CN101442780A

CN101442780A - 一种高速下行分组接入系统中的基站mac层调度方法

Info

Publication number: CN101442780A
Application number: CNA2007101873594A
Authority: CN
Inventors: 韩玮; 周艳; 郝瑞晶
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: CN101442780B

Abstract

本发明公开了一种高速下行分组接入系统中的基站调度方法，通过调整PF调度因子的值来灵活调节系统总吞吐率和用户公平性。所述方法包括以下步骤：(a)从参与调度的用户信息中分别选取参照信号质量指示值和参照吞吐率值，所述信号质量指示以下简称CQI，以所述参照CQI值和参照吞吐率值将待调度用户的CQI值和吞吐率值进行归一化处理，得到各用户的CQI等效值和吞吐率等效值；(b)根据需要的调度效果调整调度因子对CQI等效值和吞吐率等效值进行加权计算，得到调度优先级；(c)根据所述调度优先级对用户进行调度。

Description

一种高速下行分组接入系统中的基站MAC层调度方法

技术领域

本发明涉及WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)系统，特别涉及在引入高速分组包接入(High Speed Package Access，以下简称HSPA)技术后，多用户情况下的调度方法。

背景技术

在WCDMA协议升级中，HSDPA(高速下行分组接入)技术能够提供更大的扇区吞吐率，为更多用户提供更高速的下行吞吐率。HSDPA技术的核心是资源共享，在单个时刻通常只有1～4个用户处于数据发送状态，其余用户处于等待发送状态，因此性能良好的调度算法对提升系统性能至关重要。

作为HSDPA的关键技术之一，分组调度功能从WCDMAR99的RLC层下移到了MAC层，同时把TTI从10ms缩短为了2ms，目的是能够达到快速地响应和分配UE的HSDPA资源申请，最大限度的发挥系统高速传输数据的功能。

分组调度算法的功能是按照一定的规则(算法)为每一个需要执行分组业务传送的UE分配系统资源，检验分组调度算法的标准主要有两个，一是小区的数据吞吐率(Throughout)，二是资源分配的公平性(Fairness)，这两个指标在一定程度上是矛盾的，总是此消彼长。根据公平性的级别不同，可以把分组调度算法分为以下3类：

●基于C/I(信噪比)的调度算法(简称MaxCI算法)

该类调度算法总是将资源优先分配给信道条件最好的UE，以达到最大限度的提高小区的数据吞吐率，不利的是根本不考虑资源分配的公平性问题，从而导致信道条件不好的UE会被长期阻塞；

●基于资源公平分配的调度算法(Round Robin，简称RR算法)

该类调度算法将HSDPA的资源(码道数、功率和时间片)均等的分配给小区中需要接入的UE，保证了每个UE都能得到服务的机会，但在小区数据吞吐率要差于基于C/I的调度算法，并且对于单个UE而言，远离基站的UE数据速率也要小于靠近基站侧的UE数据速率；

●基于均等数据吞吐率的调度算法(Throughput Fairness，简称TF算法)

该类调度算法以使得小区中每个UE的数据吞吐率相同为目标，即信道条件好的UE分配较少的资源，而信道条件不好的UE分配较多的资源。这与基于C/I的调度算法刚好相反，是以牺牲小区的总体数据吞吐率为代价的；

公平性(Fairness)这一概念不是绝对的量化概念，它只是各UE之间的一个相对资源分配概念，对于特定UE而言，它所分配到的资源会随着小区内UE数量的改变而改变。

上面根据公平性级别将调度算法粗略地分为为三类，但这不能完全的涵盖所有的分组调度算法，实际中提出的很多算法是处于不断的演变和融合状态之下的，比如下面介绍的比例公平调度算法(Proportional Fair，以下简称为PF调度)，应该就算是基于均等数据吞吐率的调度算法的一个演进版本。该算法是根据各UE的相关信道质量计算得到其资源分配的优先级，表示为：

\begin{matrix} P_{i} = \frac{R_{i} (t)}{λ_{i} (t)} & i = 1 . . . N \end{matrix}

公式(1)

这里，P_i表示第i个UE的优先级，R_i(t)表示第i个UE在t时刻瞬间能够达到的数据速率，λ_i(t)表示第i个UE在t时刻的平均吞吐率，实际调度过程按照各UE实时的优先级来分配资源。调度周期是一个TTI，属于快速调度。

公式(1)所示为一个典型的PF算法。该算法可以体现PF调度核心思想：既保证系统总吞吐率，又兼顾用户之间的公平性。但是该算法的缺点是不能灵活调节系统总吞吐率和用户公平性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高速下行分组接入系统中的基站调度方法，可以灵活调节系统总吞吐率和用户公平性。

本发明是在WCDMA HSDPA网络建设中，在基站按照比例公平调度算法进行用户调度时，根据各用户的信息和预先设置的PF调度因子计算出各用户的优先级，按照该优先级对用户进行调度，通过调整PF调度因子的值来灵活调节系统总吞吐率和用户公平性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高速下行分组接入系统中的基站MAC层调度方法，包括以下步骤：

(a)从参与调度的用户信息中分别选取参照信号质量指示值和参照吞吐率值，所述信号质量指示以下简称CQI，以所述参照CQI值和参照吞吐率值将待调度用户的CQI值和吞吐率值进行归一化处理，得到各用户的CQI等效值和吞吐率等效值；

(b)根据需要的调度效果调整调度因子对CQI等效值和吞吐率等效值进行加权计算，得到调度优先级；

(c)根据所述调度优先级对用户进行调度。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，在所述步骤(a)中，所述归一化处理是指：所述CQI等效值等于用户实际CQI值与参照CQI值的比值；所述吞吐率等效值等于用户实际吞吐率与参照吞吐率的比值。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述参照CQI值为需调度用户中的最大CQI值；所述参照吞吐率值为需调度用户中的最大吞吐率。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，在所述步骤(b)中，所述调度优先级根据以下公式计算得到：Priority(i)＝(1-PF_FACTOR)CQI_Unitary(i)+PF_FACTOR(1-Throughput_Unitary(i))

其中，Priority(i)为用户的优先级值，PF_FACTOR为调度因子，其取值范围在0-1之间，CQI_Unitary(i)为用户的CQI等效值，Throughput_Unitary(i)为用户的吞吐率等效值。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述调度因子取值越小，系统总吞吐率越高；所述调度因子取值越大，系统总吞吐率越低，公平性越好。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，每次增加或者减少所述调度因子的步长为0.1。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，在所述步骤(c)中，所述根据调度优先级对用户进行调度是指，选取优先级值高的用户先进行调度。

本发明在对引入HSDPA技术后如何对用户进行调度提出了一种新的PF调度方法，通过对CQI(Channel Quality Indicator，信号质量指示)和历史吞吐率做归一化处理，依据调度因子进行优先级计算。该方法可以通过配置不同的调度因子，使得调度算法更倾向于MaxCI或者TF算法效果，并且通过对关键变量的归一化处理，避免了由于多种变量取值不同而引起的加权效果失真情况，且更加快捷和可控。

附图说明

图1是本发明实施例方法流程概图；

图2是本发明实施例方法流程图；

图3是不同调度因子下的PF调度效果与MAXCI、RR、TF调度效果的比较图。

具体实施方式

如果要兼顾信号质量(MAXCI)，同时又要兼顾每个用户获得公平的吞吐率(TF)，则需要同时考虑CQI和用户吞吐率这两个因素。但CQI的取值范围为0～30；而吞吐率的取值范围为0～13.9Mbps，两者不在一个数量级上，相异较大，为避免计算优先级中出现结果失真的情况，需要将两者进行归一化处理，在本实施例中将两者统一到0～1的范围内，即CQI归一化后的等效值CQI_Unitary的范围是0～1；吞吐率归一化后的等效值Throughput_Unitary值也是0～1。之后再对两者进行加权计算，通过调整加权值得到需要的调度优先级。

本发明技术方案概述如下(参见图1)，首先，系统根据实际情况，计算本时刻需要调度的用户ID序列(步骤101)；然后，系统根据当前每个UE上报的CQI值(取值范围1～30)计算每个待调度用户归一化的CQI等效值CQI_Unitary(i)(步骤102)；为每个待调度用户计算其归一化的历史吞吐率等效值Throughput_Unitary(i)(步骤103)；根据每个用户的CQI_Unitary(i)、Throughput_Unitary(i)值以及预先设定的PF调度因子PF_FACTOR(取值范围0～1)计算得到第i个用户的优先权值Priority(i)(步骤104)；根据得到的每个用户的优先权值Priority(i)，重排待调度的用户优先级序列，优先权值大的用户先被系统调度(步骤105)。

具体过程如图2所示，包括以下步骤：

步骤201，计算本时刻需要调度的用户ID序列；

假设该时刻共有N个用户参与调度，用户的ID信息、最近时刻上报CQI信息、历史吞吐率信息(历史吞吐率是最近一段时间内的吞吐率平均值)均存储于UeIdex(n)数组中，其中的CQI信息为各用户在同一时刻的CQI值。

步骤202，找出UeIdex(n)中CQI值为最大的用户，并设该最大CQI值为MaxCQIValue；

步骤203，为每个待调度用户计算其归一化的CQI等效值CQI_Unitary(i)＝CQI(i)/MaxCQIValue，这样每个待调度用户的CQI值均被折算为一个0～1的数值；

步骤204，找出UeIdex(n)中历史吞吐率为最大的用户，并设该最大历史吞吐率值为MaxThroughputValue；

步骤205，为每个待调度用户计算其归一化的Throughput等效值Throughput_Unitary(i)＝Throughput(i)/MaxThroughputValue，这样每个待调度用户的历史Throughput值均被折算为一个0～1的数值；

以上步骤202、203与步骤204、205顺序可调。

步骤206，根据需要的调度效果调整调度因子以确定用户的调度优先级，可以选择更倾向于MAXCI调度效果，还是TF调度效果，抑或在两者之间的值；

具体地，根据以下公式(2)计算得到每个用户的优先级数值；

Priority(i)＝(1-PF_FACTOR)CQI_Unitary(i)+PF_FACTOR(1-Throughput_Unitary(i)) 公式(2)

其中，Priority(i)表示第i个用户的优先级大小。调度因子PF_FACTOE的取值范围在0～1之间，如果其趋向于0，则该公式(2)中第一项权重加大，更倾向于MAXCI调度效果，也就是牺牲公平性，小区总吞吐率高；如果该调度因子趋向1，则公式(2)中第二项权重加大，更加倾向公平性(TF效果)，而小区不能获得高吞吐率。如图3所示，通过不同调度因子下的PF调度效果与MAXCI、RR、TF调度效果的比较可知，采用本方法可以灵活调节需要的调度效果。

步骤207，将Priority(i)数值序列按照从大到小重新排序；

步骤208，根据Priority(i)大小，依次调度UeIdex(n)中的HSDPA用户。

系统会在待调度的序列中，选取Priority值大的用户先给资源，先调度。

如果经过一段时间测量，系统发现在目前PF调度因子下用户的公平性或者系统吞吐率未能达到预期值，可以考虑增加或者减少PF_FACTOR的值，建议步长为0.1。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

例如，在选取参考CQI值和参考吞吐率时，也可以选取非最大值作为参考值，但此时得到的等效值的范围将超出0-1的范围，在后续计算优先级时，需要相应调整调度因子的范围，实现起来较为复杂。

Claims

1、一种高速下行分组接入系统中的基站MAC层调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

(c)根据所述调度优先级对用户进行调度。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述归一化处理是指：

所述CQI等效值等于用户实际CQI值与参照CQI值的比值；

所述吞吐率等效值等于用户实际吞吐率与参照吞吐率的比值。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参照CQI值为需调度用户中的最大CQI值；所述参照吞吐率值为需调度用户中的最大吞吐率。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述调度优先级根据以下公式计算得到：

Priority(i)＝(1-PF_FACTOR) CQI_Unitary(i)+PF_FACTOR(1-Throughpu_Unitary(i))

5、如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述调度因子取值越小，系统总吞吐率越高；所述调度因子取值越大，系统总吞吐率越低，公平性越好。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，每次增加或者减少所述调度因子的步长为0.1。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述根据调度优先级对用户进行调度是指，选取优先级值高的用户先进行调度。