基于发射功率感知的lte上行视频跨层优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，包括：确定发射每个LTE上行资源块的功率门限；确定终端设备传输当前第n帧中第i个视频包可使用的上行资源块个数；选择一个当前情况下最合适的链路调制编码模式；根据链路调制编码模式，确定最小信号干扰信噪比，得到发射当前视频包时每个上行资源块所需的最小发射功率；由当前视频包传输可用的上行资源块个数和所采用的链路调制编码模式计算当前视频包可传输的视频比特数，确定编码所需的量化参数；对发射功率门限、链路调制编码模式、视频包的发射功率以及编码量化参数做统筹配置，统筹配置后的结果用于视频编码传输配置。
【专利说明】基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种基于发射功率感知的LTE上行视频跨层 优化方法。
【背景技术】
[0002] 基于跨层的视频传输优化方案是指：针对易错的LTE网络环境下的视频传输 应用，通过对各个通信协议层的参数进行统筹配置，使得传输资源能够达到合理利用，从 而达到端到端视频传输的质量最优。例如，在参考文献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，研究者们针对 LTE 网 络下的视频传输，提出了利用跨层优化的方法将通信系统的吞吐量、视频应用的服务质量 以及各个用户之间的调度公平性进行了综合优化。在参考文献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，针对基于LTE 网 络的远程医疗视频服务系统，研究者们提出了通过将可分层SVC视频的码流码率和系统的 吞吐量进行匹配的方法，来优化传输的患者视频的质量。在参考文献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，为了提高 LTE 网络下传输视频的 视觉质量，研究者们将Q〇E(Quality of Experience)引入到跨层优化中来，作为端到端视 频服务的质量评价方法。
[0003] 现有技术中的上述基于跨层的LTE视频传输方案能够在一定程度上提高端到端 传输视频的质量，但这些方案没有很好地考虑视频传输应用过程中的终端设备能耗问题。 这就使得这些方案并不能在终端能量有限的应用场景下发挥较好的优化作用，如利用无线 应急视频传感器的实时监控系统、电池消耗殆尽的手机用户的视频通话等。
[0004] 为了在终端能量有限的应用场景中达到较好的终端电子设备的电池使用时 间和整个小区的覆盖、吞吐量的优化，本领域技术人员对LTE上行发射功率控制进 行了 一些相关研究。例如，在参考文献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，研究者们针对LTE系统中的功率控制方案进行了简 要介绍和性能分析。在参考文献 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，针对LTE HetNet网络的上行传输，研究者们对多跳中环境中的终点电子设备的发 射功率、中继节点的发射功率以及整条上行链路的发射功率消耗进行了分析，并提出了一 种HetNet环境下的开环功率控制配置方案。
[0005] 这些针对LTE网络下的上行功率控制的研究，并没有很好地考虑实时视频应用环 境下的用户期望服务质量的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中已有的LTE网络下上行功率控制方法没有很 好地考虑实时视频应用环境下的用户期望服务质量的需求的缺陷，从而提供一种基于发射 功率感知的LTE上行视频跨层优化方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优 化方法，包括：
[0008] 步骤1、确定当前终端设备的电池使用情况，根据终端设备的电池使用状态，确定 发射每个LTE上行资源块的功率门限；
[0009] 步骤2、确定终端设备传输当前第n帧中第i个视频包可使用的上行资源块个数， 然后将步骤1中得到的功率门限和本步骤得到的视频包可使用的上行资源块个数一并发 送给LTE eNodeB基站；
[0010] 步骤3、eNodeB基站利用侦听得到的信道状态、功率门限、视频包可用的上行资源 块个数以及信道模型，通过将视频丢包率限定在某一丢包率门限以下的方式选择一个当前 情况下最合适的链路调制编码模式，并将该链路调制编码模式发送给终端设备；
[0011] 步骤4、根据步骤3所选取的链路调制编码模式，确定使用当前链路调制编码模式 下能保证视频包传输的丢包率低于当前视频应用的丢包率最高需求的最小信号干扰信噪 t匕，进而得到发射当前视频包时每个上行资源块所需的最小发射功率；由所述最小发射功 率计算出需要动态调整的功率值，并将其由eNodeB基站发送给终端；
[0012] 步骤5、终端设备由当前视频包传输可用的上行资源块个数和所采用的链路调制 编码模式计算当前视频包可传输的视频比特数，由所述当前视频包可传输的视频比特数确 定编码所需的量化参数；
[0013] 步骤6、对步骤1得到的发射功率门限、步骤3得到的链路调制编码模式、步骤4得 到的视频包的发射功率以及步骤5得到的编码量化参数做统筹配置，统筹配置后的结果用 于视频编码传输配置，实现端对端视频失真最小。
[0014] 上述技术方案中，在步骤2)中，
[0015] 确定终端设备传输当前第n帧中第i个视频包可使用的上行资源块个数采用如下 方式：首先根据当前视频应用的播放帧率来计算每个视频包可用的传输时间；然后根据当 前终端用户所分配的信道资源计算在可用的传输时间内当前视频包可使用的上行资源块 的个数。
[0016] 上述技术方案中，在步骤3中，选择一个当前情况下最合适的链路调制编码模式 包括：
[0017] 步骤3-1、LTE eNodeB基站计算在当前最大发射功率门限Pb下，信道链路可达到 的最大信号干扰噪声比，所述最大信号干扰噪声比用表示，其计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，包括： 步骤1、确定当前终端设备的电池使用情况，根据终端设备的电池使用状态，确定发射 每个LTE上行资源块的功率门限； 步骤2、确定终端设备传输当前第n帧中第i个视频包可使用的上行资源块个数，然后 将步骤1中得到的功率门限和本步骤得到的视频包可使用的上行资源块个数一并发送给 LTEeNodeB基站； 步骤3、eNodeB基站利用侦听得到的信道状态、功率门限、视频包可用的上行资源块个 数以及信道模型，通过将视频丢包率限定在某一丢包率门限以下的方式选择一个当前情况 下最合适的链路调制编码模式，并将该链路调制编码模式发送给终端设备； 步骤4、根据步骤3所选取的链路调制编码模式，确定使用当前链路调制编码模式下能 保证视频包传输的丢包率低于当前视频应用的丢包率最高需求的最小信号干扰信噪比，进 而得到发射当前视频包时每个上行资源块所需的最小发射功率；由所述最小发射功率计算 出需要动态调整的功率值，并将其由eNodeB基站发送给终端； 步骤5、终端设备由当前视频包传输可用的上行资源块个数和所采用的链路调制编码 模式计算当前视频包可传输的视频比特数，由所述当前视频包可传输的视频比特数确定编 码所需的量化参数； 步骤6、对步骤1得到的发射功率门限、步骤3得到的链路调制编码模式、步骤4得到的 视频包的发射功率以及步骤5得到的编码量化参数做统筹配置，统筹配置后的结果用于视 频编码传输配置，实现端对端视频失真最小。
2. 根据权利要求1所述的基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，其特征在 于，在步骤2)中， 确定终端设备传输当前第n帧中第i个视频包可使用的上行资源块个数采用如下方 式：首先根据当前视频应用的播放帧率来计算每个视频包可用的传输时间；然后根据当前 终端用户所分配的信道资源计算在可用的传输时间内当前视频包可使用的上行资源块的 个数。
3. 根据权利要求1所述的基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，其特征在 于，在步骤3中，选择一个当前情况下最合适的链路调制编码模式包括： 步骤3-1、LTEeNodeB基站计算在当前最大发射功率门限Pb下，信道链路可达到的最 大信号干扰噪声比，所述最大信号干扰噪声比用表示，其计算公式如下：SINRlx=Pt-L-IoT-TN ⑴ 其中，L表示链路损耗，IoT表示热噪声以上的干扰，TN表示热噪声； 步骤3-2、得到当前最大发射功率门限下的最大信噪比WMtix之后，从LTE网络提供的 15个备用链路调制编码模式中先选取mcs值最大的链路调制编码模式；其中，所述15个备 用链路调制编码模式如下：
步骤3-3、根据步骤3-1计算得到的最大信噪比*SDVRix、步骤3-2选择的链路调制编码 模式，结合公式（2)计算利用当前链路调制编码模式传输时上行资源块的丢块率BLERks:
其中，b(mcs)和C(mCS)是针对具体的应用环境训练得到的不同链路调制编码模式的 信道模型参数； 步骤3-4、利用步骤3-3得到的丢块率BLERffles和当前视频包所占用的上行资源块个数Bnum估算当前视频包的丢包率PLR 估算当前视频包的丢包率PLRnrcs可采用如下的公式（3):
其中，表示当前视频包传输时第k个上行资源块的丢块率； 步骤3-5、如果步骤3-4所得到的当前链路调制编码模式下视频传输丢包率PLRdks小于 视频应用的丢包率门限PLRd,那么当前链路调制编码模式即为传输当前视频包的链路调制 编码模式，否则判断mcs值是否大于1，如果不是，将当前链路调制编码模式作为传输当前 视频包的链路调制编码模式，如果是，将mcs值减1，然后重新执行步骤3-3。
4. 根据权利要求1所述的基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，其特征在 于，所述步骤4进一步包括： 步骤4-1、在选定链路调制编码模式后，mcs值确定，通过使当前链路调制编码模式的mcs值能保证视频包传输的丢包率PLRnJ氏于当前视频应用的丢包率最高需求PLRd的方法 来确定当前信道所允许的最小SINR，该最小SINR采用SINRmin(Hics)表示； 步骤4-2、由当前信道所允许的最小SINRSINRmin(mcs)计算当前信道所允许的最小SINRSINRmin (mcs)下的最小发射功率Pmin(mcs);其计算公式如下： SINRmin (mcs) =Pmin (mcs)-L-IoT-TN 步骤4-3、在得到当前信道所允许的最小发射功率后，计算需要动态调整的功率值，并 将其由eNodeB发送给终端设备； 计算需要动态调整的功率值参照公式（4): P = P〇+a .L+A^f(Ai) (4) 其中，P为每个上行资源块的发射功率，Ptl为一个设定的半静态的初始发射功率值，a为链路损耗补偿因子，L为链路损耗，Amc^f(Ai)是eNodeB根据所选用MCS模式动态调整 终端设备发射功率值的参数。
5. 根据权利要求1所述的基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，其特征在 于，在步骤5中，当前视频包可传输的视频比特数的计算公式如下： R=B酬.SYMmm.Bit:. ， 其中，R表示当前视频包可传输的视频比特数，Bnuffl表示当前视频包占用的RB个数，SYMnuffl表示每个RB包含的符号数，&C表示所选用MCS模式对应的一个符号能够运载的比 特数。
6. 根据权利要求1所述的基于发射功率感知的LTE上行视频跨层优化方法，其特征在 于，所述端到端视频失真最小采用如下式实现： 其中，E{Dn，J表示第n帧视频中第i个视频包的端到端失真期望，Pn，i为传输当前第n帧中第i个视频包所消耗的发射功率，为传输当前第n帧中第i个视频包的发射功率门 限，MCSai为传输第n帧中第i个视频包所采用的调制编码模式，QP为编码第n帧中第i个视频包所采用的量化参数。
【文档编号】H04L1/00GK104506277SQ201410822692
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】赵平华, 刘延伟, 要瑞宵, 赵志军, 慈松 申请人:中国科学院声学研究所