LTE系統調度技術(shù)

▲3G專(zhuān)欄、L1 "E系統調度技術(shù)周艷李方偉重慶郵電大學(xué)通信工程學(xué)院韓瑋中興通訊股份有限公司l摘要ILTE (Long Term Evolution)系統中無(wú)線(xiàn)資源分配機制有著(zhù)與傳統方式不同的特點(diǎn)，為提高頻譜利用率，LTE系統采用動(dòng)態(tài)資源分配機制，其中調度是動(dòng)態(tài)資源分配中非常重要的部分。文章通過(guò)分析LTE動(dòng)態(tài)資源分配中的調度算法，探討比較了不同調度算法對系統性能的影響。[關(guān)鍵詞]長(cháng)期演進(jìn)(LTE)資源分配 調度算法1前言率達100Mb/s以上，上行峰值速率達50Mb/s以上。為保證為了在未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)競爭激烈的環(huán)境中處于有3G LTE系統在頻譜利用率方面的技術(shù)優(yōu)勢,主要通過(guò)多天利位置，滿(mǎn)足日益增長(cháng)的用戶(hù)多元化需求，應對市場(chǎng)挑線(xiàn)技術(shù)、 自適應調制與編碼和基于信道質(zhì)量的頻率選擇性調戰，3GPP組織于2004年底通過(guò)了關(guān)于3GPP長(cháng)期演進(jìn)LTE度實(shí)現;(Long Term Evolution )的立項工作，加速制定新的空中◆在保持原有的站點(diǎn)位置不變的情況下，提高小區邊緣接口和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )標準"。比特速率，增強3G LTE系統的覆蓋性能，主要通過(guò)多址和LTE對3GPP整個(gè)體系架構進(jìn)行了革命性的變革。LTE小區間干擾抑制技術(shù)實(shí)現;E-UTRAN系統結構如圖1所示:◆提供低時(shí)延，用戶(hù)平面內部單向傳輸時(shí)延低于5ms,MME/SAE gateway MME/SAE gateway]控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間低于50ms,從. EPC駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms，以增加對實(shí)時(shí)S1 -業(yè)務(wù)的支持。X\ X2E-UTRANeNB2 LTE動(dòng)態(tài)資源分配X2對于任何的無(wú)線(xiàn)系統，要進(jìn)行通信必須占用一定的無(wú)線(xiàn)NB資源，LTE系統資源中，無(wú)線(xiàn)資源包括子載波和發(fā)送功率。作圖E-UTRAN結構為一項關(guān)鍵技術(shù)，無(wú)線(xiàn)資源管理為了在有限帶寬下，為網(wǎng)絡(luò )3G LTE的目標是:更高的數據速率、更低的時(shí)延、改內無(wú)線(xiàn)用戶(hù)終端提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保障，其基本出發(fā)點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò )進(jìn)的系統容量和覆蓋范圍，以及較低的成本1。話(huà)務(wù)量分布不均勻、信道起伏變化的情況下，靈活支配和動(dòng)其主要技術(shù)指標包括:態(tài)調整無(wú)線(xiàn)傳輸部分和網(wǎng)絡(luò )的可用資源，最大程度提高無(wú)線(xiàn)◆可靈活配置1.25MHz ~ 20MHz多種帶寬,從技術(shù)上頻譜利用率、防止網(wǎng)絡(luò )擁塞和保持盡可能小的信令負荷。為保證3G LTE系統可使用第三代移動(dòng)通信系統的頻譜;了克服多徑快衰,提高頻譜利用率, LTE采用動(dòng)態(tài)資源分配◆大大提高峰值數據速率，在20M帶寬下，下行峰值速機制，目前的研究主要集中在保證邊緣用戶(hù)數據速辜和提高系統容中國煤化工制有著(zhù)與傳統方式收稿日期: 2008年9月20日不同的非常重要的部分。:TYHCNMHG責任編輯:熊柳潛xliuqian@mc21st.com >> >.勢彭連信| 39 I2008年12月(上)▲3G專(zhuān)欄sLTE系統調度技術(shù)3調度頻率資源的調度在基于分組交換的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中起著(zhù)至關(guān)級計算函數為: k=arg max名}重要的作用，3GPP中給出了調度的定義:基站調度器動(dòng)態(tài)RR算法保證以均等的機會(huì )為系統中的所有用戶(hù)分配資地控制時(shí)-頻資源的分配，在-定的時(shí)間內分配給某-一個(gè)用源，使用戶(hù)按照某種確定的順序占用無(wú)線(xiàn)資源進(jìn)行通信。其主要思想是，以犧牲吞吐量為代價(jià)，公平地為系統內的每個(gè)戶(hù)問(wèn)。用戶(hù)提供資源。從占用資源角度而言，RR調度算法是最公3.1分組調度算法平的，不僅可保證用戶(hù)的長(cháng)期公平性,也可以保證用戶(hù)的短在3GPP中，對分組調度算法的研究作了如下說(shuō)明:可期公平性。每次調度時(shí)不考慮以前被調度的情況,因此RR以研究的分組調度算法有很多種，但是首先需要確定算法性調度算法是記憶的。然而RR算法也存在致命的缺點(diǎn)，由于能的邊界。目前主要是通過(guò)以下兩種算法來(lái)確定分組調度算沒(méi)有考慮用戶(hù)信道狀況的不同，因此傳輸的可靠性并不高，法的性能邊界: -種是基于載干比，在犧牲公平性的基礎.上導致吞吐率極低。RR算法是公平性的上界以及吞吐量性能提供最大的系統容量，因為在這種的安排策略下，所有的信的下界，通常作為與其他算法進(jìn)行比較的基礎。道可能都分配給信道條件好的用戶(hù);另一種是循環(huán)策略，在3.3最大載干比調度算法(Max C/1 )犧牲系統容量的基礎上給每個(gè)用戶(hù)提供比較公平的資源共Max CI的優(yōu)先級計算為: k=arg max享。通過(guò)以上兩種算法，可以確定當前系統所具有的吞吐量{9}和用戶(hù)公平性的性能分界間。Max C/I調度算法在調度用戶(hù)時(shí)，只選擇信道狀況最好在3GPP鼓勵提出各種新的調度算法的同時(shí)，為了衡.的用戶(hù)，即讓信道條件好的用戶(hù)在一起傳，因而能夠適應量各種調度算法的公平性而確定了一項公平性準則",無(wú)線(xiàn)信道的時(shí)變特性，充分利用了多用戶(hù)分集的效果。Max該準則用用戶(hù)吞吐量歸一化分布函數CDF ( CumulativeC/算法的吞吐量是吞吐量的極限值，但完全沒(méi)有考慮用戶(hù)Distribution Function )曲線(xiàn)來(lái)表征，它使用用戶(hù)的平均吞間公平性的要求，對于信道條件差的用戶(hù)得到服務(wù)的機會(huì )將吐量進(jìn)行歸一-化。設用戶(hù)k的吞吐量為T(mén)[,相對于所有用很少，甚至出現所謂“餓死"現象。從占用資源角度而言,Max C/I調度算法是最公平的。Max C/I算法是吞吐量性能的戶(hù)的歸一化吞吐量刀為π=- 1avg價(jià)}上界以及公平性的下界。j1.2Lk準則的曲線(xiàn)由以下三點(diǎn)確定，如表1所示:3.4比例公平調度算法(PF, Proportional Fair )r(0)表1公平性準 則的CDF參考點(diǎn)PF調度算法的優(yōu)先級計算函數為: k= ag R歸一化吞吐量tCDF0.10.其中: R(+)=(1-1)8,0+29T。"T0.20在PF算法中，r(1)為 當前時(shí)刻用戶(hù)的瞬時(shí)速率，由用0.5該準則實(shí)際上是限制了吞吐量較低的用戶(hù)占用戶(hù)數的比戶(hù)的信道狀態(tài)信息決定，R,()為 用戶(hù)在時(shí)間窗T內的平均速率。隨時(shí)用戶(hù)獲得傳輸機會(huì )的增多，平均傳輸速率提高，例，例如低于0. 1倍平均吞吐量的用戶(hù)數不能超過(guò)用戶(hù)總數其優(yōu)先級降低，就使原來(lái)低優(yōu)先級的用戶(hù)獲得更多的傳輸機的10%。按照這個(gè)準則，所有符合公平性的調度算法其累計會(huì )，從而保證用戶(hù)間的公平性。而本身也利用了多變的信道分布函數都處于這三點(diǎn)連成的直線(xiàn)的右側，否則就違反了公狀況，達到了維持吞吐量較高的效果。PF算法的扇區吞吐平性準則。.率和服務(wù)公平性界于RR和Max C/I之間。3.2輪循調度算法( RR, Round Robin )3.中國煤化工RR就是基站輪流地為扇區內的終端提供服務(wù),其優(yōu)先MYHCN M H G調度算法的評價(jià)標準40夢(mèng)勇速信< <<責任編輯:熊柳潛xliuqian@mc21st.com2008年12月(上)LTE系統調度技術(shù)3G專(zhuān)欄\主要有:扇區吞吐率、UE吞吐表2三種調度算法性能比較率、服務(wù)公平性等。調度算法 扇區吞吐宰| UE吞吐率 服務(wù)公平性 高速移動(dòng)性能 實(shí)現復雜度 綜合效果◆扇區吞吐率:單位時(shí)間內R低很好中差Max C/高有高有低很差較復雜基站的服務(wù)扇區成功發(fā)送給各個(gè)PF好UE的比特數的總和?！鬠E吞吐率:單位時(shí)間內UE成功接收到的比特數。據業(yè)務(wù)吞吐量的潛力，滿(mǎn)足各種業(yè)務(wù)的QoS要求?！舴?wù)公平性: - -般假定RR提供的服務(wù)最公平。若某參考文獻算法提供的系統吞吐率的CDF曲線(xiàn)越接近RR的分布，則認為該算法越公平。[1]聶霄，LTE系統性能評估[DI].北京郵電大學(xué), 2007.通過(guò)仿真比較三種調度算法下所得到的用戶(hù)吞吐量歸[2]張天魁,曾志民，3G LTEB動(dòng)態(tài)資源分配機制研究[J].移動(dòng)通信, 2007 (12).-化分布函數CDF曲線(xiàn)如圖2所示。從仿真結果顯示，根據[3]3CPP TR 25. 913 v7. 3.0. Requirements for evolved3GPP所確定的衡量調度算法公平性的準則易判斷，RR算法Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)and Universal Terrestrial Radio Access與PF算法均滿(mǎn)足公平性要求，即低于0. 1倍平均吞吐量的用Network (UTRAN) [S]. 2006.戶(hù)數不能超過(guò)用戶(hù)總數的10%，且RR算法的公平性?xún)?yōu)于PF[4]李英杰,雷海鵬,楊大成。無(wú)線(xiàn)資源管 理中的調度算法研究[EB/OL].中國科技論文在線(xiàn).算法。而Max C/算法相對于RR、PF算法而言,吞吐量大的[5]3CPP TR 25. 814 v7. 1.0. Physical Layer Aspects for用戶(hù)概率更大，吞吐率低的用戶(hù)也更大，小區吞吐率更高，Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)(Release 7) [S]. 2006.而公平性卻更差。[6]劉寧，移動(dòng)通信系統中分組調度算法的研究[D].北京交通大學(xué), 2007. .0.9-[7]3CPP2 C. R.1002 v1. 1. Cdma2000 EvaluationMethodology [S].0.8-*[8]徐志字,韓瑋, 蒲迎春HSDPA技 術(shù)原理與網(wǎng)絡(luò )規劃實(shí)踐M]. 北京:人民郵電出版社, 2007. ★0.6-;0.5[作者簡(jiǎn)介]0.40.3-"/” Max C./1周艷:重慶郵電大學(xué)通信與信息) 2-一RF系統研究生，目前實(shí)習于中興通訊0.1--3GPP2 PF eriterior上海研發(fā)中心。主要研究方向為第三代移動(dòng)通信長(cháng)期演進(jìn)系統(3G60LTE) .圖2三種調度算法下用戶(hù)吞吐量歸-化CDF 曲線(xiàn)比較綜合考察三種調度算法，其性能比較如表2所示。李方偉:博士，重慶郵電大學(xué)教授，主要研究方向為移動(dòng)通信關(guān)鍵4結束語(yǔ)技術(shù)。LTE系統采用很先進(jìn)的物理層技術(shù)，極大提高了空中接口的傳輸能力，調度算法將更多地與其它無(wú)線(xiàn)資源管理策略結合起來(lái)，達到對系統資源的組合優(yōu)化。調度算法與其他無(wú)中國煤化工線(xiàn)資源管理方法的緊密結合，優(yōu)勢互補，將更有利于發(fā)掘數MYHCNMHG責任編輯:熊柳潛xiuqian@mc21st.com >> >秒動(dòng)還信412008年12月(上)