基於發射功率感知的lte上行視頻跨層優化方法
2023-05-07 00:10:01
基於發射功率感知的lte上行視頻跨層優化方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，包括：確定發射每個LTE上行資源塊的功率門限；確定終端設備傳輸當前第n幀中第i個視頻包可使用的上行資源塊個數；選擇一個當前情況下最合適的鏈路調製編碼模式；根據鏈路調製編碼模式，確定最小信號幹擾信噪比，得到發射當前視頻包時每個上行資源塊所需的最小發射功率；由當前視頻包傳輸可用的上行資源塊個數和所採用的鏈路調製編碼模式計算當前視頻包可傳輸的視頻比特數，確定編碼所需的量化參數；對發射功率門限、鏈路調製編碼模式、視頻包的發射功率以及編碼量化參數做統籌配置，統籌配置後的結果用於視頻編碼傳輸配置。
【專利說明】基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及網絡通信領域，特別涉及一種基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層 優化方法。
【背景技術】
[0002] 基於跨層的視頻傳輸優化方案是指：針對易錯的LTE網絡環境下的視頻傳輸 應用，通過對各個通信協議層的參數進行統籌配置，使得傳輸資源能夠達到合理利用，從 而達到端到端視頻傳輸的質量最優。例如，在參考文獻1《H. Luo, S. Ci，D. Wu，J. Wu，and H. Tang, "Quality-driven cross-layer optimized video delivery over LTE,，'IEEE Communications Magazine, vol. 48, no. 2, pp. 102-109, Feb. 2010》中，研究者們針對 LTE 網 絡下的視頻傳輸，提出了利用跨層優化的方法將通信系統的吞吐量、視頻應用的服務質量 以及各個用戶之間的調度公平性進行了綜合優化。在參考文獻2《S.Cical6，MaZZ〇tti，S. Moretti,V.Tralli, and M. Chiani, "Cross-layer optimization for m-health SVC multiple video transmission over LTE uplink,，'IEEE International Conference on e-Health Networking, Application&Services, pp. 212-217, Oct. 2013》中，針對基於LTE 網 絡的遠程醫療視頻服務系統，研究者們提出了通過將可分層SVC視頻的碼流碼率和系統的 吞吐量進行匹配的方法，來優化傳輸的患者視頻的質量。在參考文獻3《M. Shehada，B. Fu，S. Thakolsri, and ff. Kellerer, ''QoE-based resource reservation for unperceivable video quality fluctuation during Handover in LTE, ''IEEE Consumer Communications and Networking Conference, pp. 171-177, Jan. 2013》中，為了提高 LTE 網絡下傳輸視頻的 視覺質量，研究者們將Q〇E(Quality of Experience)引入到跨層優化中來，作為端到端視 頻服務的質量評價方法。
[0003] 現有技術中的上述基於跨層的LTE視頻傳輸方案能夠在一定程度上提高端到端 傳輸視頻的質量，但這些方案沒有很好地考慮視頻傳輸應用過程中的終端設備能耗問題。 這就使得這些方案並不能在終端能量有限的應用場景下發揮較好的優化作用，如利用無線 應急視頻傳感器的實時監控系統、電池消耗殆盡的手機用戶的視頻通話等。
[0004] 為了在終端能量有限的應用場景中達到較好的終端電子設備的電池使用時 間和整個小區的覆蓋、吞吐量的優化，本領域技術人員對LTE上行發射功率控制進 行了 一些相關研究。例如，在參考文獻4《A. Simonsson and A. Furuskar, ''Uplink Power Control in LTE-〇verview and Performance, 〃IEEE Vehicular Technology Conference，pp. 1-5, S印t. 2008》中，研究者們針對LTE系統中的功率控制方案進行了簡 要介紹和性能分析。在參考文獻 5《K. Sagjan, S. Strzyz, K. I. Pedersen, J. Steiner, and C. Rosa, 'Open Loop Power Control Parameter Settings Impact on LTE HetNet Uplink Performance,''IEEE International Conference on Communications, pp. 1134-1138, June 2013》中，針對LTE HetNet網絡的上行傳輸，研究者們對多跳中環境中的終點電子設備的發 射功率、中繼節點的發射功率以及整條上行鏈路的發射功率消耗進行了分析，並提出了一 種HetNet環境下的開環功率控制配置方案。
[0005] 這些針對LTE網絡下的上行功率控制的研究，並沒有很好地考慮實時視頻應用環 境下的用戶期望服務質量的需求。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於克服現有技術中已有的LTE網絡下上行功率控制方法沒有很 好地考慮實時視頻應用環境下的用戶期望服務質量的需求的缺陷，從而提供一種基於發射 功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供了一種基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優 化方法，包括：
[0008] 步驟1、確定當前終端設備的電池使用情況，根據終端設備的電池使用狀態，確定 發射每個LTE上行資源塊的功率門限；
[0009] 步驟2、確定終端設備傳輸當前第n幀中第i個視頻包可使用的上行資源塊個數， 然後將步驟1中得到的功率門限和本步驟得到的視頻包可使用的上行資源塊個數一併發 送給LTE eNodeB基站；
[0010] 步驟3、eNodeB基站利用偵聽得到的信道狀態、功率門限、視頻包可用的上行資源 塊個數以及信道模型，通過將視頻丟包率限定在某一丟包率門限以下的方式選擇一個當前 情況下最合適的鏈路調製編碼模式，並將該鏈路調製編碼模式發送給終端設備；
[0011] 步驟4、根據步驟3所選取的鏈路調製編碼模式，確定使用當前鏈路調製編碼模式 下能保證視頻包傳輸的丟包率低於當前視頻應用的丟包率最高需求的最小信號幹擾信噪 t匕，進而得到發射當前視頻包時每個上行資源塊所需的最小發射功率；由所述最小發射功 率計算出需要動態調整的功率值，並將其由eNodeB基站發送給終端；
[0012] 步驟5、終端設備由當前視頻包傳輸可用的上行資源塊個數和所採用的鏈路調製 編碼模式計算當前視頻包可傳輸的視頻比特數，由所述當前視頻包可傳輸的視頻比特數確 定編碼所需的量化參數；
[0013] 步驟6、對步驟1得到的發射功率門限、步驟3得到的鏈路調製編碼模式、步驟4得 到的視頻包的發射功率以及步驟5得到的編碼量化參數做統籌配置，統籌配置後的結果用 於視頻編碼傳輸配置，實現端對端視頻失真最小。
[0014] 上述技術方案中，在步驟2)中，
[0015] 確定終端設備傳輸當前第n幀中第i個視頻包可使用的上行資源塊個數採用如下 方式：首先根據當前視頻應用的播放幀率來計算每個視頻包可用的傳輸時間；然後根據當 前終端用戶所分配的信道資源計算在可用的傳輸時間內當前視頻包可使用的上行資源塊 的個數。
[0016] 上述技術方案中，在步驟3中，選擇一個當前情況下最合適的鏈路調製編碼模式 包括：
[0017] 步驟3-1、LTE eNodeB基站計算在當前最大發射功率門限Pb下，信道鏈路可達到 的最大信號幹擾噪聲比，所述最大信號幹擾噪聲比用表示，其計算公式如下：
【權利要求】
1. 一種基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，包括： 步驟1、確定當前終端設備的電池使用情況，根據終端設備的電池使用狀態，確定發射 每個LTE上行資源塊的功率門限； 步驟2、確定終端設備傳輸當前第n幀中第i個視頻包可使用的上行資源塊個數，然後 將步驟1中得到的功率門限和本步驟得到的視頻包可使用的上行資源塊個數一併發送給 LTEeNodeB基站； 步驟3、eNodeB基站利用偵聽得到的信道狀態、功率門限、視頻包可用的上行資源塊個 數以及信道模型，通過將視頻丟包率限定在某一丟包率門限以下的方式選擇一個當前情況 下最合適的鏈路調製編碼模式，並將該鏈路調製編碼模式發送給終端設備； 步驟4、根據步驟3所選取的鏈路調製編碼模式，確定使用當前鏈路調製編碼模式下能 保證視頻包傳輸的丟包率低於當前視頻應用的丟包率最高需求的最小信號幹擾信噪比，進 而得到發射當前視頻包時每個上行資源塊所需的最小發射功率；由所述最小發射功率計算 出需要動態調整的功率值，並將其由eNodeB基站發送給終端； 步驟5、終端設備由當前視頻包傳輸可用的上行資源塊個數和所採用的鏈路調製編碼 模式計算當前視頻包可傳輸的視頻比特數，由所述當前視頻包可傳輸的視頻比特數確定編 碼所需的量化參數； 步驟6、對步驟1得到的發射功率門限、步驟3得到的鏈路調製編碼模式、步驟4得到的 視頻包的發射功率以及步驟5得到的編碼量化參數做統籌配置，統籌配置後的結果用於視 頻編碼傳輸配置，實現端對端視頻失真最小。
2. 根據權利要求1所述的基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，其特徵在 於，在步驟2)中， 確定終端設備傳輸當前第n幀中第i個視頻包可使用的上行資源塊個數採用如下方 式：首先根據當前視頻應用的播放幀率來計算每個視頻包可用的傳輸時間；然後根據當前 終端用戶所分配的信道資源計算在可用的傳輸時間內當前視頻包可使用的上行資源塊的 個數。
3. 根據權利要求1所述的基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，其特徵在 於，在步驟3中，選擇一個當前情況下最合適的鏈路調製編碼模式包括： 步驟3-1、LTEeNodeB基站計算在當前最大發射功率門限Pb下，信道鏈路可達到的最 大信號幹擾噪聲比，所述最大信號幹擾噪聲比用表示，其計算公式如下：SINRlx=Pt-L-IoT-TN ⑴ 其中，L表示鏈路損耗，IoT表示熱噪聲以上的幹擾，TN表示熱噪聲； 步驟3-2、得到當前最大發射功率門限下的最大信噪比WMtix之後，從LTE網絡提供的 15個備用鏈路調製編碼模式中先選取mcs值最大的鏈路調製編碼模式；其中，所述15個備 用鏈路調製編碼模式如下：
步驟3-3、根據步驟3-1計算得到的最大信噪比*SDVRix、步驟3-2選擇的鏈路調製編碼 模式，結合公式（2)計算利用當前鏈路調製編碼模式傳輸時上行資源塊的丟塊率BLERks:
其中，b(mcs)和C(mCS)是針對具體的應用環境訓練得到的不同鏈路調製編碼模式的 信道模型參數； 步驟3-4、利用步驟3-3得到的丟塊率BLERffles和當前視頻包所佔用的上行資源塊個數Bnum估算當前視頻包的丟包率PLR 估算當前視頻包的丟包率PLRnrcs可採用如下的公式（3):
其中，表示當前視頻包傳輸時第k個上行資源塊的丟塊率； 步驟3-5、如果步驟3-4所得到的當前鏈路調製編碼模式下視頻傳輸丟包率PLRdks小於 視頻應用的丟包率門限PLRd,那麼當前鏈路調製編碼模式即為傳輸當前視頻包的鏈路調製 編碼模式，否則判斷mcs值是否大於1，如果不是，將當前鏈路調製編碼模式作為傳輸當前 視頻包的鏈路調製編碼模式，如果是，將mcs值減1，然後重新執行步驟3-3。
4. 根據權利要求1所述的基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，其特徵在 於，所述步驟4進一步包括： 步驟4-1、在選定鏈路調製編碼模式後，mcs值確定，通過使當前鏈路調製編碼模式的mcs值能保證視頻包傳輸的丟包率PLRnJ氏於當前視頻應用的丟包率最高需求PLRd的方法 來確定當前信道所允許的最小SINR，該最小SINR採用SINRmin(Hics)表示； 步驟4-2、由當前信道所允許的最小SINRSINRmin(mcs)計算當前信道所允許的最小SINRSINRmin (mcs)下的最小發射功率Pmin(mcs);其計算公式如下： SINRmin (mcs) =Pmin (mcs)-L-IoT-TN 步驟4-3、在得到當前信道所允許的最小發射功率後，計算需要動態調整的功率值，並 將其由eNodeB發送給終端設備； 計算需要動態調整的功率值參照公式（4): P = P〇+a .L+A^f(Ai) (4) 其中，P為每個上行資源塊的發射功率，Ptl為一個設定的半靜態的初始發射功率值，a為鏈路損耗補償因子，L為鏈路損耗，Amc^f(Ai)是eNodeB根據所選用MCS模式動態調整 終端設備發射功率值的參數。
5. 根據權利要求1所述的基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，其特徵在 於，在步驟5中，當前視頻包可傳輸的視頻比特數的計算公式如下： R=B酬.SYMmm.Bit:. ， 其中，R表示當前視頻包可傳輸的視頻比特數，Bnuffl表示當前視頻包佔用的RB個數，SYMnuffl表示每個RB包含的符號數，&C表示所選用MCS模式對應的一個符號能夠運載的比 特數。
6. 根據權利要求1所述的基於發射功率感知的LTE上行視頻跨層優化方法，其特徵在 於，所述端到端視頻失真最小採用如下式實現： 其中，E{Dn，J表示第n幀視頻中第i個視頻包的端到端失真期望，Pn，i為傳輸當前第n幀中第i個視頻包所消耗的發射功率，為傳輸當前第n幀中第i個視頻包的發射功率門 限，MCSai為傳輸第n幀中第i個視頻包所採用的調製編碼模式，QP為編碼第n幀中第i個視頻包所採用的量化參數。
【文檔編號】H04L1/00GK104506277SQ201410822692
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】趙平華, 劉延偉, 要瑞宵, 趙志軍, 慈松 申請人:中國科學院聲學研究所