基于發(fā)射功率感知的lte上行視頻跨層優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，包括：確定發(fā)射每個(gè)LTE上行資源塊的功率門限；確定終端設(shè)備傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包可使用的上行資源塊個(gè)數(shù)；選擇一個(gè)當(dāng)前情況下最合適的鏈路調(diào)制編碼模式；根據(jù)鏈路調(diào)制編碼模式，確定最小信號干擾信噪比，得到發(fā)射當(dāng)前視頻包時(shí)每個(gè)上行資源塊所需的最小發(fā)射功率；由當(dāng)前視頻包傳輸可用的上行資源塊個(gè)數(shù)和所采用的鏈路調(diào)制編碼模式計(jì)算當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)，確定編碼所需的量化參數(shù)；對發(fā)射功率門限、鏈路調(diào)制編碼模式、視頻包的發(fā)射功率以及編碼量化參數(shù)做統(tǒng)籌配置，統(tǒng)籌配置后的結(jié)果用于視頻編碼傳輸配置。
【專利說明】基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層 優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 基于跨層的視頻傳輸優(yōu)化方案是指：針對易錯的LTE網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的視頻傳輸 應(yīng)用，通過對各個(gè)通信協(xié)議層的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌配置，使得傳輸資源能夠達(dá)到合理利用，從 而達(dá)到端到端視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量最優(yōu)。例如，在參考文獻(xiàn)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(wǎng) 絡(luò)下的視頻傳輸，提出了利用跨層優(yōu)化的方法將通信系統(tǒng)的吞吐量、視頻應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量 以及各個(gè)用戶之間的調(diào)度公平性進(jìn)行了綜合優(yōu)化。在參考文獻(xiàn)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，針對基于LTE 網(wǎng) 絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻服務(wù)系統(tǒng)，研究者們提出了通過將可分層SVC視頻的碼流碼率和系統(tǒng)的 吞吐量進(jìn)行匹配的方法，來優(yōu)化傳輸?shù)幕颊咭曨l的質(zhì)量。在參考文獻(xiàn)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(wǎng)絡(luò)下傳輸視頻的 視覺質(zhì)量，研究者們將Q〇E(Quality of Experience)引入到跨層優(yōu)化中來，作為端到端視 頻服務(wù)的質(zhì)量評價(jià)方法。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的上述基于跨層的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(zhì)量，但這些方案沒有很好地考慮視頻傳輸應(yīng)用過程中的終端設(shè)備能耗問題。 這就使得這些方案并不能在終端能量有限的應(yīng)用場景下發(fā)揮較好的優(yōu)化作用，如利用無線 應(yīng)急視頻傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、電池消耗殆盡的手機(jī)用戶的視頻通話等。
[0004] 為了在終端能量有限的應(yīng)用場景中達(dá)到較好的終端電子設(shè)備的電池使用時(shí) 間和整個(gè)小區(qū)的覆蓋、吞吐量的優(yōu)化，本領(lǐng)域技術(shù)人員對LTE上行發(fā)射功率控制進(jìn) 行了 一些相關(guān)研究。例如，在參考文獻(xiàn)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(tǒng)中的功率控制方案進(jìn)行了簡 要介紹和性能分析。在參考文獻(xiàn) 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(wǎng)絡(luò)的上行傳輸，研究者們對多跳中環(huán)境中的終點(diǎn)電子設(shè)備的發(fā) 射功率、中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率以及整條上行鏈路的發(fā)射功率消耗進(jìn)行了分析，并提出了一 種HetNet環(huán)境下的開環(huán)功率控制配置方案。
[0005] 這些針對LTE網(wǎng)絡(luò)下的上行功率控制的研究，并沒有很好地考慮實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用環(huán) 境下的用戶期望服務(wù)質(zhì)量的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中已有的LTE網(wǎng)絡(luò)下上行功率控制方法沒有很 好地考慮實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用環(huán)境下的用戶期望服務(wù)質(zhì)量的需求的缺陷，從而提供一種基于發(fā)射 功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu) 化方法，包括：
[0008] 步驟1、確定當(dāng)前終端設(shè)備的電池使用情況，根據(jù)終端設(shè)備的電池使用狀態(tài)，確定 發(fā)射每個(gè)LTE上行資源塊的功率門限；
[0009] 步驟2、確定終端設(shè)備傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包可使用的上行資源塊個(gè)數(shù)， 然后將步驟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(gè)數(shù)一并發(fā) 送給LTE eNodeB基站；
[0010] 步驟3、eNodeB基站利用偵聽得到的信道狀態(tài)、功率門限、視頻包可用的上行資源 塊個(gè)數(shù)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(gè)當(dāng)前 情況下最合適的鏈路調(diào)制編碼模式，并將該鏈路調(diào)制編碼模式發(fā)送給終端設(shè)備；
[0011] 步驟4、根據(jù)步驟3所選取的鏈路調(diào)制編碼模式，確定使用當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式 下能保證視頻包傳輸?shù)膩G包率低于當(dāng)前視頻應(yīng)用的丟包率最高需求的最小信號干擾信噪 t匕，進(jìn)而得到發(fā)射當(dāng)前視頻包時(shí)每個(gè)上行資源塊所需的最小發(fā)射功率；由所述最小發(fā)射功 率計(jì)算出需要動態(tài)調(diào)整的功率值，并將其由eNodeB基站發(fā)送給終端；
[0012] 步驟5、終端設(shè)備由當(dāng)前視頻包傳輸可用的上行資源塊個(gè)數(shù)和所采用的鏈路調(diào)制 編碼模式計(jì)算當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)，由所述當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)確 定編碼所需的量化參數(shù)；
[0013] 步驟6、對步驟1得到的發(fā)射功率門限、步驟3得到的鏈路調(diào)制編碼模式、步驟4得 到的視頻包的發(fā)射功率以及步驟5得到的編碼量化參數(shù)做統(tǒng)籌配置，統(tǒng)籌配置后的結(jié)果用 于視頻編碼傳輸配置，實(shí)現(xiàn)端對端視頻失真最小。
[0014] 上述技術(shù)方案中，在步驟2)中，
[0015] 確定終端設(shè)備傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包可使用的上行資源塊個(gè)數(shù)采用如下 方式：首先根據(jù)當(dāng)前視頻應(yīng)用的播放幀率來計(jì)算每個(gè)視頻包可用的傳輸時(shí)間；然后根據(jù)當(dāng) 前終端用戶所分配的信道資源計(jì)算在可用的傳輸時(shí)間內(nèi)當(dāng)前視頻包可使用的上行資源塊 的個(gè)數(shù)。
[0016] 上述技術(shù)方案中，在步驟3中，選擇一個(gè)當(dāng)前情況下最合適的鏈路調(diào)制編碼模式 包括：
[0017] 步驟3-1、LTE eNodeB基站計(jì)算在當(dāng)前最大發(fā)射功率門限Pb下，信道鏈路可達(dá)到 的最大信號干擾噪聲比，所述最大信號干擾噪聲比用表示，其計(jì)算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，包括： 步驟1、確定當(dāng)前終端設(shè)備的電池使用情況，根據(jù)終端設(shè)備的電池使用狀態(tài)，確定發(fā)射 每個(gè)LTE上行資源塊的功率門限； 步驟2、確定終端設(shè)備傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包可使用的上行資源塊個(gè)數(shù)，然后 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(gè)數(shù)一并發(fā)送給 LTEeNodeB基站； 步驟3、eNodeB基站利用偵聽得到的信道狀態(tài)、功率門限、視頻包可用的上行資源塊個(gè) 數(shù)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(gè)當(dāng)前情況 下最合適的鏈路調(diào)制編碼模式，并將該鏈路調(diào)制編碼模式發(fā)送給終端設(shè)備； 步驟4、根據(jù)步驟3所選取的鏈路調(diào)制編碼模式，確定使用當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式下能 保證視頻包傳輸?shù)膩G包率低于當(dāng)前視頻應(yīng)用的丟包率最高需求的最小信號干擾信噪比，進(jìn) 而得到發(fā)射當(dāng)前視頻包時(shí)每個(gè)上行資源塊所需的最小發(fā)射功率；由所述最小發(fā)射功率計(jì)算 出需要動態(tài)調(diào)整的功率值，并將其由eNodeB基站發(fā)送給終端； 步驟5、終端設(shè)備由當(dāng)前視頻包傳輸可用的上行資源塊個(gè)數(shù)和所采用的鏈路調(diào)制編碼 模式計(jì)算當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)，由所述當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)確定編 碼所需的量化參數(shù)； 步驟6、對步驟1得到的發(fā)射功率門限、步驟3得到的鏈路調(diào)制編碼模式、步驟4得到的 視頻包的發(fā)射功率以及步驟5得到的編碼量化參數(shù)做統(tǒng)籌配置，統(tǒng)籌配置后的結(jié)果用于視 頻編碼傳輸配置，實(shí)現(xiàn)端對端視頻失真最小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，其特征在 于，在步驟2)中， 確定終端設(shè)備傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包可使用的上行資源塊個(gè)數(shù)采用如下方 式：首先根據(jù)當(dāng)前視頻應(yīng)用的播放幀率來計(jì)算每個(gè)視頻包可用的傳輸時(shí)間；然后根據(jù)當(dāng)前 終端用戶所分配的信道資源計(jì)算在可用的傳輸時(shí)間內(nèi)當(dāng)前視頻包可使用的上行資源塊的 個(gè)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，其特征在 于，在步驟3中，選擇一個(gè)當(dāng)前情況下最合適的鏈路調(diào)制編碼模式包括： 步驟3-1、LTEeNodeB基站計(jì)算在當(dāng)前最大發(fā)射功率門限Pb下，信道鏈路可達(dá)到的最 大信號干擾噪聲比，所述最大信號干擾噪聲比用表示，其計(jì)算公式如下：SINRlx=Pt-L-IoT-TN ⑴ 其中，L表示鏈路損耗，IoT表示熱噪聲以上的干擾，TN表示熱噪聲； 步驟3-2、得到當(dāng)前最大發(fā)射功率門限下的最大信噪比WMtix之后，從LTE網(wǎng)絡(luò)提供的 15個(gè)備用鏈路調(diào)制編碼模式中先選取mcs值最大的鏈路調(diào)制編碼模式；其中，所述15個(gè)備 用鏈路調(diào)制編碼模式如下：

步驟3-3、根據(jù)步驟3-1計(jì)算得到的最大信噪比*SDVRix、步驟3-2選擇的鏈路調(diào)制編碼 模式，結(jié)合公式（2)計(jì)算利用當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式傳輸時(shí)上行資源塊的丟塊率BLERks:
其中，b(mcs)和C(mCS)是針對具體的應(yīng)用環(huán)境訓(xùn)練得到的不同鏈路調(diào)制編碼模式的 信道模型參數(shù)； 步驟3-4、利用步驟3-3得到的丟塊率BLERffles和當(dāng)前視頻包所占用的上行資源塊個(gè)數(shù)Bnum估算當(dāng)前視頻包的丟包率PLR 估算當(dāng)前視頻包的丟包率PLRnrcs可采用如下的公式（3):
其中，表示當(dāng)前視頻包傳輸時(shí)第k個(gè)上行資源塊的丟塊率； 步驟3-5、如果步驟3-4所得到的當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式下視頻傳輸丟包率PLRdks小于 視頻應(yīng)用的丟包率門限PLRd,那么當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式即為傳輸當(dāng)前視頻包的鏈路調(diào)制 編碼模式，否則判斷mcs值是否大于1，如果不是，將當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式作為傳輸當(dāng)前 視頻包的鏈路調(diào)制編碼模式，如果是，將mcs值減1，然后重新執(zhí)行步驟3-3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，其特征在 于，所述步驟4進(jìn)一步包括： 步驟4-1、在選定鏈路調(diào)制編碼模式后，mcs值確定，通過使當(dāng)前鏈路調(diào)制編碼模式的mcs值能保證視頻包傳輸?shù)膩G包率PLRnJ氏于當(dāng)前視頻應(yīng)用的丟包率最高需求PLRd的方法 來確定當(dāng)前信道所允許的最小SINR，該最小SINR采用SINRmin(Hics)表示； 步驟4-2、由當(dāng)前信道所允許的最小SINRSINRmin(mcs)計(jì)算當(dāng)前信道所允許的最小SINRSINRmin (mcs)下的最小發(fā)射功率Pmin(mcs);其計(jì)算公式如下： SINRmin (mcs) =Pmin (mcs)-L-IoT-TN 步驟4-3、在得到當(dāng)前信道所允許的最小發(fā)射功率后，計(jì)算需要動態(tài)調(diào)整的功率值，并 將其由eNodeB發(fā)送給終端設(shè)備； 計(jì)算需要動態(tài)調(diào)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(gè)上行資源塊的發(fā)射功率，Ptl為一個(gè)設(shè)定的半靜態(tài)的初始發(fā)射功率值，a為鏈路損耗補(bǔ)償因子，L為鏈路損耗，Amc^f(Ai)是eNodeB根據(jù)所選用MCS模式動態(tài)調(diào)整 終端設(shè)備發(fā)射功率值的參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，其特征在 于，在步驟5中，當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)的計(jì)算公式如下： R=B酬.SYMmm.Bit:. ， 其中，R表示當(dāng)前視頻包可傳輸?shù)囊曨l比特?cái)?shù)，Bnuffl表示當(dāng)前視頻包占用的RB個(gè)數(shù)，SYMnuffl表示每個(gè)RB包含的符號數(shù)，&C表示所選用MCS模式對應(yīng)的一個(gè)符號能夠運(yùn)載的比 特?cái)?shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)射功率感知的LTE上行視頻跨層優(yōu)化方法，其特征在 于，所述端到端視頻失真最小采用如下式實(shí)現(xiàn)： 其中，E{Dn，J表示第n幀視頻中第i個(gè)視頻包的端到端失真期望，Pn，i為傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包所消耗的發(fā)射功率，為傳輸當(dāng)前第n幀中第i個(gè)視頻包的發(fā)射功率門 限，MCSai為傳輸?shù)趎幀中第i個(gè)視頻包所采用的調(diào)制編碼模式，QP為編碼第n幀中第i個(gè)視頻包所采用的量化參數(shù)。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】趙平華, 劉延偉, 要瑞宵, 趙志軍, 慈松 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所