針對(duì)目前通信教學(xué)和科研活動(dòng)中缺乏真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證這一問(wèn)題，本方案基于USRP和GNU Radio組成的通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)以正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻傳輸實(shí)驗(yàn)。與軟件仿真驗(yàn)證相比，實(shí)驗(yàn)測(cè)試中以真實(shí)信道為傳輸環(huán)境，貼近現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)，使得需要驗(yàn)證的信號(hào)處理算法在性能評(píng)估上更具有說(shuō)服力。
功能描述
視頻傳輸系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)將攝像頭信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)射到無(wú)線電磁環(huán)境中，并在接收端將此信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)以及顯示。系統(tǒng)由兩臺(tái)上位機(jī)、兩臺(tái)USRP-LW X310、兩塊UBX-LW 40射頻子板與天線組成。
在系統(tǒng)發(fā)射端，上位機(jī)通過(guò)攝像頭捕獲到視頻信號(hào)，通過(guò)GNU Radio發(fā)送模塊將視頻信號(hào)進(jìn)行處理后通過(guò)USRP-LW X310，UBX-LW 40以及天線發(fā)射到無(wú)線電磁環(huán)境中；
在接收端，系統(tǒng)通過(guò)USRP-LW X310，UBX-LW 40以及天線接收無(wú)線電磁信號(hào)，信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)GNU Radio接收模塊進(jìn)行處理，并將恢復(fù)的視頻畫(huà)面顯示到上位機(jī)。系統(tǒng)支持多種調(diào)制方式，數(shù)據(jù)包支持自定義，發(fā)送源可選擇文字，圖片與視頻。系統(tǒng)接收端可顯示星座圖，頻譜圖與時(shí)域波形圖。
視頻傳輸系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程
步驟一：在系統(tǒng)中安裝gstreamer庫(kù)，利用mkfifo命令分別創(chuàng)建發(fā)射端、接收端中g(shù)streamer和GNU Radio之間管道；
步驟二：通過(guò)輸入命令連接uvc H.264/MPEG-TS網(wǎng)絡(luò)攝像頭；
步驟三：使用gstreamer中的命令將轉(zhuǎn)化為.ts格式的視頻加載到發(fā)射端GRC流圖中，通過(guò)OFDM調(diào)制后再使用USRP發(fā)送。
步驟四：USRP接收視頻后，經(jīng)過(guò)GRC流圖中的OFDM解調(diào)等模塊，將解碼的視頻經(jīng)過(guò)管道與gstreamer相連，可以使用gst-launch命令播放或者使用mpv命令在mpv播放器上播放（本次實(shí)驗(yàn)使用的是mpv播放器實(shí)現(xiàn)地播放）。
視頻管道配置圖
軟件界面圖
本次仿真使用設(shè)備：性能較高的PC機(jī)兩臺(tái)、USRP-LW X310兩臺(tái)、logitech C930攝像頭一個(gè)（支持UVC H264的攝像設(shè)備）。
兩臺(tái)主機(jī)環(huán)境為：Ubuntu 18.04系統(tǒng)、GNU Radio Companion 3.7.13.5、uhd 3.14.1.1。
（1）發(fā)端運(yùn)行實(shí)現(xiàn)
發(fā)端GRC流圖如圖所示：
發(fā)送端GRC流圖
發(fā)端集成模塊細(xì)節(jié)如圖和圖所示：
發(fā)端Channel Coding集成模塊
發(fā)端OFDM MIMO Transmitter集成模塊
發(fā)端傳輸結(jié)果如圖所示：
發(fā)送端傳輸結(jié)果圖
（2）接收端運(yùn)行實(shí)現(xiàn)
收端GRC流圖如圖所示：
收端集成模塊細(xì)節(jié)如圖所示：
收端OFDM MIMO Receiver集成模塊
收端Channel Decoding集成模塊
運(yùn)行結(jié)果如圖所示：
收端運(yùn)行結(jié)果圖
整體運(yùn)行結(jié)果圖
本次仿真使用設(shè)備：性能較高的PC機(jī)兩臺(tái)、USRP-LW X310兩臺(tái)、logitech C930攝像頭一個(gè)（支持UVC H264的攝像設(shè)備）。
兩臺(tái)主機(jī)環(huán)境為：Ubuntu 18.04系統(tǒng)、GNU Radio Companion 3.7.13.5、uhd 3.14.1.1。
（1）發(fā)端運(yùn)行實(shí)現(xiàn)
發(fā)端GRC流圖如圖所示：
發(fā)送端GRC流圖
發(fā)端集成模塊細(xì)節(jié)如圖和圖所示：
發(fā)端Channel Coding集成模塊
發(fā)端OFDM MIMO Transmitter集成模塊
發(fā)端傳輸結(jié)果如圖所示：
發(fā)送端傳輸結(jié)果圖
（2）接收端運(yùn)行實(shí)現(xiàn)
收端GRC流圖如圖所示：
收端集成模塊細(xì)節(jié)如圖所示：
收端OFDM MIMO Receiver集成模塊
收端Channel Decoding集成模塊
運(yùn)行結(jié)果如圖所示：
收端運(yùn)行結(jié)果圖
整體運(yùn)行結(jié)果圖
視頻傳輸系統(tǒng)實(shí)物搭建及整體運(yùn)行結(jié)果圖
推薦硬件型號(hào)
（1）SDR-LW系列
SDR-LW系列是珞光電子推出的高性能SDR獨(dú)立設(shè)備，由板載處理器、FPGA和射頻前端組成。通過(guò)Intel X86處理器與FPGA協(xié)同工作，增加了軟件無(wú)線電設(shè)備的靈活性。一體機(jī)的設(shè)計(jì)框架使其可以快速地搭建視頻傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。建議SDR-LW 2974及SDR-LW 4940兩種型號(hào)。
（2）USRP-LW系列- USRP-LW X310+UBX-LW 40子板
USRP-LW X310是一款性能卓越，定位于高端的，服務(wù)于下一代軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的軟件無(wú)線電設(shè)備。支持PCIE接口，以及1 Gbps和10 Gbps Ethernet接口，為USRP與通用處理器（GPP）之間提供了高速接口。
UBX-LW 40是一款全雙工寬帶收發(fā)器，覆蓋10MHz至6GHz的頻段，瞬時(shí)帶寬為40MHz。多個(gè)UBX子板的相干和相位對(duì)齊操作使用戶能夠探索MIMO和測(cè)向應(yīng)用。
典型應(yīng)用場(chǎng)景
視頻傳輸系統(tǒng)幫助用戶快速搭建一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可用于天線性能驗(yàn)證，智能超表面系統(tǒng)驗(yàn)證，毫米波通信系統(tǒng)驗(yàn)證，光電傳輸系統(tǒng)性能驗(yàn)證。
配置清單參考
