下一代移动通信网络中可伸缩视频多播模型和资源分配算法的研究

摘要

近几年来，随着移动通信的迅速发展，下一代无线通信网络将为终端用户提供更高的带宽和传输速率，这使得移动通信网络中的视频传输成为了可能，其中主要包括一些有严格时延限制的实时视频多播业务，例如数字视频会议、体育直播、网络游戏等等。
　　现有无线终端技术的发展使得无线终端种类不断增加，无线移动终端将在基站覆盖范围内随意停留以及切换，大幅增加了网络中的视频终端异构性，而这种状况在多播传输中更为严重。而可伸缩视频编码SVC(Scalable video Coding)以及自适应调制编码AMC(Adaptive Modulation and Coding)被认为是解决无线信道差异性的最有效手段，它可以根据用户信道的瞬时状况进行实时的资源分配，基于AMC的可伸缩视频多播所要解决的关键问题就是如何在有限的系统资源限制相爱为视频层选择合适的调制编码方案，使系统的效用达到最大。
　　随着移动技术的不断发展，在同一个小区内会存在不同的基站，而同一个用户终端也可以接收到不同基站传输过来的数据，多基站协作逐渐成为当前研究的课题，在基于多基站的可伸缩视频多播模型中，要解决的关键问题就是如何为每个视频层选择合适的MCS(Modulation and Coding Scheme)以及传输基站，以及在考虑功率分配问题的时候如何为所有基站的子载波分配合适的功率。
　　针对以上问题，本文主要从以下两个方面对可伸缩视频多播机制进行研究:
　　1.提出单基站可伸缩视频多播遗传算法。本文首先分析了单基站可伸缩视频多播基础传输模型，分析需要分配的网络资源，提出了单基站系统中视频层MCS分配问题，证明了该问题为NP难解问题，接着把该NP难解问题转化成整数规划问题，并对视频层MCS方案选择进行编码以及对约束条件进行线性松弛，提出用于解决该问题的遗传算法，同时为了提高算法的收敛特性，增加了一个动态惩罚函数项。最后仿真实验证明该算法的性能比同类的单基站算法的性能要优越，并最大限度的接近最优算法的性能。
　　2.提出了多基站系统模型以及该模型中联合MCS以及功率分配算法。建立了多基站系统中可伸缩视频多播模型，对该问题中资源分配问题进行了详细研究，并且考虑子载波的功率分配问题，提出了多基站系统中联合视频层MCS以及功率分配问题。为了解决该联合资源分配问题，对该问题进行了分步解决，首先提出了多基站系统中视频层MCS分配问题，提出了用于解决该问题的伪多项式时间的动态规划算法，接着以该动态规划算法为基础，提出了用户解决多基站系统中联合MCS以及功率分配的贪婪算法，仿真实验证明本文提出的多基站算法进一步提高系统的性能，能为用户提供更好的视频服务质量。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 多播的分类

1．3 多播应用场景

1．4 国内外研究现状

1．41 无线网络中的可伸缩视频多播

1．42 多基站协作数据传输

1．5 论文研究内容概述

第二章 下一代移动通信中视频多播的关键技术

2．1 自适应调制编码技术AMC

2．1．1 AMC的原理和作用

2．1．2 自适应调制编码技术中MCS选择

2．2 可伸缩视频编码技术SVC

2．2．1 SVC的特点

2．2．2 视频质量的衡量

2．3 OFDMA的多载波技术

2．4 OFDMA的多载波功率控制

第三章 单基站可伸缩视频多播资源分配

3．1 引言

3．2 传输模型描述

3．3 参数设置和问题提出

3．4 复杂度证明

3．5 基于遗传算法的视频层MCS选择方案

3．5．1 遗传算法编码

3．5．2 松弛与算法适应度函数设置

3．6 仿真实验

3．6．1 视频层的MCS

3．6．2 仿真环境与参数设置

3．6．3 仿真对比结果

3．7 本章小结

第四章 多基站可伸缩视频多播资源分配

4．1 引言

4．2 多基站系统模型及参数

4．3 问题形成

4．4 多基站资源分配算法

4．5 基于视频层MCS分配动态规划算法

4．5．1 辅助函数

4．5．2 初始值及递推关系式

4．6 基于联合功率及MCS的贪婪算法

4．7 仿真实验

4．7．1 参数设置

4．7．2 性能比较

4．8 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要科研工作及成果