基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法
阅读：61发布：2020-06-06
专利汇可以提供基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且基于组解码技术的 信号 叠加 复用视频传输方法，涉及一种视频传输方法。它是为了提高无线信道中的视频传输 频谱 速率。本 发明 提出了将信号叠加复用应用到SVC视频传输系统；并将SGD作为解码方法，引入到本发明中；以及考虑了对于单天线和多天线SVC视频广播系统中，基于SGD解码策略的功率分配问题。仿真结果表明本发明提出的方法，与传统的时分复用多址接入(CDMA)相比，接收端的视频可以获得更高的PSNR。本发明适用于视频传输过程中。，下面是基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法专利的具体信息内容。
1.基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法，其特征是：
它是基于一个用户数为B的MIMO广播系统实现的，该MIMO广播系统中，装配有M个天线的基站向B个用户进行广播，用户1，2，……，B分别装配有N1，N2，……NB个天线；B为正整数；
每个用户的视频信号发射方法：
步骤一、用户的视频信号经格式化后进行信源编码，获得信源编码后的信号；
步骤二、将步骤一获得的信源编码后的信号进行信道编码，获得信道编码后的信号；
步骤三、将步骤二获得的信道编码后的信号进行基带调制，获得基带调制信号；
步骤四、将步骤三获得的基带调制后的信号进行多路复用，获得复用信号；
步骤五、将步骤四获得的复用信号进行射频处理后发送至信道；
步骤二中，对信源编码后的信号进行信道编码采用H.264/AVC协议扩展的可伸缩视频编码方法实现；
步骤四中，将基带调制后的信号进行多路复用的方法为：将基带调制后的信号编为不同的L个视频层，并将所有视频层叠加；L为不小于1的整数；
每个用户的视频信号接收方法：
步骤六、接收端接收步骤五的复用信号并进行射频处理；
步骤七、将步骤六中经射频处理后的信号进行分路处理，获得基带信号；
步骤八、将步骤七获得的基带信号进行基带解调，获得基带解调后的信号；
步骤九、将步骤八获得的基带解调后的信号进行信道解码，获得信道解码后的信号；
步骤十、将步骤九获得的信道解码后的进行信源解码，获得信源解码后的信号；
步骤十一、将步骤十获得的信源解码后的信号进行格式化后输出；完成基于组解码技术的信号叠加复用视频传输；
步骤九中，对基带解调后的信号进行信道解码的方法具体为：采用逐次解码的方法从基带解调后的信号中，逐次的解出目标信号和干扰信号；
步骤九中采用逐次解码的方法从基带解调后的信号中逐次的解出目标信号和干扰信号具体为：
对于第i个接收端，1≤j≤B，其接收到的信号为：
其中：hi,j表示第i个接收天线和第j个发送天线之间的信道响应，xj表示已编码的第j组信号；
定义中断速率为解码过程中用户速率没有达到目标速率时的速率，令R＝[Rj]j∈K表示所有用户的速率， 表示子集 中的用户信道增益，P为总的
发送功率，令pi表示解码的步数，假如集合K的子集 表示一个有效
的分组，则需要同时满足下述三个条件：
条件1)、对于任意的m∈{1,…,pi}，满足| 其中μ表示最大的分组大小，即：该组中的元素个数的多少；
条件2)、接收端i包含在集合 中；
条件3)、对于任意m∈{1,…,pi}，在第m步逐次解码过程中达到速率
i
若给定的K集合的子集G为一个有效的分组，在第m步，第i个接收端联合解码集合 中的元素，并且把 中的元素都作为AWGN，然后从已解码的消息 中减掉已经
解码出来的信号；
对于 令 给定一个分组集合 接收端i
执行下列的pi步逐次解码：
步骤A1、初始化：m＝1；
步骤A2、根据公式：
计算干扰噪声协方差矩阵；其中，(·)*表示共轭转置；
然后，解码出集合 中的用户：
其中，ui～NC(0,I)是方差为1的AWGN； 表示子集 中
的用户信道增益；
步骤A3、当解码出集合 则第i个接收端减掉从接收信号yi中已经解出的信号 更新
步骤A4、判断是否满足m＝pi+1，如果判断结果为是，则结束；如果判断结果为否，m的取值加1，且返回执行步骤A2。
2.根据权利要求1所述的基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法，其特征在于步骤四中将基带调制后的L个视频层进行多路复用的方法具体为：将L个视频层分成N组，N小于或等于L；其中每组包括一层或多层SVC视频层；每一组进行独立编码为一个信号层；
对于1≤t≤N，令xt表示已编码的第t组信号，其约束条件为E(|xt|2)＝1，则视频层叠加的信号s表示为：
式中：Pt为第t组信号分配的能量。
3.根据权利要求1所述的基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法，其特征在于步骤四中将基带调制后的信号进行多路复用的方法具体为：将基带调制后的信号编为四个时间基本层和一个质量增强层；每一个GOP包括8帧，每一帧包括18片，每一个宏块行为一片。
4.根据权利要求1所述的基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法，其特征在于在从基带解调后的信号中逐次的解出目标信号和干扰信号的过程中，如果没有解码的集合为S，则接收端i通过公式：
寻找最优的解码集合G*；
式中：R是发射天线上信号的传输速率矢量，Hi为所有的Hi,A组合到一起。
基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种视频传输方法。
背景技术
[0002] 随着新的通信技术的出现，无线信道中的高质量视频传输吸引了越来越多的研究者的兴趣。由于高的传输速率，高频谱利用率的传输技术正是人们的追求。由于无线衰落信道容量的时变传输特性，H.264/AVC协议扩展的可伸缩视频编码技术(SVC)已经成为一个很友好的视频传输策略。SVC技术是将视频序列编码为若干个层，根据当前的信道状态信息，选择需要传输的视频层数以及哪几层。SVC之所以被广泛的研究，是因为该技术在不进行转换编码的情况下，可以提供亮获得视频传输策略。很多文献中研究了关于SVC 传输的无线资源的跨层优化，比如信源信道联合编码，非均匀错误保护，基于内容保护，以及资源分配等。
发明内容
[0004] 本发明是为了提高无线信道中的视频传输频谱速率，从而提供一种基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法。
[0005] 基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法，
[0006] 它是基于一个K用户的MIMO广播系统实现的，该MIMO广播系统中，装配有M 个天线的基站向K个用户进行广播，用户1，2，……，K分别装配有N1，N2，……NK个天线；K为正整数；
[0007] 每个用户的视频信号发射方法：
[0008] 步骤一、用户的视频信号经格式化后进行信源编码，获得信源编码后的信号；
[0009] 步骤二、将步骤一获得的信源编码后的信号进行信道编码，获得信道编码后的信号；
[0010] 步骤三、将步骤二获得的信道编码后的信号进行基带调制，获得基带调制信号；
[0011] 步骤四、将步骤三获得的基带调制后的信号进行多路复用，获得复用信号；
[0012] 步骤五、将步骤四获得的复用信号进行射频处理后发送至信道；
[0013] 步骤二中，对信源编码后的信号进行信道编码采用H.264/AVC协议扩展的可伸缩视频编码方法实现；
[0014] 步骤四中、将基带调制后的信号进行多路复用的方法为：将基带调制后的信号编为不同的L个视频层，并将所有视频层叠加；L为大于1的整数；
[0015] 每个用户的视频信号接收方法：
[0016] 步骤六、接收端接收步骤五的复用信号并进行射频处理；
[0017] 步骤七、将步骤六中经射频处理后的信号进行分路处理，获得基带信号；
[0018] 步骤八、将步骤七获得的基带信号进行基带解调，获得基带解调后的信号；
[0019] 步骤九、将步骤八获得的基带解调后的信号进行信道解码，获得信道解码后的信号；
[0020] 步骤十、将步骤九获得的信道解码后的进行信源解码，获得信源解码后的信号；
[0021] 步骤十一、将步骤十获得的信源解码后的信号进行格式化后输出；完成基于组解码技术的信号叠加复用视频传输；
[0022] 步骤九中，对基带解调后的信号进行信道解码的方法具体为：采用逐次解码的方法从基带解调后的信号中，逐次的解出目标信号和干扰信号。
[0023] 步骤四中将基带调制后的L个视频层进行多路复用的方法具体为：将L个视频层分成M组，M小于或等于L；其中每组包括一层或多层SVC视频层；每一组进行独立编码为一个信号层；
[0024] 对于1≤j≤M，令xj表示已编码的第j组信号，其约束条件为E(|xj|2)＝1，则视频层叠加的信号s表示为：
[0025]
[0026] 式中：Pj为第j组信号分配的能量。
[0028] 步骤九中采用逐次解码的方法从基带解调后的信号中逐次的解出目标信号和干扰信号具体为：
[0029] 对于第i个接收端，1≤i≤K，其接收到的信号为：
[0030]
[0031] 其中：ui～NC(0,σ2I)表示第i个接收端处的AWGN；
[0032] 定义速率中断为解码过程中用户速率没有达到目标速率，令R＝[Rj]j∈K表示所有用户的速率， 表示子集 中的用户信道增益，令pi表示解码的步数，假如集合K的子集 表示一个有效的分组，则需要满足
同时下述三个条件：
同时下述三个条件：
[0033] 条件1)、对于任意的m∈{1,…,pi}，满足 其中μ表示最大的分组大小，即：该组中的元素个数的多少；
[0034] 条件2)、接收端i包含在集合 中；
[0035] 条件3)、对于任意m∈{1,…,pi}，在第m步逐次解码过程中可以达到速率[0036] 若给定的K集合的子集Gi为一个有效地分组，在第mth步，第ith个接收端联合解码集合 中的元素，并且把 中的元素都作为AWGN，然后从已解码的消息 中减掉已经解码出来的信号；
[0037] 对于 令 给定一个分组集合 接收端i执行下列的pj步逐次解码：
[0038] 步骤A1、初始化：m＝1；
[0039] 步骤A2、根据公式：
[0040]
[0041] 计算干扰噪声协方差矩阵；(·)*表示共轭转置；
[0042] 然后，解码出集合 中的用户：
[0043]
[0044] 其中，ui～NC(0,I)是方差为1的AWGN；
[0045] 步骤A3、当解码出集合 则第i个接收端减掉从接收信号yi中已经解出的信号更新
[0046] 步骤A4、判断是否m＝pi+1，如果判断结果为是，则结束；如果判断结果为否，则返回执行步骤A2。
[0047] 在从基带解调后的信号中逐次的解出目标信号和干扰信号的过程中，如果没有解码的集合S，则接收端i通过公式：
[0048]
[0049] 寻找最优的解码集合G*。
[0050] 步骤四中将基带调制后的L个视频层进行多路复用，并将所有视频层叠加的信号的功率分配方法是基于有限长调制方式的星座图实现的，具体为：
[0051] 设总的发送功率为P＝P1+P2，在接收端接收到的信号表示为：
[0052]
[0053] 在接收端k，接收到的信号为：
[0054]
[0055] 其中：vk是AWGN，满足 Hk是第k个用户的接收矩阵。
[0056] 当接收端在解码目标层的时，令SINR(x1)和SINR(x2)分别表示基本层和增强层的SINR值，令 当两个用户都需要对基本层解码时，所需要的最小SINR(x1)表示为：
[0057]
[0058] 为了保证两个用户都能够解出基本层，需要满足下面的公式：
[0059]
[0060] 其中，ε表示基本层需要额外的保护；Lch是LDPC信道编码的码长(即每次传输的符号个数)；Nt是传输的次数；γb是目标码速率；
[0061] 基本层应该满足公式：
[0062]
[0063] 式中：
[0064] 对于SVC增强层的信号，其功率为P-P1，因此SINR(x2)为：
[0065]
[0066] 本发明提出了将信号叠加复用应用到SVC视频传输系统；以及将SGD作为解码方法，引入到系统中；再及考虑了对于单天线和多天线SVC视频广播系统中，基于SGD解码策略的功率分配问题。仿真结果表明提出的算法，与传统的时分复用多址接入(CDMA)相比，接收端的视频可以获得更高的PSNR(peak signal-noise-ratio)。大幅度提高无线信道中的视频传输频谱速率。附图说明
[0067] 图1是本发明的基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法的视频信号传输原理示意图；
[0068] 图2是视频结构示意图；
[0069] 图3是高斯AWGN信道QAM星座图的SNR与互信息量关系仿真示意图；
[0070] 图4是LDPC信道编码在不同码速率下SNR与误码率曲线示意图；
具体实施方式
[0071] 具体实施方式一、基于组解码技术的信号叠加复用视频传输方法，
[0072] 它是基于一个K用户的MIMO广播系统实现的，该MIMO广播系统中，装配有M 个天线的基站向K个用户进行广播，用户1，2，……，K分别装配有N1，N2，……NK个天线；K为正整数；
[0073] 每个用户的视频信号发射方法：
[0074] 步骤一、用户的视频信号经格式化后进行信源编码，获得信源编码后的信号；
[0075] 步骤二、将步骤一获得的信源编码后的信号进行信道编码，获得信道编码后的信号；
[0076] 步骤三、将步骤二获得的信道编码后的信号进行基带调制，获得基带调制信号；
[0077] 步骤四、将步骤三获得的基带调制后的信号进行多路复用，获得复用信号；
[0078] 步骤五、将步骤四获得的复用信号进行射频处理后发送至信道；
[0079] 步骤二中，对信源编码后的信号进行信道编码采用H.264/AVC协议扩展的可伸缩视频编码方法实现；
[0080] 步骤四中、将基带调制后的信号进行多路复用的方法为：将基带调制后的信号编为不同的L个视频层，并将所有视频层叠加；L为大于1的整数；
[0081] 每个用户的视频信号接收方法：
[0082] 步骤六、接收端接收步骤五的复用信号并进行射频处理；
[0083] 步骤七、将步骤六中经射频处理后的信号进行分路处理，获得基带信号；
[0084] 步骤八、将步骤七获得的基带信号进行基带解调，获得基带解调后的信号；
[0085] 步骤九、将步骤八获得的基带解调后的信号进行信道解码，获得信道解码后的信号；
[0086] 步骤十、将步骤九获得的信道解码后的进行信源解码，获得信源解码后的信号；
[0087] 步骤十一、将步骤十获得的信源解码后的信号进行格式化后输出；完成基于组解码技术的信号叠加复用视频传输；
[0088] 步骤九中，对基带解调后的信号进行信道解码的方法具体为：采用逐次解码的方法从基带解调后的信号中，逐次的解出目标信号和干扰信号。
[0089] 1、系统描述
[0090] 信道模型：考虑一个K用户广播系统，其中装配单天线的基站向K个用户进行广播，每个用户均为单天线。
[0091] 对于1≤k≤K，令Nk×M的矩阵Hk表示从基站到用户k的无线信道。s表示传输信号，F表示基站使用的预编码矢量。假设基站和接收用户之间是准静态块衰落信道，即信道因子在一个传输块内保持不变，在下一个传输块变为一个独立的状态。用户k处接收到的信号yk可以表示为：
[0092] yk＝HkFs+vk (1)
[0093] 其中，ui～NC(0,σ2I)表示用户k的独立高斯白噪声。
[0094] 分层的视频传输：假设基站广播的是SVC分层的视频流。SVC是H.264/AVC视频编解码的一个扩展，它将原始的视频编程一个多层的视频流。基本层可以提供一个可接受的最基本的质量，而增强层可以使得视频解码后的质量更好。基站根据信道状态可以选择性的传输适当视频层，其中传输的视频层数越多，接收到的信号解码后恢复的视频质量越好。当无线信道可传输速率非常低的时候，恰当的视频帧需要丢掉，但是丢掉的这些帧要尽量小的影响视频质量。在这一工作中，采用的SVC编码策略主要包含基本层和增强层，其中视频序列被划分为四个时间基本层和一个质量增强层。视频结构如图2所示。每一个 GOP(group of picture)包含8帧。每一帧被分为18片，每一个宏块行为一片。在每一个 GOP中，优先级从高到底分别为：T0、T1、T2、T3和T4，当需要丢掉某些视频包时，按照优先级顺序从低到高进行丢包。
[0095] 通过信号叠加的SVC层复用：传统的SVC编码层的复用是基于正交信道的，如不同的层分配到不同的正交信道中进行传输。然而，正交信道的吞吐量会受到有限长调制的限制。为了打破这个限制，本发明提出了另一种方式的SVC层复用方案——基于非正交的信号叠加方法，即视频层被编码为多个独立的信号层，然后基站传输信号层的叠加和。
[0096] 一个比较好的方法是将每一个SVC编码层作为一个信号层。然而，这种做法将会导致太多的信号进行叠加，会使得系统复杂度显著提升。在本发明中，假设有L层已编码视频层，这L个视频层分为M组，其中每一组包含一层或者多层SVC视频层。每一组进行独立编码为一个信号层。对于1≤j≤M，令xj表示已编码的第j组信号，其约束条件为：E(|xj|2)＝1。假设j分配的能量为Pj。传输的叠加信号可以表示为：
[0097]
[0098] 每一个接收机采用逐次迭代的方式解出目标层。
[0099] 下面介绍一下信号叠加层复用的基本原理。考虑一个单天线收发系统，信道增益为H。对于足够大的发送功率： 通过恰当的层功率分配，每一层j可以达到一个足够大的SINR，记做：
[0100]
[0101] 因此可以达到有限长调制容量的比较大的一部分。然后，各层复用的和速率吞吐量可以超过单层有限长调制的吞吐量——基于正交信道的层复用的容量上界。
[0102] 值得注意的是，SVC解码过程中，高层的解码需要有低层的支持，即只有解出基本层的信号，才能够恢复出更高层的视频流，否则即使正确接收高层视频流的信号，也无法解出视频流。因此，从视频固有特性的角度出发，应该优先解码出包含高层SVC的信号。因此，针对所有层的功率分配可以精确地设计出来。
[0103] 下述内容，对于给定的每一层的功率，确定SGD的解码顺序；然后，提出信号层的功率分配。本发明中所有的速率都是bits/sec/Hz。
[0104] 2、组解码
[0105] 在广播系统中，在接收端接收到的信号叠加的形式与干扰信道具有一定的相似性，都是接收到目标信号与干扰的组合。因此，在该广播系统的接收端采用SGD作为一种有效地解码方法。对于SGD，在每一步每一个接收端接触若干个信号并且将没有解出来的作为噪声，然后将已经解出来的信号减去，直到解出来目标信号为止。接下来简单的介绍 SGD，并将它引入到本发明考虑的广播系统中。
[0106] 最优逐次组解码(OSGD)：
[0107] 这里给出OSGD的一个简单的介绍。
[0108] 考虑离散时间慢衰落K用户SIMO干扰信道模型。对1≤i≤K，每一个发射端i只有一个天线，并且想要跟装配Ni个天线的目标接收用户i通信。令表示从发送端j到接收用户i的信道增益，1≤i,j≤K。接收端i接收到的信号可以表示为yi，第j发送端发送的信号为xj，其约束条件为P＝E(|xj|2)。假设，hi,j,1≤i,j≤K，在接收端i处完美的已知。接收端i接收到的信号为：
[0109]
[0110] 其中，ui～NC(0,σ2I)表示接收端i处的AWGN。
[0111] 定义速率中断为解码过程中用户速率没有达到目标速率。令R＝[Rj]j∈K表示所有用户的速率， 表示子集A 中的用户信道增益。
[0112] 对于接收端i，令pi表示解码的步数，假如集合K的子集 表示一个有效的分组，则需要满足同时下述三个条件：
[0113] 条件1)、对于任意的m∈{1,…,pi}，满足 其中μ表示最大的分组大小，即：该组中的元素个数的多少；
[0114] 条件2)、接收端i包含在集合 中；
[0115] 条件3)、对于任意m∈{1,…,pi}，在第m步逐次解码过程中可以达到速率[0116] 若给定的K集合的子集Gi为一个有效地分组，在第mth步，第ith个接收端联合解码集合 中的元素，并且把 中的元素都作为AWGN，然后从已解码的消息 中减掉已经解码出来的信号；
[0117] 对于 令 给定一个分组集合 接收端i执行下列的pj步逐次解码：
[0118] 步骤A1、初始化：m＝1；
[0119] 步骤A2、根据公式：
[0120]
[0121] 计算干扰噪声协方差矩阵；(·)*表示共轭转置；
[0122] 然后，解码出集合 中的用户：
[0123]
[0124] 其中，ui～NC(0,I)是方差为1的AWGN；
[0125] 步骤A3、当解码出集合 则第i个接收端减掉从接收信号yi中已经解出的信号更新
[0126] 步骤A4、判断是否m＝pi+1，如果判断结果为是，则结束；如果判断结果为否，则返回执行步骤A2。
[0127] 接下来分析SGD的最优分组策略。当目标解码集合为A，被看作噪声的集合为B，并且两个集合无交集，满足 定义速率边界为：
[0128]
[0129] 并且ε(Hi,φ,B,R)＝0，以及：
[0130]
[0131] 对于有效地分组 定义：
[0132]
[0133] 为pi步骤逐次解码的最小速率边界。
[0134] 当ε(Hi,Gi,R)<0时，表示用户i为速率中断。每个用户i可以通过下面的方法来找到最优解码顺序：
[0135]
[0136] 采用上述方法获得的解码顺序称之为最优化逐次组解码(OSGD)。一个贪婪算法(如表1所示)可以有效地解出上式，在这个过程中，可以给出一个中断或者给出一个最优的分组集合。在每一个步骤，假设没有解码的集合为S，接收端i可以通过下面的公式来找到最优的解码集合，记做G*：
[0137]
[0138] 表1
[0139]
[0140] 基于可达到速率的子模块性，可以证明贪婪方法可以得到最优解。如果某一步所选择的G*导致速率边界，则宣布为一个中断事件。
[0141] 最优化搜索方法可以使用穷搜的方式获得最优解，即搜索所有的非空集合并且满足G≤μi条件。
[0142] 视频广播系统中的OSGD：
[0143] 将OSGD应用到本发明中的视频广播系统中。假设两个信号层，对于视频广播系统，接收到的信号可以表示为：
[0144]
[0145] 该系统可以作为一个等价的干扰信道来处理。
[0146] 为了降低信号叠加层数，在这里，将5层的SVC编码流分为两组。在接收端i处，接收到的信号可以表示为
[0147]
[0148] 在下述内容中，假设在接收端采用了OSGD，提出了针对两层信号的功率分配方法，其中每个接收端的解码顺序为基层到增强层。采用这样的解码顺序是因为SVC视频所固有的特性：如果基本层没有正确解码，那么增强层对视频恢复的贡献为零。
[0149] SISO信道中的SVC视频广播：在这一部分，主要研究了基站和接收用户都采用单天线情况下的信号层功率分配问题。假设基站处将视频信号编码为一个基本层和若干个增强层，将这些信号重新组合为两层，一层是SVC的基本层，其余的所有信号构成第二层。假设有两个用户，其中第一个用户距离基站比较近，第二个用户距离基站略远，因此假设第一个用户需要解码出视频信号的基本层和增强层，而用户二只需要解码出视频信号的基本层。上述两用户的情形可以简单推广为两类用户的情形，即第一个集合中的所有用户需要解码视频的基本层和增强层，而第二个集合中的所有用户只需要解码视频的基本层。假设基站和每个用户之间的信道增益满足复高斯分布 其中d表示基站和用户之间的距离。
[0150] 为了控制解码复杂度，假设调制方式M从集合{QPSK,16QAM}中选取，LDPC信道编码的码率C从集合{1/4,1/3,1/2,2/3,3/4,7/8}中选取。假设两个信号x1和x2分别从m1和m2个信息比特中编码得到。这两个信号需要传输Nt次，每一次的信道编码长度为个符号。在传输的过程中，为了保证所有用户都可以解码到基本层，首先给SVC基本层分配功率，然后再为增强层分配功率，并且保证用户1可以全部接收到，使用户2尽可能多的接收到增强层的信号。
[0151] 信号叠加的功率分配：
[0152] 为非正交的信号叠加复用进行信号的功率分配。功率分配方法是基于有限长调制方式的星座图。令f(Mi,SNR)表示容量(bits/symbol)，其中调制方式Mi∈M，信噪比SNR为 SNR，它们之间的关系如图3所示。
[0153] 当频谱效率在(-∞,1.75)和(1.75,+∞)时，选择的调制方式分别为QPSK和16QAM。令 f(SNR)表示采用上述调制方式的频谱效率，加上一个很小的速率界δ，这个很小量表示调制融合和可达到的实际的信道编码速率之间的一个差值。δ可以通过调制容量图3与实际仿真结果进行比较得到。
[0154] 假设总的发送功率为P＝P1+P2；在接收端接收到的信号可以表示为在接收端接收到的信号表示为：
[0155]
[0156] 在接收端k，接收到的信号为：
[0157]
[0158] 其中：AWGN满足vk～NC(0,σ2)；
[0159] 当接收端在解码目标层的时，令SINR(x1)和SINR(x2)分别表示基本层和增强层的SINR值，令 当两个用户都需要对基本层解码时，所需要的最小SINR(x1)表示为：
[0160]
[0161] 为了保证两个用户都能够解出基本层，需要满足下面的公式：
[0162]
[0163] 其中，ε表示基本层需要额外的保护；Lch是LDPC信道编码的码长(即每次传输的符号个数)；Nt是传输的次数；γb是目标码速率；
[0164] 基本层应该满足公式：
[0165]
[0166] 式中：
[0167] 对于SVC增强层的信号，其功率为P-P1，因此SINR(x2)为：
[0168]
[0169] 令msup表示增强层的信息比特数的真实值。因为只有用户1需要解码msup，其上界为：
[0170]
[0171] 选择合适的信道编码来传输msup比特的信息。信道编码的选择可以采用下面的方法。注意到，对于给定的信息比特，调制模式和信道编码速率是从传输容量中计算得来的。对于基本层，因为信息比特m1已知，首先计算频谱率m1/Nt·Lch，然后，选择最小的速率Ci∈C，使之满足m1/Nt·Lch。
[0172] 对于增强层，首先计算最大速率 然后，选择调制模式和信道编码率 Ci∈C，选择最大频谱率不大于 能够达到的最大值。可以传输的增强层的比特信息是由所选择的码率决定的。
[0173] 注意：这里提出的功率分配方法是基于先基本层再增强层的解码顺序。通过这样的功率分配，当每一个接收用户通过SGD来决定解码顺序时，基本层一定是优先于增强层进行解码。这是因为对于增强层，当决定他是不是第一个被解码时，当把基本层作为噪声时，速率界也被计算到里面。因此，增强层的速率界要明显的比基本层的要小，因为在对基本层进行功率分配时，增强层被作为噪声，而当对增强层进行计算SINR时，基本层已经被减掉。
[0174] TDMA和速率：
[0175] 假设对于TDMA方式，两个信号分别在α和1-α时隙中分别传输信号x1和x2。在传输的过程中，基站采用固定的发送功率P。令 和 分别表示基本层和增强层的 SINR值。接收用户1和2可以分别表示为：
[0176]
[0177] 与信号叠加复用采用同样的传输策略，假设基站首先保证传输完所有的基本层信号，然后在传输尽可能多的增强层信号。对于基本层，需要满足下面的SINR约束条件[0178]
[0179] 并且对于增强层，因为只有用户1需要解码，所以，应该满足
[0180]
[0181] 其中， 是第二层可以传输的信息比特。因此有：
[0182]
[0183] 计算出增强层可以传输的信号比特的上界 总的吞吐量可以表示为：
[0184]
[0185] 3、MIMO信道中的SVC视频广播
[0186] 在这一部分，将功率分配方法扩展到基站配备多个天线的广播模型。首先在基站采用一种线性预编码，然后将分层功率分配方法扩展到基站装配多个天线的情形。
[0187] 预编码算法：
[0188] 假设s通过配备了M个天线的基站发送到K个用户，每个用户有N个接收天线。在第k个接收端，接收到的信号yk可以表示为：
[0189] yk＝HkFs+vk (26)
[0190] 其中，噪声信号vk～NC(0,σ2I)为AWGN，并且 为预编码矢量。假设信道状态信息在接收端完美知道。
[0191] 发送端与接收端共享预编码码本。在接收端根据信道状态信息选择一个合适的码本，然后将码本的序号反馈到基站。假设预编码矩阵选自傅里叶变换矩阵。令 F＝{F1,F2,…FG}表示码本，其中，第p个元素Fg可以表示为：
[0192]
[0193] 当G＝4，M＝2时，一个简单的预编码矩阵的例子F＝{F1,F2,…FG}可以表示为：
[0194]
[0195] 在接收端k，接收信号通过MMSE滤波器，有：
[0196] rk＝Wkyk (29)
[0197] 其中，Wk是线性MMSE滤波器，其表达式为：
[0198]
[0199] 假设基站选取预编码Fg，线性滤波之后的SNR可以表示为：
[0200]
[0201] 每一个接收端k，通过上式线性滤波后的SNR来判决它的最有预编码序号，记做gk；
[0202]
[0203] 将预编码序号gk和后处理SINRγk,gk反馈到基站。基站选择最大的SINR，并且采用它对应的预编码。发送端预编码可以表示为：
[0204] Fopt＝Fg (33)
[0205] 其中，对于 有g＝gk。
[0206] 信号层功率分配：
[0207] 将SISO系统的信号层分配方法扩展到多天线广播系统中。同样的假设有两个用户，用户2只需求基本层，而用户1需要基本层和增强层。假设准静态快衰落信道和AWGN。
[0208] 在约束条件P＝P1+P2下，最小化基本层的发送功率P1。在基站使用了预编码Fopt。令和 分别表示用户1和2的基本层的SINR值。
[0209] 针对基本层的功率分配P1，需要满足:
[0210]
[0211] 其中，ε表示基本层额外保护的速率界。
[0212] 令：
[0213]
[0214] 优化问题的有效解可以表示为：
[0215]
[0216] 式中： 然后，从公式(36)中可以求出增强层的 的上界为：
[0217]
[0218] 从公式(37)中，可以获得在信号x2中传输的信号比特数。另外，因为SNR值与实际采用的有一个差值，所需要的功率比P1要略大于从公式(36)中所得到的结果。
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