CN102215593B - 一种基于比例公平的改进lte调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于比例公平的改进LTE调度方法，包括：根据用户i的目标速率范围和用户i在第n-1个TTI的平均传输速率，计算调度优先级因子中的调节参数和；算出用户i在每个子载波的信干噪比；算出用户i在每个RB的有效信噪比；根据用户i在每个RB的有效信噪比，算出用户i在第n个TTI在每个RB所能达到的传输速率；计算用户i在每个RB的调度优先级因子；重复上面的步骤，求出所有用户i在第n个TTI中每个RB的调度优先级因子，并将每个RB分配给调度优先级因子最大的用户，第n个TTI的调度完成；根据调度结果更新所有用户的平均传输速率。本发明中每个用户的目标速率范围可以不同，从而更适用于混合业务系统。

Description

一种基于比例公平的改进LTE调度方法

技术领域

本发明涉及LTE(Long Term Evolution，长期演进)调度技术领域，具体涉及系统中一种基于比例公平的调度方法。

背景技术

LTE是3GPP启动的一项超3G的宽带无线接入技术。调度是LTE实现高数据容量和快速传输速率不可或缺的重要组成部分，其主要任务是为无线用户的各种分组业务合理分配无线资源，在保证用户公平性的前提下，有效提高移动信道利用率和业务的服务质量(QoS)。在通信过程中，多个用户共享有限的带宽资源，如何满足用户的最小速率要求，以及在多业务混合下能否公平分配资源成为调度要考虑的重要问题。

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(申请专利号200710000937.9，公开号CN101026875A)。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，该专利的申请没有考虑多业务混合下资源分配的公平性。又如，华中科技大学申请的专利，多用户比例公平调度系统及方法(申请专利号201010207447.8，公开号CN101909359A)。该专利能在各个用户的信道状态显著不同时保证闭环MIMO系统多用户调度的公平性，但它不能满足用户的最小速率请求以及对于高速与低速业务的公平性也没有考虑在内。

此外，许多论文中提出的比例公平调度算法的改进方法，如PengpengSong与Liyu Cai在文章“Multi-user subcarrier allocation with minimumrate requests for downlink OFDM packet transmission”VehicularTechnology Conference，2004.VTC 2004-Spring.2004 IEEE 59fh中PF调度优先级因子可以满足用户最小速率要求的同时最大化系统公平性和效率，但是，对混合业务却不适应，不能保证混合业务下系统的公平性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于比例公平的改进LTE调度方法，用户有一定的目标速率范围，并且每个用户的目标速率范围可以不同，从而更适用于混合业务系统。

为了实现上述目的，在每个当前TTI(记为n)(Transmission Time Interval，传输时间间隔)，本发明一种基于比例公平的改进LTE调度方法采取的步骤包括：

步骤1：根据用户i的目标速率范围和用户i在第n-1个TTI的平均传输速率，n≥2，计算调度优先级因子中的调节参数W_i(n)和Q_i(n)：

所述调度优先级因子为

$P_{i,j}\left(n\right)=\frac{{\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)}{R_i(n-1)}\·W_i\left(n\right)\·Q_i\left(n\right),$

$W_i\left(n\right)=\exp \{\mathrm{\α}\·\max [\frac{{\mathrm{Rb}}_{i,l}-R_i(n-1)}{R{b}_{i,l}},0\left]\right\}$

$Q_i\left(n\right)=\exp \{\mathrm{\β}\·\min [\frac{{\mathrm{Rb}}_{i,h}-R_i(n-1)}{R{b}_{i,h}},0\left]\right\}$

其中，其中n是TTI索引，DRC_i，j(n)是第i个用户在第j个RB实现的速率；R_i(n-1)是表示用户i在第n-1个TTI及之前的平均传输速率；Rb_i，l是用户i目标速率范围的下限；Rb_i，h是用户i目标速率范围的上限；α和β是控制调度优先级因子收敛速度的参数，α、β是大于0的常数，i为所有等待被调度用户中的任一个，j为第n个TTI中的任意一个RB，当第一个TTI调度的时候，R_i(n-1)、W_i(n)、Q_i(n)都为1；

步骤2：根据用户i接收到的信号，算出用户i在每个子载波的信干噪比；

步骤3：根据用户i在每个子载波的信干噪比，算出用户i在每个RB的有效信噪比；

步骤4：根据用户i在每个RB的有效信噪比，算出用户i在第n个TTI在每个RB所能达到的传输速率；

步骤5：根据用户i在第n个TTI中每个RB所能达到的传输速率，及每个用户的调节参数W_i(n)和Q_i(n)，计算用户i在每个RB的调度优先级因子；

步骤6：重复上面的步骤，求出所有用户i在第n个TTI中每个RB的调度优先级因子，并将每个RB分配给调度优先级因子最大的用户，第n个TTI的调度完成；

步骤7：根据步骤6的调度结果更新所有用户的平均传输速率，

$R_i\left(n\right)=(1-\frac{1}{n_c})\×R_i(n-1)+\frac{1}{n_c}{\mathrm{DRC}}_i\left(n\right)$

DRC_i(n)＝∑_j∈SDRC_i，j(n)表示用户i在当前TTI实现的传输速率，其中S表示分配给用户i的RB集合，n_c为更新时间窗。

上述的基于比例公平的改进LTE调度方法中，第i个用户在第j个RB实现的速率

DRC_i，j(n)＝log₂(1+SINR_i，j(n))，

其中SNR_i，j(n)是第n个TTI中，用户i在第j个RB上的信噪比。

上述的基于比例公平的改进LTE调度方法中，第n个TTI中，用户i在第j个RB上的信噪比

${\mathrm{SNR}}_{i,j}\left(n\right)=\mathrm{EESM}({\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right),\mathrm{\σ})=-\mathrm{\σ}\·\ln \left(\frac{1}{M}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{e}^{-\frac{{\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right)}{\mathrm{\σ}}}\right),$

其中，σ是一个随不同编码调制方式变化的因子；SINR_i，k(n)为第n个TTI中，用户i在任意子载波上的信干噪比；k为RB中的任意子载波；M为一个资源块中的子载波数目。

上述的基于比例公平的改进LTE调度方法中，第n个TTI中，用户i在任意子载波上的信干噪比

${\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right)=\frac{P_k*{\mathrm{Gain}}_{i,k}\left(n\right)}{I+N_O}$

其中，P_k是基站在第K个子载波的发射功率，N_O是噪声功率，I是小区间干扰功率，Gain_i，k(n)为用户i在第n个TTI中第k个子载波的信道增益。

上述的基于比例公平的改进LTE调度方法中，用户i在第n个TTI在所有载波的信道增益

${\mathrm{Gain}}_{i,k}\left(n\right)={10}^{\left(\frac{{\mathrm{pl}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}*{10}^{\left(\frac{{\mathrm{\ξ}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}*{10}^{\left(\frac{{\mathrm{mpath}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}$

其中，mpath_i，k(n)、ξ_i，k(n)和mpath_i，k(n)分别是第n个TTI时用户i对于第k个子载波的路径损耗、阴影衰落增益和多径衰落增益。

本发明与现有的调度方法相比，具有以下优点和技术效果：

每个用户的目标速率范围(Rb_i，l、Rb_i，h)可以不同，从而更适用于混合业务系统。传统比例公平算法只是简单使得用户更加平均的分配带宽，没有考虑不同速率业务的需求。本方法可预先设定用户的目标速率范围，当用户速率低于目标速率范围时提升其优先级；当用户速率高于目标速率范围时降低其优先级。

附图说明

图1本发明实施方式的调度方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

系统在固定的总带宽B上，有1个用户设备(UE)与分组调度器相联系，总系统带宽B在频域上被分为K个资源块(RB)。数据通常被分为持续时间T＝1(1ms)子帧的数据块，或称为传输时间间隔(TTI)。出于分析合适调度算法的目的，假设在每个子帧持续时间内，信道是静止的，但子帧间则是变化的。

如图1，首先，根据用户i的目标速率范围，基于用户i在第n-1个TTI的平均传输速率，计算调度优先级因子中的加权因子W_i(n)和Q_i(n)：

$W_i\left(n\right)=\exp \{\mathrm{\α}\·\max [\frac{{\mathrm{Rb}}_{i,l}-R_i(n-1)}{R{b}_{i,l}},0\left]\right\}$

$Q_i\left(n\right)=\exp \{\mathrm{\β}\·\min [\frac{{\mathrm{Rb}}_{i,h}-R_i(n-1)}{R{b}_{i,h}},0\left]\right\}$

其中，Rb_i，l是用户i目标速率范围的下限；Rb_i，h是用户i目标速率范围的下限。R_i(n-1)是表示用户i在第n-1个TTI及之前的平均传输速率；α和β是控制调度优先级因子收敛速度的参数，α、β均大于0。

其次，根据用户i接收到的信号，算出用户i在第n个TTI在所有载波的信道增益：

${\mathrm{Gain}}_{i,k}\left(n\right)={10}^{\left(\frac{{\mathrm{pl}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}*{10}^{\left(\frac{{\mathrm{\ξ}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}*{10}^{\left(\frac{{\mathrm{mpath}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}$

其中，mpath_i，k(n)、ξ_i，k(n)和mpath_i，k(n)分别是第n个TTI时用户i对于第k个子载波的路径损耗、阴影衰落增益和多径衰落增益。

根据用户i接收到的信号，算出用户i在每个子载波的信干噪比SINR_i，k(n)：

${\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right)=\frac{P_k*{\mathrm{Gain}}_{i,k}\left(n\right)}{I+N_O}$

其中，P_k是基站在第k个子载波的发射功率，这里基站总功率取43dBm，每个子载波分配相同的功率，第k个子载波的发射功率就是总功率除以子载波数；N_O是噪声功率；I是小区间干扰功率；Gain_i，k(n)为用户i在第n个TTI中第k个子载波的信道增益。

将用户i在其所占用的每个RB中所有载波的信干噪比SINR_i，k(n)转化为该RB的有效信噪比：

${\mathrm{SNR}}_{i,j}\left(n\right)=\mathrm{EESM}({\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right),\mathrm{\σ})=-\mathrm{\σ}\·\ln \left(\frac{1}{M}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{e}^{-\frac{{\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right)}{\mathrm{\σ}}}\right)$

其中，SNR_i，j(n)是第n个TTI时用户i在第j个RB上的信噪比；M是一个RB中的子载波数，若使用普通前缀的帧结构，则M取值为7，若使用扩展前缀的帧结构，则M取值为6；σ是一个随不同编码调制方式变化的因子σ的取值可按如表1查询：

表1

接下来，用下式计算第n个TTI中，用户i在第j个RB上所能达到的传输速率。

DRC_i，j(n)＝log₂(1+SINR_i，j(n))

根据用户i在第n个TTI在每个RB的速率DRC_i，j(n)，优先级因子的调节参数W_i(n)和Q_i(n)，求出第n个TTI中用户i在每个RB的调度优先级因子：

$P_{i,j}\left(n\right)=\frac{{\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)}{R_i(n-1)}\·W_i\left(n\right)\·Q_i\left(n\right)$

当用户i在n个TTI的平均传输速率小于目标速率下限Rb_i，l，即R_i(n)＜Rb_i，l(n)，α＞0，β＞0，可以得到

从而，W_i(n)的值大于1，Q_i(n)的值为1，导致用户i的调度优先级因子会增大，用户i将被调度的机会将增多，分配更多的资源块，其最小速率要求得到满足。

当用户i在第n个TTI的平均传输速率大于目标速率上限Rb_i，h，即R_i(n)＞Rb_i，h(n)，α＞0，β＞0

并且

从而，W_i(n)的值变成等于1，Q_i(n)的值小于1，导致用户i的调度优先级因子降低，用户i被调度的机会减少。

根据以上步骤，获得第n个TTI中第k个RB上所有用户的调度优先级因子排序，将资源分配给调度级别最高的用户，也就是优先级因子最大的用户。如果同时有两个用户的调度优先级因子达到最大，这时就随机选取其中一个分配资源。

最后根据调度结果更新未被调度用户的平均速率R_i(n)，其中

$R_i\left(n\right)=(1-\frac{1}{n_c})\×R_i(n-1)+\frac{1}{n_c}{\mathrm{DRC}}_i\left(n\right)$

DRC_i(n)＝∑_j∈SDRC_i，j(n)表示用户i在当前TTI实现的传输速率，其中S表示分配给用户i的RB集合，n_c为更新时间窗，其长度有严格的要求，一般要足以覆盖快衰落的变化，并且满足用户的时延要求。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (5)

1.一种基于比例公平的改进LTE调度方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：根据用户i的目标速率范围和用户i在第n-1个TTI的平均传输速率，n≥2，计算调度优先级因子中的调节参数W_i(n)和Q_i(n)：

所述调度优先级因子为

$P_{i,j}\left(n\right)=\frac{\mathrm{DR}{C}_{i,j}\left(n\right)}{R_i(n-1)}{W}_i\left(n\right)\·Q_i\left(n\right),$

$W_i\left(n\right)=\exp \{\mathrm{\α}\·\max \[\frac{R{b}_{i,l}-R_i(n-1)}{R{b}_{i,l}},0\]\}$

$Q_i\left(n\right)=\exp \{\mathrm{\β}\·\min [\frac{R{b}_{i,h}{-R}_i(n-1)}{R{b}_{i,h}},0\left]\right\}$

其中，其中n是TTI索引，DRC_i，j(n)是第i个用户在第j个RB所能实现的速率；R_i(n-1)是表示用户i在第n-1个TTI及之前的平均传输速率；Rb_i，l是用户i目标速率范围的下限；Rb_i，h是用户i目标速率范围的上限；α和β是控制调度优先级因子收敛速度的参数，α、β是大于0的常数，i为所有等待被调度用户中的任一个，j为第n个TTI中的任意一个RB，当第一个TTI调度的时候，R_i(n-1)、W_i(n)、Q_i(n)都为1；

步骤2：根据用户i接收到的信号，算出用户i在每个子载波的信干噪比；

步骤3：根据用户i在每个子载波的信干噪比，算出用户i在每个RB的有效信噪比；

步骤4：根据用户i在每个RB的有效信噪比，算出用户i在第n个TTI在每个RB所能实现的速率；

步骤5：根据用户i在第n个TTI中每个RB所能实现的速率，及每个用户的调节参数W_i(n)和Q_i(n)，计算用户i在每个RB的调度优先级因子；

步骤6：重复上面的步骤，求出所有用户i在第n个TTI中每个RB的调度优先级因子，并将每个RB分配给调度优先级因子最大的用户，第n个TTI的调度完成；

步骤7：根据步骤6的调度结果更新所有用户的平均传输速率，

$R_i\left(n\right)=(1-\frac{1}{n_c})\×R_i(n-1)+\frac{1}{n_c}\mathrm{DR}{C}_i\left(n\right)$

表示用户i在当前TTI实现的传输速率，其中S表示分配给用户i的RB集合，n_c为更新时间窗。

2.根据权利要求1所述的基于比例公平的改进LTE调度方法，其特征是第i个用户在第j个RB所能实现的速率

${\mathrm{DRC}}_{i,j}\left(n\right)={\log }_2(1+{\mathrm{SNR}}_{i,j}\left(n\right)),$

其中SNR_i，j(n)是第n个TTI中，用户i在第j个RB上的信噪比。

3.根据权利要求2所述的基于比例公平的改进LTE调度方法，其特征是第n个TTI中，用户i在第j个RB上的信噪比

${\mathrm{SNR}}_{i,j}\left(n\right)=\mathrm{EESM}({\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right),\mathrm{\σ})=-\mathrm{\σ}\·\ln \left(\frac{1}{M}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{e}^{\frac{{\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right)}{\mathrm{\σ}}}\right),$

其中，σ是一个随不同编码调制方式变化的因子；SINR_i，k(n)为第n个TTI中，用户i在任意子载波上的信干噪比；k为RB中的任意子载波；M为一个资源块中的子载波数目。

4.根据权利要求3所述的基于比例公平的改进LTE调度方法，其特征是第n个TTI中，用户i在任意子载波上的信干噪比

${\mathrm{SINR}}_{i,k}\left(n\right)=\frac{P_k*{\mathrm{Gain}}_{i,k}\left(n\right)}{I+N_o}$

其中，P_k是基站在第k个子载波的发射功率，N_ο是噪声功率，I是小区间干扰功率，Gain_i，k(n)为用户i在第n个TTI中第k个子载波的信道增益。

5.根据权利要求4所述的基于比例公平的改进LTE调度方法，其特征是用户i在第n个TTI在所有载波的信道增益

${\mathrm{Gain}}_{i,k}\left(n\right)={10}^{\left(\frac{{\mathrm{pl}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}*{10}^{\left(\frac{{\mathrm{\ξ}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}*{10}^{\left(\frac{{\mathrm{mpath}}_{i,k}\left(n\right)}{10}\right)}$

其中，pl_i，k(n)、ξ_i，k(n)和mpath_i，k(n)分别是第n个TTI时用户i对于第k个子载波的路径损耗、阴影衰落增益和多径衰落增益。