CN104244438A - 一种lte上行链路资源调度方法 - Google Patents

Abstract

一种LTE上行链路资源调度方法。本发明提出的LTE上行链路资源调度方法，通过确定用户的资源分组初始位置，确定了每个用户最优的调度区域，保证每个用户都能被调度一定的资源，且不易受到频域小范围变化的影响。该算法具有较低的计算复杂度，在保证用户平等原则的前提下，明显增加了频谱利用率。

Description

一种LTE上行链路资源调度方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种LTE上行链路资源调度方法。

背景技术

在未来的移动通信系统中，高带宽、高速率的数据服务是必不可少的，这就要求无线通信技术能有效消除无线信道衰落对传输的不利影响，并达到更高的频谱效率，同时还要兼顾用户间的平等性。

LTE(长期演进)是由3GPP(第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(通用移动通信系统)技术标准的长期演进。LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输率，然而，由于受移动终端的体积等其它因素限制，终端上较难配置多根天线，因此其上行多址接入方案一般采用单载波调制和单天线收发，其发送信号的功率峰均比较低。

近年来的新型无线中继通信技术，通过让参与通信的各实体之间相互合作共享，形成分布式天线阵，提升了传输性能。3GPP-LTE-Advanced标准也采纳中继技术提高小区覆盖范围、扩大系统容量和提供热点覆盖。中继辅助的上行链路能在大范围衰落的环境中得到空间分集增益，降低无线信道衰落对传输可靠性的影响，并且增加可达的系统吞吐量。但是这样一来，系统的资源调度成为了一个较为复杂的组合优化问题，同时考虑到既要保证系统吞吐量，又要考虑用户间的平等性，因此，如何更加有效的进行系统资源调度是越来越重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种LTE上行链路资源调度方法，所述方法包括步骤：

S1：基站获取最新上行链路信道衰落信息，并调用之前资源分组调度过程执行后的平均数据传输率；

S2：基站计算每个用户的实时平等比例因子，并根据所述实时平等比例因子，为每个用户确定资源分组的初始位置；

S3：把其余资源分组逐个调度给用户，在每次调度中，以最大化实时平等比例因子加和为目标，进行用户和资源分组的匹配；

S4：重新计算用户的平均数据传输率，为下一次调度提供参考。

根据本发明的实施方式，所述步骤S1具体包括：

S1-1：中继节点和用户分别向基站发送上行导频信号，基站根据该导频信号估计出中继节点到基站的通信链路和用户到基站的通信链路的上行信道衰落信息；用户向中继节点发送的上行导频信号，中继节点根据该导频信号估计出用户到中继节点的通信链路的上行信道衰落信息，再通过上行信道将该信道衰落信息上报至基站；

S1-2：计算用户m在第k个资源分组上的数据传输率：

$r_{m,k}=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_S}{N}{\left|H_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)\right|}^2+\frac{1}{N}\·\frac{P_S{P}_R{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2{\left|H_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)\right|}^2}{P_S{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2+P_R{\left|H_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)\right|}^2+N})$

P_S表示用户在每个资源分组上的发射功率；P_R表示中继节点在每个资源分组上的发射功率；N是N_SD，m(k)、N_SR，m(k)和N_RD，m(k)的噪声功率，N_SD，m(k)、N_SR，m(k)和N_RD，m(k)分别表示用户和基站、用户和中继节点以及中继节点和基站之间第k个子信道的噪声分量；H_SD，m(k)、H_SR，m(k)和H_RD，m(k)是分别是用户和基站、用户和中继节点以及中继节点和基站之间第k个子信道的频域信道衰落信息；

S1-3：调用基站存储的用户平均数据传输率R_m。

根据本发明的实施方式，所述步骤S2具体包括：

S2-1：计算所有用户m在资源分组k上的实时平等比例因子λ_m，k＝r_m，k/R_m；

S2-2：基站根据用户数将所有资源分组分为C个大小相同的资源分组集合S＝{1，...，S_c，...，S_C}，组内的资源分组都是相邻的；M≤C≤K，M表示用户总数，K表示资源分组总数；计算并将它们从大到小排序形成集合V；根据集合V找到每个用户最优的资源分组集合，再将分组中实时平等比例因子最大的资源分组调度给用户，即确定该用户的资源分组初始位置。

根据本发明的实施方式，所述步骤S2-2，根据集合V找到每个用户最优的资源分组集合的步骤为：取出集合V中的第一个元素则资源分组集合c对于用户m是最优的；确定了用户m的资源分组初始位置后，将集合V中所有与资源分组集合c和用户m相关的元素去除；在下一次循环运算时取出新的集合V中的第一个元素，并确定另一名用户的资源分组初始位置；经过M次循环运算，可以找到每个用户最优的资源分组集合，并确定所有用户的资源分组初始位置。

根据本发明的实施方式，所述步骤S3具体包括：

S3-1：在每次调度中，对于所有用户和每个用户可以被调度的所有资源分组，计算当某一资源分组被调度给某个用户后系统总的比例因子加和，即：

$\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_{m,k}{\mathrm{\λ}}_{m,k}$

其中x_m，k∈{0，1}，x_m，k＝1表示资源分组k已被调度给用户m；

在所有可能的调度中，具有最大比例因子加和的用户和资源分组匹配(m，k)完成这一次的调度；

S3-2：当资源分组调度完毕，即所有资源分组已全部调度给用户时，进入步骤S4，否则返回S3-1继续调度资源分组。

根据本发明的实施方式，所述步骤S4中所述重新计算用户的平均数据传输率的步骤为：

当本次资源分组调度完毕后，根据用户的瞬时数据传输率重新计算平均数据传输率，即：

$R_m=\left\{\begin{array}{c}\frac{(T-1)R_m+{\mathrm{\Σ}}_{k\∈x_m}{r}_{m,k}}{T}\\ \frac{(T-1)R_m}{T}\end{array}\right.,m\∈M$

其中T表示已完成调度次数，R_m将作为下一次调度的参考。

本发明提出的LTE上行链路资源调度方法，通过确定用户的资源分组初始位置，确定了每个用户最优的调度区域，保证每个用户都能被调度一定的资源，且不易受到频域小范围变化的影响。该算法具有较低的计算复杂度，在保证用户平等原则的前提下，明显增加了频谱利用率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的LTE上行链路资源调度方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一个具体实施方式采用的是一个多用户LTE上行链路系统的单扇区中继网络，系统带宽为10MHz，共分为48个资源分组，每个资源分组由12个相邻的子载波构成。在网络中的每个基站配备两个接收天线，并对接收信号执行最大比合并。基站站间距离为500m，中继节点架设在距离基站250m处。用户发射功率上限P_m＝200mW，加性高斯白噪声的功率为-160dBm/Hz。

信道建模为有L＝4条路径的频率选择性衰落信道，路径损耗模型为：

L_{loss，m，dB}＝128.1+37.6log₁₀ d_m+ξ_m

其中d_m是用户和基站，用户和中继节点或者中继节点和基站间的距离，单位为千米(km)。ξ_m是阴影参数，它是一个正态分布的随机变量，均值为0dB，对于用户和基站，用户和中继节点以及中继节点和基站间的链路，其标准差分别为η_SD＝8.0dB，η_SR＝10.0dB和η_RD＝6.0dB。

本发明具体通过以下步骤实现，如附图1所示：

S1：用户可以通过点对点直接通信的方式给基站发射信号，同时也可以通过中继的方式将信号转发给基站。在第一个时间间隔TS₁，用户m发射信息(m＝0，1，….，M-1)，M为用户总数，它们被中继节点和基站同时接收。在第二个时间间隔TS₂，中继节点将接收到的信号转发给基站。基站和中继节点接收到的信号表达式为：

$y_{\mathrm{SD},m}\left(t\right)=\sqrt{P_S}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{SD},m,l}{s}_{S,m}(t-{\mathrm{\τ}}_1)+n_{\mathrm{SD},m}\left(t\right)$

$y_{\mathrm{SR},m}\left(t\right)=\sqrt{P_S}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{SR},m}{s}_{S,m}(t-{\mathrm{\τ}}_1)+n_{\mathrm{SR},m}\left(t\right)$

$y_{\mathrm{RD},m}\left(t\right)=\sqrt{\frac{P_R}{P_S{\mathrm{\Σ}}_{l=0}^{L-1}{\left|h_{\mathrm{SR},m,l}\right|}^2+N}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{RD},m,l}{y}_{\mathrm{SR},m}(t-{\mathrm{\τ}}_1)n_{\mathrm{RD},m}\left(t\right)$

式中y_SD，m(t)表示基站从直接路径接收到的信号，y_SR，m(t)表示中继节点从用户端接收到的信号，y_RD，m(t)表示基站从中继节点接收的信号；h_SD，m，l，h_SR，m，l和h_RD，m，l分别是用户m和基站间，用户m和中继节点间以及中继节点和基站间第l条路径的复信道衰落信息；n_SD，m(t)，n_SR，m(t)，n_RD，m(t)均为加性高斯白噪声；P_S表示用户在每个资源分组上的发射功率；P_R表示中继节点在每个资源分组上的发射功率。

h_SD，m，l，h_SR，m，l和h_RD，m，l的获取方式为：中继节点和用户分别向基站发送上行导频信号，基站根据该导频信号估计出中继节点到基站的通信链路和用户到基站的通信链路的上行信道衰落信息；用户向中继节点发送的上行导频信号，中继节点根据该导频信号估计出用户到中继节点的通信链路的上行信道衰落信息，再通过上行信道将该信道衰落信息上报至基站。

对应于y_SD，m(t)、y_SR，m(t)和y_yD，m(t)，频域接收信号Y_SD，m(k)、Y_SR，m(k)和Y_RD，m(k)可以表示为：

$Y_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)=\sqrt{P_S}{H}_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)S_{S,m}\left(k\right)+N_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)$

$Y_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)=\sqrt{P_S}{H}_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)S_{S,m}\left(k\right)+N_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)$

$Y_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)=\sqrt{\frac{P_R}{P_S{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2+N}}{H}_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)H_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)S_{S,m}\left(k\right)+N_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)$

式中H_SD，m(k)、H_SR，m(k)和H_RD，m(k)是分别是用户和基站、用户和中继节点以及中继节点和基站之间第k个子信道的频域信道衰落信息；N_SD，m(k)、N_SR，m(k)和N_RD，m(k)分别是用户和基站、用户和中继节点以及中继节点和基站之间第k个子信道的噪声分量，式中N是N_SD，m(k)、N_SR，m(k)和N_RD，m(k)的噪声功率。

则用户m在第k个资源分组上的数据传输率为：

$r_{m,k}=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_S}{N}{\left|H_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)\right|}^2+\frac{1}{N}\·\frac{P_S{P}_R{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2{\left|H_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)\right|}^2}{P_S{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2+P_R{\left|H_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)\right|}^2+N})$

基站根据用户和中继节点上报的信息，利用上式可以计算出r_m，k，而后可调用基站存储的用户平均数据传输率R_m，利用λ_m，k＝r_m，k/R_m计算出用户m在资源分组k上的实时平等比例因子。

S2：基站根据用户数M＝10将所有资源分组分为12个由4个相邻的资源分组组成的集合S＝{1，...，S_c，...，S₁₂}。计算所有用户在各个资源分组集合上的实时平等比例因子加和并将它们从大到小排序形成集合V。

取出集合V中的第一个元素它表示了当前具有最大比例因子加和的用户和资源分组集合匹配(m，c)。对于用户m，从分组c中找到实时平等比例因子最大的资源分组，完成用户m的资源分组初次调度，即确定资源分组的初始位置。确定用户m的资源分组初始位置后，将集合V中所有与资源分组集合c和用户m相关的元素去除。

在下一次循环运算时取出新的集合V中的第一个元素，并确定另一名用户的资源分组初始位置。经过10次循环运算，可以找到每个用户最优的资源分组集合，并确定所有用户的资源分组初始位置。

如此调度后，48个资源分组仅调度了10个资源分组，但却确定了每个用户最优的调度区域，同时保证了系统容量和用户间的平等性。在后续步骤将调度其余的38个子载波。

S3：在所述多用户LTE上行链路系统中，每个用户只能被调度相邻的多个资源分组，而经过上一步，每个用户都已被调度了一个资源分组，所以只有在已调度资源分组左边和右边的资源分组可以被调度给该用户。

在每次调度中，对于所有的10个用户和他们可以被调度的所有资源分组，计算当某一资源分组被调度给某个用户后系统总的比例因子加和，即：

$\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_{m,k}{\mathrm{\λ}}_{m,k}$

其中x_m，k∈{0，1}，x_m，k＝1表示资源分组k已被调度给用户m。

在所有可能的调度中，寻找具有最大比例因子加和的用户和资源分组匹配(m，k)，为用户m调度资源分组k。

计算资源分组已经被调度的个数，如果资源分组调度数达到48，则表明资源分组已全部调度给用户，进入步骤S4；否则返回步骤S3，继续调度子载波。

S4：本次资源分组调度完毕后，可得到用户的瞬时数据传输率，此时平均数据传输率重新计算为：

$R_m=\left\{\begin{array}{c}\frac{(T-1)R_m+{\mathrm{\Σ}}_{k\∈x_m}{r}_{m,k}}{T}\\ \frac{(T-1)R_m}{T}\end{array}\right.,m\∈M$

其中T表示已完成调度次数。R_m将作为下一次调度的参考。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种LTE上行链路资源调度方法，所述方法包括步骤：

S1：基站获取最新上行链路信道衰落信息，并调用之前资源分组调度过程执行后的平均数据传输率；

S2：基站计算每个用户的实时平等比例因子，并根据所述实时平等比例因子，为每个用户确定资源分组的初始位置；

S3：把其余资源分组逐个调度给用户，在每次调度中，以最大化实时平等比例因子加和为目标，进行用户和资源分组的匹配；

S4：重新计算用户的平均数据传输率，为下一次调度提供参考。

2.一种如权利要求1所述的方法，所述步骤S1具体包括：

S1-1：中继节点和用户分别向基站发送上行导频信号，基站根据该导频信号估计出中继节点到基站的通信链路和用户到基站的通信链路的上行信道衰落信息；用户向中继节点发送的上行导频信号，中继节点根据该导频信号估计出用户到中继节点的通信链路的上行信道衰落信息，再通过上行信道将该信道衰落信息上报至基站；

S1-2：计算用户m在第k个资源分组上的数据传输率：

$r_{m,k}=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_S}{N}{\left|H_{\mathrm{SD},m}\left(k\right)\right|}^2+\frac{1}{N}\·\frac{P_S{P}_R{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2{\left|H_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)\right|}^2}{P_S{\left|H_{\mathrm{SR},m}\left(k\right)\right|}^2+P_R{\left|H_{\mathrm{RD},m}\left(k\right)\right|}^2+N})$

P_S表示用户在每个资源分组上的发射功率；P_R表示中继节点在每个资源分组上的发射功率；N是N_SD，m(k)、N_SR，m(k)和N_RD，m(k)的噪声功率，N_SD，m(k)、N_SR，m(k)和N_RD，m(k)分别表示用户和基站、用户和中继节点以及中继节点和基站之间第k个子信道的噪声分量；H_SD，m(k)、H_SR，m(k)和H_RD，m(k)是分别是用户和基站、用户和中继节点以及中继节点和基站之间第k个子信道的频域信道衰落信息；

S1-3：调用基站存储的用户平均数据传输率R_m。

3.一种如权利要求2所述的方法，所述步骤S2具体包括：

S2-1：计算所有用户m在资源分组k上的实时平等比例因子λ_m，k＝r_m，k/R_m；

S2-2：基站根据用户数将所有资源分组分为C个大小相同的资源分组集合S＝{1，...，S_c，...，S_C}，组内的资源分组都是相邻的；M≤C≤K，M表示用户总数，K表示资源分组总数；计算并将它们从大到小排序形成集合V；根据集合V找到每个用户最优的资源分组集合，再将分组中实时平等比例因子最大的资源分组调度给用户，即确定该用户的资源分组初始位置。

4.一种如权利要求3所述的方法，所述步骤S2-2，根据集合V找到每个用户最优的资源分组集合的步骤为：取出集合V中的第一个元素则资源分组集合c对于用户m是最优的；确定了用户m的资源分组初始位置后，将集合V中所有与资源分组集合c和用户m相关的元素去除；在下一次循环运算时取出新的集合V中的第一个元素，并确定另一名用户的资源分组初始位置；经过M次循环运算，可以找到每个用户最优的资源分组集合，并确定所有用户的资源分组初始位置。

5.一种如权利要求4所述的方法，所述步骤S3具体包括：

S3-1：在每次调度中，对于所有用户和每个用户可以被调度的所有资源分组，计算当某一资源分组被调度给某个用户后系统总的比例因子加和，即：

$\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_{m,k}{\mathrm{\λ}}_{m,k}$

其中x_m，k∈{0，1}，x_m，k＝1表示资源分组k已被调度给用户m；

在所有可能的调度中，具有最大比例因子加和的用户和资源分组匹配(m，k)完成这一次的调度；

S3-2：当资源分组调度完毕，即所有资源分组已全部调度给用户时，进入步骤S4，否则返回S3-1继续调度资源分组。

6.一种如权利要求5所述的方法，所述步骤S4中所述重新计算用户的平均数据传输率的步骤为：

当本次资源分组调度完毕后，根据用户的瞬时数据传输率重新计算平均数据传输率，即：

$R_m=\left\{\begin{array}{c}\frac{(T-1)R_m+{\mathrm{\Σ}}_{k\∈x_m}{r}_{m,k}}{T}\\ \frac{(T-1)R_m}{T}\end{array}\right.,m\∈M$

其中T表示已完成调度次数，R_m将作为下一次调度的参考。