无人飞行器应用中基于SDR的高分辨率、低延迟视频传输

集成式射频 (RF) 捷变收发器不仅广泛用于蜂窝电话基站的软件定义无线电 (SDR)架构，如多业务分布式接入系统 (MDAS) 和小基 站单元等，也适用于工业、商业以及军事应用中的无线高清视频传输，如无人飞行器 (UAV) 应用。

本文将剖析使用AD9361/AD93642,3集成式收发器IC实现宽带无线视频信号链的过程，以及传输的数据量、相应的RF占用信号带宽、传输距离和发射功率。文中还将描述OFDM物理层的实现，并列出用于避免射频干扰的跳频时间测 试结果。最后，我们将讨论Wi-Fi和RF捷变收发器在宽带无线应用方面的优缺点。

信号链

图1所示为采用AD9361/AD9364和BBIC的简化无线视频传输方案。摄像机捕捉到影像，并通过以太网、HDMI、USB或其他接口将视频数据发送至基带处理器。图像编码/解码可通过硬件或FPGA处理。RF前端包括RF开关以及连接到可编程集成式收发器的LNA和PA。

 

图1. 无线视频传输示意图

需要传输多少数据

表1列出了未压缩数据速率和压缩数据速率之间的显著差异。通过使用高效视频编码 (HE VC) 技术，也就是H.265和MPEG-H第2部 分，可以降低数据速率并节省带宽。H.264是目前最常用于录像、压缩及视频内容分布的格式。它体现了视频压缩技术的巨大进步，并且在未来有可能接替现已广泛使用的AVC（H.264和MPEG-4第10部分）技术。

表1总结了不同视频格式下的未压缩和已压缩数据速率。其假设 条件是视频的位深度为32位，帧速率为60 fps。在1080p的例子中， 压缩后的数据速率为7.45 Mbps，这样的数据率才会更加容易地被 基带处理器和无线物理层进行处理。

表1. 压缩数据速率

信号带宽

通过改变采样速率、数字滤波器和抽取参数，AD9361/AD9364可支持的通道带宽范围为低于200 kHz到56 MHz。AD9361/AD9364为 零中频收发器，具有用来发射复数数据的I通道和Q通道。复数数据含有实部和虚部，分别对应I通道和Q通道，它们位于同一频带上，因此其频谱效率是单通道频谱效率的两倍。压缩视频数据可以映射到I和Q通道以创建星座点，也就是符号。图2显示了一个16QAM的例子，每个星座点符号代表四个二进制比特。

图2. 16 QAM星座图。

图3. 星座图中I和Q数字波形。

 

图4. 脉冲整形滤波器响应。

对于单载波系统，I和Q数字波形在进入DAC之前需要通过脉冲整形滤波器，使所传输的信号在有限带宽内成形。脉冲整形可使用FIR滤波器，滤波器响应如图4所示。为了确保信息逼真度，必须满足对应于符号速率的最小信号带宽。符号速率与压缩视频数据成正比，如下式所示。对于OFDM系统，应使用IFFT将复数数据调制到各个子载波上，使其在有限带宽内传输信号。

每个符号对应的位数取决于调制阶数。

 

图5. 调制阶数。

所占用信号带宽为

其中α表示滤波器的带宽参数。

根据前面的公式，可以推导出

从而，我们可以计算出RF占用信号带宽，如表2中的总结所示。