[发明专利]多天线无人机视频传输系统QoE最大化方法和装置

说明书

本申请涉及一种多天线无人机视频传输系统QoE最大化方法和装置，通过构建多天线无人机视频流传输架构，并运用基于ZF的波束成形以消除多个地面用户间的干扰，同时为多个地面用户同时提供视频服务；通过联合优化无人机轨迹、多天线传输调度和播放速率分配最大化所有地面用户QoE的最小值，基于优化无人机轨迹、多天线传输调度和视频播放速率分配，根据最大化所有用户QoE的最小值模型，确定数学优化模型P1及约束条件。本申请将很难获得全局最优解的数学优化模型转换为带惩罚项的等价形式，采用基于惩罚的块坐标下降法(Penalty Block Coordinate Descent，P‑BCD)的双重循环算法处理转换后的优化模型以获得次优解，只需几次迭代就可以获得次优解，具有良好的收敛性和低复杂性。

技术领域

本申请涉及无线通信领域，尤其涉及一种多天线无人机视频传输系统QoE最大化方法和装置。

背景技术

随着智能手机以及4G/5G蜂窝网络的快速发展，虚拟现实(Virtual Reality，VR)、视频监控、超高清(Ultra-High-Definition，UHD)视频等移动视频应用快速兴起。虽然当前的移动网络提供了大量带宽，却无法保证高质量且流畅的视频流传输，从而降低用户体验质量(Quality Of Experience，QoE)。因此，在有限的无线网络资源下提高视频流传输中用户的QoE非常重要。

最近几年，无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)被利用来作为空中基站，与地面用户建立更高质量的无线连接，并且扩大通信覆盖范围。但是传统的无人机仅具有单根天线，同一时刻只能和一个地面用户通信，这会导致无人机的飞行距离变长，增大无人机的能耗。为解决这一问题，接下来的研究在无人机上装载多根天线，充分利用空间复用增益和多天线波束成形增益，使得无人机可以同时和多个地面用户通信。

但是，现有的关于多天线无人机的研究都没有考虑有用户QoE需求的视频流应用。用户QoE会受到视频质量和播放抖动等多种因素影响。由于无人机的高灵活性，无人机支持的视频流传输时常会发生大幅度带宽波动，所以保证视频光滑播放(减少播放抖动)十分重要。因此，应对多天线无人机支持的多用户视频流系统中视频质量和播放抖动进行权衡。

发明内容

本申请提供多天线无人机视频传输系统中最大化体验质量的方法和装置，以提高视频质量、降低视频播放波动、保证不同地面用户间的公平性。

本申请的技术方案如下：

根据本申请实施例的第一方面，提供一种多天线无人机视频传输系统QoE最大化方法和装置，所述方法包括：

构建多天线无人机视频流传输架构，并运用基于ZF的波束成形以消除多个地面用户间的干扰，以同时为多个地面用户同时提供视频服务；

根据小尺度衰落和大尺度信道功率增益，构建信道模型，采用下界表达式以获得最坏情况下的可达速率。

根据视频播放速率和视频抖动，确定用户体验质量(QoE)模型；

基于优化无人机轨迹、多天线传输调度和视频播放速率分配，根据最大化所有用户QoE的最小值模型，确定数学优化模型P1及约束条件；

将所述数学优化模型转换为带惩罚项的等价形式，采用基于惩罚的块坐标下降法(Penalty Block Coordinate Descent，P-BCD)的双重循环算法处理转换后的优化模型以获得次优解。

可选的，所有用户QoE的最小值模型具体包括：

其中，n为时隙序列号，N为总时间范围T内时隙的总个数，ρ是平衡视频质量和视频抖动的权重因子，θ和β是取决于具体应用的常量参数，r_k[n]表示用户u_k在时隙n时的视频播放速率，是与用户u_k屏幕尺寸相关的需求播放速率。