UWB无线视频传输关键技术研究

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摘 要： 为了方便的研究无线视频在uwb传输过程中的丢包率、吞吐量、时延，对UWB信道模型进行了研究，使用NS2构建了UWB的网络模型。网络模型配置了模拟网络拓扑结构、各层使用的协议，确定了链路的基本特性，从而可以模拟无线视频传输的UWB环境。构建的网络模型可以模拟压缩编码后视频流的无线传输过程。

关键词： 超宽带； NS2； 无线视频； 信道模型

中图分类号： TN941.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）11?0033?03

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?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：

[h（t）=Xl=0Lk=0K（l）αlkδ（t-Tl-τlk）]

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：

[αlk=plkβlk]

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：

[βlk=10xlk20]

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：

[μlk=10lnβ002-10TlΓ-10τlkγln10-σ2ξ+σ2ζln1020]

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。

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，包括的设计[11?13]。

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，将UDP发送、接收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。

参考文献

[1] 葛利嘉，朱林，袁晓芳，等.超宽带无线电基础[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2] 葛利嘉，曾凡鑫，刘郁林，等.超宽带无线电通信[M].北京：国防工业出版社，2005.

[3] 孙国学.基于UWB的宽带无线视频传输技术研究及部分实现[D].北京：北京邮电大学，2006.

[4] LEE Seung?sik， KIM Chang?wan， PARK Bong?hyuk，et al. A WiMedia UWB yransceiver for 4?HD channel streaming [J].IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2007， 53（2）： 782?787.

[5] JEON Y， LEE S， LEE S， et al. High definition video transmission using bluetooth over UWB [J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2010， 56（1）： 27?33.

[6] LEE S， JEON Y， CHOI S， et al. Gigabit UWB video transmission system for wireless video area network [J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2011， 57（2）： 395?402.

[7] LEE Kyu?Man， HAN D S. Improved WiMedia system supporting MIMO for wireless HD STB and mobile device [J]. IEEE International Conference on Consumer Electronics （ICCE）. Las Vegas， NV ： IEEE， 2011： 447?448.

[8] 鲁慧.UWB的室内信道模型的信道编码研究[D].西安：西安电子科技大学，2006.

[9] 冯金振.基于UWB技术的家庭宽带视频信号传输系统[D].上海：上海大学，2008.

[10] 黄化吉，冯穗力，秦丽姣，等.NS网络模拟和协议仿真[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[11] 钟辉，王鹏.基于NS2的无线网络仿真研究[J].计算机与数字工程，2010，36（7）：57?60.

[12] 张亚明，陈绍炜，夏林英.基于NS2的无线网络仿真研究[J].通信技术，2007（3）：58?60.

[13] 罗薇，罗娟，彭兵.基于NS2的无线网络仿真分析与研究[J].网络通信与安全，2007，5（3）：2576?2578.