﻿ 船舶无线视频传输资源分配算法
 舰船科学技术  2023, Vol. 45 Issue (23): 174-177    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2023.23.032 PDF

Resource allocation algorithm for ship wireless video transmission
DING Wei-xiang
Network Information Center, Criminal Investtigation Police University of China, Shenyang 110854, China
Abstract: Video monitoring of the ship can effectively understand the real-time situation of important parts such as deck and engine room, and improve the safety of ship navigation. With a large number of ships, if the wireless video transmission resources are not reallocated, it is easy to cause incomplete data transmission and other problems. In this paper, a wireless video transmission resource allocation algorithm is proposed. Based on the limited channel feedback, the wireless video transmission resources can be adjusted by adjusting the number of subcarriers and transmitting power, so as to meet the requirements of different ships for video transmission rate and bit error rate. The simulation results show that the proposed algorithm has lower bit error rate and improved channel capacity. The proposed wireless video transmission resource allocation algorithm effectively reduces the complexity and improves the efficiency of Marine wireless video transmission.
Key words: wireless video transmission     resource allocation     channel feedback     simulation
0 引　言

1 关键技术分析 1.1 无线传输分配技术

 图 1 船舶无线视频传输资源分配结构 Fig. 1 Marine wireless video transmission resource allocation structure

1）MIMO技术

MIMO技术是多输入和多输出技术的简称，通过在发射端和接收端同时使用多个天线，不同的天线之间都会形成MIMO子信道，从而降低误比特率并提升数据传输质量。

2）OFDM技术

OFDM技术是正交频分复用的简称，其实现原理是将高速的视频数据转化为多个并行的、低速的数据，并且调制到子载波上，通过这种方式可以有效提升数据传输效率以及抗干扰能力，某一时刻的干扰对整体数据传输影响会降至最低。

1.2 信道反馈技术

 图 2 基于互易性的信道反馈结构 Fig. 2 Channel feedback structure based on reciprocity

2 船舶无线视频传输资源分配技术 2.1 无线视频传输资源分配模型建立

 图 3 无线视频传输的分配模型 Fig. 3 Distribution model of wireless video transmission

 ${Q_{{\text{nm}}}} = {J_{{\text{nm}}}}{{\boldsymbol{H}}_{nm}}{r_{nm}}{s_{nm}}{t_{nm}}\sqrt \beta + {{\text{s}}_{nm}}{u_{nm}} \text{。}$ (1)

1）依据式（1）中视频数据传输对误码率的要求，直接对各船舶通信分配子载波，此时会形成一个最优解，在该最优解下，所有船舶视频传输误码率达到要求，且保持每个子载波上的调制方式相同；

2）根据信道反馈的基本情况确定不同船舶对于视频数据传输速率的要求，对那些不需要高速传输的数据进行标记，按照设定的传输速率等级对不同船舶设定权重ε，计算方法为：

 $\varepsilon = \frac{{{V_{{n}}}}}{{300M{\text{bs}}}}*100 \text% \text{。}$ (2)

3）为了解决这个问题，将原有调整子载波的策略修订为混合调整，先对船舶需求的无线视频传输速率进行排序，将信道分配模块和功率分配模块结合起来，保证调整子载波结束后，无线网络基站的发射功率最低，若将调整后发射功率和传输速率均能满足要求作为限定条件，通过增加限定条件来降低系统判断的复杂程度，从而最终实现对无线视频传输资源的重新分配和调整。同时为了解决信道反馈中信息过多导致无线资源分配过于复杂的问题，引入导频子载波来降低反馈量，在所有的子载波中选取少量的子载波作为导频子载波，这些子载波需要具有一定的代表性，如信道相关性以及频谱效率的极限值等，需要在子载波数量有限的情况下提升信道反馈数据的准确性以及足够的信息反馈量。

2.2 无线视频传输资源分配仿真

1）对未优化的传统无线视频传输方案和优化后的方案进行对比，改变传输视频数据的信噪比，得到无线视频数据传输的误码率变化如图4所示。可以发现，优化方案比传统方案的误码率明显更低，说明优化后的无线视频传输方案提升了视频数据无线传输的精确性，且随着信噪比不断增加，优化方案所得到的结果改进效果非常明显。

 图 4 误码率仿真结果对比 Fig. 4 Comparison of simulation results of bit error rate

2）设定传输带宽为50 Mbps，对视频传输子载波调整策略进行仿真对比，得到的结果如图5所示。其中未优化表示没有采取任何调整策略，随机调整表示子载波数量调整完全随机，混合调整则表示经过排序后采用混合限定条件对子载波进行调整。对比得到的结果表明，信道容量随着信噪比的增大不断提升，且随机调整和混合调整后的信道容量均比未优化前得到了提升，在信噪比SNR=20时，混合调整后信道容量提升了约17 bps/Hz。

 图 5 信道容量仿真结果对比 Fig. 5 Comparison of simulation results of channel capacity
3 结　语

1）信道反馈在无线视频传输资源分配中可以有效提升分配效率，且通过筛选有效的子载波可以降低分配过程中的复杂性。

2）通过对子载波数量以及发射功率的调整可以实现对无线视频传输的资源分配，仿真结果表明，优化后的方案比传统方案的误码率有不同程度降低。

3）信道容量随着信噪比的增大不断提升，且随机调整和混合调整后的信道容量均比未优化前得到了提升。

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