[发明专利]异构无线网络中基于NOMA的SVC多播中的资源管理方法

说明书

一种异构无线网络中基于NOMA的SVC多播中的资源管理方法，所述资源管理是联合资源管理包括无线频谱分配和发射功率划分，首先把联合资源管理问题分解成子问题，然后分别解决子问题，步骤包括：1)将联合资源管理问题转化为混合整数非线性规划问题，将混合整数非线性规划问题P0解耦为2个子问题：多播组内发射功率划分问题P1；基站间频谱资源切分与基站内多组频谱资源分配问题P2；2)解决问题P1，将所有可能的功率分配方案求解，整体视频质量最高的那一组即为最优解；3)解决问题P2，将基站间频谱资源切分与多播组间资源分配问题建模为背包问题并进行求解。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，具体是一种异构无线网络中基于非正交多址的可伸缩视频多播方法。

背景技术

视频业务已经成为无线通信的主流业务，日益增长的视频流量加剧了无线频谱资源的紧缺。多播技术是提高频谱利用率的有效技术之一^[1]。很多用户设备(UEs)通常会请求相同的视频内容，因此这些用户设备可以使用相同的频率资源^[2]。但是由于多播用户设备都需要正确解码所接收到的视频，此时信道条件最差的用户设备成为制约多播速率提升的瓶颈^[3]。将可伸缩视频编码(Scalable Video Coding,SVC)应用到无线视频多播中，可以缓解网络边缘用户造成的性能瓶颈。

SVC将视频编码为一个基础视频层和若干个增强视频层。用户设备可以根据信道条件灵活的接收解码视频。信道条件较差的用户设备只解码基视频层，信道条件较好的用户设备解码基视频层和增强视频层。然而，现有的SVC视频多播大多基于正交多址(Orthogonal Multiple Access,OMA)^[4][5]。文献[4]对WiMAX网络中多播资源分配问题进行了建模，设计了一种贪心算法来最大化UEs吞吐量的效用。针对基于OMA的多载波系统，文献[5]提出一种最优的两步动态规划算法求解最优的资源分配。由于不同的视频层使用正交频率资源进行传输，一定程度上限制了频谱利用率。近年来，非正交多址(Non-OrthogonalMultiple Access,NOMA)作为第五代移动通信系统(5G)的核心技术备选技术之一，可以显著提升网络容量和频谱利用率^[6]。

NOMA在功率域中实现多址接入，在发送端，信号通过叠加编码(SuperpositionCoding,SC)发送。主动引入干扰信息，在接收端使用连续干扰消除(SuccessiveInterference Cancellation,SIC)技术解码用户所需要的信号^[7]。将SVC连续视频层解码与NOMA的SIC技术相结合，可以允许不同视频层以不同功率在相同频谱资源上传输，进一步提高频谱利用率。

文献[8]研究了下行NOMA系统的功率分配问题，在总功率约束和满足用户的最低服务质量条件下最大化吞吐量。为了使多载波全双工NOMA系统的加权和系统吞吐量最大，文献[9]利用单调优化方法设计了一个最优的资源分配算法。文献[10]提出了一种用于蜂窝网络下基于NOMA的SVC视频多播方案。现有的基于NOMA的SVC视频多播大都使用单层网络架构。多层异构网络架构有很大潜力提升SVC视频多播性能^[11]。异构网络下，频谱切片(spectrum slicing)、片内频谱分配和多播组从属都会影响多播组的整体视频质量。因此，如何优化异构网络下基于NOMA的SVC视频多播中的频谱和功率资源管理，提升多播用户的服务质量值得进一步探讨。

发明内容

本方案提出一种异构无线网络中基于非正交多址NOMA的可伸缩视频SVC多播方法，本方法将联合资源管理问题转化为混合整数非线性规划问题。

为了便于求解，将混合整数非线性规划问题解耦为2个子问题：

子问题1——多播组内发射功率划分问题；

子问题2——基站间频谱资源切分与基站内多组频谱资源分配问题。