CN101877913B - Lte系统中用户调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE系统中用户调度方法，包括(1)根据用户i接收到的信号，计算出用户i的信干噪比；(2)根据用户i的信干噪比，求出用户i在t时刻所能达到的最大传输速率；(3)根据用户i在t时刻能够达到的最大传输速率，求出用户i在t时刻的平均传输速率；(4)根据用户i在t时刻和t-1时刻能达到的最大传输速率、平均传输速率计算用户i调度优先级因子分母指数；(5)计算用户i在t时刻的调度优先级因子；(6)对小区内每个用户在t时刻的调度优先级因子进行大小排序，选择调度优先级因子最大的用户进行调度。本发明设计的调度优先级因子能够实时跟踪各用户信道质量变化情况，增加信道质量差的用户调度机会，防止信道质量好的用户过多的占用系统资源的情况出现。

Description

LTE系统中用户调度方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种长期演进(Long Term Evolution简称LTE)系统中用户调度方法。 

背景技术

在LTE系统中，调度就是动态地将最适合的时/频/空资源分配给某个用户，是实现LTE系统多用户分集增益的重要保证之一，在很大程度上决定了整个系统的性能，所以，调度技术被视为LTE系统中的核心技术。在通信过程中，多个用户共享有限的带宽资源，如何在用户间分配资源、分配是否公平成为调度技术首先需要考虑的问题。 

目前，LTE系统中较为常用的调度方法是比例公平(PF)调度算法。例如，中兴通讯股份有限公司申请的专利，一种比例公平调度算法多模式配置及调度方法(专利申请号200710000937.9，公开号CN 101026875A)。该专利申请主要是通过配置比例公平调度算法的各种参数，使比例公平调度算法具有多种调度模式，提供运营商在扇区吞吐率和服务公平性间的多种选择。但是，该专利申请没有考虑到信道质量的变化情况，不能根据信道质量的变化自适应的调节系统公平性与吞吐率。 

此外，国内外论文提出了许多对比例公平调度算法的改进方法，如D.Yang在文章“Towards Opportunistic Fair Scheduling in Wireless Networks”2006 IEEE International Conference on Communications vol.11，pp.5217-5221中将PF算法的调度优先级因子分母指数设置为1到∞。这个方法可以增加 多用户分集增益，提供可以调节的系统公平性，但是设置的指数并不随时间变化而且对用户也不是自适应的。又如，谭力在文章《MIMO系统中的自适应比例公平调度算法的研究》2010年3月，计算机科学，第37卷3期，pp.67-69中提出，PF调度优先级因子分母指数的取值由该用户当前时隙的请求速率与过去一段时间内的平均请求速率之比来确定。这个方法能够提高处于较差信道质量条件下的用户吞吐量，从而提高系统的公平性，但是此方法确定的PF优先级分母指数的取值并不能精确表征出信道状态的变化。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种适用于LTE系统的用户调度方法，使其能够根据各用户经历的信道质量变化情况，自适应调整调度优先级因子的大小，增加了信道质量差的用户调度优先级因子，适当的降低了信道质量好的用户调度优先级因子。 

为实现上述目的，本发明的方法包括如下步骤： 

第1步：根据用户i接收到的信号，算出用户i的信干噪比； 

第2步：根据用户i的信干噪比，算出用户i在t时刻能够达到的最大传输速率； 

第3步：根据用户i在t时刻能够达到的最大传输速率，更新用户i在t时刻的平均传输速率； 

第4步：根据用户i在t时刻和t-1时刻能达到的最大传输速率、平均传输速率计算用户i的调度优先级因子分母指数β_i(t)； 

${\mathrm{\β}}_i\left(t\right)=k^{\mathrm{sign}[(k-1)\×(R_i\left(t\right)-R_i(t-1))]}$

其中， 

表征了信道状态由好到坏或由坏到好的变化率，sign表示符号函数，R_i(t)、R_i(t-1)为用户i在t时刻和t-1时刻所能达到的最大传输速率， 

分别为用户i在t时刻和t-1时刻所能达到的平均传输速率。 

第5步：根据用户i在t时刻的最大传输速率R_i(t)，平均传输速率 

以及调度优先级因子分母指数β_i(t)，求出用户i的调度优先级因子P_i(t)； 

$P_i\left(t\right)=\frac{R_i\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i{\left(t\right)}^{{\mathrm{\β}}_i\left(t\right)}}$

第6步：对小区内每个用户在t时刻的调度优先级因子进行大小排序，选择调度优先级因子最大的用户进行调度。 

本发明与现有技术相比具有的优点： 

本发明设计的调度优先级因子随着信道质量的变化而变化，实时跟踪各用户信道质量变化情况，增加信道质量差的用户调度优先级因子，从而增加信道质量差的用户调度机会，防止信道质量好的用户过多的占用系统资源，以及信道质量差的用户长期得不到服务的情况出现，克服了在信道质量变化时不能准确依据信道质量自适应调节系统公平性与吞吐率的问题。 

附图说明

图1是本发明流程示意图； 

图2是本发明调度方法与比例公平调度方法的用户速率的CDF(累积分布概率)仿真比较图。 

具体实施方式

参见图1，本发明LTE系统中用户调度方法实现步骤如下： 

步骤1，根据用户i接收到的信号，用通用的方法计算用户i在t时刻的信干噪比： 

${\mathrm{SINR}}_i\left(t\right)=\frac{{\left|\right|H_i\left(t\right)w_i\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}_i^2+\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1,k\≠i}^K{\left|\right|w_k^{*}{H}_k^{*}\left(t\right)H_k\left(t\right)w_k\left|\right|}^2}{{\left|\right|H_i\left(t\right)w_i\left|\right|}^2}}$

其中：SINR_i(t)为用户i在t时刻的信干噪比，H_i(t)为用户i在t时刻的信道增益，H_k(t)为对用户i产生干扰的用户k在t时刻的信道增益，K为系统中用户总数，w_i为用户i的预编码矩阵，w_k为用户k的预编码矩阵，σ² _i为用户i接收到的高斯白噪声的方差， 

为w_k的共轭， 

为H_k(t)的共轭，‖‖表示对其中的函数取范数。 

步骤2，根据用户i的信干噪比SINR_i(t)，计算出该用户i在t时刻所能达到的最大传输速率R_i(t)： 

R_i(t)＝log₂(1+SINR_i(t)) 

其中，log₂表示以2为底对其中的函数取对数。 

步骤3，根据用户i在t时刻所能达到的最大传输速率R_i(t)，依据以下公式更新用户i在t时刻的平均传输速率 

其中 为第i个用户在t-1时刻的平均传输速率，t_c为更新时间窗，其大小要足以覆盖快衰落的变化，并且满足用户的时延要求。 

步骤4，根据用户i在t时刻能达到的最大传输速率R_i(t)、平均传输速率 

和在t-1时刻能达到的最大传输速率R_i(t-1)、平均传输速率 

计算其调度优先级因子分母指数β_i(t)： 

${\mathrm{\β}}_i\left(t\right)=k^{\mathrm{sign}[(k-1)\×(R_i\left(t\right)-R_i(t-1))]}$

其中， 

表征了信道状态由好到坏或由坏到好的变化率，sign表示符号函数。 

步骤5，根据用户i在t时刻能达到的最大传输速率R_i(t)、平均传输速率 以及调度优先级因子分母指数β_i(t)，计算用户i在t时刻的调度优先级因子P_i(t)： 

$P_i\left(t\right)=\frac{R_i\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i{\left(t\right)}^{{\mathrm{\β}}_i\left(t\right)}}$

当用户i信道质量由较好变为较差时：最初，R_i(t)与 

的值均减少，但 

相比R_i(t)减少速度较慢，此时k＞1，sign[(k-1)×(R_i(t)-R_i(t-1))]值为-1，则0＜β_i(t)＜1，减缓调度优先级因子变小的趋势；经过一段时间后，R_i(t)的值略有减少或趋于不变， 

仍在减少，且其减少速度相对R_i(t)较快，此时k＜1，sign[(k-1)×(R_i(t)-R_i(t-1))]值为+1，则0＜β_i(t)＜1，减缓调度优先级因子变小的趋势。于是进入较差信道质量的用户i获得了更多的调度机会。 

当用户i信道质量由较差变为较好时：最初，R_i(t)与 

的值均增加，但 

相比R_i(t)增加速度较慢，此时k＞1，sign[(k-1)×(R_i(t)-R_i(t-1))]值为+1，则β_i(t)＞1，减缓调度优先级因子变大的趋势；经过一段时间后，R_i(t)的值略有增加或趋于不变， 

仍在增加，且其增加速度相对R_i(t)较快，此时k＜1，sign[(k-1)×(R_i(t)-R_i(t-1))]值为-1，则β_i(t)＞1，减缓调度优先级因子变大的趋势。于是进入较好信道质量的用户i获得的调度机会有所减少。 

步骤6，对小区内每个用户在t时刻的调度优先级因子进行大小排序，选择调度优先级因子最大的用户进行调度。 

本发明的效果可以通过仿真图2进一步说明： 

仿真环境，见表1 

表1：仿真环境 

仿真结果： 

基于表1设置的仿真参数进行仿真的结果如图2所示。图2中给出了在LTE系统调度下，本发明所提出的调度方法与比例公平调度方法的用户速率CDF(累积分布概率)仿真比较图。由图2可知，本发明提出的调度方法与比例公平调度方法相比，提高了低速率用户被调度的概率，防止了信道质量好的用户过多的占用系统资源，信道质量差的用户长期得不到服务的情况出现，克服了比例公平调度方法在信道质量变化时不能准确依据信道质量自适应调节系统公平性与吞吐率的问题。 

Claims (4)

1.一种LTE系统中用户调度方法，包括如下步骤：

(1)根据用户i接收到的信号，算出用户i的信干噪比；

(2)根据用户i的信干噪比，算出用户i在t时刻能够达到的最大传输速率；

(3)根据用户i在t时刻能够达到的最大传输速率，更新用户i在t时刻平均传输速率；

(4)根据用户i在t时刻和t-1时刻能达到的最大传输速率、平均传输速率计算用户i调度优先级因子分母指数β_i(t)；

${\mathrm{\β}}_i\left(t\right)=k^{\mathrm{sign}[(k-1)\×(R_i\left(t\right)-R_i(t-1))]}$

其中，

表征了信道状态由好到坏或由坏到好的变化率，sign表示符号函数，R_i(t)、R_i(t-1)为用户i在t时刻和t-1时刻所能达到的最大传输速率，

分别为用户i在t时刻和t-1时刻所能达到的平均传输速率；

(5)根据用户i在t时刻的最大传输速率R_i(t)，平均传输速率以及调度优先级因子分母指数β_i(t)，求出用户i的调度优先级因子P_i(t)：

$P_i\left(t\right)=\frac{R_i\left(t\right)}{{\stackrel{\‾}{R}}_i{\left(t\right)}^{{\mathrm{\β}}_i\left(t\right)}};$

(6)对小区内每个用户在t时刻的调度优先级因子进行大小排序，选择调度优先级因子最大的用户进行调度。

2.根据权利要求1所述的LTE系统中用户调度方法，其特征在于：所述的用户i的信干噪比的算法为：

${\mathrm{SINR}}_i\left(t\right)=\frac{{\left|\right|H_i\left(t\right)w_i\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}_i^2+\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1,k\≠i}^K{\left|\right|w_k^{*}{H}_k^{*}\left(t\right)H_k\left(t\right)w_k\left|\right|}^2}{{\left|\right|H_i\left(t\right)w_i\left|\right|}^2}},$

其中：SINR_i(t)为用户i在t时刻的信干噪比，H_i(t)为用户i在t时刻的信道增益，H_k(t)为对用户i产生干扰的用户k在t时刻的信道增益，K为系统中用户总数，w_i为用户i的预编码矩阵，w_k为用户k的预编码矩阵，σ² _i为用户i接收到的高斯白噪声的方差，

为w_k的共轭，

为H_k(t)的共轭，‖‖表示对其中的函数取范数。

3.根据权利要求1所述的LTE系统中用户调度方法，其特征在于：所述的用户i在t时刻能够达到的最大传输速率的算法为：

R_i(t)＝log₂(1+SINR_i(t))

其中，log₂表示以2为底对其中的函数取对数。

4.根据权利要求1所述的LTE系统中用户调度方法，其特征在于：所述的用户i在t时刻的平均传输速率的算法为：

其中，分别为用户i在t时刻和t-1时刻所能达到的平均传输速率，R_i(t)为用户i在t时刻所能达到的最大传输速率，t_c为更新时间窗，其大小要足以覆盖快衰落的变化，并且满足用户的时延要求。

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