基于国产USRP-LW N210搭建视频传输系统解决方案【原创真实案例】

针对目前通信教学和科研活动中缺乏真实现场验证这一问题，本方案基于USRP和GNU Radio组成的通信实验平台，设计并实现了一个以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术为基础的视频传输实验。与软件仿真验证相比，实验测试中以真实信道为传输环境，贴近现实的通信系统，使得需要验证的信号处理算法在性能评估上更具有说服力。

1. 功能描述

视频传输系统主要实现将摄像头信号数据发射到无线电磁环境中，并在接收端将此信号数据进行恢复以及显示。

系统由两台上位机、两台USRP-LW X310、两块UBX-LW 40射频子板与天线组成。

在系统发射端，上位机通过摄像头捕获到视频信号，通过GNU Radio发送模块将视频信号进行处理后通过USRP-LW X310，UBX-LW 40以及天线发射到无线电磁环境中；

在接收端，系统通过USRP-LW X310，UBX-LW 40以及天线接收无线电磁信号，信号数据通过上位机GNU Radio接收模块进行处理，并将恢复的视频画面显示到上位机。

图1 视频传输系统框图

系统支持多种调制方式，数据包支持自定义，发送源可选择文字，图片与视频。

系统接收端可显示星座图，频谱图与时域波形图。

2. 系统实现过程

步骤一：在系统中安装gstreamer库，利用mkfifo命令分别创建发射端、接收端中gstreamer和GNU Radio之间管道；

步骤二：通过输入命令连接uvc H.264/MPEG-TS网络摄像头；

步骤三：使用gstreamer中的命令将转化为.ts格式的视频加载到发射端GRC流图中，通过OFDM调制后再使用USRP发送。

步骤四：USRP接收视频后，经过GRC流图中的OFDM解调等模块，将解码的视频经过管道与gstreamer相连，可以使用gst-launch命令播放或者使用mpv命令在mpv播放器上播放（本次实验使用的是mpv播放器实现地播放）。

图2 视频管道配置图

GStreamer：开源的多媒体框架，用于构建音视频处理和流媒体应用  GitHub - GStreamer/gstreamer: GStreamer open-source multimedia framework

3. 实物搭建图

本次仿真使用设备：性能较高的PC机两台、USRP-LW X310两台、logitech C930摄像头一个（支持UVC H264的摄像设备）。

图3 视频传输系统实物搭建及整体运行结果图

4. 软件界面图

本次仿真实验两台主机环境为：

Ubuntu 18.04系统、GNU Radio Companion 3.7.13.5、uhd 3.14.1.1。

（1）发端运行实现

图4 发送端GRC流图

图5 发送端传输结果图

（2）接收端运行实现

图6 接收端GRC流图

图7 接收端运行结果图

5. 典型应用场景

视频传输系统帮助用户快速搭建一个数据传输系统，可用于天线性能验证，智能超表面系统验证，毫米波通信系统验证，光电传输系统性能验证。