基于QoS保障的LTE上行分組調度算法

　　摘要：有效分配有限的無(wú)線(xiàn)資源以提高系統的吞吐量，同時(shí)滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求是LTE通信系統的關(guān)鍵技術(shù)之一。結合比例公平算法(PF)和用戶(hù)滿(mǎn)意度的公平算法(USGF)提出了一種基于速率需求滿(mǎn)足程度矩陣的分組調度算法，根據速率需求滿(mǎn)足程度矩陣改變判決因素以獲取更高的吞吐量。仿真結果表明，該算法能在不降低用戶(hù)滿(mǎn)意度的條件下提高系統的吞吐量。

　　引言

　　為適應移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，第三代合作伙伴計劃(3GPP)啟動(dòng)了長(cháng)期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)系統方案。LTE系統采用正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)技術(shù)和多入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技術(shù)，可以在時(shí)域、頻域和碼域上靈活地進(jìn)行無(wú)線(xiàn)資源管理。無(wú)線(xiàn)資源管理是LTE的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的主要功能是通過(guò)分組調度算法來(lái)確保用戶(hù)的QoS和用戶(hù)間的公平性并最大化系統的吞吐量。PF算法是最大載干比調度(Max C/I)和輪詢(xún)調度(RR)的折中，它兼顧了用戶(hù)的公平性和系統的吞吐量，但并沒(méi)有考慮到QoS的速率需求。文獻提出的USGF算法考慮了QoS的速率需求，提高了整個(gè)系統的用戶(hù)滿(mǎn)意程度，但當調度過(guò)程中所有用戶(hù)都能滿(mǎn)足QoS速率需求且有無(wú)線(xiàn)資源富余時(shí)，并沒(méi)有最大化系統的吞吐量。

　　為此，這里結合PF算法和USGF算法，引入用戶(hù)滿(mǎn)意度反饋提出一種判決因素可變的調度算法(Factor Changing Scheduling Algorithm，FCS)，并在系統吞吐量、用戶(hù)平均滿(mǎn)意度和不同QoS速率需求業(yè)務(wù)之間的公平性等方面進(jìn)行仿真和結果分析。

　　系統模型

　　考慮一個(gè)多小區的TDD LTE系統，每個(gè)小區有三個(gè)扇區且小區半徑相同，基站位于小區的中心位置，采用兩發(fā)兩收天線(xiàn)。每個(gè)扇區有N個(gè)用戶(hù)和M個(gè)物理資源(Physical Resource Block，PRB)，用戶(hù)K的QoS速率需求為Vk，每個(gè)PRB占用BkHz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)。采用動(dòng)態(tài)系統仿真(Dynamic System Simulation，DSS)，為了考察用戶(hù)間的公平性，假定用戶(hù)初始位置隨機分配且有一部分用戶(hù)長(cháng)時(shí)間處于信道狀況極度不好的狀態(tài)。調度算法每個(gè)傳輸間隔(Transmission Time Interval，TTI)執行一次，信道反饋延時(shí)d個(gè)TTI。

　　算法描述

　　定義矩陣單位階躍函數(P)， P是一個(gè)一維矩陣，M₁為矩陣長(cháng)度，則有：
         

　　PF算法

　　PF算法一方面充分利用用戶(hù)信道的時(shí)變性，另一方面較好地保證了系統多用戶(hù)分集與公平性間的平衡。用戶(hù)K在物理資源塊m上的優(yōu)先級為：
       
　　式中為時(shí)間片t內用戶(hù)k在物理資源塊m上所支持的最大數據速率;為用戶(hù)k當前獲得的平均速率，每次調度后更新。計算公式為：