CN103442448A

CN103442448A - 一种lte系统大规模用户的比例公平调度方法

Info

Publication number: CN103442448A
Application number: CN2013104186698A
Authority: CN
Inventors: 陈磊; 江世宇; 黄念; 冯伟; 袁伟; 严凡; 赵凯南
Original assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Current assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: CN103442448B

Abstract

本发明涉及一种LTE系统大规模用户的比例公平调度方法，是调度器将原来架构的1ms调度粒度扩展为10ms，在每10ms内对所有用户进行排序，把计算用户权重及排序的工作分散在10ms内。调度器采用pingpong调度队列，每个无线帧交替使用。在当前无线帧使用上一帧生成ping/pong调度队列，同时调度器生成供下个无线帧使用的pong/ping调度队列。通过扩大调度粒度，采用pingpong调度队列，降低了基站的负荷，提高系统效率，增加了调度用户数目，提升了基站系统性能。

Description

一种LTE系统大规模用户的比例公平调度方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种LTE系统大规模用户的比例公平调度方法。

背景技术

LTE(长期演进)是3G的下一代演进技术，被称为3.9G，具有100Mbit/s的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。对于移动通信来说，频段资源是有限的，如何有效地利用资源是移动通信领域考虑的重点。对于LTE基站来说，系统性能的好坏很大程度上取决于资源调度的高效性。而如何高效的资源调度决定于调度器使用优秀的调度算法。

目前常见的调度算法有3种:RR(轮询算法)、MAX C/I(最大载干比)调度算法、PF(比例公平)调度算法。RR算法为了用户最大公平性而牺牲系统的吞吐量，MAX C/I调度算法为了最大的系统吞吐量而牺牲了用户公平性。这两种算法都比较极端，为了兼顾用户公平性和系统吞吐量，高通公司提出了一种新的算法——PF调度算法。

对于实时性要求很高的LTE通信系统来说，基站需要在1个TTI（时间传输间隔，1个TTI=1ms）之内完成用户的调度任务，这并不是一件简单的事情，特别是当调度的用户数目比较庞大的时候。因为基站会根据其小区下所有用户的瞬时频谱效率、平均频谱效率以及QoS配置计算所有用户的权重，并且根据用户权重排序和调度。但随着用户数目增多，基站用于用户权重计算和排序的开销呈几何数增长。因此，对于经典的调度算法来说，1ms的调度时间决定基站调度用户的数目，而其中用户权重计算和排序占用了1ms中的绝大多数的时间。可见，大规模用户调度数目受控于用户权重计算和排序的开销。

发明内容

由于目前在一个小区接入大规模用户情况下，基站用于用户权重计算和排序的开销随着用户数量的增长呈几何数增长，增加了基站负荷，从而限制了小区下用户调度数量。本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于LTE系统中大规模用户的比例公平调度方法，通过扩大调度粒度，采用pingpong调度队列来提高系统效率，增加调度用户数目，提升基站系统性能。

本发明的技术方案为一种LTE系统大规模用户的比例公平调度方法，调度中将原来架构的1ms计算用户权重与排序的粒度扩展为10ms，在每10ms内对所有用户进行排序，包括通过用户标识将小区下的所有用户随机分成8组，在每个TTI执行以下步骤，所述TTI为时间传输间隔，1个TTI=1ms，

步骤1001，每一个TTI开始，启动调度器；

步骤1002，开始调度；

步骤1003，判断当前子帧是否在子帧0到子帧7之间，是则执行步骤1005，否则执行步骤1004；

步骤1004，判断当前子帧是否是子帧8，是则执行步骤1006，否则执行步骤1007；

步骤1005，首先计算当前子帧相应组内每个用户当前帧的瞬时频谱效率D_n(t)，D_n(t)表示任一用户n在t时刻的载干比值；然后根据公式

计算平均频谱效率

t_c为更新时间窗；根据每个用户不同的LTE业务计算服务质量的权重w_b，最后通过公式

计算用户的每个逻辑信道的调度权重P_n(t)；进入步骤1008；

步骤1006，根据子帧0到子帧7之间所有用户计算出来的调度权重P_n(t)，将每个用户进行排序，由高到低排列生成下一个无线帧pong/ping DRB调度队列，以供下一个无线帧调度使用，进入步骤1008；

步骤1007，第9子帧是无线帧中的检错帧，一旦发现调度器中ping/pong DRB调度队列出现较大错误，立即清空下一个无线帧的ping/pong DRB调度队列，进入步骤1008；

步骤1008，根据当前无线帧ping/pong DRB调度队列以及SRB调度队列，生成UE调度队列；

步骤1009，根据UE调度队列，取出为UE调度队列中当前权重最高的调度用户分配RB资源；

步骤1010，判断是否还有RB资源未分配，是则返回执行步骤1009进行下一次用户资源分配调度，否则进入步骤1011；

步骤1011，调度器结束当前TTI子帧调度。

而且，所述ping/pong DRB调度队列的使用方式为，相邻无线帧交替使用ping调度队列和pong调度队列；在当前无线帧使用在上一帧生成的ping或pong调度队列，同时调度器生成供于下个无线帧使用的pong或ping调度队列。

为了实现大规模用户调度数目，本文提出一种LTE系统中大规模用户的比例公平调度算法，通过扩大用户计算权重与排序的粒度，采用pingpong调度队列，降低了基站的负荷，提高系统效率，增加了有效调度用户数目，提升了基站系统性能。

附图说明

图1是本发明实施例的整体调度流程图。

图2是本发明实施例的pingpong调度队列示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本发明提供一种用于LTE系统中大规模用户的比例公平调度方法。其主要思想是将每个TTI计算所有用户调度权重与排序的粒度扩展为10个TTI，即一个无线帧。对于经典的比例公平调度算法，要在每个TTI上计算所有用户的权重并排序，当用户数目很大的情况，用户的权重计算和排序占用了太多调度器的开销，甚至会导致调度器超时。而本发明提供的大规模比例公平调度方法将其粒度扩展为10个TTI，不需要每个TTI来计算调度权重与排序，这样降低基站开销，节约宝贵的调度时间，扩大基站调度用户的能力，提升基站系统性能。

本发明提供的技术方案可采用软件方式在基站中实现自动运行。下面通过具体步骤结合图1对本发明作进一步详细说明。

本发明计算用户与排序的周期是一个无线帧，可通过用户标识将小区下的所有用户随机分成8组，一般每一组的用户数目大致相似即可，对应子帧0～7分别计算一组用户的权重并排序；而调度的周期是一个TTI，即在每个周期执行以下流程：

步骤1001：每一个TTI开始，启动调度器。

步骤1002：开始调度。

步骤1003：实施例将一个无线帧按照每个无线子帧的功能划分成三类，按子帧进行相应处理，本步骤判断当前子帧是否在子帧0到子帧7之间，若在子帧0到子帧7之间，则执行步骤1005；若不在子帧0到子帧7之间，则执行步骤1004；具体实施时，子帧号一般可根据TTI%10计算得到。

步骤1004：判断当前子帧是否是子帧8，若是子帧8，则执行1006；若不是子帧8，则执行步骤1007。

步骤1005：首先计算当前子帧相应组内每个用户当前帧的瞬时频谱效率D_n(t)，即任一用户n的在t时刻的载干比值；然后根据经典计算比例公平调度算法公式计算平均频谱效率

t_c为更新时间窗，一般根据足以覆盖快衰落的变化并且满足用户的时延要求的标准预先设置；由于一个UE会有多个逻辑信道，再根据每个用户不同的LTE业务计算QoS（服务质量）的权重w_b，最后通过公式

计算用户的每个逻辑信道的调度权重P_n(t)；进入步骤1008；在对第一个无线帧执行步骤1005后进入步骤1008时，由于ping/pong调度队列均没有，在第一个无线帧调度器不会使用调度队列。

步骤1006：根据子帧0到子帧7之间所有用户计算出来的调度权重P_n(t)，将每个用户进行排序，由高到低排列。根据当前帧排序的用户队列生成下一个无线帧pong/ping DRB调度队列，以供下一个无线帧调度使用，而当前无线帧调度的ping/pong DRB调度队列是在上一个无线帧根据排序的用户队列生成，进入步骤1008；pong/ping DRB调度队列中的ping队列和pong队列交替使用，两条队列相互不干扰，DRB即数据无线承载。

步骤1007；第9子帧是无线帧中的检错帧，一旦发现调度器中ping/pong DRB调度队列出现较大错误，立即清空下一个无线帧的DRB调度队列，即下一个无线帧不调度用户，实现调度器自检与恢复；执行步骤1008。

一旦正常使用调度队列，即表明该调度队列已经在上个无线帧通过自检。

步骤1008：根据当前无线帧ping/pong DRB调度队列以及SRB调度队列，生成UE调度队列。具体生成调度队列实现为现有技术，本发明不予赘述。当前TTI中，基站根据UE调度队列获取前几个权重最高的前几个用户，下一个TTI基站会选择调度队列中后面的几个用户，依次循环调度。

步骤1009：根据UE调度队列，计算用户传输模式，自适应选择MCS；取出UE调度队列中当前权重最高的用户分配CCE、RB资源；可保证优先调度SRB用户，其次调度DRB用户。UE即指用户，MCS表示调制编码方式，CCE用于承载下行控制信息，RB表示资源块，用于承载下行数据。本步骤具体实现为现有技术，不予赘述。

步骤1010：判断是否还有RB资源可供分配，若有则返回执行步骤1009，取出此时UE调度队列中权重最高的用户进行下一次用户资源分配调度；若没有RB资源则执行1011。

步骤1011：调度器结束当前TTI调度，完成调度器其他工作，并准备下一TTI调度。在下一TTI继续执行以上流程。

以上是实施例具体流程设计，为了更加细节的理解，下文将进一步提供实例分析。

若一个基站下有800个用户，每个用户的业务随机分配。按照经典的调度算法，每个TTI中调度器需要计算800个用户的权重并排序其权重，这已经完全超出了调度器的最大负荷，致使调度器没有时间完成正常调度任务。

本文提到的LTE系统中大规模用户的比例公平调度算法很好的解决了这个问题。该种调度算法将800个用户按照用户标示随机分配成八组，每一组有100个用户。将每个TTI计算权重并排序的粒度扩展成10个TTI，即一个无线帧，也就是说在一个无线帧完成计算800个用户的权重并排序，这样很大程度上降低了权重和排序的时间，减少了调度器每个TTI的负荷。

具体来说将一个无线帧分成三种类型的子帧：在子帧0到子帧7分别通过当前帧的情况计算每个子帧对应的一组100个用户的权重；子帧8是利用前面8个子帧计算出的权重对800个用户进行排序，生成下一个无线帧的pong/ping调度队列；子帧9是检错容错帧，一旦发现调度器出现较大问题，比如pong/ping队列破坏导致调度器异常，则初始化pong/ping队列，用于调度器的自我恢复，提高调度器异常恢复能力。

其中另外一个核心思想是采用pingpong调度队列交替调度方法。上述每一帧计算权重、排序并生成pong/ping调度队列是为了用于调度器在下一个无线帧中调度用户，也就是调度器在使用上一个无线帧生成的ping/pong调度队列进行调度的同时会计算生成pong/ping调度队列提供给下一个无线帧调度器使用，以此ping/pong调度队列交替进行使用。如图2所示，当前无线帧的调度器使用ping链表，调度器构造pong链表；下一无线帧的调度器使用pong链表，调度器构造ping链表。使用pingpong调度队列的优点是使调度器中调度用户的功能与排序用户的功能相对独立，这样不会因为排序时间太长导致无法正常调度用户。一旦调度器排序生成调度队列出现问题，调度器依然可以使用上一个无线帧生成的pong/ping调度队列正常调度用户，然后出现的问题在第9子帧上进行自检与恢复，从而防止调度器进入异常状态。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种LTE系统大规模用户的比例公平调度方法，其特征在于：调度中将原来架构的1ms计算用户权重与排序的粒度扩展为10ms，在每10ms内对所有用户进行排序，包括通过用户标识将小区下的所有用户随机分成8组，在每个TTI执行以下步骤，所述TTI为时间传输间隔，1个TTI=1ms，

步骤1001，每一个TTI开始，启动调度器；

步骤1002，开始调度；

计算平均频谱效率

t_c为更新时间窗；根据每个用户不同的LTE业务计算服务质量的权重w_b，最后通过公式计算用户的每个逻辑信道的调度权重P_n(t)；进入步骤1008；

步骤1011，调度器结束当前TTI子帧调度。

2.根据权利要求1所述LTE系统大规模用户的比例公平调度方法，其特征在于：所述ping/pongDRB调度队列的使用方式为，相邻无线帧交替使用ping调度队列和pong调度队列；在当前无线帧使用在上一帧生成的ping或pong调度队列，同时调度器生成供于下个无线帧使用的pong或ping调度队列。