超寬帶無線視頻監控系統的設計
應用層成幀模塊將圖像幀封裝成應用層幀,并添加序列號、幀長度與校驗和到幀尾(見圖2),用來在接收和顯示端檢測不同類型的錯誤。攝像頭輸出的JPEG 圖像自帶幀頭與幀尾標識,幀頭為0xFFD8,幀尾為0xFFD9。
在應用層成幀的時候,借用了JPEG 的幀頭與幀尾,化簡了成幀操作。
物理層適配模塊完成攝像頭與物理層的速率適配。
實驗發現,VS6724 輸出圖像數據并不是連續的,而是使用數據有效信號提供包絡, 數據具有較強的突發性,且攝像頭輸出數據的時鐘速率高于物理層讀取數據的時鐘速率,因此必須采用緩存隊列的方式,保證突發數據不丟失。經過試驗與計算,在幀率25 f/s 的工作狀態下,使用2 kbyte 的緩存隊列, 可以保證突發性最嚴重的數據也不會丟失。
4 UWB 發送端設計
UWB 發送端結構如圖3 所示, 包括UWB 基帶發送和UWB 射頻發送兩部分。在基帶發送部分,經過適配的視頻數據通過擾碼增加偽隨機性,再經過信道編碼,插入訓練序列后進行擴頻調制,之后完成物理層成幀處理,再經過波形成型濾波器,發往射頻發送模塊。在射頻發送模塊,經過基帶處理的數據通過混頻器調制到射頻,然后經由功率放大器(PA)和帶通濾波器(BPF),由天線發射出去。
相對于接收端,UWB 發送端結構簡單,易于小體積、低功耗的實現。為了滿足傳輸性能的需求,在信道編碼模塊采用了RS 碼與卷積碼的級聯碼配合交織,提高糾錯能力,對抗突發錯誤。在擴頻調制之前插入訓練用PN 序列,方便接收端均衡器的自適應調整。擴頻調制使用BPSK調制方式,選擇擴頻比為2。擴頻調制之后的成幀處理,加入了前導序列、幀頭序列以及跟蹤序列(見圖4),以便接收端完成捕獲、同步和跟蹤的重要任務。這3 個序列同樣使用PN 序列。濾波成型使用了根升余弦濾波器,選擇滾降系數為1,使頻帶內發射功率盡可能大。
5 UWB 接收端設計
5.1 UWB 射頻接收端設計
UWB 接收端承擔著對抗多徑衰落的重要任務,因此其設計復雜度比發送端高很多。UWB 接收端也包括射頻接收與基帶接收兩部分。在射頻接收部分(見圖5),使用零中頻正交解調的方式處理射頻信號。射頻信號經低噪放大器(LNA)與射頻放大器(RFA)實現低噪聲放大,再經正交混頻,產生I,Q 信號,供基帶載波恢復使用。自動增益控制放大器(AGC) 將混頻后的信號幅度調整至適合ADC滿幅工作的狀態,低通濾波器(LPF)濾除高頻分量后,信號被送至基帶接收部分處理。

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