CN103096485A - 一种lte系统中多用户多入多出频选调度的方法 - Google Patents

Abstract

一种LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，该方法包括：对在传输时间间隔TTI内有传输需求的用户进行优先级排队，选出优先级最高的用户K；按照单用户资源分配方案为K预分配资源；在预分配的每块资源上为用户K构建用户组G；根据用户组MCS调整方案进行MCS调整，并根据用户组G与用户传输数据量确定单用户传输还是多用户传输以及预分配资源的占用。应用本发明实施例以后，实现了用户组和速率的最大化，进而避免资源的浪费。

Description

一种LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法。

背景技术

多入多出(MIMO)技术通过空间复用能显著提高无线频谱效率，通过空间分集能提高链路可靠性。正交频分复用(OFDM)技术能将频率选择性信道转变为多个并行的频率平坦信道。在多用户移动通信系统中将OFDM与MIMO结合后，可在OFDM的每个子信道上进行MIMO处理，OFDM与MIMO的结合能带来巨大的性能提升，但这也增加了资源分配的复杂度。

多用户MIMO-OFDM系统具有频域、空域和用户域自由度，其资源分配策略需要在频域、空域和用户域进行联合优化，复杂度较高。因此，研究低复杂度且高效的多用户MIMO-OFDM的传输和资源分配方案有重要的现实意义。

现有的多用户多入多出(MU-MIMO)频选调度分为2种。一种是基于资源块(RB)找用户，另一种是基于用户分配资源。

基于RB找用户具体过程为：在每个RB上计算用户的优先级，将资源分配给优先级最高的用户；在每个RB上以该资源上优先级最高的用户为初始用户构建候选用户组，选择和速率最大的用户组占用该资源。

对应同一个用户最后分配的资源不一定能够满足授权的格式。比如，有的授权格式要求分配的RB要在同一个子集，这样分配就不一定满足这个前提条件。因此，基于RB找用户不便于分配资源指示。

基于用户分配资源的具体过程为：计算用户的优先级，为优先级最高的用户分配资源，直到满足数据传输需求；在分配给当前优先级最高用户的每个资源单元上，以当前优先级最高用户为初始用户构建候选用户组，并以和速率为依据确定每个资源单元对应的最佳用户组，并判断是进行单用户传输还是多用户传输。判断是否仍有待服务用户，若无，则结束；否则，判断是否存在未分配的资源单元，若有，则按照上述规则继续分配资源，若无，则结束。

基于用户分配资源，用户同层不同资源上的调制编码方式是相同的。当用户组占用多块资源时，已有的多用户资源分配方案，对用户组内的每个用户分别进行MCS调整，未对用户组的和速率进行优化，造成了资源的浪费。

发明内容

本发明实施例提出一种LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，能够以和速率调整用户组各层的MCS，在同层MCS统一的情况下，实现了用户组和速率的最大化，进而避免资源的浪费。

本发明实施例的技术方案如下：

一种LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，该方法包括：

对在传输时间间隔TTI内有传输需求的用户进行优先级排队，选出优先级最高的用户K；

按照单用户资源分配方案为K预分配资源；

由K与和速率最大的用户构建用户组G；

根据和速率确定G中每个用户采用的调制编码方式MCS和预分配资源，所述和速率是各层传输比特数之和；

由用户的MCS确定所述用户对应频谱效率，选择频谱效率最高的用户组G_K；

在用户K的速率和用户组G_K的速率中选择较大速率对应的参数，按照所述参数预分配资源进行资源占用。

所述进行优先级排队包括：

按照质量等级指示QCI属性中的优先级顺序、用户自身传输业务的类型和优先级进行优先级排队；

所述优先级等于

R_K(t)是时隙t内K所能支持的最大瞬时速率；T_K(t)是K在时间窗τ内的平均吞吐量；w_K(t)是时隙t内K队列中的第一个包的等待时延；D_K是K对应业务能容忍的最大时延。

对于type0或type1自适应传输模式，所述按照单用户资源分配方案为K预分配资源包括：选用type0进行资源分配，然后按照单用户资源分配方案为K预分配资源；

或

最小分配单元可传输的数据量大于待传输的数据量，选择type1进行资源分配，然后按照单用户资源分配方案为K预分配资源。

所述按照单用户分配方案为K预分配资源包括：从信道质量指示符CQI最高的资源开始预分配资源，依次降低用户可支持的CQI，确定每个用户的占用资源。

所述从CQI最高的资源开始预分配资源，依次降低用户可支持的CQI，确定每个用户的占用资源包括：

从CQI最高的资源开始，CQI映射得到目标MCS，由目标MCS获得分配资源可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速率MBR获得最大可调度数据量；

可传输数据量大于等于最大可调度数据量，则按照当前调度结果预分配资源；

可传输数据量小于最大可调度数据量，降低用户可支持的CQI，由当前CQI映射得到目标MCS。

可传输数据量大于等于最大可调度数据量，且可分配资源单位个数大于零，所述方法进一步包括：确定目标资源子集，然后再判断可传输数据量与最大可调度数据量的关系。

所述确定目标资源子集包括：

将所有下行可用物理资源块PRB资源分为P个资源子集，P为一个资源单元中包含的资源块RB个数；

选择下行资源每个资源子集中最左的PRB和最右的PRB得到候选子集，获取候选子集中最大CQI值，由最大CQI值映射获得目标MCS；

支持目标MCS最大的候选子集为目标资源子集。

所述根据和速率确定G中每个用户采用的MCS和预分配资源包括：

从和速率最高的资源开始，由资源对应的CQI映射得到目标MCS，由目标MCS获得可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速度MBR获得最大可调度数据量；

可传输数据量大于等于最大可调度数据量，则根据最大可调度数据量和可传输数据量确定本次传输数据量；

可传输数据量小于最大可调度数据量，则根据可传输数据量确定本次传输数据量；

根据本次传输数据量确定用户已达到最大可调度数据量，则确定每个用户采用的MSC和按照需求量最小层的调度结果预分配资源；

根据本次传输数据量确定用户没有达到最大可调度数据量，则降低目标MCS等级，判断可传输数据量与最大可调度数据量的关系。

所述降低MCS等级包括：

确定本次预分配的资源可传输的总数据量大于上一次预分配资源可传输的总数据量，且有剩余资源以及当前MCS并不是最小MCS。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中，对在TTI内有传输需求的用户进行优先级排队，选出优先级最高的用户K；按照单用户资源分配方案为K预分配资源；在预分配的每块资源上由K和速率最大的用户构建用户组G；在所有用户组对应的多个G中，确定出频率效率最高的用户组G_K。由K的速率和G_K的速率中选择较大速率对应的参数，按照所述参数预分配资源进行资源占用。因此，能够以和速率调整用户组各层的MCS，在同层MCS统一的情况下，实现了用户组和速率的最大化，进而避免资源的浪费。

附图说明

图1为LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法流程示意图；

图2为本发明实施例中按照单用户资源分配方案为K预分配资源流程示意图；

图3为本发明实施例中根据和速率确定G中每个用户采用的MCS和预先分配资源的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

在本发明实施例中，结合LTE系统的资源类型指示规则，首先进行单用户资源分配；然后，在单用户预分配的每个资源单元上都构建候选用户组，再以和速率为准则，对用户组各层的MCS进行调整，在满足同层MCS统一同时，可以实现用户组和速率最大化。避免了资源的浪费。

参见附图1是LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤101、对在传输时间间隔TTI内有传输需求的用户进行优先级排队，选出优先级最高的用户K。

考虑业务的质量等级指示(QCI)的优先级顺序、用户自身传输业务的类型和优先级进行优先级排队。

具体地，首先，基站针对每个用户，按照QCI属性中规定的优先级从小到大顺序，挑选其中优先级最高的一类业务，以该类业务的优先级，作为用户的优先级。然后，根据优先级最高业务的业务类型，将用户分为两类：保证比特速率(GBR)类和非保证比特速率(non-GBR)类。GBR类用户的优先级高于non-GBR类用户的优先级。在GBR类或non-GBR类用户集合内部，按照下述的优先级计算公式计算用户优先级，对用户优先级做进一步排序。

优先级等于

R_K(t)是时隙t内K所能支持的最大瞬时速率；T_K(t)是K在时间窗τ内的平均吞吐量；w_K(t)是时隙t内K队列中的第一个包的等待时延；D_K是K对应业务能容忍的最大时延。

这样，综合考虑用户瞬时传输速率，平均吞吐量，当前包时延，以及最大可容忍包时延4个因素，可以较好地兼顾系统吞吐量，用户公平性和QoS。

步骤102、按照单用户资源分配方案为K预分配资源。

为了符合LTE系统的资源分配指示规则，在预分配资源前，需要按照资源指示类型对下行资源进行合理分组。LTE中下行资源分为type0、type1和tpye2三种类型。对于type0或type1自适应传输模式，首先选用type0进行资源分配；若最小分配单元可传输的数据量大于待传输的数据量，选择type1进行资源分配。

然后，再按照单用户资源分配方案为K预分配资源，具体过程参见步骤201-203。

步骤103、在每块预分配的资源上，由用户K与和速率最大的用户构建用户组G。

由于有多块预分配的资源，因此构建多个用户组G。其中，由用户K与和速率最大的用户构建G是现有技术。

步骤104、根据和速率确定G中每个用户采用的MCS和预分配资源，所述和速率是各层传输比特数之和。

从各层传输比特数之和即和速率，从和速率最高的资源开始，为G中的每个用户预分配资源和确定MCS，再依次降低和速率，增加分配资源个数，提高用户组的传输比特数。本发明中用户的最终配对用户唯一，即不存在某用户在不同资源块上与不同用户配对传输的情况。具体步骤参见301-306。

步骤105、由用户的MCS确定所述用户对应频谱效率，选择频谱效率最高的用户组G_K。

根据用户的MCS确定频谱效率，选择频谱效率最高的用户组G_K。现有协议已规定不同MCS对应的频谱效率。

步骤106、在K的速率和G_K的速率中选择较大速率对应的参数，按照所述参数预分配资源进行资源占用。

比较用户K的速率与用户组G_K的速率，若用户K的速率大于G_K的速率，则按照K预分配资源进行资源占用；若用户K的速率小于G_K的速率，则按照G_K预分配资源进行资源占用。

判断是否剩余资源，若还有剩余资源，则返回步骤101，为下一个用户分配资源；否则结束。

下面结合附图2详细说明按照单用户资源分配方案为K预分配资源的具体步骤。

从CQI最高的资源开始预分配资源，依次降低用户可支持的CQI，确定每个用户的占用资源。

步骤201、从CQI最高的资源开始，CQI映射得到目标MCS，由目标MCS获得分配资源可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速率MBR获得最大可调度数据量。

步骤2011、首先，若有可用资源，则执行步骤2012；若没有可用资源，则资源分配失败。

步骤2012、根据传输模式，生成资源集合和对应的CQI集合。

对于MU-MIMO传输，可能的传输模式包括两种，一种是传输模式5，一种是传输模式8。若为传输模式为5，则令资源分配类型为2；若传输模式为8，则令资源分配类型为0。

再根据资源分配类型确定资源分配最小指示粒度。即将所有下行可用物理资源块(PRB)资源

转化为以该最小指示粒度为单位的资源集合λ_DL；然后，根据资源分配类型，将每个PRB上的CQI集合转化为以最小指示粒度为单位的CQI集合

其中，u∈U_DL，U_DL是UE的集合，q_u为可用的资源调度单元的数量。上述多个转化均是现有技术。

步骤2013、所有资源单元按照CQI的大小排序。获取最大CQI值，以及拥有该最大CQI的资源个数，相应的计算过程可以通过以下具体算法实现。20131、提取最大CQI值CQI_max，

20132、根据CQI_max映射得到本次调度使用的目标MCS。

20133、根据CQI集合C_DL统计下行可用资源_DL中能够支持目标MCS的资源单元集合，记为R_DL，令M_C为集合R_DL包含的资源单元的个数。

步骤2014、由目标MCS获得分配资源可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速率MBR获得最大可调度数据量。

依据目标MCS及可支持该MCS的最大资源个数，无线链接控制层(RLC)发送缓冲区中的数据量(TBS^R)，以及最大比特速率(R_max)，根据TBS^R和R_max进行资源分配。其中，若为GBR承载，则R_max表示最大比特速率MBR；若为non-GBR承载，则R_max表示聚合最大比特速率AMBR。确定本次对应的最大可调度数据量TBS^Max＝min{TBS^R，R_max}。

R_C为目标MCS在一个RB上承载的比特数，T为一个资源单位包含的RB个数，TBS^F为根据目标MCS及支持该MCS的最大资源个数计算得到的可传输数据量，TBS^F＝M_C×R_C×T。

步骤202、可传输数据量大于等于最大等于可调度数据量，则按照当前调度结果预分配资源。

TBS^F大于等于TBS^Max，则表示分配资源可传输的数据量大于需要传输的数据量，需要减少分配资源。

计算可分配资源单元个数N_C，N_C取大于或等于TBS^Max/TBS^F×M_C的最小整数。N_C为0，则采用资源分配类型1进行分配，然后确定目标资源子集。

N_C不为0，本次调度能发送的数量A_DL＝N_C×R_C×P，依据本次调度的结果占用相应资源。

确定目标资源包括步骤2021-2023。

步骤2021、将所有下行PRB资源分为P个资源子集，P为一个资源单元中包含的资源块RB个数。

按照LTE传输协议规定，在资源分配类型1中，有

指示资源子组号，1bit指示左右偏移，剩下的指示资源分配。因此，在资源分配类型1中，只能挑选某一个资源子组中靠左/右的RB中的某些RB，以保证分配资源的可指示性。

因此，在按照资源分配类型1进行资源分配，首先利用现有技术将所有下行可用PRB资源

分为P个资源子集；再按照PRB的下标，选取资源子集中的最左或最右的

个PRB，进而将每个资源子集分为两个子集。这样共得到2P个候选资源集合{λ_SUB，b}，b＝1，..，2P，每个候选资源子集λ_SUB，b的资源指示最小粒度为1个PRB。

步骤2022、选择下行资源每个资源子集中最左的PRB和最右的PRB得到候选子集，获取候选子集中最大CQI值，由最大CQI值映射获得目标MCS。

针对每个候选子集按照CQI的大小对资源单元进行排序，获取最大CQI值。相应的计算过程可以通过以下步骤实现。

步骤20221、获取最大CQI，q_u为可用的资源调度单元的数量。

步骤20222、根据CQI_max映射得到本次调度使用的目标MCS。

步骤2023、支持目标MCS最大的候选子集为目标资源子集。

统计候选资源子集λ_SUB，b中能够使用目标MCS的资源单位集合，记为R_SUB，b。选取支持目标MCS资源单元数最大的候选资源子集作为本次调度的目标资源子集，返回步骤201，判断可传输数据量与最大可调度数据量的关系。

步骤203、可传输数据量小于最大可调度数据量，降低用户可支持的CQI，由当前CQI映射得到目标MCS。

TBS^F小于TBS^Max，则可分配资源单元个数N_C＝M_C，且本次调度能够发送的数据量A_DL等于TBS^F，记录下本次调度的数据量TBS^S(i)。其中i表示循环次数，TBS^S(0)＝0。

若TBS^S(i)≤TBS^S(i-1)成立，则表示第i次分配可传输的数据量降低，按照第(i-1)次资源分配结果占用资源。

若TBS^S(i)≤TBS^S(i-1)成立，且没有空余资源，则依据本次调度的结果占用相应资源。

若TBS^S(i)≤TBS^S(i-1)成立，且有空余资源，当前CQI为最小，则依据本次调度的结果占用相应资源。

若TBS^S(i)≤TBS^S(i-1)成立，且有空余资源，当前CQI不是最小，则将当前CQI降低一个CQI，重新确定目标MCS。重新确定目标MCS后，资源分配类型是1，则执行步骤2021；资源分配类型不是1，则执行步骤201。

下面结合附图3，详细说明根据和速率确定G中每个用户采用的MCS和预分配资源。

步骤301、从和速率最高的资源开始，由资源对应的CQI映射得到目标MCS，由目标MCS获得可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速度MBR获得最大可调度数据量。

步骤3011、确定有资源可用于调度。对可用资源按照和速率大小排序。获取和速率最大值，及其对应的各层CQI，以及拥有该CQI的资源个数。可以通过以下步骤实现。

步骤30111、根据用户反馈的CQI集合确定用户u的传输速率，并将用户组G在不同资源单元上的传输速率，记为

q_u为下行资源单元个数。

步骤30112、提取最大的传输速率

记为目标和速率并确定最大传输速所在资源单元n^*。

步骤30113、由资源单元n^*上的CQI映射得到用户u的目标MCS。

步骤30114、根据用户的CQI集合统计下行资源中能够支持用户组各层目标

u∈G的资源单元集合，记为R_DL。令M_C为R_DL包含的资源单元个数。

步骤3012、计算可传输数据量和最大可调度数据量。

依据目标MCS及支持该MCS的最大资源个数，缓存数据量，以及最大比特速率R_max进行资源分配。其中，若为GBR承载，则R_max表示最大比特速率MBR；若为non-GBR承载，则R_max表示聚合最大比特速率AMBR。确定本次最大可调度数据量

其中，

为用户u在发送缓冲区中的数据量。

R_C为目标MCS在一个RB上承载的比特数，T为一个资源单位包含的RB个数，TBS^F为根据目标MCS及支持该MCS的最大资源个数计算得到的可传输数据量，TBS^F＝M_C×R_C×T。

判断

若是，则执行步骤302；否则，执行步骤303。

步骤302、可传输数据量大于等于最大可调度数据量，则根据最大可调度数据量和可传输数据量确定本次传输数据量；

可分配给用户u的资源单元数量

取大于或等于的最小整数，确定用户G中需要分配资源最小的用户

则分配给用户组G的资源单元数量为

本次传输数量量为

步骤303、可传输数据量小于最大可调度数据量，则根据可传输数据量确定本次传输数据量；

则分配给用户G的资源单元个数N_C＝M_C，传输数据量 $A_{\mathrm{DL}}=\underset{u\∈G}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{TBS}}_u^F.$

步骤304.判断本次传输数据量已达到最大可调度数据量。

依据本次调度的数据量计算剩余的需要调度的数据量，判断是否有用户已达到本次最大可调度数据量

如果用户已达到本次最大可调度数据量

执行步骤305，否则，执行步骤306；

步骤305、确定每个用户采用的MCS和按照需求量最小层的调度结果预分配资源。

步骤30113中每个用户的目标MCS即该用户采用的MCS，并按照需求量最小层的调度结果分配资源。

步骤306、降低目标MCS等级。

记录下本次调度的总数据量TBS^S(i)和资源分配，其中i表示循环次数，TBS^S(0)＝0，判断TBS^S(i)≤TBS^S(i-1)。

若上一次调度的总数据量TBS^S(i-1)大于等于TBS^S(i)，则按照上一次调度结果占用资源。

若确定TBS^S(i)大于TBS^S(i-1)，且没有剩余资源，按照本次调度结构占用相应的资源。

若确定TBS^S(i)大于TBS^S(i-1)，且有剩余资源，当前和速率是最小和速率，则按照本次调度结构占用相应的资源。

若确定TBS^S(i)大于TBS^S(i-1)，且有剩余资源，当前和速率并不是最小和速率，则降低目标MCS等级根据新目标MCS重新分配资源。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，该方法包括：

对在传输时间间隔TTI内有传输需求的用户进行优先级排队，选出优先级最高的用户K；

按照单用户资源分配方案为K预分配资源；

由K与和速率最大的用户构建用户组G；

根据和速率确定G中每个用户采用的调制编码方式MCS和预分配资源，所述和速率是各层传输比特数之和；

由用户的MCS确定所述用户对应频谱效率，选择频谱效率最高的用户组G_K；

在用户K的速率和用户组G_K的速率中选择较大速率对应的参数，按照所述参数预分配资源进行资源占用。

2.根据权利要求1所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，所述进行优先级排队包括：

按照质量等级指示QCI属性中的优先级顺序、用户自身传输业务的类型和优先级进行优先级排队；

所述优先级等于

R_K(t)是时隙t内K所能支持的最大瞬时速率；T_K(t)是K在时间窗τ内的平均吞吐量；w_K(t)是时隙t内K队列中的第一个包的等待时延；D_K是K对应业务能容忍的最大时延。

3.根据权利要求1所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，对于type0或type1自适应传输模式，其特征在于，所述按照单用户资源分配方案为K预分配资源包括：选用type0进行资源分配，然后按照单用户资源分配方案为K预分配资源；

或

最小分配单元可传输的数据量大于待传输的数据量，选择type1进行资源分配，然后按照单用户资源分配方案为K预分配资源。

4.根据权利要求1或3所述LTE系统中多用户多入多出频现调度的方法，其特征在于，所述按照单用户分配方案为K预分配资源包括：从信道质量指示符CQI最高的资源开始预分配资源，依次降低用户可支持的CQI，确定每个用户的占用资源。

5.根据权利要求4所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，所述从CQI最高的资源开始预分配资源，依次降低用户可支持的CQI，确定每个用户的占用资源包括：

从CQI最高的资源开始，CQI映射得到目标MCS，由目标MCS获得分配资源可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速率MBR获得最大可调度数据量；

可传输数据量大于等于最大可调度数据量，则按照当前调度结果预分配资源；

可传输数据量小于最大可调度数据量，降低用户可支持的CQI，由当前CQI映射得到目标MCS。

6.根据权利要求5所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，可传输数据量大于等于最大可调度数据量，且可分配资源单位个数大于零，所述方法进一步包括：确定目标资源子集，然后再判断可传输数据量与最大可调度数据量的关系。

7.根据权利要求6所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，所述确定目标资源子集包括：

将所有下行可用物理资源块PRB资源分为P个资源子集，P为一个资源单元中包含的资源块RB个数；

选择下行资源每个资源子集中最左的PRB和最右的PRB得到候选子集，获取候选子集中最大CQI值，由最大CQI值映射获得目标MCS；

支持目标MCS最大的候选子集为目标资源子集。

8.根据权利要求1所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，所述根据和速率确定G中每个用户采用的MCS和预分配资源包括：

从和速率最高的资源开始，由资源对应的CQI映射得到目标MCS，由目标MCS获得可传输数据量；由缓冲区的数据量和最大比特速度MBR获得最大可调度数据量；

可传输数据量大于等于最大可调度数据量，则根据最大可调度数据量和可传输数据量确定本次传输数据量；

可传输数据量小于最大可调度数据量，则根据可传输数据量确定本次传输数据量；

根据本次传输数据量确定用户已达到最大可调度数据量，则确定每个用户采用的MSC和按照需求量最小层的调度结果预分配资源；

根据本次传输数据量确定用户没有达到最大可调度数据量，则降低目标MCS等级，判断可传输数据量与最大可调度数据量的关系。

9.根据权利要求8所述LTE系统中多用户多入多出频选调度的方法，其特征在于，所述降低MCS等级包括：

确定本次预分配的资源可传输的总数据量大于上一次预分配资源可传输的总数据量，且有剩余资源以及当前MCS并不是最小MCS。

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