一种cofdm高速无线图传发射机的制作方法
【专利摘要】本发明为无人机航拍和无线视频监控提出了一种基于COFDM的高速无线图传发射机，包括：基带编码调制模块，用于接收输入图像数据码流并转换为具备特定频谱的基带调制信号；射频模块，用于将上述基带调制信号上变频至设定的频率；其中，所述基带编码调制模块包括：基带成帧、帧扰码、BCH编码、LDPC编码、比特交织、星座映射、星座旋转、时间交织、时间帧映射、频率交织、导频插入、IFFT变换、保护间隔、频谱成形；所述射频模块包括：数模变换器（DAC）、压控振荡器（VCO）、上变频器（Modulator）、带通滤波器（BPF）、功率放大（PA）；使用所述的基于COFDM的高速无线图传发射机，在无人机航拍等高速移动的环境下，能够显著提高视频数据传输速率，满足高清和超高清图像传输的要求。
【专利说明】
-种COFDM高速无线图传发射机
技术领域
[0001] 本发明为无人机航拍和无线视频监控提出了一种基于COFDM的高速无线图传发射 机方案。使用该方案，在无人机航拍等高速移动的环境下，能够显著提高视频数据传输速 率，满足高清和超高清图像传输的要求。
【背景技术】
[0002] COFDM(编码正交频分复用）作为一种多载波调制技术，将数据调制到多个相互正 交的子载波上同时发送，具有频谱效率高、可支持的数据传输速率大、抗多径和抗频率选择 性衰落能力强等优点，广泛地用于无人机航拍和无线视频监控领域。
[0003] 目前市场上广泛使用的WCOFDM为基础的无线图传发射机产品，编码采用RS码和 卷积码级联的方式，纠错能力有限，无法在高速移动造成的深度衰落信道下有效地纠正随 机或突发错误;调制最高采用64QAM，频谱利用率不高。在8MHz带宽和100KM/H的高速移动环 境下，实际能达到的数据传输速率在15Mbps左右。
[0004] WH. 264标准进行压缩和编码的高清（1920 X 1080)视频流，数据速率在IOMbps左 右，WH. 265标准进行压缩和编码的超高清(3840 X 2160)视频流，数据速率一般在20Mbps W 上，质量较好的超高清视频流，数据速率在30Mbps W上。
[0005] 由此可见，现有WCOFDM为基础的无线图传系统，在8MHz带宽和高速移动环境下， 只能传输1路高清视频，不能传输超高清视频，无法满足无人机航拍和无线视频监控领域对 高质量图像质量的要求。
【发明内容】
[0006] 针对现有无线图传产品所存在的上述问题，本发明提供一种能实现高速数据传输 速率的OFDM无线图传发射机方案，在同等条件下可W实现40Mbps数据传输速率，充分满足 高清和超高清视频的传输需求。
[0007] 本发明是一种基于COFDM的高速视频无线图传发射机，包括:基带编码调制模块， 用于接收输入图像数据码流并转换为具备特定频谱的基带调制信号;射频模块，用于将上 述基带调制信号上变频至设定的频率； 其中，所述基带编码调制模块包括:基带成帖、帖扰码、BCH编码、LDPC编码、比特交织、 星座映射、星座旋转、时间交织、时间帖映射、频率交织、导频插入、IFFT变换、保护间隔、频 谱成形； 所述基带成帖用于把输入图像数据码流进行分片，并插入帖头拼装成固定长度的数据 帖。
[000引所述帖扰码用于随机化传输数据帖，采用伪随机序列实现。
[0009] 所述BCH编码用于对固定长度的数据帖进行第一级纠错编码。
[0010] 所述LDPC编码用于对固定长度的数据帖进行第二级纠错编码。
[0011] 所述比特交织用于对两级纠错编码后的数据进行第一级交织。
[0012] 所述星座映射用于对比特交织后的单路数据转换为I、Q两路数据，并根据设置分 别进行QPSK/16QAM/64QAM/256QAM/1024QAM的映射。
[0013] 所述星座旋转将映射后的星座符号旋转一个与映射阶数相关的角度。
[0014] 所述时间交织用于对星座旋转后的数据进行第二级交织。
[0015] 所述时间帖映射用于在时间交织后的数据中插入控制信令符号。
[0016] 所述频率交织用于对星座旋转后的数据进行第=级交织。
[0017] 所述导频插入用于对频率交织后的数据的特定位置插入不同类型的导频符号。
[0018] 所述导IFFT变换用于对导频插入后的数据进行频域到时域的变换。
[0019] 所述保护间隔用于对IFFT变换后的数据进行循环保护间隔的插入。
[0020] 所述频谱成形用于对保护间隔插入后的数据数字滤波，滤除谐波和镜像，形成特 定的频谱特征。
[002。 其中，所述射频模块包括：数模变换器（DAC)、压控振荡器（VCO)、上变频器 (Modulator)、带通滤波器(BPF)、功率放大(PA); 所述数模变换器用于数字基带数据变换为I、Q两路正交的模拟信号。
[0022] 所述压控振荡器用于产生需要的载波信号。
[0023] 所述上变频器用于将I、Q两路正交的模拟信号调制到载波信号上。
[0024] 所述带通滤波器用于滤除模拟信号上的谐波和镜像。
[0025] 所述功率放大用于放大调制后的信号，W便通过天线福射出去。
[00%]【附图说明】
[0027] 图1为本发明较佳实施例提供一种基于COFDM的高速视频无线图传发射机的模块 示意图。
[0028] 图2为图1中基带编码调制模块的内部模块示意图。
[0029] 图3为图2中基带成帖中数据帖结构图。
[0030] 图4为图2中帖扰码的实施框图。
[0031] 图5为图2中BCH编码的实施框图。
[0032] 图6为图2中LDPC编码的实施框图。
[0033] 图7为图2中比特交织的实施框图。
[0034] 图8为图2中星座映射的实施框图。
[0035] 图9为图2中时间帖映射的时间帖结构图。
[0036] 图10为图2中频率交织的实施框图。
[0037] 图11为图2中导频插入的实施框图。
[0038] 图12为图2中保护间隔的实施框图。
[0039] 图13为图1中射频模块的实施框图。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0041] 请参阅图I，本发明是一种基于COFDM的高速视频无线图传发射机，包括:基带编码 调制模块，用于接收输入图像数据码流并转换为具备特定频谱的基带调制信号;射频模块， 用于将上述基带调制信号上变频至设定的频率。
[0042] 请参阅图2，其中，所述基带编码调制模块包括:基带成帖、帖扰码、BCH编码、LDPC 编码、比特交织、星座映射、星座旋转、时间交织、时间帖映射、频率交织、导频插入、IFFT变 换、保护间隔、频谱成形。
[0043] 请参阅图3,所述基带成帖后的数据帖结构如下，其中帖头共10字节，包括:传输模 式(2字节）、用户数据长度(4字节）、同步字节（1字节）、下一个数据包起始的距离(2字节）、 包头校验(1字节）。
[0044] 请参阅图4,所述帖扰码用于随机化传输数据帖，采用伪随机序列实现，所述伪随 机序列由一线性反馈移位寄存器生成，其生成多项式为：G(X) = 1+X2+X11，初始值为 1111111111100。输入比特码流与该序列进行逐位异或后产生随机化后的数据。
[0045] 所述BCH编码用于对固定长度的数据帖进行第一级纠错编码。W纠错能力为12比 特的3/4编码为例，BCH (N，K)为(48600,48408)，请参阅图5,其中决定系数KO~Kn的生成多 项式为： gl(x) = l+x2+x3+巧+xl6 g2(x) = l+x+x4+巧+x6+x8+xl6 的（X) = l+x2+x3+x4+x5+巧+x8+x9+xl0+xll+xl6 g4(x) = l+x2+x4+x6+x9+xll+x^+xl4+xl6 g5(x) = l+x+x2+x3+巧+x8+x9+xl0+xll+xl2+xl6 g6(x) = l+x2+x4+巧+x7+x8+x9+xl0+x^+xl3+xl4+xl5+xl6 g7(x) = l+x2+x5+x6+x8+x9+xl0+xll+xl3+xl5+xl6 g8(x) = l+x+x2+x5+x6+x8+x9+xl2+xl3+xl4+xl6 g9(x) = 1+巧+x7+x9+xl0+xll+xl6 glO(x) = 1+x+x 化巧+x7+x8+xl0+xl2+xl3+xl4+xl6 gll(x) = l+x2+x3+巧+x9+xll+x^+xl3+xl6 gl2(x) = 1+x+巧+x6+巧+x9+xll+x^+xl6。
[0046] 请参阅图6,所述LDPC编码用于对固定长度的数据帖进行第二级纠错编码。该模块 由输入缓存模块、校验位地址产生模块、校验位生成模块、累加模块和选择器组成。编码后 的码长为64800，所支持的6种编码率/信息比特的组合是：1/2: 32400 ; 3/5 :38880; 2/3: 43200; 3/4:48600; 4/5:51840;5/6:54000 。
[0047] 请参阅图7,所述比特交织用于对两级纠错编码后的数据的校验位进行第一级交 织。对于256QAM，行数化=4050,列数化=16。
[004引请参阅图8,所述星座映射用于对比特交织后的单路数据转换为I、Q两路数据，并 根据设置分别进行QPSK/16QAM/64QAM/256QAM/1024QAM的映射。下表是256QAM的映射规则：
[0049]所述星座旋转将映射后的星座符号旋转一个与映射阶数相关的角度O，假设旋转 前的实部和虚部分别是I、Q，选择操作表示如下。
[(K)加]旋转后的实部=I Xcos巫-QXsin巫 旋转后的虚部=I X sin巫+Q X cos巫。
[0051] 请参阅图7,所述时间交织用于对星座旋转后的数据进行第二级交织。对于 256QAM，行数化=1620,列数化=5。
[0052] 请参阅图9,所述时间帖映射用于在时间交织后的数据中插入控制信令符号。
[0053] 所述频率交织用于对星座旋转后的数据进行第=级交织，数据按照一个特定的顺 序写入，该顺序由一个地址发生函数H(P)产生，数据读出时，按照升序依次读取，整体请参 阅图10。
[0054] 请参阅图11，所述导频插入用于对频率交织后的数据的特定位置插入不同类型的 导频符号。导频有3种类型：离散导频、连续导频、保留单音，其中连续导频的位置保存在一 个存储器RAM_CP中，离散导频、连续导频、保留单音的位置分别由相应的计算器SP_ calculator和TR_calculato;r产生。每输入一个数据，写入FIFO,同时计数器递增，如果 当前位置应该产生导频，则输出对于的导频符号，否则从FIFO读出数据。
[0055] 所述IFFT变换用于对导频插入后的数据进行频域到时域的变换;共有8种模式： 化、21(、41(、81(、161(、321(，对应的有效载波数分别是853、1705、3409、6817、13633、27265。
[0056] 请参阅图12,所述保护间隔用于对IFFT变换后的数据进行循环保护间隔的插入； 共有巧巾模式：1/128、1/32、1/16、19/256、1/8、19/128、1/4。下面 W4K，1/4 模式为例，说明其 实现原理： 输入数据被写入存储器RAM中，当写入数目达到4096 X (1-1/4)=3072时，开始把输入直 接输出，待输出4096 X 1 /4 =1024个数据时，开始输出RAM中存储的4096个数据，共计输出 4096 X (1+1/4)=5120个数据。
[0057] 所述频谱成形用于对保护间隔插入后的数据进行数字滤波，滤除谐波和镜像，形 成特定的频谱特征，作为一个实现实例，采用33阶FIR低通滤波器，汉明窗函数，截止频率为 0.3。
[005引其中，所述射频模块包括：数模变换器（DAC)、压控振荡器（VCO)、上变频器 (Modulator)、带通滤波器(BPF)、功率放大(PA)，请参阅图13; 所述数模变换器用于数字基带数据变换为I、Q两路正交的模拟信号； 所述压控振荡器用于产生需要的载波信号； 所述上变频器用于将I、Q两路正交的模拟信号调制到载波信号上； 所述带通滤波器用于滤除模拟信号上的谐波和镜像； 所述功率放大用于放大调制后的信号，W便通过天线福射出去。
[0化9] W上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用W限制本发明，应当指出，在不脱离本发 明原理的前提下，还可W做出若干修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
【主权项】
1. 本发明是一种COFDM高速无线图传发射机，其特征在于:其包括:基带编码调制模块， 用于接收输入图像数据码流并转换为具备特定频谱的基带调制信号;射频模块，用于将上 述基带调制信号上变频至设定的频率； 其中，所述基带编码调制模块包括:基带成帧、帧扰码、BCH编码、LDPC编码、比特交织、 星座映射、星座旋转、时间交织、时间帧映射、频率交织、导频插入、IFFT变换、保护间隔、频 谱成形； 其中，所述射频模块包括：数模变换器（D A C )、压控振荡器（V C 0 )、上变频器 (Modulator)、带通滤波器(BPF)、功率放大(PA)。2. 如权利要求1所述的一种C0FDM高速无线图传发射机，其特征在于:所述基带成帧后 的帧头共10字节，包括:传输模式(2字节）、用户数据长度(4字节）、同步字节（1字节）、下一 个数据包起始的距离(2字节）、包头校验(1字节）。3. 如权利要求1所述的一种C0FDM高速无线图传发射机，其特征在于:使用BCH编码用于 对数据帧进行第一级纠错编码，使用LDPC编码用于对数据帧进行第二级纠错编码。4. 如权利要求3所述的一种C0FDM高速无线图传发射机，其特征在于:使用的LDPC编码 模块由输入缓存模块、校验位地址产生模块、校验位生成模块、累加模块和选择器组成;5. 编码后的码长为64800，所支持的6种编码率/信息比特的组合是：1/2:32400; 3/5:38880; 2/3:43200; 3/4:48600; 4/5:51840;5/6:54000。5. 如权利要求1所述的一种C0FDM高速无线图传发射机，其特征在于:所述星座映射使 用了 5种映射方式:QPSK、16QAM、64QAM、256QAi^P1024QAM。6. 如权利要求1所述的一种COFDM高速无线图传发射机，其特征在于:所述星座旋转将 映射后的星座符号旋转一个与映射阶数相关的角度Φ，假设旋转前的实部和虚部分别是I、 Q，旋转操作表示如下： 旋转后的实部=IXcos〇-QXsin〇 旋转后的虚部=1><8；[114)+(>)\(308 4)。7. 如权利要求1所述的一种COFDM高速无线图传发射机，其特征在于:所述导频插入用 于对频率交织后的数据的特定位置插入不同类型的导频符号；导频有3种类型：离散导频、 连续导频、保留单音，其中连续导频的位置保存在一个存储器RAM_CP中，离散导频、连续导 频、保留单音的位置分别由相应的计算器SP_calculator和TR_calculator产生;每输 入一个数据，写入FIFO,同时计数器递增，如果当前位置应该产生导频，则输出对于的导频 符号，否则从FIFO读出数据。8. 如权利要求1所述的一种COFDM高速无线图传发射机，其特征在于:所述IFFT变换用 于对导频插入后的数据进行频域到时域的变换;共有8种模式：IK、2K、4K、8K、16K、32K，对应 的有效载波数分别是853、1705、3409、6817、13633、27265。9. 如权利要求1所述的一种COFDM高速无线图传发射机，其特征在于:所述保护间隔用 于对IFFT变换后的数据进行循环保护间隔的插入;共有7种模式：1/128、1/32、1/16、19/ 256、1/8、19/128、1/4 。
【文档编号】H04N7/18GK105979290SQ201610306524
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】张学军
【申请人】张学军