[發明專利]多天線無人機視頻傳輸系統QoE最大化方法和裝置

在審

• 申請號: 202210563216.3
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114980205A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 廖婧睿;詹成;龔玨;謝棠棠
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W28/08;H04W28/24;H04B7/185;H04N21/262;H04N21/2662
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本申請涉及一種多天線無人機視頻傳輸系統QoE最大化方法和裝置，通過構建多天線無人機視頻流傳輸架構，并運用基于ZF的波束成形以消除多個地面用戶間的干擾，同時為多個地面用戶同時提供視頻服務；通過聯合優化無人機軌跡、多天線傳輸調度和播放速率分配最大化所有地面用戶QoE的最小值，基于優化無人機軌跡、多天線傳輸調度和視頻播放速率分配，根據最大化所有用戶QoE的最小值模型，確定數學優化模型P1及約束條件。本申請將很難獲得全局最優解的數學優化模型轉換為帶懲罰項的等價形式，采用基于懲罰的塊坐標下降法(Penalty Block Coordinate Descent，P?BCD)的雙重循環算法處理轉換后的優化模型以獲得次優解，只需幾次迭代就可以獲得次優解，具有良好的收斂性和低復雜性。

技術領域

本申請涉及無線通信領域，尤其涉及一種多天線無人機視頻傳輸系統QoE最大化方法和裝置。

背景技術

隨著智能手機以及4G/5G蜂窩網絡的快速發展，虛擬現實(Virtual Reality，VR)、視頻監控、超高清(Ultra-High-Definition，UHD)視頻等移動視頻應用快速興起。雖然當前的移動網絡提供了大量帶寬，卻無法保證高質量且流暢的視頻流傳輸，從而降低用戶體驗質量(Quality Of Experience，QoE)。因此，在有限的無線網絡資源下提高視頻流傳輸中用戶的QoE非常重要。

最近幾年，無人機(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)被利用來作為空中基站，與地面用戶建立更高質量的無線連接，并且擴大通信覆蓋范圍。但是傳統的無人機僅具有單根天線，同一時刻只能和一個地面用戶通信，這會導致無人機的飛行距離變長，增大無人機的能耗。為解決這一問題，接下來的研究在無人機上裝載多根天線，充分利用空間復用增益和多天線波束成形增益，使得無人機可以同時和多個地面用戶通信。

但是，現有的關于多天線無人機的研究都沒有考慮有用戶QoE需求的視頻流應用。用戶QoE會受到視頻質量和播放抖動等多種因素影響。由于無人機的高靈活性，無人機支持的視頻流傳輸時常會發生大幅度帶寬波動，所以保證視頻光滑播放(減少播放抖動)十分重要。因此，應對多天線無人機支持的多用戶視頻流系統中視頻質量和播放抖動進行權衡。

發明內容

本申請提供多天線無人機視頻傳輸系統中最大化體驗質量的方法和裝置，以提高視頻質量、降低視頻播放波動、保證不同地面用戶間的公平性。

本申請的技術方案如下：

根據本申請實施例的第一方面，提供一種多天線無人機視頻傳輸系統QoE最大化方法和裝置，所述方法包括：

構建多天線無人機視頻流傳輸架構，并運用基于ZF的波束成形以消除多個地面用戶間的干擾，以同時為多個地面用戶同時提供視頻服務；

根據小尺度衰落和大尺度信道功率增益，構建信道模型，采用下界表達式以獲得最壞情況下的可達速率。

根據視頻播放速率和視頻抖動，確定用戶體驗質量(QoE)模型；

基于優化無人機軌跡、多天線傳輸調度和視頻播放速率分配，根據最大化所有用戶QoE的最小值模型，確定數學優化模型P1及約束條件；

將所述數學優化模型轉換為帶懲罰項的等價形式，采用基于懲罰的塊坐標下降法(Penalty Block Coordinate Descent，P-BCD)的雙重循環算法處理轉換后的優化模型以獲得次優解。

可選的，所有用戶QoE的最小值模型具體包括：

其中，n為時隙序列號，N為總時間范圍T內時隙的總個數，ρ是平衡視頻質量和視頻抖動的權重因子，θ和β是取決于具體應用的常量參數，r_k[n]表示用戶u_k在時隙n時的視頻播放速率，是與用戶u_k屏幕尺寸相關的需求播放速率。