基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分层空时分组码的WARP平台图像数据传输方案，通过给出多天线多载波系统的分层空时分组码的发射和接收系统模型，并分析了发射端分层空时分组编码和接收端QR译码的原理和实现，最终实现基于分层空时分组编码和QR译码的WARP平台图像数据传输。根据分层空时分组码（LSTBC）和分层空时码（V‑BLAST）在不同信噪比下的接收图像质量和误码率曲线，表明分层空时分组编码系统可以获得较高的平均数据传输率，同时其分集增益保证了物联网中图像传输的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法
本专利技术涉及一种WARP平台图像传输方法，属于物联网物理层传输、软件无线电信息传输

技术介绍
物联网(IoT)可以定义为具有硬件、软件和连接的设备、车辆和家用电器网络，使这些设备、车辆和家用电器能够相互连接和交换数据，特别是在电力系统通信中。作为物联网的一个根本问题，不断增加的容量和高可靠性是一个挑战，需要满足大型设备、车辆和各种设备的需求。多天线和多载波是物联网等无线网络提高容量和可靠性的关键物理层技术。例如，用于物联网视频流的无线局域网(WLAN)调制解调器设计为支持高质量视频传输的高吞吐量。WLAN调制解调器采用2×2的MIMO-OFDM技术；或考虑MIMO-OFDM的能效(EE)，以提高其在电池有限的物联网网络中的应用。采用上行链路参考信号(RS)功率控制来节省物联网设备的电池，同时考虑了OFDM信号的峰均功率比降低和下行链路发射机功率控制；或为支持与大量设备的大规模连接，对部署在数据中心的大型MIMO基站进行了研究，同时讨论了大规模的MIMO在工业互联网应用中的应用，如设备调度、电源控制、节能设计和移动机器人无线电源传输等。同时，无线通信环境是一个随时间变化的不稳定系统，理论研究不能假定一个恒定信道模型。因此需要一个以算法验证为主、系统级的通信测试软件无线电平台来应对未来更加复杂的通信环境。同时无线通信技术的迅猛发展让各种通信协议标准及通信设备跟新越来越快，如新旧设备无法兼容将导致巨大的资源浪费，各通信协议之间不能相互兼容也将制约通信技术的发展。软件无线电平台是一个兼具标准性、通用性以及模块化等不同特点的硬件平台。通过对软件的编程来满足各种系统协议的通信功能，系统升级只需要升级软件即可。先进的软件无线电平台，既能测试不同通信系统的信道模型，还能验证通信算法性能，并且可以更好的估算通信技术的可行性。因此一个好的软件无线电平台是研究和开发无线通信系统的重要基础。由莱斯大学主导的WARP平台是一个可编程、可扩展的软件无线电平台，WARP平台开源所有硬件设计的软件支持包，必要时只需要升级系统资源库，就可实现对整个系统的升级。近年来无线通信中数据、图像、音频等多媒体应用的不断发展，整个系统对传输速率和容量的要求也越来越高；与此同时无线通信设备的迅猛增长以及信道环境越来越复杂，有限的频谱资源越趋紧张，因此，在有限的传输带宽下，分层空时分组编码等成为了提高系统传输速率同时提高系统可靠性的最佳途径。大多数研究集中于MATLAB仿真验证，到目前为止基于WARP平台上分层空时分组码传输图像的研究比较少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：在无线通信的数据、图像、音频数据处理过程中，对传输速率和容量的要求也越来越高，但分层空时码V-BLAST系统分集增益不足和系统可靠性差。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法，包括以下步骤：步骤1，将基于多天线多载波的WARP平台发送端接收到的三维彩色图像数据转化为一维彩色图像二进制数据，并对二进制数据进行星座映射得到符号数据流；步骤2，将步骤1获取的符号数据流进行串并变换，利用分层空时分组码系统分离成两路互不相同的数据流后分层处理，将需要传输的数据分别发送到各组编码器上进行空时编码，每组数据均经过多载波调制后对前导码和空时编码的数据封装组帧，传送至WARP的缓存中，待触发之后，通过WARP平台发送端将封装的帧分块传输发送出去；步骤3，当接收端接收到多载波调制后的一维彩色图像数据，对前导码进行帧同步处理、消除载波频率偏移以及利用多天线训练序列进行信道估计；步骤4，接收端通过步骤3把载波频偏补偿后的时域数据转化成频域，利用分层空时分组码的QR译码将信道矩阵分解实现干扰消除，通过循环检测从接收信号估计矩阵的最后一层逐层向上进行分层信号估计，最终检测到全部估计信号，再根据ZF算法(迫零算法)得出原始信息,译码后解调星座图逆映射后得到一维图像二进制数据，最终还原为三维彩色图像数据。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术建立基于分层空时分组码的WARP平台图像传输系统，给出了多天线多载波系统中分组空时编码系统模型，分层空时分组编码(LSTBC)将V-BLAST编码和空时编码(STBC)相结合，通过WARP通信系统发射端分层空时分组编码LSTBC和接收端QR译码原理和，最终达到WARP平台的分层空时分组编码图像传输的目的，通过高阶调制弥补传输速率的损失和改进的分集增益保证了物联网中图像传输的可靠性。通过搭建WARP软硬件平台进行实验和仿真，进行了一系列的系统设计与实验，有效地验证了分层空时分组编码方案可以提高传输速率，并且保证了物联网中图像传输的可靠性。附图说明图1为基于QR译码的多天线多载波分层空时分组码系统框图；图2为分层空时分组码LSTBC系统接收图；图3为分层空时码V-BLAST系统接收图；图4为2bps/Hz时LSTBC和V-BLAST的性能比较。具体实施方式分层空时码(V-BLAST)是一种空间复用技术，可以提高数据传输速率和信道容量，直接提高基于多天线多载波的WARP通信系统的频带利用率和传输速率，但无分集増益；空时分组码(STBC)是基于分集的最大化，只需要在通信系统的接收端做简单的译码处理，就能获得满分集增益，从而提高系统的抗干扰性，保证数据传输的可靠性；这两种方式分别是提高复用增益和分集增益的两个极端；因此，选择合适的方法让两种增益得到平衡，也是多天线应用的一个重点。本专利技术将讨论V-BLAST和STBC相结合的编码方案，即分层空时分组码(LSTBC)，将LSTBC应用在多天线多载波WARP系统平台上，通过将WARP通信系统发送端的数据流进行串并变换，利用V-BLAST的垂直分层来保证系统的传输速率，再在多个分组天线内部进行STBC编码后通过多载波调制发送，接收端通过QR译码以此提高分集增益，在保证获得分集增益的基础上获得较高的平均数据传输速率，在传输性能和频谱效率之间达到良好的折中实施案例1：本专利技术的一种基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法，包括以下步骤：步骤1，将基于多天线多载波的WARP平台发送端接收到的三维彩色图像数据转化为一维彩色图像二进制数据，并对二进制数据进行星座映射得到符号数据流；步骤2，将步骤1获取的符号数据流进行串并变换，利用分层空时分组码系统分离成两路互不相同的数据流后分层处理，将需要传输的数据分别发送到各组编码器上进行空时编码，每组数据均经过多载波调制后对前导码和空时编码的数据封装组帧，传送至WARP的缓存中，待触发之后，通过WARP平台发送端将封装的帧分块传输发送出去。图1所示是分层空时分组码的系统框图，设系统有nT个发射天线，nR个接收天线，把发射天线分成m组，每组中的天线个数为N1,N2,...,Nm，每组天线可采用各自不同的编码方式，并且天线个数满足N1+N2+…+Nm＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，将基于多天线多载波的WARP平台发送端接收到的三维彩色图像数据转化为一维彩色图像二进制数据，并对二进制数据进行星座映射得到符号数据流；/n步骤2，将步骤1获取的符号数据流进行串并变换，利用分层空时分组码系统分离成两路互不相同的数据流后分层处理，将需要传输的数据分别发送到各组编码器上进行空时编码，每组数据均经过多载波调制后对前导码和空时编码的数据封装组帧，传送至WARP的缓存中，待触发之后，通过WARP平台发送端将封装的帧分块传输发送出去；/n步骤3，当接收端接收到多载波调制后的一维彩色图像数据，对前导码进行帧同步处理、消除载波频率偏移以及利用多天线训练序列进行信道估计；/n步骤4，接收端通过步骤3把载波频偏补偿后的时域数据转化成频域，利用分层空时分组码的QR译码将信道矩阵分解实现干扰消除，通过循环检测从接收信号估计矩阵的最后一层逐层向上进行分层信号估计，最终检测到全部估计信号，再根据ZF算法(迫零算法)得出原始信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将基于多天线多载波的WARP平台发送端接收到的三维彩色图像数据转化为一维彩色图像二进制数据，并对二进制数据进行星座映射得到符号数据流；
步骤2，将步骤1获取的符号数据流进行串并变换，利用分层空时分组码系统分离成两路互不相同的数据流后分层处理，将需要传输的数据分别发送到各组编码器上进行空时编码，每组数据均经过多载波调制后对前导码和空时编码的数据封装组帧，传送至WARP的缓存中，待触发之后，通过WARP平台发送端将封装的帧分块传输发送出去；
步骤3，当接收端接收到多载波调制后的一维彩色图像数据，对前导码进行帧同步处理、消除载波频率偏移以及利用多天线训练序列进行信道估计；
步骤4，接收端通过步骤3把载波频偏补偿后的时域数据转化成频域，利用分层空时分组码的QR译码将信道矩阵分解实现干扰消除，通过循环检测从接收信号估计矩阵的最后一层逐层向上进行分层信号估计，最终检测到全部估计信号，再根据ZF算法(迫零算法)得出原始信息。


2.根据权利要求1所述的基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法，其特征在于：
在步骤2中，分层空时分组码的系统有nT个发射天线，nR个接收天线，把发射天线分成m组，每组中的天线个数为N1,N2,...,Nm，每组天线可采用各自不同的编码方式，并且天线个数满足N1+N2+…+Nm＝nT。


3.根据权利要求2所述的基于分层空时分组码的WARP平台图像传输方法，其特征在于：
当数据流经过串并变换后分层处理，将需要传输的数据分别发送到各组编码器上进行空时编码，发射天线为4根和接收天线为2根；发射天线1、发射天线2构成一组STBC，采用空时正交编码，发射天线3、发射天线4构成另一组STBC，2个天线组在2个符号周期内发送4个复信号，编码速率为4/2＝2；假设C代表总的发射符号；C1代表发射天线1和发射天线2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵刚，吴文勤，田峰，张曦，张俊尧，景春峰，蒋苏明，朱骥，蒯本链，罗先南，张明，陈泽，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司南岸供电分公司，国家电网有限公司，南京南瑞信息通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50