基于5GHz传输的USB多媒体适配器设计与实现

孔 明，黄 坚

(浙江省电子技术研究所有限公司，浙江杭州310012)

0 引言

随着无线影音传输技术的快速发展和高清晰多媒体资源的不断增加，市场对具备高速宽带无线传输多媒体能力的便携式设备需求量逐步增大。目前，国内高速宽带无线传输多媒体产品研制尚处于初级阶段，特别是媒体流在大带宽高速传输时的纠错和抗干扰技术与发达国家存在差距，实现规模化的商用阶段还存在一定的距离。国外市场的多媒体传输产品无线部分主要采用2.4GHz频段的IEEE 802.11 a/b/g/无线传输技术，但点对点的传输带宽小，传输距离近，抗干扰性低的几个技术特点制约了其在高速带宽多媒体无线传输上的应用［1］。本文提出了采用Amedia Networks公司的WVA5000无线多媒体芯片组和WiViTM无线网络技术来设计一款基于5GHz频段传输的USB多媒体适配器，它使视频/音频源(如DVD，VCR，PVR，STB，PC)、视频/音频与USB主机之间进行无线连接，构建了USB主机无线共享多媒体资源的解决方案，红外中继功能使用户通过原红外遥控器能够从USB主机控制视频/音频源设备。

1 Amedia WiViTM的技术特点

WVA5000芯片组由基带芯片AM5201和射频芯片AM5101组成，其主要特点为:无线传输频道范围为4.900 5.825GHz，支持的数据等级为6 60Mbit/s，支持的视频有效负荷为3 50Mbit/s，支持的数字视频格式为 MPEG －2，MPEG －4，H.264和 WM9。

在高速带宽多媒体无线传输方案中，IEEE 802.11 a/b/g/无线传输方案更加适合数据传输应用，Amedia WiViTM无线传输方案更加适合多媒体传输应用，其多媒体无线传输技术优势为:(1)基于5GHz频段传输;(2)高效负载，可达50Mbit/s;(3)延时短，小于2s，实现较实时的同步传输;(4)数字多媒体应用，满足SDTV(315Mbit/s)，HDTV(2050Mbit/s)的传输;(5)组网灵活，支持点对点、点对多点传输;(6)传输距离远，在发射功率为23dBm和简易阻挡条件下，HDTV等级传输的实际有效距离可达75m;(7)双芯片解决方案，硬件简单，不需要额外增加滤波、缓冲器、服务质量回路的硬件电路，性价比高。Amedia点对多点多媒体无线传输方案如图1所示。

图1 Amedia点对多点多媒体无线传输方案

2 系统原理与设计

采用WVA5000芯片组设计了基于5GHz频段传输的USB主机共享多媒体资源系统，提出以WVA5000芯片组为核心，视频编码采用MPEG－2，将多媒体的TS流通过HCI接口传输到USB主机进行播放，同时红外中继功能使用户通过原红外遥控器能够从一个USB主机控制多媒体信号源。整个系统由多媒体信号源、无线多媒体发送单元、USB多媒体适配器、USB主机和红外遥控器5部分组成。构建的USB主机无线共享多媒体资源的系统如图2所示。

图2 USB主机无线共享多媒体资源的系统

2.1 USB多媒体适配器硬件设计

采用WVA5000芯片组设计USB多媒体适配器，天线单元采用多入多出技术进行无线传输，在5GHz频段最大有效负荷可达50Mbit/s，在无线传输中通过动态频谱选择实现信息服务质量管理［2］，通过加密技术实现信息安全保护，适配器完成对多媒体流的无线高速接收，经由HCI接口与USB控制器进行数据交换，实现多媒体TS流传输到USB主机并实现播放，通过红外中继功能，回传一些控制指令给多媒体信号源，例如播放节目切换、快进、停止等一些操作。USB多媒体适配器硬件实物和结构如图3、4所示。

图3 USB多媒体适配器硬件实物

图4 USB多媒体适配器硬件结构

硬件核心单元IC选择与设计说明:USB控制器选取为CY7C68013A－100AXC方案，将高速HCI接口的TS流传输到USB主机;Flash选用容量为4Mbit的S29AL004D70TA1020;SDRAM选用容量为16Mbit的HY57V161610ET;无线传输单元由WVA5000芯片组(BBIC:AM5201，RFIC:AM5101)及功放AWL6951组成，由两根接收天线和一根发送天线组成多入多出天线系统［3］，经测试发射功率控制在(20±3)dBm，接收灵敏度可达－80dBm。

2.2 USB多媒体适配器软件实现

USB多媒体适配器的嵌入式软件是基于Amedia公司的SDK，在运用射频技术原理基础上完成的设计。嵌入式软件主要完成多媒体无线传输和控制、多媒体TS流动HCI接口接入，USB接口模块的管理，系统升级与无线传输性能的测试等功能。软件工作重点有两点:(1)对码。将无线多媒体发送单元与USB多媒体适配器进行对码操作组成点对点传输系统，对码指示灯在对码过程中闪烁，对码成功后常亮，只有对码成功的USB多媒体适配器才能接收到无线多媒体发送单元发送的TS流;(2)接收TS流分享给USB主机。从5GHz频段中接收经调制的TS流，基带和射频芯片组单元对接收到的TS流进行解调，经HCI接口将TS流传输到USB控制器［4］，最终传输到USB主机进行多媒体播放。

程序功能方面，为了兼顾系统调试与软件升级，在系统软件层规划了3种软件流工作模式:(1)固件下载模式用于软件的升级;(2)测试模式用于测试性能参数;(3)正常模式为设备正常工作模式。嵌入式软件流程框架如图5所示。

图5 嵌入式软件流程框架

3 Amedia方案性能测试比较

采用Amedia公司的WVA5000芯片组多媒体传输性能测试方案进行多媒体发送与接收单元的无线指标测试如表1所示。

表1 基于5GHz频段的多媒体发送和接收单元的无线指标测试

Amedia方案支持HDTV视频等级，在发送功率为23dBm和空间有简易阻挡情况下，多媒体源固定在一定地方，接收端不断移动，经过功能性验证测试，在保证接收端视频流畅情况下，基于SDTV视频等级传输的802.11 a/b/g方案的实际有效射程只有10m左右，基于HDTV视频等级传输的Amedia的WVA5000方案的实际有效射程可达75m左右且传输延时在2s内。可以得出，WVA5000方案适合多媒体传输，802.11 a/b/g方案更加适合数据传输。

表2 WVA5000与802.11a/b/g/多媒体传输方案比较

4 结束语

IEEE 802.11 a/b/g/方案更加适合数据传输应用，Amedia WiViTM方案在传输有效负荷、传输速率、延时等方面具有明显优势且更加适合多媒体传输应用。多媒体适配器在传输技术上有3个创新点:(1)基于5GHz频段，采用同步时分多址技术、跳频扩频技术［5］，增强了数字视频传输的抗干扰能力，实现了高清、标清TS流的实时、高速传输;(2)将多入多出技术应用到5GHz频段的高速传输，提高了传输速率、降低了传输延时;(3)采用动态频道选择技术，保证了在空间频段复杂的环境中高清信号的传输连接质量。采用Amedia WiViTM技术设计的USB多媒体适配器实现了USB主机在5GHz频段无线共享多媒体资源。

［1］李海龙.基于802.11b/g的2.4G无线网络的问题研究［J］.中国科技信息，2005，(6):29.

［2］张雪.多媒体无线网中QoS降级的公平性研究［J］.通信学报，2007，28(5):102－108.

［3］方大纲.天线理论与微带天线［M］.北京:科学出版社，2006:111－138.

［4］刘爱东，张永强，杨健等.USB设备互连通信协议设计［J］.电光与控制，2011，18(1):69－72.

［5］张晓瀛，韩湘，李颖.5G无线局域网环境下OFDM对无线信道的适应性分析［J］.电讯技术，2004，44(2):166－170.