4.2 視頻流實(shí)時傳輸 - 基于NI-PXI的下一代超高速無線局域網(wǎng)原型系統(tǒng)設(shè)計

4.2 視頻流實(shí)時傳輸
圖10顯示了在NI-PXI平臺上原型系統(tǒng)Host控制器的前面板設(shè)計，其主要實(shí)現(xiàn)了射頻卡、UDP協(xié)議、FPGA設(shè)備同步、基帶參數(shù)以及AGC模塊等功能設(shè)置過程。

圖10 原型系統(tǒng)Host控制器的前面板框圖

PC端發(fā)射、接收用戶界面已在3.3.4節(jié)通過圖5、圖6給出。

圖11展示了基于NI-PXI平臺的IEEE 802.11ac MIMO2×2演示系統(tǒng)，圖中右側(cè)PC產(chǎn)生包含兩路視頻流的數(shù)據(jù)源信息，通過UDP協(xié)議可以將數(shù)據(jù)源傳輸?shù)絅I-PXI控制器Host中。Host將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽PGA中生成時域OFDM符號，通過射頻卡以無線方式發(fā)送并接收數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)送入FPGA做接收端處理，從而恢復(fù)出視頻數(shù)據(jù)并傳回到Host中，再次通過UDP協(xié)議將恢復(fù)的視頻數(shù)據(jù)傳給圖中左側(cè)PC，并對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示。

其中，發(fā)送端采用BCC信道編碼方式，碼率固定為1/2。在不同的映射方式下，發(fā)送數(shù)據(jù)幀具有相同的OFDM符號個數(shù)，這會使得高階映射方式下的吞吐率高于低階映射方式下的吞吐率。

IEEE802.11ac的MIMO2×2原型系統(tǒng)的實(shí)際工作速率如表2所示。從表中可以看出，由于硬件實(shí)現(xiàn)時存在硬件性能的限制以及各類微小的偏差，系統(tǒng)實(shí)際的傳輸作速率并不能達(dá)到理論值，但已經(jīng)非常接近理論值。同時，當(dāng)采用高階的星座映射方式進(jìn)行傳輸時，實(shí)際物理層傳輸速率逐漸受限，數(shù)據(jù)吞吐量不能正常翻倍，這是因?yàn)椴捎酶唠A映射方式時，控制器Host需要在相同時間內(nèi)處理更多的數(shù)據(jù)包，當(dāng)Host處理能力達(dá)到極限時，實(shí)際的傳輸帶寬不能充分利用，因此傳輸?shù)耐掏铝坎荒馨凑疹A(yù)期進(jìn)行提升。如果采用256QAM映射方式，在相同時間內(nèi)進(jìn)行與低階映射方式具有相同OFDM發(fā)送符號數(shù)的傳輸過程，系統(tǒng)將不能正常工作，這是由于原型系統(tǒng)所需的時鐘速率達(dá)到控制器Host的工作極限，因而無法支持256QAM進(jìn)行正常的物理層傳輸。同時，256QAM正常工作所需的接收信噪比要求也較高，在接收星座圖測試中可以看出該映射方式下的星座點(diǎn)性能不甚理想。

表2 原型系統(tǒng)在各映射方式下的傳輸速率

映射方式

?

BPSK

?

QPSK

?

16QAM

?

64QAM

?

理論工作速率

?

13.0M/s

?

26.0M/s

?

52.0M/s

?

78.0M/s

?

實(shí)際工作速率

?

11.2M/s

?

22.4M/s

?

44.8M/s

?

46.7M/s

5.結(jié)論

該系統(tǒng)方案利用NI的PXI平臺及NI的LabVIEW軟件平臺進(jìn)行研發(fā)，使我們能專注于802.11ac協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，縮短了研發(fā)周期。LabVIEW圖形化的編程語言以及提供的IP接口也為開發(fā)者提供了不少的便利。系統(tǒng)的核心運(yùn)算都在高速的FPGA模塊內(nèi)完成，能滿足原型機(jī)設(shè)計目標(biāo)的高速要求。整個系統(tǒng)的測試結(jié)果在上一章有詳細(xì)敘述，能正確顯示接收數(shù)據(jù)在不同調(diào)制方式下的星座圖，系統(tǒng)工作速率也能達(dá)到要求，能高質(zhì)量的進(jìn)行視頻流的傳輸。我們的原型機(jī)只是階段性的成果，還有更進(jìn)一步的空間，如將基帶帶寬拓展到40MHz、擴(kuò)展到4×4的MIMO系統(tǒng)以及開展毫米波的研究。