LTE系统调度技术

▲3G专栏、L1 "E系统调度技术周艳李方伟重庆邮电大学通信工程学院韩玮中兴通讯股份有限公司l摘要ILTE (Long Term Evolution)系统中无线资源分配机制有着与传统方式不同的特点，为提高频谱利用率，LTE系统采用动态资源分配机制，其中调度是动态资源分配中非常重要的部分。文章通过分析LTE动态资源分配中的调度算法，探讨比较了不同调度算法对系统性能的影响。[关键词]长期演进(LTE)资源分配 调度算法1前言率达100Mb/s以上，上行峰值速率达50Mb/s以上。为保证为了在未来移动通信技术竞争激烈的环境中处于有3G LTE系统在频谱利用率方面的技术优势,主要通过多天利位置，满足日益增长的用户多元化需求，应对市场挑线技术、 自适应调制与编码和基于信道质量的频率选择性调战，3GPP组织于2004年底通过了关于3GPP长期演进LTE度实现;(Long Term Evolution )的立项工作，加速制定新的空中◆在保持原有的站点位置不变的情况下，提高小区边缘接口和无线接入网络标准"。比特速率，增强3G LTE系统的覆盖性能，主要通过多址和LTE对3GPP整个体系架构进行了革命性的变革。LTE小区间干扰抑制技术实现;E-UTRAN系统结构如图1所示:◆提供低时延，用户平面内部单向传输时延低于5ms,MME/SAE gateway MME/SAE gateway]控制平面从睡眠状态到激活状态的迁移时间低于50ms,从. EPC驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms，以增加对实时S1 -业务的支持。X\ X2E-UTRANeNB2 LTE动态资源分配X2对于任何的无线系统，要进行通信必须占用一定的无线NB资源，LTE系统资源中，无线资源包括子载波和发送功率。作图E-UTRAN结构为一项关键技术，无线资源管理为了在有限带宽下，为网络3G LTE的目标是:更高的数据速率、更低的时延、改内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点是在网络进的系统容量和覆盖范围，以及较低的成本1。话务量分布不均匀、信道起伏变化的情况下，灵活支配和动其主要技术指标包括:态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度提高无线◆可灵活配置1.25MHz ~ 20MHz多种带宽,从技术上频谱利用率、防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。为保证3G LTE系统可使用第三代移动通信系统的频谱;了克服多径快衰,提高频谱利用率, LTE采用动态资源分配◆大大提高峰值数据速率，在20M带宽下，下行峰值速机制，目前的研究主要集中在保证边缘用户数据速辜和提高系统容中国煤化工制有着与传统方式收稿日期: 2008年9月20日不同的非常重要的部分。:TYHCNMHG责任编辑:熊柳潜xliuqian@mc21st.com >> >.势彭連信| 39 I2008年12月(上)▲3G专栏sLTE系统调度技术3调度频率资源的调度在基于分组交换的无线网络中起着至关级计算函数为: k=arg max名}重要的作用，3GPP中给出了调度的定义:基站调度器动态RR算法保证以均等的机会为系统中的所有用户分配资地控制时-频资源的分配，在-定的时间内分配给某-一个用源，使用户按照某种确定的顺序占用无线资源进行通信。其主要思想是，以牺牲吞吐量为代价，公平地为系统内的每个户问。用户提供资源。从占用资源角度而言，RR调度算法是最公3.1分组调度算法平的，不仅可保证用户的长期公平性,也可以保证用户的短在3GPP中，对分组调度算法的研究作了如下说明:可期公平性。每次调度时不考虑以前被调度的情况,因此RR以研究的分组调度算法有很多种，但是首先需要确定算法性调度算法是记忆的。然而RR算法也存在致命的缺点，由于能的边界。目前主要是通过以下两种算法来确定分组调度算没有考虑用户信道状况的不同，因此传输的可靠性并不高，法的性能边界: -种是基于载干比，在牺牲公平性的基础.上导致吞吐率极低。RR算法是公平性的上界以及吞吐量性能提供最大的系统容量，因为在这种的安排策略下，所有的信的下界，通常作为与其他算法进行比较的基础。道可能都分配给信道条件好的用户;另一种是循环策略，在3.3最大载干比调度算法(Max C/1 )牺牲系统容量的基础上给每个用户提供比较公平的资源共Max CI的优先级计算为: k=arg max享。通过以上两种算法，可以确定当前系统所具有的吞吐量{9}和用户公平性的性能分界间。Max C/I调度算法在调度用户时，只选择信道状况最好在3GPP鼓励提出各种新的调度算法的同时，为了衡.的用户，即让信道条件好的用户在一起传，因而能够适应量各种调度算法的公平性而确定了一项公平性准则",无线信道的时变特性，充分利用了多用户分集的效果。Max该准则用用户吞吐量归一化分布函数CDF ( CumulativeC/算法的吞吐量是吞吐量的极限值，但完全没有考虑用户Distribution Function )曲线来表征，它使用用户的平均吞间公平性的要求，对于信道条件差的用户得到服务的机会将吐量进行归一-化。设用户k的吞吐量为T[,相对于所有用很少，甚至出现所谓“饿死"现象。从占用资源角度而言,Max C/I调度算法是最公平的。Max C/I算法是吞吐量性能的户的归一化吞吐量刀为π=- 1avg价}上界以及公平性的下界。j1.2Lk准则的曲线由以下三点确定，如表1所示:3.4比例公平调度算法(PF, Proportional Fair )r(0)表1公平性准 则的CDF参考点PF调度算法的优先级计算函数为: k= ag R归一化吞吐量tCDF0.10.其中: R(+)=(1-1)8,0+29T。"T0.20在PF算法中，r(1)为 当前时刻用户的瞬时速率，由用0.5该准则实际上是限制了吞吐量较低的用户占用户数的比户的信道状态信息决定，R,()为 用户在时间窗T内的平均速率。随时用户获得传输机会的增多，平均传输速率提高，例，例如低于0. 1倍平均吞吐量的用户数不能超过用户总数其优先级降低，就使原来低优先级的用户获得更多的传输机的10%。按照这个准则，所有符合公平性的调度算法其累计会，从而保证用户间的公平性。而本身也利用了多变的信道分布函数都处于这三点连成的直线的右侧，否则就违反了公状况，达到了维持吞吐量较高的效果。PF算法的扇区吞吐平性准则。.率和服务公平性界于RR和Max C/I之间。3.2轮循调度算法( RR, Round Robin )3.中国煤化工RR就是基站轮流地为扇区内的终端提供服务,其优先MYHCN M H G调度算法的评价标准40梦勇速信< <<责任编辑:熊柳潜xliuqian@mc21st.com2008年12月(上)LTE系统调度技术3G专栏\主要有:扇区吞吐率、UE吞吐表2三种调度算法性能比较率、服务公平性等。调度算法 扇区吞吐宰| UE吞吐率 服务公平性 高速移动性能 实现复杂度 综合效果◆扇区吞吐率:单位时间内R低很好中差Max C/高有高有低很差较复杂基站的服务扇区成功发送给各个PF好UE的比特数的总和。◆UE吞吐率:单位时间内UE成功接收到的比特数。据业务吞吐量的潜力，满足各种业务的QoS要求。◆服务公平性: - -般假定RR提供的服务最公平。若某参考文献算法提供的系统吞吐率的CDF曲线越接近RR的分布，则认为该算法越公平。[1]聂霄，LTE系统性能评估[DI].北京邮电大学, 2007.通过仿真比较三种调度算法下所得到的用户吞吐量归[2]张天魁,曾志民，3G LTEB动态资源分配机制研究[J].移动通信, 2007 (12).-化分布函数CDF曲线如图2所示。从仿真结果显示，根据[3]3CPP TR 25. 913 v7. 3.0. Requirements for evolved3GPP所确定的衡量调度算法公平性的准则易判断，RR算法Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)and Universal Terrestrial Radio Access与PF算法均满足公平性要求，即低于0. 1倍平均吞吐量的用Network (UTRAN) [S]. 2006.户数不能超过用户总数的10%，且RR算法的公平性优于PF[4]李英杰,雷海鹏,杨大成。无线资源管 理中的调度算法研究[EB/OL].中国科技论文在线.算法。而Max C/算法相对于RR、PF算法而言,吞吐量大的[5]3CPP TR 25. 814 v7. 1.0. Physical Layer Aspects for用户概率更大，吞吐率低的用户也更大，小区吞吐率更高，Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)(Release 7) [S]. 2006.而公平性却更差。[6]刘宁，移动通信系统中分组调度算法的研究[D].北京交通大学, 2007. .0.9-[7]3CPP2 C. R.1002 v1. 1. Cdma2000 EvaluationMethodology [S].0.8-*[8]徐志字,韩玮, 蒲迎春HSDPA技 术原理与网络规划实践M]. 北京:人民邮电出版社, 2007. ★0.6-;0.5[作者简介]0.40.3-"/” Max C./1周艳:重庆邮电大学通信与信息) 2-一RF系统研究生，目前实习于中兴通讯0.1--3GPP2 PF eriterior上海研发中心。主要研究方向为第三代移动通信长期演进系统(3G60LTE) .图2三种调度算法下用户吞吐量归-化CDF 曲线比较综合考察三种调度算法，其性能比较如表2所示。李方伟:博士，重庆邮电大学教授，主要研究方向为移动通信关键4结束语技术。LTE系统采用很先进的物理层技术，极大提高了空中接口的传输能力，调度算法将更多地与其它无线资源管理策略结合起来，达到对系统资源的组合优化。调度算法与其他无中国煤化工线资源管理方法的紧密结合，优势互补，将更有利于发掘数MYHCNMHG责任编辑:熊柳潜xiuqian@mc21st.com >> >秒動還信412008年12月(上)