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基于Zynq平台的OFDM视频传输系统设计与实现

摘要

随着人们对于实时视频这种大数据量传输的多媒体业务的需求与日俱增，新的无

线通信标准被制定，这也促使着无线通信平台的快速更迭。传统的无线视频传输平台

大多基于专用硬件进行设计，存在体积大、功耗高、应用场景单一而且不便进行设备

升级等问题。针对上述问题，采用OFDM技术，利用Zynq+AD9361架构的无线电平

台，通过软硬件协同设计的方式，设计并实现了一种小型化、低功耗、全可编程的

OFDM视频传输系统，具有一定的应用价值。本文的主要工作和研究成果如下：

（1）针对无线信道存在多径干扰等问题，采用OFDM技术，参照IEEE802.11a协

议，设计了一套完整的OFDM基带通信系统。通过RTL设计、Modelsim仿真以及板级

测试验证了基带通信系统各模块功能的正确性。重点对基带通信系统中的同步过程进

行了深入研究，对同步过程的各个环节进行了算法设计及FPGA实现。

（2）为了提高分组检测环节的准确率以及粗频偏校正环节的精确性，同时减少

FPGA资源占用，通过对OFDM系统的分组检测和粗频偏校正环节进行深入研究，设

计并实现了一种基于短训练序列的联合同步算法。经过仿真实验和上板验证可知，联

合同步算法性能良好，保证了突发的数据能被正确接收，补偿了大部分载波频偏。

（3）为了节约FPGA资源以及提高视频数据传输速率，通过对OFDM系统的相位

校正环节进行深入研究，设计并实现了一种基于硬件优化的联合相位估计算法。通过

仿真实验和上板验证可知，相较于传统的联合相位估计算法，在仅牺牲微小性能的代

价下大幅减少了计算延时，同时保证了相位补偿后的数据能被成功解调解码。

（4）基于Zynq+AD9361架构的无线电平台及Linux主机完成了OFDM视频传输

系统的搭建，设计了项目的整体实现流程，在进行系统联调和测试后验证了设计方案

的可行性。利用Zynq中的FPGA资源完成了基带通信系统的实现，使用Zynq中的

ARM核驱动AD9361以及运行UDP，通过Linux主机完成了视频数据的编解码。实现

了Zynq中的FPGA部分与ARM部分、Zynq与Linux主机以及Zynq与AD9361之间准

确的数据交互。

最后通过对OFDM视频传输系统进行测试可知，在采用64QAM的调制方式，3/4

编码效率的传输方案下，系统长时间收发数据时各基带模块稳定运行，同步环节发挥

了良好的作用，成功进行了分组检测，准确进行了符号同步，有效估计并补偿了载波

频偏，经过信道均衡及相位校正后星座图的EVM稳定在-25dB以下。完成的OFDM视

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

频传输系统支持本地视频以及摄像头实时画面两种传输方式，支持高清画质传输，系

统支持的最大数据传输速率约为12.5Mbps，传输时延稳定在2.5s左右。

关键词：无线视频传输；OFDM；同步算法；硬件资源优化；Zynq平台

基于Zynq平台的OFDM视频传输系统设计与实现

Abstract

Asthedemandforreal-timevideotransmission,amultimediaservicewithlargedata

volume,continuestorise,newwirelesscommunicationstandardshavebeenestablished,which

inturnhavespurredrapidevolutioninwirelesscommunicationplatforms.Traditionalwireless

videotransmissionplatformsaremostlydesignedbasedondedicatedhardware,makingthem

bulky,high-power,li