基于太赫兹无线个域网MAC协议的高清视频传输系统研究与实现

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随着不同应用领域对高清视频服务的需求呈指数增长,人们对大带宽和更高速率的通信需求变得迫在眉睫,而现有的无线通信系统难以满足多媒体业务高速传输的要求。因此,大量学者已经开始进行太赫兹(Terahertz,THz)波段的研究,利用太赫兹波通信,数据传输速率可以达到10Gbps甚至更高,更有望满足高清视频服务不断增长的传输速率需求。太赫兹波处于远红外线划分范围,主要特征表现在THz波的路径损耗较为严重,极易受水分子吸收。因此,太赫兹通信适合于短距离高清视频业务的高速传输。例如,THz WPAN为室内高清视频无线设备提供超高速无缝连接。目前,对太赫兹无线个域网的研究主要集中在MAC协议上,而MAC协议的研究则主要基于IEEE802.15.3c协议。本文首先介绍了太赫兹无线通信和高清视频传输的研究现状,主要阐述了太赫兹波的特点及无线通信场景、THz WPAN接入协议超帧结构、高清视频传输和高速串行接口相关技术,为后文对基于太赫兹无线个域网MAC协议的高清视频传输系统的研究和实现提供理论基础。其次,深入研究了高清视频传输系统的相关工作原理。通过研究和实际测试发现数据分区(DPM)、RTP载荷的封装和ACK确认方式无法适应时变的无线通信环境,从而导致传输开销增大、吞吐量降低的问题。为解决上述问题,本文提出一种信道自适应高效传输方案(Channel adaptive and efficient transmission scheme,CAET),该方案包含三种新机制:基于信道评估的NAL模式选择、RTP载荷的自适应封装和自适应选择ACK方式。CAET方案能够适应无线环境的变化,减少视频传输过程中的开销以及提高网络吞吐量。然后,设计了基于太赫兹无线个域网MAC协议的高清视频传输系统方案,主要包括太赫兹通信简化架构的设计、硬件和软件平台的选择、服务端软件设计、MAC协议设计、客户端软件设计;利用KC705硬件平台和Linux操作系统实现了基于太赫兹无线个域网的高清视频传输系统软硬件方案,对系统基本功能进行测试。通过对测试所得的数据进行分析,结果表明CAET方案能够有效地提高网络吞吐量,并且具有更好的系统稳定性。最后,对本文所做的工作进行了总结,并阐述了太赫兹无线个域网高清视频传输的进一步研究方向。
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