基于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無線電是近年來涌現(xiàn)出來的一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其目的是為了目前頻譜資源日趨短缺的問題。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以在不影響授權(quán)用戶工作的情況下接入授權(quán)頻段，來實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的再利用。從某種意義上來說，認(rèn)知無線電所能提供的頻譜資源是無限的，如何充分的使用這種近乎于無限的頻譜資源，成為當(dāng)前認(rèn)知無線電領(lǐng)域亟待解決的問題之一。值得注意的是，造成當(dāng)前頻譜短缺現(xiàn)狀的原因很大一部分來源于日益增長的多媒體應(yīng)用。而利用認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)來承載帶寬消耗量巨

2、大的視頻傳輸業(yè)務(wù)，一方面可以極大的緩解無線通信領(lǐng)域頻譜資源短缺這一日趨嚴(yán)重的問題，另一方面還可以充分挖掘認(rèn)知無線電所蘊(yùn)含的巨大潛力。本文深入分析了認(rèn)知無線電與視頻傳輸融合時(shí)存在的問題與挑戰(zhàn)，并對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的各種視頻傳輸應(yīng)用提出了一系列解決方案。
　　首先，本文對(duì)認(rèn)知無線電視頻單播技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種TV白頻段的帶寬高效速率自適應(yīng)視頻單播框架。首先，該框架采用了多扇區(qū)結(jié)構(gòu)解決了TV白頻段的頻譜不連續(xù)的問題，每個(gè)扇區(qū)均使用

3、不同的頻譜空穴進(jìn)行傳輸，而且隨著扇區(qū)數(shù)量的提高，接入到系統(tǒng)中的頻譜數(shù)量就越多，因此該方案還可以有效提高TV白頻段的頻譜利用率，減少頻譜資源浪費(fèi)。其次，為了解決TV白頻段的空間多樣性以及時(shí)間多樣性等問題，本文提出了一種準(zhǔn)靜態(tài)的頻譜接入方案。與傳統(tǒng)機(jī)會(huì)式頻譜接入方案不同的是，所提方案中系統(tǒng)僅僅只在兩種情況下需要進(jìn)行信道切換，一種是系統(tǒng)當(dāng)前工作信道被授權(quán)用戶所占據(jù)而需要進(jìn)行的被動(dòng)頻譜切換；另一種是系統(tǒng)在當(dāng)前信道下的視頻傳輸質(zhì)量嚴(yán)重下降而需要進(jìn)

4、行的主動(dòng)頻譜切換。與傳統(tǒng)機(jī)會(huì)式頻譜接入方案相比，本方案不需要系統(tǒng)頻繁的進(jìn)行信道切換操作，因此可以大大減少傳輸時(shí)延，提高視頻傳輸質(zhì)量。再次，為了使視頻傳輸速率與動(dòng)態(tài)變化的頻譜高度契合，本文提出了一種視頻速率自適應(yīng)最優(yōu)化方法來獲取每個(gè)用戶的最優(yōu)速率，在該方法中，最優(yōu)速率調(diào)度問題被歸納成一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，該問題以最小化全局視頻總失真為目標(biāo)，以滿足一定的公平性約束以及總速率約束為條件。最后提出了兩種次優(yōu)但是復(fù)雜度較低的算法解決了這一問

5、題。
　　其次，本文對(duì)認(rèn)知無線電視頻多播技術(shù)進(jìn)行了研究，創(chuàng)新性的提出了一種TV白頻段的質(zhì)量可伸縮視頻多播框架。該框架采用了一種有別于傳統(tǒng)伺機(jī)頻譜接入方案的頻譜接入策略，具體的，本文在該策略中引入了信道綁定的思想，系統(tǒng)可以同時(shí)接入多個(gè)信道來獲取更高的吞吐量，這使得在 TV白頻段上設(shè)置更多的視頻多播節(jié)目或者開展高清視頻服務(wù)成為可能。其次，針對(duì)視頻多播應(yīng)用，本文提出了一種跨層資源最優(yōu)調(diào)度方案，該方案將資源最優(yōu)調(diào)度問題歸納成一個(gè)混合整數(shù)非

6、線性規(guī)劃問題，該問題以最大化全局接收視頻質(zhì)量為目標(biāo)，并且滿足唯一性約束、層完整性約束、低層有限分配原則以及最低速率限制等實(shí)際視頻傳輸中的相關(guān)約束條件。另外，本文將所歸納的問題分解成兩個(gè)求解難度較低的問題，并分別提出了相應(yīng)的低復(fù)雜度算法解決了這兩個(gè)問題。
　　最后，本文對(duì)視頻多播中的質(zhì)量補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種多用戶認(rèn)知協(xié)同中繼多播補(bǔ)償方案。該方案創(chuàng)新性的采用認(rèn)知中繼鏈路來發(fā)送中繼信息，相對(duì)于基于ISM頻段的傳統(tǒng)Ad Hoc中

7、繼方案來說，其在頻譜使用上具有很大的自由度和靈活性。另外，本文在所提方案中考慮了一種認(rèn)知協(xié)同中繼方法，在該方法中，用戶可以根據(jù)需求動(dòng)態(tài)的組成一個(gè)協(xié)作集，并且協(xié)作集中的用戶嚴(yán)格按照時(shí)間同步的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，可以獲得一定的空間分集效果，從而可以獲得比傳統(tǒng)Ad Hoc中繼方案更好的性能。
　　本文的研究成果可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)多媒體、無線視頻會(huì)議、無線高清視頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域。利用本文研究成果可以有效降低各移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載壓力，提高其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率