LTE系統分組調度算法的線(xiàn)性規劃求解

　　摘要：針對LTE系統中的分組調度問(wèn)題，提出了一種利用線(xiàn)性規劃求解的方法。該模型根據分組調度算法中的基本約束求解最優(yōu)化的目標函數，即盡可能提高系統的整體吞吐量。仿真結果表明，該方法對于經(jīng)典調度算法中的輪詢(xún)算法(Round Robin，RR)求解在系統吞吐量方面有很大的提高。

　　引言

　　無(wú)線(xiàn)資源管理是長(cháng)期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)系統的關(guān)鍵技術(shù)之一，是衡量一個(gè)移動(dòng)通信系統體制是否可行、系統服務(wù)質(zhì)量?jì)?yōu)劣的準則。它主要解決無(wú)線(xiàn)資源的有限性和用戶(hù)需求的增長(cháng)和時(shí)變性之間的矛盾，其目標是利用有限的無(wú)線(xiàn)資源為用戶(hù)提供更高的服務(wù)質(zhì)量。無(wú)線(xiàn)資源管理包括功率控制、分組調度和切換接入控制等關(guān)鍵技術(shù)。

　　這里主要研究方向是LTE系統的分組調度問(wèn)題，提出了一種基于線(xiàn)性規劃模型的分組調度求解方法，并對它們在用戶(hù)公平性和系統吞吐量方面進(jìn)行研究和仿真分析。

　　系統模型

　　考慮一個(gè)多小區的TDD LTE系統，小區采用三扇區定向天線(xiàn)，兩發(fā)兩收。扇區是分組調度的主體，每個(gè)扇區有M個(gè)用戶(hù)和N個(gè)物理資源(physical resource block，PRB)，每個(gè)PRB占用B kHz的帶寬和L個(gè)子載波。系統使用自適應調制編碼(adaptive modulation and coding，AMC)技術(shù)，根據信道的瞬時(shí)狀態(tài)采用QPSK、16QAM、64QAM三種不同的調制編碼方案(modulation and coding scheme，MCS)。系統采用靜態(tài)仿真，用戶(hù)的初始位置和方向隨機分配，當用戶(hù)逃離仿真區域時(shí)將其“抓回”重新分配位置且方向保持不變。

　　天線(xiàn)模型

　　每個(gè)基站均采用3扇區120度定向天線(xiàn)，天線(xiàn)方向增益為：　　

 

　　宏觀(guān)路損

　　使用3GPP TS25.814規范中定義的路損模型(只和距離有關(guān))的路損公式來(lái)產(chǎn)生宏觀(guān)路損圖，路損計算公式為：。 

　　陰影衰落

　　陰影衰落是由用戶(hù)和基站間的傳播路徑中的障礙物引起的，也可以看成是地形中的一些不規則的地理因素。它通常近似為一個(gè)均值為0dB、標準差為10dB的對數正態(tài)分布。

　　陰影會(huì )在一個(gè)較大的范圍內產(chǎn)生影響，為了捕捉對宏小區的動(dòng)態(tài)影響，這里采用了具有一定空間相關(guān)性的二維高斯過(guò)程。本模型中，用一種低復雜度的方法將空間相關(guān)性引入到高斯過(guò)程中，同時(shí)還保留它的統計屬性和位置間的相關(guān)性。

　　算法描述

　　調度算法研究中需要考慮的兩個(gè)重要方面：吞吐量和公平性。公平性一般以公平性準則來(lái)衡量，該準則是用各用戶(hù)吞吐量歸一化分布函數(CDF，Cumulative Distribution Function)曲線(xiàn)來(lái)表示，用所有用戶(hù)的平均吞吐量做歸一化。按照該準則，所有滿(mǎn)足公平性要求的調度算法，其CDF曲線(xiàn)一定在這三點(diǎn)連成的直線(xiàn)的右側，否則就是違反了公平性準則?！　?/p>

 

　　定義PRB的分配矩陣X和頻譜效率矩陣C，它們都是一個(gè)M×N的矩陣。其中，Xij表示用戶(hù)i在物理資源塊PRBj上的權重，這是一個(gè)邏輯值，當Xij = 1時(shí)表示PRBi分配給了用戶(hù)i，Xij = 0時(shí)則PRBj沒(méi)有被分配給用戶(hù)i。Ci,j表示用戶(hù)i在物理資源塊PRBj上的頻譜效率，單位是bit/Hz，通過(guò)鏈路級仿真獲得。