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(duì)各類(lèi)算法進(jìn)展介紹和比擬。最后，本文匯總了一些調(diào)度在實(shí)際應(yīng)用中碰到的問(wèn)題，提出對(duì)于此類(lèi)問(wèn)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(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 2015 02-0000-02 一、LTE概述目前國(guó)外的LTE商用正如火如荼的進(jìn)展，更快的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)使我們離移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)更近 相比目前各個(gè)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，LTE具有如下主要技術(shù)特點(diǎn)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(duì)和非成對(duì)頻段的部署，以保證未來(lái)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(mǎn)足高速目標(biāo)外盡可能平滑地實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，所以要求新的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)必須與現(xiàn)有的3G無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)并存，并且能與現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)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(hù)分集的效果來(lái)實(shí)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(hù)信道質(zhì)量的好壞來(lái)進(jìn)展調(diào)度，不考慮用戶(hù)的數(shù)據(jù)量請(qǐng)求大小，也不考慮用戶(hù)的隊(duì)列信息，在每一調(diào)度時(shí)刻，總是效勞于信道質(zhì)量最好的用戶(hù)。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(jiǎn)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(jià)，公平地為系統(tǒng)的每個(gè)用戶(hù)提供資源，盡量保證能以相等的時(shí)機(jī)分配一樣大小的資源給系統(tǒng)中的每個(gè)用戶(hù)，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(hù)的公平性和系統(tǒng)的吞吐量。由于它結(jié)合了輪詢(xún)調(diào)度算法和最大載干比調(diào)度

4、算法的優(yōu)點(diǎn)，所以已經(jīng)成為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的一個(gè)最流行調(diào)度算法。該算法的主要缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮不同業(yè)務(wù)的QoS要求，特別是時(shí)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(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法。此類(lèi)算法的根本思路是：給每個(gè)隊(duì)列分配一個(gè)時(shí)延參數(shù)D作為時(shí)延上界，以及分組到達(dá)時(shí)間A，這兩個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)隊(duì)列中每個(gè)分組的Qos參數(shù)中分組到達(dá)時(shí)間和最大時(shí)延。為每一個(gè)到達(dá)的分組計(jì)算時(shí)間標(biāo)簽T=A+D作為到期時(shí)間deadline。然后按照到期時(shí)間從小到大，將所有分組進(jìn)展排隊(duì)。T每次調(diào)度具有最小到期時(shí)間T的分組。它通過(guò)保證滿(mǎn)足各任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求的來(lái)確定任務(wù)的優(yōu)先

5、權(quán)。 這種算法主要用于對(duì)時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的調(diào)度，但對(duì)系統(tǒng)吞吐量以及不同用戶(hù)之間的公平性沒(méi)有考慮。算法復(fù)雜度主要表達(dá)在每個(gè)分組的時(shí)延標(biāo)簽計(jì)算和排序。 五改良的最大權(quán)重時(shí)延優(yōu)先算法 考慮到實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)延敏感特性，Andrew提出了一種將時(shí)延敏感融于PF的調(diào)度算法：改良的最大權(quán)重時(shí)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(shí)延和如何有效利用信道信息一起平衡考慮，其用戶(hù)優(yōu)先級(jí)的計(jì)算不僅和用戶(hù)當(dāng)前的信道質(zhì)量有關(guān)，還和包的隊(duì)列時(shí)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(diǎn)，另一方面數(shù)據(jù)等待時(shí)延增加，優(yōu)先級(jí)逐步增加，從而可將數(shù)據(jù)包的等待時(shí)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(duì)時(shí)延。然后對(duì)信道條件差的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，該算法會(huì)造成這些用戶(hù)的數(shù)據(jù)包在基站側(cè)有較大的時(shí)延，當(dāng)時(shí)時(shí)延超過(guò)用戶(hù)的最大容忍時(shí)間就會(huì)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(wú)線(xiàn)資源分配算法，這算法在每一個(gè)OFDM符號(hào)，為每一個(gè)子載波選擇信道條件最好的用戶(hù)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(hù)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(hù)提供了與其Qos級(jí)別相應(yīng)的發(fā)送時(shí)機(jī)，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的公平發(fā)送4。該算法對(duì)K&H算法進(jìn)展改良，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量和公平性的折中，同時(shí)滿(mǎn)足不同用戶(hù)多種級(jí)別的QoS要求，但在系統(tǒng)吞吐量較K&H算法會(huì)有所降低。 為了將二者的優(yōu)勢(shì)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(wú)線(xiàn)資源分配調(diào)度算法的有機(jī)的結(jié)合。算法的根本思想如下：首先，為每個(gè)子載波選擇當(dāng)前發(fā)送速率最高的用戶(hù)k。接下來(lái)對(duì)已經(jīng)分配號(hào)的子載波按照一定的原則進(jìn)展微調(diào)，對(duì)局部用戶(hù)的子載波重新分配，目的是讓一些子載波數(shù)目相對(duì)充裕的用戶(hù)出局部子載波給那些沒(méi)有到達(dá)最小速率限制的用戶(hù)，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(shí)際應(yīng)用 無(wú)線(xiàn)資源模塊是一個(gè)密不可分的邏輯實(shí)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(lái)說(shuō)與其他模塊也有不同程度的聯(lián)系，下面就重點(diǎn)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(lèi)別的業(yè)務(wù)信道上進(jìn)展傳輸，不同的信道對(duì)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(lèi)型：上下行共享信道PUSCH/PDSCH、上下行公共控制信道PUCCH/PDCCH、隨機(jī)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(duì)業(yè)務(wù)信道的影響，而研究開(kāi)環(huán)功率控制對(duì)控制信道PRACH的影響。 二調(diào)度和切換控制 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于軟切換狀態(tài)時(shí)，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(zhuān)用信道才支持軟切換，所以當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在專(zhuān)有信道連接狀態(tài)并處于軟切換狀態(tài)時(shí)，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(lái)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?yàn)榉纸M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(cè)到*小區(qū)的負(fù)載超過(guò)門(mén)限值，調(diào)度控制器通過(guò)減少該小區(qū)中用戶(hù)的比特速率來(lái)降低負(fù)載；如果檢測(cè)到該小區(qū)負(fù)載很小，與預(yù)置的負(fù)載門(mén)限值差額很大，將通過(guò)增加小區(qū)中用戶(hù)的比特速率來(lái)增加小區(qū)的負(fù)載。這樣，分組調(diào)度算法配合對(duì)非實(shí)時(shí)用戶(hù)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(yǔ) 我們了解了LTE系統(tǒng)的開(kāi)展概況，探討了適用于LTE系統(tǒng)下行鏈路的無(wú)線(xiàn)資源分組調(diào)度算法，并對(duì)這些算法進(jìn)展了比擬分析，指出了分組調(diào)度算法的開(kāi)展方向，并在實(shí)際應(yīng)用中碰到的問(wèn)題，提出對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的一些可能解決方法。 參考文獻(xiàn)： 1侃，慧，王文博.3G長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.：電子工業(yè)，2007. 2聶霄.LTE性能評(píng)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