CN108989829A - 基于双层驱动干扰协调的视频直播系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双层驱动干扰协调的视频直播系统及其实现方法，感知节点周期性地收集附近无线环境的频谱信息，并将最新的数据信息发送至信息融合中心FC，信息融合中心FC收到感知数据后进行数据融合、资源分配和资源优化等，服务结束后，信息融合中心FC释放相应资源。本发明在视频直播前，使用认知无线电技术在物理层上检测频谱能量，分析频谱数据辨识频谱状态，通过调度从而避免产生干扰；在视频直播过程中，根据QoE性能判别频谱状态，进行频谱资源重分配，通过跨层干扰协调，达到了零干扰和低误码的效果，最终实现了低时延、高速率的视频直播。

Description

基于双层驱动干扰协调的视频直播系统及其实现方法

技术领域

本发明属于软件无线信息传输技术，具体涉及一种基于双层驱动干扰协调的视频直播系统及其实现方法。

背景技术

视频直播是近几年最为流行的多媒体形式。视频直播与传统的视频传输区别在于，视频直播要求实时性高，是一种边下边播(同时下载同时播放)的在线多媒体传输，而非将完整的视频资源下载完成后(离线)播放。因此，视频直播要求传输网络能够提供高速率、低时延以及低误码的宽带传输环境。但是，越来越多的年轻人在手机等移动客户端上观看视频直播，往往受到各种干扰的影响。在这样的传输环境下，视频直播需要的高性能传输要求往往很难满足。因此，传输干扰问题务须得到有效的解决。

认知无线电技术通过在时间和空间上充分利用空闲频谱，实现干扰协调，从而降低在传输过程中发生干扰的可能性。认知无线电是一种智能的频谱共享技术，可以感知周围的无线环境，通过对环境数据的分析，得到符合要求的频谱，进而实现了频谱资源的合理利用。所以在复杂的传输环境中，使用认知无线电技术选择一个空闲频谱供视频直播使用，可以有效的解决传输的干扰问题。

用户体验质量(Quality of Experience,QoE)是指用户对设备、网络和系统、应用或者业务的质量和性能的主观感受，是用户感受到完成整个过程的难易程度。由于视频直播的实时性，通过测量的某些参数能够一定程度上的反映用户使用视频直播的QoE和视频直播是否受到较强的干扰。

软件无线电技术(Software Defined Radio,SDR)是研究和测试认知无线电等通信技术常用的一种技术手段。软件无线电技术是指采用一个通用、标准、模块化、固定不变的硬件平台，通过软件编程的方式实现各种无线电通信功能(如工作频段、调制解调类型、数据格式、通信协议等)，和通过软件重构来实现灵活多变的通信体制和通信功能的无线电系统。USRP RIO是近几年来较为成熟的软件无线电平台之一。相较于其它同类型的仪器，它的硬件处理能力更好，操作便捷，可视化图形语言，同时它的可调硬件参数更加的广泛，数值更加精确。

家庭基站是一种类似于小型基站的物理设备，多用来扩展移动通信信号覆盖。通过在室内放置并启用家庭基站，使用户在室内也能够接收到优质的信号。但是引入家庭基站后，家庭基站与基站的工作环境中，新出现了几种干扰：宏蜂窝基站与家庭基站间的干扰、宏蜂窝基站与家庭基站用户间的干扰、宏蜂窝用户与家庭基站间的干扰、宏蜂窝用户与家庭基站用户间的干扰以及家庭基站与家庭基站间的干扰。这些干扰会对正常工作的家庭基站造成较为严重的影响。

也就是说，传统的干扰协调在使用认知无线电技术后，通常局限于研究如何提高感知精确度和感知正确率。但是一旦感知错误发生并使用了非预期的信道频谱资源，因此造成通信服务质量下降时，传统方法无法及时更正错误。对于视频直播这类服务而言，一旦发生了这样的错误，那么视频直播受到的影响，最严重时视频直播的数据流将会中断。

因此，我们考虑通过基于USRP RIO软件无线电平台的搭建家庭基站系统为的测试环境，验证基于双层驱动干扰协调的视频直播技术性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于双层驱动干扰协调的视频直播系统及其实现方法，本发明使用USRP RIO软件无线电平台作为实验平台，搭建家庭基站测试和验证双层驱动干扰协调的视频直播技术性能，在视频直播前，使用认知无线电技术在物理层上检测频谱能量，分析由不同感知节点提供的同一频谱的数据辨识频谱状态，避免干扰；然后在视频直播的过程中，根据QoE性能进行判别决定频谱资源重分配，通过跨层干扰协调，达到零干扰和低误码的效果，最终得到一个低时延、高速率的视频直播。

技术方案：本发明的一种基于双层驱动干扰协调的视频直播系统，包括若干用户模块、家庭基站FAP、信息融合中心FC和用户对应的感知节点；其中，所述用户模块是指具体用户使用的智能移动设备(例如手机和IPad等)，且具有发送和接收数据功能；所述家庭基站FAP在有限范围内提供网络接入功能。用户通过FAP接入网络，获得低时延、高速率的无线网络服务；家庭基站FAP与用户之间采用无线通信，家庭基站FAP与信息融合中心FC之间采用有线通信，有线通信可保障两者之间通信的高效和无干扰；所述感知节点感知附近无线环境信息并将所感知的信息保存下载来的功能节点，同时具有发送数据的功能；感知节点与信息融合中心FC之间采用有线连接的方式进行数据交换；所述信息融合中心FC统一管理服务范围内的所有家庭基站、感知节点以及感知节点收集到的无线环境信息：通过分析无线环境数据信息，得到可提供服务的频谱资源与不可提供服务的频谱资源；当一旦有用户需要使用频谱资源时，信息融合中心FC从可提供服务的频谱资源中，筛选并分配相应的资源供家庭基站FAP和用户使用。通过上述集中式的管理无线资源，有效地进行干扰协调。

其中，感知节点是指感知附近无线环境信息并将感知得到的信息保存下来的功能节点。

本发明还公开了一种基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法，包括以下步骤：

步骤1：感知节点周期性地收集附近无线环境的频谱信息，并将最新的数据信息发送至信息融合中心FC；由于感知节点数量众多，感知频谱信息跨度较大，所以在发送信息前，需要对发送数据按照相应数据格式进行封装。

步骤2：信息融合中心FC收到感知数据后，使用融合策略得到可用频谱资源列表；当有用户请求接入时，信息融合中心FC分配相应频谱资源(例如空闲频谱即可提供良好通信质量的频谱)供用户和家庭基站FAP使用；如果没有合适的资源可用，则返回一个消息给家庭基站FAP且该用户请求进入等待服务队列，一旦有空闲资源时，优先为等待服务队列中的用户分配资源；分配资源的同时，信息融合中心FC记录频谱使用情况，在下一次用户请求接入时，对比使用记录，避免用户重复入网或者频谱资源重复使用；

步骤3：用户占用频谱资源的同时，需要反馈一系列用户体验质量参数(如误码率和速率等)，然后通过监控和分析这些用户体验质量QoE，决定是否重新分配频谱资源；如果用户体验质量QoE低于服务需求，信息融合中心FC重新分配一个可用的频谱资源给用户及相应的家庭基站FAP；

步骤4：服务结束后，信息融合中心FC释放相应资源。

上述基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法中，进行视频直播前，在物理层使用认知无线电技术，选择空闲信道进行传输数据；通过感知周围的无线环境来收集无线环境中的频谱数据；分析同一频谱的不同的感知节点感知的频谱能量数据，选择空闲信道进行视频直播数据传输；视频直播的过程中，在应用层周期性检测QoE性能，一旦QoE性能低于预设值时，重新分配新的频谱资源，保障用户在使用通信服务的过程中不受干扰的影响，提高信息传输的稳定性，保障视频质量和视频直播的流畅性。

因此，在步骤3中需周期性检测QoE性能并进行判别，这样能够及时发现类似的感知错误并选择其余备选的空闲信道进去数据通信。

进一步的，所述步骤2中的融合策略的具体过程为：

当信息融合中心FC收到各个感知节点发来的数据时，先将所有数据进行一次采样处理，采样率为M(M的大小根据系统性能而定)，在采样处理完成后，对于不同感知节点的同一频段能力检测数据取均值K_i，i代表不同感知节点，通过下述硬判决公式来判断频谱是否空闲：

其中，N为感知节点的数量，H₀和H₁分别为判断空闲资源和非空闲资源的硬判决门限，F代表判决结果；

当判决结果F＝0时，该频谱资源为空闲资源；当判决结果F＝1时，该频谱资源为非空闲资源；当判决结果F＝2时，该频谱资源为无法准确界定的资源，则进行二次判决；

对于二次判决的方式，采用投票机制，即统计所有K_i<H₀或K_i＞H₁的数量，当感知节点的投票数量超过半数以上时(即所有的感知节点提交的数据中，如果半数以上的节点数据都认为空闲或者非空闲)，判决其为空闲或者非空闲资源，若二次判决也无法得到结果的资源，则在本轮决策中丢弃，等待下一轮新的决策发起时再次进行判决。

进一步的，所述步骤2中的融合策略在系统中运行时，以一定时间周期运行，且该时间周期与系统感知功能的优劣是紧密相关的，将融合策略的运行周期设置为一个可调参数，在后续调试和使用的过程中，进行实时的修改；融合策略的理论时间开销为O(n)，因此循环周期的设置只需要保证能够完成融合过程即可。

进一步的，所述步骤3中重新分配频谱资源的过程即为资源优化阶段，具体操作方式为：首先监控和分析用户体验质量QoE检测，若用户体验质量低于预设门限值时(此处门限值根据用户使用的具体服务而定，例如可将门限值设为0，即一旦有误码出现，则认为频谱资源不良，需要更换新的频谱资源)，信息融合中心FC参考分配资源时保存的用户资源对应表，判别是否发生A类事件或B类事件：如果A类事件发生，则表明家庭基站FAP服务范围内两条通信链路相互干扰，造成用户体验质量QoE下降，则信息融合中心FC为占用信道时间较短的用户重新分配资源；如果发生B类事件，则表明此用户所占用的信道受到了宏蜂窝基站、宏蜂窝用户或者其他干扰，导致用户体验质量QoE下降，则信息融合中心FC为用户重新分配频谱资源；

上述提到的A类事件和B类事件分别表示了不同的干扰情况，A类事件指不同的家庭基站FAP和用户之间通信造成相互干扰；B类事件指由于宏基站及宏基站用户通信占用信道或者强干扰造成家庭基站FAP用户受到干扰的情况。

有益效果：本发明适用于室内环境中，使用USRP RIO平台与LabView，进行了一系列的系统设计与实验，有效地验证了本方案在室内环境中能够几乎无损的实现视频直播且有效利用频谱资源，提高频谱利用率，优化干扰协调。聚义包括以下优点：

(1)实现了零干扰、低误码的视频直播。双层驱动干扰协调技术在物理层和应用层都实现了跨层的干扰协调。在进行视频直播前，筛选频谱信道，选用无干扰的信道进行数据通信；在视频直播的过程中，周期性检测QoE性能，当QoE严重下降时则重新分配频谱资源。因此，无论是视频直播前选用的传输信道，还是视频直播中使用的传输信道，都能够保证其无干扰、低误码的效果。

(2)传输速率高。由于在无干扰的信道中进行数据通信，所以传输速率较高且实际系统中测试得到的数据和理论计算数据十分接近。

(3)系统响应迅速，时延低。在测试系统中，当用户和家庭基站需要切换服务信道资源时，需要一定的时间开销才能完成这个过程。从发现用户体验质量QoE性能严重下降开始，到完成更换信道为止，整个过程的时间开销主要分为以下几种：系统固有时间开销、选择和分发频谱资源信息。经过实际系统的测量，为了重新配置并使用新的射频信息，系统的固有时间开销大约为30ms。这个时间开销与实际的使用的硬件相关。选择和分发频谱资源信息这个过程的理论时间复杂度为O(1)，在系统中所需的时间远远低于1ms。因此，可以看出整个响应过程的时间开销为30ms，且这个时间与硬件性能所相关，可见系统响应迅速。同时在传输视频时，由于用户体验质量下降，会导致视频的卡顿或花屏，在该情况下，切换服务信道资源的30ms时间开销是可以忍受。

附图说明

图1为本发明的系统框架图；

图2为本发明的实现流程图；

图3为本发明中数据封装图；

图4为本发明的资源优化阶段图；

图5为实施例中的实验部署图；

图6为本发明的感知节点功能简图；

图7为本发明的用户端功能简图；

图8为本发明的家庭基站功能简图；

图9为本发明的信息融合中心功能简图；

图10为实施例中用户端射频参数设置图；

图11为实施例中家庭基站射频参数设置图；

图12为实施例中发送端的视频播放截图；

图13为实施例中接收端的视频播放截图；

图14为实施例中正常传输视频数据的星座图；

图15为实施例中正常传输的误码率；

图16为实施例中传输视频数据时的能量谱；

图17为实施例中调整后的用户端射频参数图；

图18为实施例中调整后的家庭基站射频参数图；

图19为实施例中调整后的星座图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本发明的一种基于双层驱动干扰协调的视频直播系统，包括若干用户模块、家庭基站FAP、信息融合中心FC和用户对应的感知节点；其中，用户模块是指具体用户使用的智能移动设备(例如智能移动手机和IPad等)，且具有发送和接收数据功能；所述家庭基站FAP在有限范围内提供网络接入功能。用户通过FAP接入网络，获得低时延、高速率的无线网络服务；家庭基站FAP与用户之间采用无线通信，家庭基站FAP与信息融合中心FC之间采用有线通信，有线通信可保障两者之间通信的高效和无干扰；感知节点感知附近无线环境信息并将其保存下载来的功能节点，同时具有发送数据的功能；感知节点与信息融合中心FC之间采用有线连接的方式进行数据交换；信息融合中心FC统一管理服务范围内的所有家庭基站、感知节点以及感知节点收集到的无线环境信息：通过分析无线环境数据信息，得到可提供服务的频谱资源与不可提供服务的频谱资源；当一旦有用户需要使用频谱资源时，信息融合中心FC从可提供服务的频谱资源中，筛选并分配相应的资源供家庭基站FAP和用户使用。通过上述集中式的管理无线资源，有效地进行干扰协调。

如图2所示，本发明的一种基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法，包括以下步骤：

步骤1：感知节点周期性地收集附近无线环境的频谱信息，并将最新的数据信息发送至信息融合中心FC；由于感知节点数量众多，感知频谱信息跨度较大，所以在发送信息前，需要对发送数据按照一定的数据格式进行封装，例如封装格式如说明图3所示。

步骤2：信息融合中心FC收到感知数据后，使用融合策略得到可用频谱资源列表；当有用户请求接入时，信息融合中心FC分配合适的频谱资源供用户和家庭基站FAP使用；如果没有合适的资源可用，则返回一个消息给家庭基站FAP且该用户请求进入等待服务队列，一旦有空闲资源时，优先为等待服务队列中的用户分配资源；分配资源的同时，信息融合中心FC记录频谱使用情况，在下一次用户请求接入时，对比使用记录，避免用户重复入网或者频谱资源重复使用；

步骤3：用户占用频谱资源的同时，需要反馈一系列用户体验质量参数(如误码率和速率等)，然后通过监控和分析这些用户体验质量QoE，决定是否重新分配频谱资源；如果用户体验质量QoE低于服务需求，信息融合中心FC重新分配一个可用的频谱资源给用户及相应的家庭基站FAP；

如图4所示，首先监控和分析用户体验质量QoE检测，若用户体验质量低于预设门限值时，信息融合中心FC参考分配资源时保存的用户资源对应表，判别是否发生A类事件或B类事件：如果A类事件发生，则表明家庭基站FAP服务范围内两条通信链路相互干扰，造成用户体验质量QoE下降，则信息融合中心FC为占用信道时间较短的用户重新分配资源；如果发生B类事件，则表明此用户所占用的信道受到了宏蜂窝基站、宏蜂窝用户或者其他干扰，导致用户体验质量QoE下降，则信息融合中心FC为用户重新分配频谱资源；上述提到的A类事件和B类事件分别表示了不同的干扰情况，A类事件指不同的家庭基站FAP和用户之间通信造成相互干扰；B类事件指由于宏基站及宏基站用户通信占用信道或者强干扰造成家庭基站FAP用户受到干扰的情况；

步骤4：服务结束后，信息融合中心FC释放相应资源。

上述的实现方法，主要包括融合策略和调度策略两个过程。

A、融合策略

当信息融合中心收到各个感知节点发来的数据时，先将所有数据进行一次采样处理，采样率为M(M的大小根据系统性能而定)。在采样处理完成后，对于不同感知节点的同一频段能力检测数据取均值K_i，i代表不同感知节点，有如下硬判决公式，判断频谱是否空闲：

其中，N为感知节点的数量，H₀和H₁分别为判断空闲资源和非空闲资源的硬判决门限，F代表判决结果。

当判决结果F＝0时，该频谱资源为空闲资源；当判决结果F＝1时，该频谱资源为非空闲资源；当判决结果F＝2时，该频谱资源为无法准确界定的资源，则进行二次判决；对于二次判决的方式，采用投票机制，即统计所有K_i<H₀或K_i＞H₁的数量，当投票数量超过半数以上时，判决其为空闲或者非空闲资源，若二次判决也无法得到结果的资源，则在本轮决策中丢弃，等待下一轮新的决策发起时再次进行判决。

融合策略在系统中运行时，以一定时间周期运行。该时间周期与系统感知功能的优劣是紧密相关的。将融合策略的运行周期设置为一个可调参数，在后续调试和使用的过程中，可以进行实时的修改。融合策略的理论时间开销为O(n)，因此循环周期的设置只需要保证能够完成融合过程即可。

B、调度策略

其中调度策略分为两部分：资源分配阶段和资源优化阶段。在资源分配阶段，系统快速为新入网用户分配可用资源，使其能够在尽可能短的时间内得到可用资源。在资源优化阶段，系统根据用户使用得到的资源后反馈的一系列用户体验质量参数进行分析，若用户体验质量不理想时，系统将调整分配的资源，使用户体验质量得到改善。

调度策略的完整步骤如下：

(a)用户入网时，第一次请求系统为其分配资源，此时进入资源分配阶段。在该阶段内，系统从备选可用频谱资源内，随机选取一个可用的频谱资源分配给用户，保证用户在最短时间内获取可用资源，开始传输数据。同时，信息融合中心会将分配的资源信息与相应的用户信息保存在用户资源对应表中，方便管理频谱资源。

(b)当用户获得可用频谱资源后，即完成资源分配阶段，进入资源优化阶段。优化阶段的持续范围是用户使用资源的整个过程，当用户退出网络时，即终止优化阶段，退出服务。整个资源优化阶段，以用户体验质量QoE为驱动，按照一定的时间周期(根据实际环境以及需求调整)对服务进行检测。当用户体验质量QoE指标低于预设的门限值(根据服务需求设置)时，系统对该用户以及其使用的频谱资源进行调整，为其分配其它可用的频谱资源。

实施例：

1、实验平台

在软件无线电中，除了基本的变频、A/D、D/A转换以及射频驱动由硬件平台USRPRIO 2943R实现，其余的功能都是由软件的形式设计完成。整个通信过程除去基本的收发功能外，几乎所有的扩展功能都是需要自行设计和编程。

NI USRP RIO 2943R的一系列物理参数如下：可调频率范围是1.2GHz～6GHz，实时带宽为40MHz，PCIex4总线速度800MB/s，Kintex7FPGA芯片。

实验的软件部分是使用Labview2015进行设计和调试程序。在软件本身提供的射频收发驱动的基础上，扩展一系列本发明需求的功能，从而实现整个发明。

2、实验环境设置

实验安排如图5所示，在测试系统中具体部署。实验环境中，设置了两个用户以及相应的家庭基站，一个信息融合中心和若干的感知节点。在实验过程中，两个用户之间可以互为干扰源，所以无需设置多余的人为干扰项。

用户与家庭基站之间通信方式为无线通信；家庭基站与信息融合中心之间的通信方式为有线通信，使用光纤连接；感知节点与信息融合中心之间同样也是通过光纤连接。这样的设置方式，即确保了系统端所有通信的可靠性，有能够有效测试用户在使用时的实际效果。

本实施例主要包括三个部分：信息融合中心、用户与家庭基站以及感知节点。

感知节点部分的程序设置较为简单，为了降低感知节点的部署难度，因为其只需要感知周围无线环境数据并将数据打包发送给信息融合中心即可。由于USRP平台同一时刻只能够感知较小带宽内的数据，因此需要为其添加一个扫频功能，在设置好的带宽范围内，依次扫描各段频谱上的数据。具体的感知节点功能程序简图如图6所示。输入设置的射频收发数据参数后，启动程序，则开始进行感知数据，然后将感知到的数据按照图3的数据格式进行封装，再通过UDP的方式传送给信息融合中心。在扫频功能模块的控制下，上面这个感知流程没有间隙的在不同频段上进行。当完成预设感知范围的任务后，重新开始下一次感知任务。由于1.2GHz～6GHz的范围太大，在实验时不利于调试和观察结果，因此本实施例在测试时，选取2.2GHz～2.8GHz中的若干频段进行测试，即加快的实验速度又保证了实验结果的可靠性。

用户与家庭基站实验设置：

由于用户与家庭基站在实验中主要负责数据通信，进行传输视频并对传输结果显示与统计数据，因此利用USRP RIO一台设备上可以配置两个单天线用户的特性，将用户与家庭基站配置在同一台USRP RIO设备上。在物理上虽然位于同一台设备上，但是两者之间的数据通信则是通过无线信道完成，可以有效地测试无线传输视频的功能。以用户发送数据至家庭基站为例，图7为用户端功能简图，图8为家庭基站的功能简图。

由图7可知，在用户端，从信源开始，经过QAM调制、插入保护间隔、组帧等操作后，由RF发送模块发送至无线信道。在RF发送模块中有一个外扩接口，供修改发射参数模块调用，可以实时的修改发送的射频参数，如发送的中心频点、本振、增益等。由于系统测试时使用的是视频数据，所以信源处为VLC软件处理后的数据包。

由图8可知，在家庭基站内，功能上主要分为两个部分：与用户交换数据以及与信息融合中心交换数据。与用户交换数据部分，以接收数据为例。从天线接收无线信息，通过RF接收模块后，进行帧同步、帧解析、信道均衡以及QAM解调，最后到达信宿。信宿处为VLC软件，在得到数据后，VLC经过内部解码，播放视频同时可以观察播放质量。

信息融合中心实验设置：

对于信息融合中心，需要完成的功能包括融合策略、用户体验质量的监控与调整以及管理和分配频谱资源。在实验测试中，设置了一个独立的信息融合中心进行测试。

图9为信息融合中心的简化功能图。信息融合中心的UDP接收模块需要接收两部分数据分别是家庭基站发来的数据和感知节点发来的数据。因此，当接收到来源不同的数据时，数据处理的模块是不同的。当接收到家庭基站的数据时，数据进入用户体验质量监控模块，判决是否符合服务质量要求，如果不符合要求，那么去存储模块选取新的可用频谱资源，通过UDP发送模块通知家庭基站更改频谱资源。当收到感知节点发来的数据时，数据进入融合策略模块，经过数据处理后，得到可用频谱资源组，存入存储模块中等待使用。不同的数据源，进行UDP通信时时，使用的是不同的UDP端口号，因此可以很容易辨识不同数据源。

3、实验流程

步骤1)配置预设参数。在启动所有程序前，需要设置一系列预设参数。用户、家庭基站的初始射频参数以及感知节点的射频参数设置如附图说明图10与说明图11所示。图10为用户端的射频参数设置情况，初始中心频点为2.4GHz，本振频率为-1Hz，发射增益为0dBm。图11为对应的家庭基站端的射频参数设置，接收频率的中心频点为2.4GHz。本振频率为-1Hz，接收增益为0dBm。

步骤2)运行程序，开始进行数据通信。然后打开VLC脚本文件，开始生成视频源数据以及播放接收到的视频源数据。发送和接收的视频图像如图12以及图13所示。图14为接收端的星座图，可以看出使用但是BPSK的调制方式，且星座图清晰。图15为平均误码率与时间的图，在稳定传输的过程中，误码率几乎为零。图16为传输视频数据时的频率能量谱，可以明显的看到以中心频率为中点，两侧各占一半带宽，共计3MHz的传输带宽。

步骤3)手动更改其中一个用户使用的频段，使得两个用户在同一个频段传输数据，造成干扰现象。测试系统中的调度策略是否发挥应有的功能。

步骤4)系统重新分配了新的资源给发生干扰的用户使用，视频传输恢复正常。图17和图18为人为添加干扰后，其中一个用户与家庭基站在调度策略的控制下，调整了使用频率，调整后其占用中心频率为2.7GHz。图19为占用2.7GHz频率的用户与家庭基站的星座图。

实验过程中，通过理论分析和计算，有如下计算公式：一帧数据长度为(1+1+706)×(16+64)＝56640Samples，其中包含LTF序列、SIG序列和数据，包含间隔长度为16，数据长度为64。其中，实际数据为706×64＝45184bit，速率为45184bit÷16ms/1s＝2.824M/s，传输速率为56640÷16ms/1s＝3.54M/s。在无干扰的信道中进行数据通信，本发明的传输速率更高。通过上述实施例更加可以看出，本发明在进行视频直播前，筛选频谱信道，选用无干扰的信道进行数据通信；在视频直播的过程中，周期性检测QoE性能，当QoE严重下降时则重新分配频谱资源。因此，无论是视频直播前选用的传输信道，还是视频直播中使用的传输信道，都能够保证其无干扰、低误码的效果，且传输速率高。

Claims (5)

1.一种基于双层驱动干扰协调的视频直播系统，其特征在于：包括若干用户模块、家庭基站FAP、信息融合中心FC和用户对应的感知节点；

其中，所述用户模块是指具体用户使用的智能移动设备且具有发送和接收数据功能；

所述家庭基站FAP提供网络接入，用户通过家庭基站FAP接入网络，家庭基站FAP与用户之间采用无线通信，家庭基站FAP与信息融合中心FC之间采用有线通信；

所述感知节点感知附近无线环境信息并将感知到的信息保存下载来的功能节点，同时感知节点发送数据至信息融合中心FC；感知节点与信息融合中心FC之间采用有线连接的方式进行数据交换；

所述信息融合中心FC统一管理服务范围内的所有家庭基站、感知节点以及感知节点收集到的无线环境信息：通过分析无线环境数据信息，得到可提供服务的频谱资源与不可提供服务的频谱资源；当一旦有用户需要使用频谱资源时，信息融合中心FC从可提供服务的频谱资源中，筛选并分配相应的资源供家庭基站FAP和用户使用。

2.一种基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：感知节点周期性地收集附近无线环境的频谱信息，并将最新的数据信息发送至信息融合中心FC；并在发送信息前，对发送数据按照相应数据格式进行封装；

步骤2：信息融合中心FC收到感知数据后，使用融合策略得到可用频谱资源列表；当有用户请求接入时，信息融合中心FC分配相应频谱资源供用户和家庭基站FAP使用；如果没有合适的资源可用，则返回一个消息给家庭基站FAP且该用户请求进入等待服务队列，一旦有空闲资源时，优先为等待服务队列中的用户分配资源；分配资源的同时，信息融合中心FC记录频谱使用情况，在下一次用户请求接入时，对比使用记录，避免用户重复入网或者频谱资源重复使用；

步骤3：用户占用频谱资源的同时需要反馈相应用户体验质量参数，然后通过监控和分析用户体验质量QoE，再决定是否重新分配频谱资源：如果用户体验质量QoE低于服务需求，信息融合中心FC重新分配一个可用的频谱资源给用户及相应的家庭基站FAP；

步骤4：服务结束后，信息融合中心FC释放相应频谱资源。

3.根据权利要求2所述的基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法，其特征在于：所述步骤2中的融合策略的具体过程为：

当信息融合中心FC收到各个感知节点发来的数据时，先将所有数据进行一次采样处理，采样率为M，在采样处理完成后，对于不同感知节点的同一频段能力检测数据取均值K_i，i代表不同感知节点，通过下述硬判决公式来判断频谱是否空闲：

其中，N为感知节点的数量，H₀和H₁分别为判断空闲资源和非空闲资源的硬判决门限，F代表判决结果；

当判决结果F＝0时，该频谱资源为空闲资源；当判决结果F＝1时，该频谱资源为非空闲资源；当判决结果F＝2时，该频谱资源为无法准确界定的资源，则进行二次判决；

采用投票机制来进行二次判决，即统计所有K_i<H₀或K_i＞H₁的数量，当感知节点的投票数量超过半数以上时，判决其为空闲或者非空闲资源，若二次判决也无法得到结果的资源，则在本轮决策中丢弃，等待下一轮新的决策发起时再次进行判决。

4.根据权利要求2所述的基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法，其特征在于：所述步骤2中的融合策略在系统中以相应周期运行，将融合策略的运行周期设置为一个可调参数，在后续调试和使用的过程中，进行实时的修改；融合策略的理论时间开销为O(n)。

5.根据权利要求2所述的基于双层驱动干扰协调的视频直播实现方法，其特征在于：所述步骤3中重新分配频谱资源的过程即为资源优化阶段，具体操作方式为：

首先监控和分析用户体验质量QoE检测，若用户体验质量低于预设门限值时，信息融合中心FC参考分配资源时保存的用户资源对应表，判别是否发生A类事件或B类事件：如果A类事件发生，则表明家庭基站FAP服务范围内两条通信链路相互干扰，造成用户体验质量QoE下降，则信息融合中心FC为占用信道时间较短的用户重新分配资源；如果发生B类事件，则表明此用户所占用的信道受到了宏蜂窝基站、宏蜂窝用户或者其他干扰，导致用户体验质量QoE下降，则信息融合中心FC为用户重新分配频谱资源；

上述提到的A类事件和B类事件分别表示了不同的干扰情况，A类事件指不同的家庭基站FAP和用户之间通信造成相互干扰；B类事件指由于宏基站及宏基站用户通信占用信道或者强干扰造成家庭基站FAP用户受到干扰的情况。