▲3G專欄、L1 "E系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)中無線資源分配機(jī)制有著與傳統(tǒng)方式不同的特點(diǎn)，為提高頻譜利用率，LTE系統(tǒng)采用動態(tài)資源分配機(jī)制，其中調(diào)度是動態(tài)資源分配中非常重要的部分。文章通過分析LTE動態(tài)資源分配中的調(diào)度算法，探討比較了不同調(diào)度算法對系統(tǒng)性能的影響。[關(guān)鍵詞]長期演進(jìn)(LTE)資源分配 調(diào)度算法1前言率達(dá)100Mb/s以上，上行峰值速率達(dá)50Mb/s以上。為保證為了在未來移動通信技術(shù)競爭激烈的環(huán)境中處于有3G LTE系統(tǒng)在頻譜利用率方面的技術(shù)優(yōu)勢,主要通過多天利位置，滿足日益增長的用戶多元化需求，應(yīng)對市場挑線技術(shù)、 自適應(yīng)調(diào)制與編碼和基于信道質(zhì)量的頻率選擇性調(diào)戰(zhàn)，3GPP組織于2004年底通過了關(guān)于3GPP長期演進(jìn)LTE度實(shí)現(xiàn);(Long Term Evolution )的立項(xiàng)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(qū)邊緣接口和無線接入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)"。比特速率，增強(qiáng)3G LTE系統(tǒng)的覆蓋性能，主要通過多址和LTE對3GPP整個體系架構(gòu)進(jìn)行了革命性的變革。LTE小區(qū)間干擾抑制技術(shù)實(shí)現(xiàn);E-UTRAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:◆提供低時延，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms,MME/SAE gateway MME/SAE gateway]控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間低于50ms,從. EPC駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms，以增加對實(shí)時S1 -業(yè)務(wù)的支持。X\ X2E-UTRANeNB2 LTE動態(tài)資源分配X2對于任何的無線系統(tǒng)，要進(jìn)行通信必須占用一定的無線NB資源，LTE系統(tǒng)資源中，無線資源包括子載波和發(fā)送功率。作圖E-UTRAN結(jié)構(gòu)為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，無線資源管理為了在有限帶寬下，為網(wǎng)絡(luò)3G LTE的目標(biāo)是:更高的數(shù)據(jù)速率、更低的時延、改內(nèi)無線用戶終端提供業(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(tǒng)容量和覆蓋范圍，以及較低的成本1。話務(wù)量分布不均勻、信道起伏變化的情況下，靈活支配和動其主要技術(shù)指標(biāo)包括:態(tài)調(diào)整無線傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)的可用資源，最大程度提高無線◆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(fù)荷。為保證3G LTE系統(tǒng)可使用第三代移動通信系統(tǒng)的頻譜;了克服多徑快衰,提高頻譜利用率, LTE采用動態(tài)資源分配◆大大提高峰值數(shù)據(jù)速率，在20M帶寬下，下行峰值速機(jī)制，目前的研究主要集中在保證邊緣用戶數(shù)據(jù)速辜和提高系統(tǒng)容中國煤化工制有著與傳統(tǒng)方式收稿日期: 2008年9月20日不同的非常重要的部分。:TYHCNMHG責(zé)任編輯:熊柳潛xliuqian@mc21st.com >> >.勢彭連信| 39 I2008年12月(上)▲3G專欄sLTE系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)3調(diào)度頻率資源的調(diào)度在基于分組交換的無線網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)級計(jì)算函數(shù)為: k=arg max名}重要的作用，3GPP中給出了調(diào)度的定義:基站調(diào)度器動態(tài)RR算法保證以均等的機(jī)會為系統(tǒng)中的所有用戶分配資地控制時-頻資源的分配，在-定的時間內(nèi)分配給某-一個用源，使用戶按照某種確定的順序占用無線資源進(jìn)行通信。其主要思想是，以犧牲吞吐量為代價，公平地為系統(tǒng)內(nèi)的每個戶問。用戶提供資源。從占用資源角度而言，RR調(diào)度算法是最公3.1分組調(diào)度算法平的，不僅可保證用戶的長期公平性,也可以保證用戶的短在3GPP中，對分組調(diào)度算法的研究作了如下說明:可期公平性。每次調(diào)度時不考慮以前被調(diào)度的情況,因此RR以研究的分組調(diào)度算法有很多種，但是首先需要確定算法性調(diào)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。目前主要是通過以下兩種算法來確定分組調(diào)度算沒有考慮用戶信道狀況的不同，因此傳輸?shù)目煽啃圆⒉桓?，法的性能邊? -種是基于載干比，在犧牲公平性的基礎(chǔ).上導(dǎo)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(tǒng)容量，因?yàn)樵谶@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(chǔ)。道可能都分配給信道條件好的用戶;另一種是循環(huán)策略，在3.3最大載干比調(diào)度算法(Max C/1 )犧牲系統(tǒng)容量的基礎(chǔ)上給每個用戶提供比較公平的資源共Max CI的優(yōu)先級計(jì)算為: k=arg max享。通過以上兩種算法，可以確定當(dāng)前系統(tǒng)所具有的吞吐量{9}和用戶公平性的性能分界間。Max C/I調(diào)度算法在調(diào)度用戶時，只選擇信道狀況最好在3GPP鼓勵提出各種新的調(diào)度算法的同時，為了衡.的用戶，即讓信道條件好的用戶在一起傳，因而能夠適應(yīng)量各種調(diào)度算法的公平性而確定了一項(xiàng)公平性準(zhǔn)則",無線信道的時變特性，充分利用了多用戶分集的效果。Max該準(zhǔn)則用用戶吞吐量歸一化分布函數(shù)CDF ( CumulativeC/算法的吞吐量是吞吐量的極限值，但完全沒有考慮用戶Distribution Function )曲線來表征，它使用用戶的平均吞間公平性的要求，對于信道條件差的用戶得到服務(wù)的機(jī)會將吐量進(jìn)行歸一-化。設(shè)用戶k的吞吐量為T[,相對于所有用很少，甚至出現(xiàn)所謂“餓死"現(xiàn)象。從占用資源角度而言,Max C/I調(diào)度算法是最公平的。Max C/I算法是吞吐量性能的戶的歸一化吞吐量刀為π=- 1avg價}上界以及公平性的下界。j1.2Lk準(zhǔn)則的曲線由以下三點(diǎn)確定，如表1所示:3.4比例公平調(diào)度算法(PF, Proportional Fair )r(0)表1公平性準(zhǔn) 則的CDF參考點(diǎn)PF調(diào)度算法的優(yōu)先級計(jì)算函數(shù)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(dāng)前時刻用戶的瞬時速率，由用0.5該準(zhǔn)則實(shí)際上是限制了吞吐量較低的用戶占用戶數(shù)的比戶的信道狀態(tài)信息決定，R,()為 用戶在時間窗T內(nèi)的平均速率。隨時用戶獲得傳輸機(jī)會的增多，平均傳輸速率提高，例，例如低于0. 1倍平均吞吐量的用戶數(shù)不能超過用戶總數(shù)其優(yōu)先級降低，就使原來低優(yōu)先級的用戶獲得更多的傳輸機(jī)的10%。按照這個準(zhǔn)則，所有符合公平性的調(diào)度算法其累計(jì)會，從而保證用戶間的公平性。而本身也利用了多變的信道分布函數(shù)都處于這三點(diǎn)連成的直線的右側(cè)，否則就違反了公狀況，達(dá)到了維持吞吐量較高的效果。PF算法的扇區(qū)吞吐平性準(zhǔn)則。.率和服務(wù)公平性界于RR和Max C/I之間。3.2輪循調(diào)度算法( RR, Round Robin )3.中國煤化工RR就是基站輪流地為扇區(qū)內(nèi)的終端提供服務(wù),其優(yōu)先MYHCN M H G調(diào)度算法的評價標(biāo)準(zhǔn)40夢勇速信< <<責(zé)任編輯:熊柳潛xliuqian@mc21st.com2008年12月(上)LTE系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)3G專欄\主要有:扇區(qū)吞吐率、UE吞吐表2三種調(diào)度算法性能比較率、服務(wù)公平性等。調(diào)度算法 扇區(qū)吞吐宰| UE吞吐率 服務(wù)公平性 高速移動性能 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度 綜合效果◆扇區(qū)吞吐率:單位時間內(nèi)R低很好中差Max C/高有高有低很差較復(fù)雜基站的服務(wù)扇區(qū)成功發(fā)送給各個PF好UE的比特?cái)?shù)的總和?！鬠E吞吐率:單位時間內(nèi)UE成功接收到的比特?cái)?shù)。據(jù)業(yè)務(wù)吞吐量的潛力，滿足各種業(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(xiàn)算法提供的系統(tǒng)吞吐率的CDF曲線越接近RR的分布，則認(rèn)為該算法越公平。[1]聶霄，LTE系統(tǒng)性能評估[DI].北京郵電大學(xué), 2007.通過仿真比較三種調(diào)度算法下所得到的用戶吞吐量歸[2]張?zhí)炜?曾志民，3G LTEB動態(tài)資源分配機(jī)制研究[J].移動通信, 2007 (12).-化分布函數(shù)CDF曲線如圖2所示。從仿真結(jié)果顯示，根據(jù)[3]3CPP TR 25. 913 v7. 3.0. Requirements for evolved3GPP所確定的衡量調(diào)度算法公平性的準(zhǔn)則易判斷，RR算法Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)and Universal Terrestrial Radio Access與PF算法均滿足公平性要求，即低于0. 1倍平均吞吐量的用Network (UTRAN) [S]. 2006.戶數(shù)不能超過用戶總數(shù)的10%，且RR算法的公平性優(yōu)于PF[4]李英杰,雷海鵬,楊大成。無線資源管 理中的調(diào)度算法研究[EB/OL].中國科技論文在線.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用戶概率更大，吞吐率低的用戶也更大，小區(qū)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，移動通信系統(tǒng)中分組調(diào)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(guī)劃實(shí)踐M]. 北京:人民郵電出版社, 2007. ★0.6-;0.5[作者簡介]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(tǒng)研究生，目前實(shí)習(xí)于中興通訊0.1--3GPP2 PF eriterior上海研發(fā)中心。主要研究方向?yàn)榈谌苿油ㄐ砰L期演進(jìn)系統(tǒng)(3G60LTE) .圖2三種調(diào)度算法下用戶吞吐量歸-化CDF 曲線比較綜合考察三種調(diào)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?yàn)橐苿油ㄐ抨P(guān)鍵4結(jié)束語技術(shù)。LTE系統(tǒng)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(diào)度算法將更多地與其它無線資源管理策略結(jié)合起來，達(dá)到對系統(tǒng)資源的組合優(yōu)化。調(diào)度算法與其他無中國煤化工線資源管理方法的緊密結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，將更有利于發(fā)掘數(shù)MYHCNMHG責(zé)任編輯:熊柳潛xiuqian@mc21st.com >> >秒動還信412008年12月(上)