社,2003.
无线信道图像传输系统 篇6
在无线信道中存在着多条的路径可以传播信息,MIMO就是利用这个优势,充分发掘这个路径在空间建立了并行传播信息的通道,这样就可以充分地避免宽带和放射功率的不断叠加,就可以在节省资源的情况下,成功地提高无线信号传播的效率。随着世界各国对MIMO技术的不断研究和完善,其先进的无线传输与信号处理技术使得MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一,被称为现代通信领域技术上的重大突破。
然而在MIMO技术上的认识还有着更深地挖掘价值,在一定情况下,MIMO的信道空间有着一定地相关性,每一个空间内因素的改变对其他的因素存在着一定的影响,只要充分地开展和发掘MIMO技术,充分地去认识其空间信道之间的各种特征,了解在实际的运行过程中,无线信号进行传输时各因素之间的的干扰,就能在进行信道的空间评估时,更有针对性的进行建模从而提高MIMO性能,针对这个情况,本文选取在室外的传输环境,对MIMO信道的建模和测量,充分体现了信道的空间相关性,突出了建立相对应的模型就可以更好地突出其优势。
1 无线通信系统中的MIMO信道
从1998年开始,国内外著名的无线通信学者和研究机构就开始大量、深入地研究MIMO技术,奠定了MIMO技术的理论基础,实践证明MIMO系统能够在不占用额外频谱带宽的前提下有效地提高信道容量这一优势。顾名思义,MIMO技术就是一种将信号进行传输的技术,不仅继承了传统智能的天线的技术,可以进行远程上的控制,同时通过在接收端和发射端增加数量级的天线就使得信号可以在每一个天线上进行传送和接收,且经过编码调制、信道容量分析、多用户检测和网络系统结构等技术,就能更好地提高每一个用户的使用情况,减少了在传输过程中可能存在的误数据率和传输率。这样通过充分利用无线信道的“空间”特性,使用布置在无线通信系统中发射机和或接收机处的多根天线,实质性地提高系统性能的技术被称为“多入多出”的MIMO技术。
在MIMO技术中,“输入”和“输出”是相对于无线信道来说的。在这些系统中,多台发射机同时将其信号“输入”到无线信道中,然后同时将这些信号组合从无线信道“输出”到多台接收机,从而获得性能增益。在一个实际的下行通信系统中,单一基站(BS)包含连接到多根天线的多台发射机,单一移动站(MS)包含连接到多台接收机的多根天线。在上行链路中也可以使用这种相同的配置。图1给出了一种2×2 MIMO配置,在此配置中,在具有两个独立发射信道的发射机处放置两根天线,在具有两个独立接收信道的接收机处放置两根天线。在本应用说明中,将以此配置作为主要示例进行讨论。MIMO操作并不需要发射机和接收机处的天数数目相同,即一个位置的天数数目可以多于另一位置的天线数目,例如M×N配置,其中M与N不相等,M为发射天线数,N为接收天线数。
2 MIMO信道建模技术
在以前对于MIMO的研究一般都局限于独立的瑞利信道,而对于其信道空间内的相关性的研究却相对比较缺乏,但是在实际地操作过程中,不可避免地存在着每一个天线单元之间的相互影响,像是单元之间的间距,达波角度的扩展等,故其中的相关性影响正在不断地增强,针对这个情况,本文研究了基于室外环境下传播的模型,假设移动终端反射窄带的信号,同时被均匀线性的基站天线所接收。
存在一个移动环境,其均匀的线性分布如图2所示,两者之间的间距为d,位置位于X=[x1,x2,!,xn],那么基站的天线接收的信号复包网络为R=[r1,r2,!,rn],此时的窄带信号用s(t)来进行标识,那么基带上第i根天线上的接收信号为:
在上述的表示式中,gi(t)表示第i根单元天线的归一化方向,表示的是达波功率的角谱,ni(t)表示第i个零均值的加载复高斯噪声,为阶跃函数,且里面的几个参考数值D,分别代表角度扩展,射波束平均方位角。
那么,第i支路上的信号是由L条不能被分辨的信号组成N个独立的信号簇然后进行具有相同的幅度和相位,可进一步形成能够被设别的复合信号,同时将这些信号之间的任取两个进行归一化的处理,得出:
其中,E{.}表示的是期望值,而。*表示的一种复共轨,故综合上面几个公式,可以得出:
那么,在室外这个环境下面,由于基站的位置都是高于周围的建筑环境,用GSM系统进行测试时,用AOA进行高斯模型的分布,然后在这个环境下面,假定s是一种角度的扩展,那么其概率密度函数为
其中,K为归一化的系数,那么,且erf()就是一种误差函数,那么得到的控制角度便容易得到扩展,那么即可以得出归一化的空间相关性的解析式,如下:
现通过实验进行数值仿真,此时,假设设定r为0.3,此时可以得到如下的三幅分别是Von Mises、均匀分布和拉普拉斯分布下,天线归一化间距(D/l)与K的关系变化图。
从上面的三幅图中可以看出,无论是在Von Mises的分布下,或者均匀分布下,还是在拉普拉斯分布下,在ϕ0参数一致的情况下面,有着相似的特征,就是每一个变化曲线都降区域分成两个区域,且上面部分的区域的空间相关系数都小于0.3,而下面部分的区域空间的系数都大于0.3,且随着K的变大,天线归一化间距(D/l)也在逐渐地增大,或者来波到达角的变大,天线间的距离也在逐渐地增大,且不同的天线之间的距离也相对应不同的角度扩展,满足上述公式的变化过程,符合本文提出的建模方法。
3 结束语
本文基于移动终端反射窄带信号被均匀分布的线性的基站天线接收的这个情况,提出了一种考虑室外环境的空间信道传播模型,该模型通过在三种分布条件下的参考数值变化分布情况,分析了对相关系数的影响,对今后的MIMO的系统分析有着实用性,更有着广泛的应用性。
参考文献
[1]鲍欣欣.MIMO信道建模与信道容量研究[D].西安电子科技大学,2009.
[2]黄丘林.MIMO无线通信技术研究[D].西安电子科技大学,2007.
[3]于卫华.无线通信系统信道估计技术研究与实现[D].山东大学,2009.
[4]于春锐.无线通信系统的信道建模与仿真研究[D].国防科技大学,2007.
无线信道图像传输系统 篇7
近年来随着军用、民用航空的飞速发展,航空通信系统已逐渐向宽带、多媒体、大容量等方向发展,与中高空航空通信相比,低空通信地面天线与航空器之间通信仰角很小[1],易受地形地物影响,信道环境更加恶劣,多径效应等衰落现象迅速增加,加之飞行器的高速运动与高载波频率,会使接收信号产生较大的多普勒扩展[2],将严重影响信号接收,使系统误码率恶化,宽带低空通信中如何克服多径效应和多普勒频移是一个具有挑战性的问题。
OFDM技术虽然具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强[3,4]等特点,但是低空信道存在较大的多普勒频移,会造成严重的子载波间干扰(ICI),所以不适合在低空宽带无线通信中传输。单载波频域均衡(SC-FDE)技术可以有效抑制频率选择性衰落,通过FFT和IFFT运算实现抗多径传输,在宽带无线通信中得到了广泛应用[5],但是由于低空信道的快时变特性,SC-FDE系统的误码率性能仍然很差。本文在传统的单载波频域均衡系统基础上,引入Turbo编码,来纠正高速数据传输产生的突发错误,同时增加信道估计和频偏估计,提出了改进的SC-FDE系统传输方案,并通过仿真实验研究了所提方案在宽带低空信道不同场景下的误码率(BER)性能。
1 低空宽带无线信道模型
对于低空宽带航空信道,可充分借鉴地面移动通信信道研究成果以及有关航空通信信道[6,7]的测量结果,将其分为无视距、航行、近场等场景,此时通信信道特点各有不同。
1.1 多普勒功率谱
由于飞行器的飞行速度很高,远远超过地面车辆的速度,所引起的多普勒频移值可能会很大,表现为严重的快衰落。不同场景下,飞行器接收信号的角度不同,方位功率谱分布呈现不均匀性,可由Jakes提出的多普勒U型功率谱改进得到。如图1所示,多普勒功率谱服从如下分布
式中:φαL是天线波束到达的最小角度;φαH是天线波束到达的最大角度。通常情况下,无视距场景天线波束宽度为360°,航行场景天线波束宽度为3.5°,近场场景天线波束宽度为180°[7]。
1.2 多径时延分布
在低空宽带无线通信系统中,存在较强的多径效应,信道对于反射体引起多径传播的最大多径时延比较大[7],如图2所示,多径信号分量的功率随其相对时延值的增大呈递减趋势,服从单边指数函数分布
式中:
1.3 信道的冲激响应
虽然低空宽带无线通信在不同通信场景下的信道模型不尽相同,但是其信道衰落根源是一致的,即功率衰减、多普勒频移和多径时延。基于WSSUS信道,低空宽带无线信道通用模型的冲激响应为
式中:L为信道最大传播路径个数;t,τ是特定的时刻和时间的增量;an,θn,fDn,τn分别表示第n条路径的衰落因子、随机相位、多普勒频移和多径时延。用莱斯因子K来描述多径衰落的程度,当K→0时,莱斯信道退化为瑞利信道,此时是无视距场景,也是低空宽带无线通信最恶劣的情况。
2 改进的SC-FDE系统
为了应对低空信道多径效应和多普勒频移造成的数据中断,本文在传统的SC-FDE系统基础上,引入信道估计及频偏技术,消除飞行器高速运动和较高的载波频率下带来的大的多普勒频偏,通过频域均衡消除多径效应的影响,结合Turbo编码技术降低系统误码率,系统整体设计如图3所示。
2.1 块传输的SC-FDE原理
设
移除CP,接收到的信号为
yn=hn*xn+vn,0≤n≤N-1 (4)
式中:vn为零均值、方差为σ2的高斯白噪声;hn为信道的冲激响应;*为卷积运算。
经过频域均衡后,判决前的信号为
式中:Wk是均衡系数。考虑到在低信噪比时,上式噪声对信号判决的影响很大,不适合采用迫零(ZF)均衡,而是通常采用最小均方误差(MMSE)均衡,得到
式中:
2.2 信道估计及频偏估计联合算法
由于飞行器的高动态性引起多普勒频移,使载波频率偏移引起接收相位发生旋转,加之低空信道多径效应影响严重,使得均衡前的信号星座图呈现模糊。本文通过在SC-FDE系统中引入LS信道估计以及Fitz频偏估计算法,很好地消除了大的多普勒频偏对数据传输带来的影响,信道估计及频偏估计方法实现框图如图4所示。
根据LS信道估计准则,定义代价函数为
式中:T是关于训练序列的Toplitz矩阵;Y是y的傅里叶变换矩阵;Γ是傅里叶变换矩阵;t是长度为L的训练序列。令P(
假设接收到的训练序列符号为t(k),自相关运算后导出频偏估计值为
式中:Ts是符号周期,
值得注意的是,Fitz算法[8]中自相关函数幅角计算arg函数必须保证在[-π,π)的范围内,超出此范围,会出现相位模糊,估计频偏产生误差,精确度降低。而在低空信道环境下,不同环境下面临不同程度的多普勒频移,大的多普勒频偏会导致接收信号的相位偏转,要求频偏估计算法有较大的频偏估计范围。
针对这一问题,本文提出了采用纠偏判决的方法,如图4所示,在信道估计完成后先进行纠偏处理,将输入训练序列的相位偏移序列按照不同的间距做相位差运算,然后对所有的相位差值进行加权平均得到相位弧度值进行频偏估计,由于参考的数据样本空间较小,估得的结果可能精度较差,对于某些不存在多普勒频移或者很小的信道情况,可以根据此次估计的结果做一个判定,如小于某一阈值则不进行纠偏处理;对于多普勒频移较大的信道,仅以这次纠偏作为一个初步的频偏处理,接着对纠偏后的数据重新做信道估计,对整个数据序列再重新进行频偏估计及纠偏,从而提高纠偏精度。
3 仿真实验及分析
仿真实验中,Turbo码采用1/3码率,FFT/IFFT长度为256个符号,训练序列长度为64个符号。假定工作频率为5 GHz,数据传输速率为2.5 Mbit/s,多径数目为20,调制方式为QPSK。
图5为低空宽带无线信道不同场景下SC-FDE系统的性能曲线,从仿真结果可以看出,传统的单载波频域均衡算法在飞行器速度较小的近场场景下性能较好,误码率可以达到10-4,但是无法解决高速移动环境下存在的多径效应和多普勒频移问题,在无视距和航行场景下会出现较高的误码率“地板效应”;图6为本文方法在未加编码时不同场景下的性能曲线,可以看出在无视距和航行场景下对多普勒频偏进行了一定的修正,性能有所改善,但随着多普勒频移的增加,系统的误码率会急剧增大,仍无法满足实际通信需求。从图7可以看出采用联合信道估计及频偏估计算法,克服了误码率的“地板效应”,通过加入Turbo编码,在低信噪比情况下也能达到较小的误码率,即使是无视距场景,误码率性能也能达到10-3。综合图5、图6和图7可以得出,在相同的传输速率下,近场场景的误码率性能最好,航行场景居中,无视距场景性能最差。
4 小结
本文给出了通用的低空宽带无线信道多普勒频移和多径时延功率谱,所研究的低空信道是具有频率选择性衰落和时间选择性衰落的快时变信道,针对传统的SC-FDE系统误码率性能很差的问题,提出了信道估计及频偏估计联合算法,并对无视距、航行、近场3种场景进行了蒙特卡洛仿真。实验结果表明,基于Turbo编码的改进的SC-FDE系统,大大提高了传输信息的可靠性,在低信噪比条件下,无论是无视距情况还是有视距情况,低空信道都能保持较低的误码率,本文方法对于实现低空空域数据传输有很好的参考意义。
参考文献
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[7]陈强,杨霄鹏,杨栋,等.低空无线信道建模及其均衡技术研究进展[J].电讯技术,2012,52(1):117-124.
基于ARM的无线图像传输系统 篇8
第一全模拟的视频监控系统,也称闭路电视监控系统(CCTV)。图像信息采用视频,以模拟方式传输,一般传输距离不能太远,主要应用于小范围内的监控,监控图像一般只能在控制中心查看。全模拟视频监控系统以模拟视频矩阵和磁带式录像设备VCR为核心。
第二以数字控制的视频矩阵替代原来的模拟视频矩阵,以数字硬盘录像机DVR替代原来的长延时模拟录像机,将原来的磁带存储模式转变成数字存储录像,实现了将模拟视频转为数字录像。DVR集合了录像机、画面分割器等功能,跨出数字监控的第一步。在此基础上产生了全数字的视频监控系统,可以基于PC机或嵌入式设备构成监控系统,并进行多媒体管理。这类系统是目前
视频监控市场的主流。
第三随着宽带网络的普及,视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展,出现了以网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题,从图像采集开始进行数字化处理、传输,这样使得传输线路的选择更加多样性,只要有网络的地方,就提供了图像传输的可能。整个系统趋向平台化、智能化。很多互联网企业已开始涉足此类视频监控系统的开发,目前尚属市场起步阶段.
本系统提供了一种廉价并且一种可行的方案的视频监控系统。从串口摄像头可以直接读出图像的数字信号,然后由GPRS网络传输和进一步处理,到达中心服务器,只要可以连网的PC机通过网络都可以随时查看监控的信息。
与传统的监控相比,本系统减少人力,财力及一些其它的硬件资源。并且可以随时随地查看监控方面的信息(查看设备必须能够连网)。实现了资源共享,提高了资源利用效率。
1 硬件结构设计
根据用户的需求,本系统分成3个模块来进行设计,分别是ARM嵌入式[1]平台模块,串口驱动模块,GPRS传输模块。图1所示。
1.1 系统硬件平台
本系统采用LPC2368开发板采用核心板和底板(外设板或称基本板)组成,它采用机器焊接.性能稳定可靠。RJ45网络接口,CAN总线,双串口,一个USB2.0接口,可接MMC卡(作U盘),作USB声卡,LCD12232接口,EEPROM存贮器AT24C16。CPU最高频率可达72MHZ,含有512K的片内flash和58KB的片内SDAM,接品功能丰富[2]。
1.2 图像采集
图像采集模块在本系统中占有重要的地位,本系统采用星光电子公司的串口摄像头,串口摄像头的工作比较简单,通过发送指令的形式,使其工作,步骤如下:
第一步主机发送同步命令给摄像头,摄像头会给主机一个返回信息并确认。
第二步与摄像头建立连接,在上电或休眠后必须执行以下步骤与摄像头建立连接。使用14400波特率发送同步命令直到ACK[3]命令。(一般要连续发送30次或更多同步命令)当主机收到摄像头的ACK命令后,摄像头还会发出一个同步命令,这时主机必须回应ACK,完成后连接已建立。
第三步获取JPEG图像;步骤如图2所示。
1.3 图像传输
图像传输分有线传输和无线传输,为了方便用户使用,本系统采用无线传输,使用SIN300 GPRS[4]模块。由于该模块是串口接口,所以可以直接插入到开发板中使用。无线模块MC35i连接通过控制MC35i模块拨号上网并通过PPP协议与移动服务器建立点对点连接之后通过TCP/IP协议与目标服务器建立socks连接用于数据的无线传输MC35i通过内嵌总线与SIM卡连接并通过I/O口控制无线模块开关
2 软件设计
系统软件的开发,其流程如图3,具体的步骤如下
1)系统上电,初始化中断向量表,时钟,禁止中断,初始内存控制器,然后跳转到main函数。
2)初始化串口,设置I/O连接UART0,串口波特率,串口工作模式,检查状态字。
3)初始化GPRS模块,发送AT指令创建连接发密码,打开连接在此等待。
4)用户发送拍照指令,按照用户的要求进行拍照。
5)使用用AT指令把拍到的照片发送到中心服务器,等待对方的确认。
6)在此循环等待用户的指令[5]。
3 结束语
该文所介绍的基于ARM嵌入式平台的监控系统已经在车载,民用船上已得到应该,其性能可靠,稳定,满足用户的需求。随着信息技术的发展,基于嵌入式平台的监控系统会越来越重要,也会是未来发展的一个趋势。
摘要：该文介绍一种利用嵌入式设备和无线网络来实现远程图像监控,串口摄像头采集的图像转化成数字图像。然后通过GPRS模块传送到中心服务器,来实现监控。改系统利用LPC2368的开发板做为硬件平台,30万像素的串口摄像头做为采集端,串口的GPRS模块来传输数据。
关键词：嵌入式系统,摄像头,GPRS,ARM
参考文献
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[4]杨兴裕,吴海彬,许松清.GPRS无线传输在远程图像监控系统中的应用[J].微计算信息,2005(21):64-66.
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