SCMA网络中的可伸缩视频多播技术研究

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随着第五代通信技术(5G)的不断发展,智能移动终端与大型屏幕设备日益普及,全球移动数据流量中视频流量的比例急剧增加,视频服务已逐渐成为移动通信互联网的主流业务。为满足海量的视频内容传输需求,实现超高容量与超低延迟等技术目标,设计第五代通信系统中的视频传输方案刻不容缓。基于非正交多址接入(Nonorthogonal Multiple Access,NOMA)技术的稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是一种具有显著赋形增益的码域非正交多路复用方案,在提升频谱效率的同时增加了用户接入点,因此成为5G技术的候选方案之一。同时,在视频编码传输领域,为适应日益多样化的终端设备与差异化的网络信道状况,可伸缩视频编解码技术应运而生。可伸缩视频编解码技术通过一次编码,得到多个不同码率与视觉质量的视频层。视频层可以分别进行传输,大大提高了传输灵活性与带宽利用率。目前功率域NOMA(Power Division based NOMA,PD-NOMA)网络下可伸缩视频多播技术已经有了广泛研究,但是面临着用户信道条件需要保证一定程度差异性的限制,而在SCMA网络下的视频传输技术还亟待开发。当前关于SCMA的研究主要集中于设计与改进码本模型,以求在增加用户接入点的同时降低解码时码本间的互相干扰。相比之下SCMA中的多播场景与视频传输领域的研究还十分匮乏。本文针对SCMA网络中可伸缩视频多播场景的高效传输问题,综合利用SCMA技术的码域非正交特性与可伸缩视频编解码的分层传输的特点,提出一种SCMA网络下的可伸缩视频多播方案,在有限的频谱与功率资源下提高了用户组整体的视觉性能。首先,通过建立SCMA网络下的视频多播模型提出了基于SCMA的可伸缩视频多播方案。其次,在建立模型时引入视觉感知质量(Quality of Experience,Qo E)指数作为优化目标,更直观的反映了用户的视觉质量增益。之后分析了码本分配与功率分配所造成的优化问题是一个复杂的离散混合分配问题,其相互依赖并共同影响信道容量,进而决定了多播组的总体视觉增益,所以造成了较高的复杂度。进一步地,提出了一种有效的快速资源分配方案,将码本分配与功率分配分离成两个阶段分步解决,在降低计算复杂度的同时获得了较好的性能。其中,对于视频码流存在一种或多种可伸缩维度的情况进行了分类讨论,引入了视频层选择与排序算法。最后,通过仿真结果表明,本文所提出的基于稀疏码多址接入网络的可伸缩视频传输方案相比于传统多播方案与基于正交频分复用技术的多播方案能为多播组用户提供更好的平均视觉质量,并在吞吐量、功耗性能方面获得提升。
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