LTE資源調(diào)度及其算法的比較

1、-. z.LTE資源調(diào)度及其算法的比擬 摘 要：首先，本文講述了LTE系統(tǒng)的根本容，然后，文本對各類算法進(jìn)展介紹和比擬。最后，本文匯總了一些調(diào)度在實際應(yīng)用中碰到的問題，提出對于此類問題的一些可能解決方法。 關(guān)鍵詞：LTE；資源分配；調(diào)度算法；Qos 中圖：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 2015 02-0000-02 一、LTE概述目前國外的LTE商用正如火如荼的進(jìn)展，更快的移動寬帶體驗使我們離移動互聯(lián)網(wǎng)更近 相比目前各個第三代移動通信系統(tǒng)，LTE具有如下主要技術(shù)特點1：提高通信速率和頻譜效率，系統(tǒng)的最大帶寬為20MHZ，在這樣的帶寬下，下行峰值速率為150Mb/

2、s，上行峰值速率為50Mb/s；除了20MHz的最大帶寬外，還能夠支持1.5MHz、3MHz、5MHz、10MHz和15MHz等系統(tǒng)帶寬，以及成對和非成對頻段的部署，以保證未來在系統(tǒng)部署上的靈活。LTE-A更支持多載波聚合，到達(dá)更高的速率。 另外LTE要求在滿足高速目標(biāo)外盡可能平滑地實現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，所以要求新的無線接入技術(shù)必須與現(xiàn)有的3G無線接入技術(shù)并存，并且能與現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)以及其替代版本兼容2。 二、LTE調(diào)度算法 一最大載干比調(diào)度算法 最大載干Ma*imum Carrier to Interference，Ma* C/I調(diào)度算法是一種典型的利用多用戶分集的效果來實現(xiàn)最大化系統(tǒng)吞吐量的調(diào)度算法

3、。其根本思想是完全根據(jù)用戶信道質(zhì)量的好壞來進(jìn)展調(diào)度，不考慮用戶的數(shù)據(jù)量請求大小，也不考慮用戶的隊列信息，在每一調(diào)度時刻，總是效勞于信道質(zhì)量最好的用戶。該算法可獲得最大的系統(tǒng)吞吐量，所得到的系統(tǒng)容量可以作為其他調(diào)度算法的上界。 二輪循算法 輪循算法RR，Round Robin是一種最簡單、最公平的調(diào)度算法。其主要的思想是，以犧牲吞吐量為代價，公平地為系統(tǒng)的每個用戶提供資源，盡量保證能以相等的時機分配一樣大小的資源給系統(tǒng)中的每個用戶，而不考慮總吞吐量應(yīng)該盡量大。 三公平算法 公平調(diào)度算法PF，Proportional Fair兼顧用戶的公平性和系統(tǒng)的吞吐量。由于它結(jié)合了輪詢調(diào)度算法和最大載干比調(diào)度

4、算法的優(yōu)點，所以已經(jīng)成為無線通信系統(tǒng)中的一個最流行調(diào)度算法。該算法的主要缺點是沒有考慮不同業(yè)務(wù)的QoS要求，特別是時延要求。 四最早到期優(yōu)先算法 最早到期優(yōu)先Earliest Deadline First，EDF算法屬于動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。此類算法的根本思路是：給每個隊列分配一個時延參數(shù)D作為時延上界，以及分組到達(dá)時間A，這兩個參數(shù)分別對應(yīng)隊列中每個分組的Qos參數(shù)中分組到達(dá)時間和最大時延。為每一個到達(dá)的分組計算時間標(biāo)簽T=A+D作為到期時間deadline。然后按照到期時間從小到大，將所有分組進(jìn)展排隊。T每次調(diào)度具有最小到期時間T的分組。它通過保證滿足各任務(wù)對截止時間的要求的來確定任務(wù)的優(yōu)先

5、權(quán)。 這種算法主要用于對時延敏感業(yè)務(wù)的調(diào)度，但對系統(tǒng)吞吐量以及不同用戶之間的公平性沒有考慮。算法復(fù)雜度主要表達(dá)在每個分組的時延標(biāo)簽計算和排序。 五改良的最大權(quán)重時延優(yōu)先算法 考慮到實時業(yè)務(wù)的時延敏感特性，Andrew提出了一種將時延敏感融于PF的調(diào)度算法：改良的最大權(quán)重時延優(yōu)先算法M-LWDF，Modified Largest Weighted Delay First，M-LWDF算法的主要思想是將分組數(shù)據(jù)包的時延和如何有效利用信道信息一起平衡考慮，其用戶優(yōu)先級的計算不僅和用戶當(dāng)前的信道質(zhì)量有關(guān)，還和包的隊列時延有關(guān)。 M-LWDF基于PF調(diào)度算法，一方面具有PF調(diào)度算法在公平性及資源利用率上

6、的優(yōu)點，另一方面數(shù)據(jù)等待時延增加，優(yōu)先級逐步增加，從而可將數(shù)據(jù)包的等待時延控制在一定圍。該算法在小區(qū)吞吐量有更好的QoS，一般有2-3秒的排隊時延。然后對信道條件差的用戶來說，該算法會造成這些用戶的數(shù)據(jù)包在基站側(cè)有較大的時延，當(dāng)時時延超過用戶的最大容忍時間就會拋棄。 K/H&MPF算法由Knopp和Humlet提出的K&H算法是自適應(yīng)OFDMA系統(tǒng)中著名的無線資源分配算法，這算法在每一個OFDM符號，為每一個子載波選擇信道條件最好的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)3。K&H算法能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的最大吞吐量，但是不能保證這些用戶的QoS和公平性。 而MPFMulti-Carrier PF是一種基于PF算法的改良，其為用

7、戶提供了與其Qos級別相應(yīng)的發(fā)送時機，并且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的公平發(fā)送4。該算法對K&H算法進(jìn)展改良，可以實現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量和公平性的折中，同時滿足不同用戶多種級別的QoS要求，但在系統(tǒng)吞吐量較K&H算法會有所降低。 為了將二者的優(yōu)勢聯(lián)合，提出了K&H MPF算法，此方法將MAC層分組調(diào)度算法與物理層的無線資源分配調(diào)度算法的有機的結(jié)合。算法的根本思想如下：首先，為每個子載波選擇當(dāng)前發(fā)送速率最高的用戶k。接下來對已經(jīng)分配號的子載波按照一定的原則進(jìn)展微調(diào)，對局部用戶的子載波重新分配，目的是讓一些子載波數(shù)目相對充裕的用戶出局部子載波給那些沒有到達(dá)最小速率限制的用戶，使他們可以獲得更多的子載波，以保證其QoS在傳

8、輸速率方面的要求。 三、調(diào)度算法的實際應(yīng)用 無線資源模塊是一個密不可分的邏輯實體，各種技術(shù)之間相互影響，相互聯(lián)系。但就調(diào)度模塊來說與其他模塊也有不同程度的聯(lián)系，下面就重點分析調(diào)度和其他模塊的關(guān)系5： 一調(diào)度和功率控制 分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以在不同類別的業(yè)務(wù)信道上進(jìn)展傳輸，不同的信道對于支持的功率控制方案也有所不同。例如在3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)中，支持分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺烙腥N類型：上下行共享信道PUSCH/PDSCH、上下行公共控制信道PUCCH/PDCCH、隨機接入信道PRACH。 其中PUSCH/PDSCH和PDCCH/PUCCH支持快速閉環(huán)功率控制，而PRACH不支持快速閉環(huán)功率控制。所以需要綜合

9、考慮快速閉環(huán)功控和外環(huán)功率控制算法對業(yè)務(wù)信道的影響，而研究開環(huán)功率控制對控制信道PRACH的影響。 二調(diào)度和切換控制 當(dāng)移動臺處于軟切換狀態(tài)時，分組調(diào)度控制器的工作必須考慮到激活集所有基站的物理資源和空中接口的負(fù)載狀況。傳輸信道中只有專用信道才支持軟切換，所以當(dāng)移動臺在專有信道連接狀態(tài)并處于軟切換狀態(tài)時，分組調(diào)度可以在所有激活集小區(qū)中分別進(jìn)展。因此，不同的分組調(diào)度控制器的響應(yīng)，如調(diào)度得到的比特速率可能各不一樣，然而最終選擇的比特速率是根據(jù)激活集復(fù)雜最重的小區(qū)來確定的，它將按照最低的比特速率進(jìn)展調(diào)度。 三調(diào)度和負(fù)載控制 因為分組控制器的本身屬于負(fù)載控制器的重要組成局部，所以分組調(diào)度控制器和負(fù)載調(diào)

10、度器嚴(yán)密聯(lián)系在一起。例如，如果檢測到*小區(qū)的負(fù)載超過門限值，調(diào)度控制器通過減少該小區(qū)中用戶的比特速率來降低負(fù)載；如果檢測到該小區(qū)負(fù)載很小，與預(yù)置的負(fù)載門限值差額很大，將通過增加小區(qū)中用戶的比特速率來增加小區(qū)的負(fù)載。這樣，分組調(diào)度算法配合對非實時用戶負(fù)載的控制，可以將系統(tǒng)的負(fù)載保持在期望的水平。 四、完畢語 我們了解了LTE系統(tǒng)的開展概況，探討了適用于LTE系統(tǒng)下行鏈路的無線資源分組調(diào)度算法，并對這些算法進(jìn)展了比擬分析，指出了分組調(diào)度算法的開展方向，并在實際應(yīng)用中碰到的問題，提出對于此類問題的一些可能解決方法。 參考文獻(xiàn)： 1侃，慧，王文博.3G長期演進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計M.：電子工業(yè)，2007. 2聶霄.LTE性能評估D.郵電大學(xué)，2007. 3Jang J.，Lee K.B.，Lee Y.H Transmit Power and Bit Allocations for OFDM System in a fading ChannelJ.IEEE Globe ，200306：858-862. 4SUN Z.S，YIN C.C，YUE G.* Reduced ple*ity Proportional Fair Scheduling for OFDMA Sy