LTE中多業(yè)務(wù)的下行調度算法

　　摘要：針對現有調度算法的不足，提出了一種新的基于服務(wù)質(zhì)量(QoS)的長(cháng)期演進(jìn)項目(LTE)的改進(jìn)下行調度算法。根據多業(yè)務(wù)的用戶(hù)，該算法在修正的最大加權時(shí)延優(yōu)先(M-LWDF)算法的基礎上引入了指數因子。仿真結果表明，該算法增加了時(shí)延較大的用戶(hù)被調度的幾率，提高了系統的公平性。

　　引言

　　LTE采用扁平的全IP網(wǎng)絡(luò )架構，其性能有了很大的提高。而調度處于媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(Media Access Control，MAC)層的中心環(huán)節，調度算法的好壞直接影響整個(gè)系統的性能。而現有的調度算法不能較好地滿(mǎn)足業(yè)務(wù)時(shí)延要求。文獻^[1][2][3]中的三種經(jīng)典的調度算法Max C/I，RR和PF均未考慮業(yè)務(wù)時(shí)延要求，不適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。文獻^[4]中提出的M-LWDF算法適于高數據速率業(yè)務(wù)，考慮對頭延時(shí)(head of line，HOL)，提高了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的性能，但不適于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，且是一種非公平調度算法。為了兼顧實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，提高用戶(hù)調度的公平性，該文提出一種基于QoS的下行調度算法，結合M-LWDF算法的優(yōu)點(diǎn)，引入一個(gè)指數因子，結合各業(yè)務(wù)不同的QCI值和信道狀況，對有限的無(wú)線(xiàn)資源進(jìn)行調度。文章具體安排如下：第一部分講了調度機制，第二部分分析了調度器，第三部分研究了改進(jìn)的調度算法，第四部分給出了系統評估標準，第五部分闡述了下行調度的具體實(shí)現，第六部分繪出了仿真結果并進(jìn)行了分析，第七部分對整篇文章進(jìn)行了總結。

　　調度機制

　　目前的調度機制主要有三種：靜態(tài)調度、動(dòng)態(tài)調度和半靜態(tài)調度。靜態(tài)調度就是在固定的時(shí)刻調度固定的資源，資源分配持續整個(gè)業(yè)務(wù)，它不考慮信道條件。因為在業(yè)務(wù)的整個(gè)過(guò)程均分配無(wú)線(xiàn)資源，所以靜態(tài)調度的最大缺點(diǎn)是浪費資源。而動(dòng)態(tài)調度剛好相反，它根據用戶(hù)反饋的信道條件的不同，在每個(gè)TTI均動(dòng)態(tài)地選擇資源進(jìn)行調度，所以這種調度機制享受了信道的時(shí)頻域全分集。但它需要大量的控制信令來(lái)完成交互，這可能阻塞數據包的發(fā)送。為了減少信令的開(kāi)銷(xiāo)，LTE針對VoIP^[5]這樣的一類(lèi)傳輸包小且有一定規則的業(yè)務(wù)，提出了半靜態(tài)調度機制。該機制通過(guò)RRC進(jìn)行初始配置，其重傳轉為動(dòng)態(tài)調度。具有一次授權，周期使用的特點(diǎn)，大大節省LTE系統用于調度指示的PDCCH資源。由于LTE是針對多用戶(hù)多業(yè)務(wù)的，而用戶(hù)的業(yè)務(wù)主要分為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(real time，RT)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(Non-real time，NRT)，其中RT業(yè)務(wù)包括VoIP(Voice over Internet Phone)、Video conferencing、在線(xiàn)游戲等，NRT業(yè)務(wù)包括FTP、website browsing等。為了適應各類(lèi)業(yè)務(wù)的需求，該文決定采用半靜態(tài)調度和動(dòng)態(tài)調度有機結合的調度機制。

　　下行調度器概述

　　由圖1可知，本調度器^[7]的輸入需要考慮的因素有UE能力、eNB緩沖狀態(tài)、無(wú)線(xiàn)資源、QoS^[8]、業(yè)務(wù)類(lèi)型和CQI、ACK的反饋等等。其中UE能力是由RRC的UECapabilityEnquiry和UEInformationRequest發(fā)送給MAC層調度模塊的。LTE可支持的終端等級為5個(gè)，從等級1到等級5，5為最高等級，1為最低等級，這些等級表現在數據的傳輸能力上(這里主要說(shuō)下行方向)。調度器根據這些輸入因素采用合適的調度算法選取合適的資源進(jìn)行調度，并根據信道的條件進(jìn)行自適應的調整。

　　調度的改進(jìn)

　　M-LWDF^[9]算法是為支持CDMA-HDR系統中多個(gè)實(shí)時(shí)數據用戶(hù)而設計的。主要思想是在PF算法的基礎上充分考慮了數據包的隊列時(shí)延因子。其計算公式如下：

　　HOL包延遲超過(guò)該用戶(hù)的時(shí)延門(mén)限值的最高概率。雖然本算法相對PF算法獲得了相對低的丟包率。但它是一種非公平算法。

　　在此基礎上對M-LWDF算法進(jìn)行修改，引入了指數因子，該算法的思想是設定啟動(dòng)優(yōu)先級加速的警戒線(xiàn)，當延時(shí)因子超過(guò)警戒線(xiàn)時(shí)其優(yōu)先級顯著(zhù)增加進(jìn)而獲得絕對的優(yōu)先級，其具體的計算公式如下：