基于用户体验的认知无线电网络多媒体传输策略研究

作     者：何磊 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈长汶;刘斌

授予年度：2014年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：认知无线电网络 多媒体传输 用户体验质量 机会式 覆盖式 跨层优化 

摘      要：无线通信技术的迅速发展以及智能终端的普及导致了移动互联网时代的来临,无线通信业务量的与日俱增使得现有的无线频谱资源已经不能完全满足人们不断增长的应用需求。认知无线电技术作为一种可以有效提高频谱利用率的新技术,为解决频谱资源缺乏提供一种新途径。认知无线电技术能实现对空闲的无线频谱的随机接入,从而大量提高无线频谱的利用率,以满足了人们不断激增的多媒体传输业务的高带宽需求,因此针对认知无线电网络设计高效的多媒体传输策略对认知无线电网络的性能提升有着重要作用。 本文重点对认知无线电网络中的多媒体传输策略进行研究。不同的SU用户(Secondary User)通常具有不同的多媒体业务,已有的关于认知无线电网络中多媒体传输策略的研究只考虑了用户的服务质量QoS (Quality of Service)需求。但是对用户而言,最终衡量网络服务质量的是用户对业务质量的满意度。相比QoS而言,用户体验质量QoE (Quality of Experience)的概念在网络服务质量评价标准中越来越受重视,因为它直接体现了用户对服务的满意度。因此,本文采用QoE作为业务质量衡量指标,通过相同的用户体验质量(QoE)量化指标把不同的多媒体业务结合起来进行统一优化。认知无线电网络中SU用户对授权频谱的接入有机会式(overlay)和覆盖式(underlay)两种模式,本文针对这两种接入模式分别设计多媒体传输策略。 提出一种在机会式认知无线电网络中的多媒体传输策略。在机会式接入模式下,PU用户在信道上的回归模型被建模成泊松过程,进而分析PU用户和SU用户碰撞造成的丢包概率。把底层的丢包率和传输速率联合应用层的QoE特性进行跨层优化,从而得到各SU用户的最优传输策略。同时,通过在优化目标函数中添加公平性权值,实现各SU用户之间一定的公平性。最后,通过仿真实验证明了提出的多媒体传输策略能显著提高所有SU用户的平均QoE质量。 提出一种在覆盖式认知无线电网络中的多媒体传输策略。在覆盖式接入模式下,SU用户和PU用户在相同的频谱上同时传输数据,所有SU用户控制其发射功率以保证PU用户的正常通信不受影响。然后把SU用户的发送功率和数据传输速率与应用层的QoE特性进行联合优化,通过将优化问题转变成几何规划来求解,从而得到各SU用户的最优传输策略。仿真实验证明了提出的多媒体传输策略对提高所有SU用户的平均QoE质量的有效性。