CN104394597A - VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法，包括在针对VoLTE业务采用的半持续调度中引入优先级机制、通过算法K&H/MPF来确定VoLTE用户的优先级。针对VoLTE业务，LTE采用半持续调度来分配物理资源块，基站在收到VoLTE用户发送的资源块分配请求时，通过优先级确定算法即K&H/MPF算法，确定VoLTE用户的优先级，按照优先级的大小合理地将该VoLTE用户插入到用户等待资源分配队列中以等待基站分配物理资源块。本发明所提出的基于优先级的半持续调度方法可以提高VoLTE系统的吞吐量、VoLTE用户容量、无线资源的频谱的利用率。

Description

VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法

技术领域

本发明涉及VoLTE业务中基于优先级的半持续资源调度，属于通信技术领域。

背景技术

在LTE(长期演进)系统中，针对VoLTE(LTE语言业务)采用半持续调度来进行物理资源块的分配。语音业务具有分组大小相对固定、到达具有周期性等特点，采用半持续调度可以降低控制信令的开销。当VoLTE用户进入激活状态时，基站根据VoLTE用户发送的数据包大小和每个物理资源块所能承载的比特数，计算出需要给该用户分配多少个资源块。然后，以当前子帧为时间起点，TTI(传输时间间隔)为间隔，开始寻找空闲物理资源块，直到某个子帧上连续的空闲物理资源块足够提供该用户所需的物理资源块个数为至。最后通过PDCCH(物理下行控制行道)发送调度信令，将所找到的连续资源块以20ms为周期分配给此VoLTE用户。

通过上述对半持续调度原理的介绍，我们很容易发现，半持续调度是按照用户先到先服务的模式来分配无线资源块的。这会存在一个问题：某时刻，有若干个VoLTE用户在等待基站分配物理资源块，恰好有一个信道质量很槽糕的用户由于先到而获得了物理资源块，而它的每个数据包发送因为信道条件不好都需要重传几次，这样就需要为这些重传的数据包不断进行动态调度物理资源块，这些物理资源块等同于占用几倍于单次正常传输时对物理资源块的需求，如果此时仍有很多待调度的用户，则会因为没有物理资源块可以使用而耽误它们的传输。为了解决以上问题，需要在半持续调度机制中引入优先级的思想。借助优先级对用户调度次序进行改变来优化半持续调度机制，通过对不同用户采取适当的优先级策略来决定调度的先后次序。

发明内容

技术问题：本发明针对上述现有的半持续调度的不足，提出了一种可以合理有效的确定用户优先级，提高系统的吞吐量、VoLTE系统的用户容量、无线频谱利用率的VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法。

技术方案：半持续调度按先到先服务方式分配物理资源块，这会增加VoLTE用户因信道质量不好而发生重传的概率。为了解决这个问题，本发明在原有的半持续调度基础上引用优先级思想，这是本发明的第一个发明点。借助优先级对用户调度次序进行改变来优化半持续调度机制，通过对不同用户采取适当的优先级策略来决定调度的先后次序。如何合理有效地确定每个VOLTE用户的优先级，本发明用到了K&H/MPF算法首先，通过K&H算法初步确定每个VoLTE用户的优先级，按此优先级将物理资源块分配给这些VoLTE用户。然后，再运用MPF算法，对已分配地物理资源块的作合理动态调整。。通过将K&H算法(最大载干比算法)和MPF算法(多载波比例公平算法)结合起来，可以合理有效地确定VoLTE用户的优先级。将K&H/MPF算法用到半持续调度中确定VoLTE用户的优先级，这是本发明的第二个发明点。

所述优先级思想为，为了合理安排用户在等待物理资源块时的排列顺序，需要在半持续调度中引入优先级思想。让信道质量好的VoLTE用户能获得高的优先级调度权，优先分配到物理资源块，从而减小用户分组重传发生的概率。内嵌在基站MAC层中的优先级半持续调度机制负责物理资源块的分配。

所述确定VoLTE用户优先级算法为，在K&H/MPF算法中，在保证VoLTE业务QoS(服务质量)的前提下，根据用户的当前的信道增益、发送功率和用户的BER、平均比特传输速率、用户目标传输速率等参数来确定VoLTE用户等待资源分配的优先级，并根据平均传输速率和目标数据速率要求适时动态调整已经分配好的物理资源块。

本发明的VoLTE业务中采用基于优先级的半持续调度方法，包括以下步骤：

步骤一、在当前OFDM(正交频分复用)符号内，根据信道增益、发送功率和VoLTE用户的误码率要求，计算出每个用户在每个子载波上发送的比特数；

步骤二、按照K&H算法，对于每个子载波，给在该子载波上发送比特数最大的VoLTE用户分配物理资源块，让该VoLTE用户进行数据传输；

步骤三、计算每个VoLTE用户在当前OFDM符号内发送的总比特数；

步骤四、对每个VoLTE用户，基于它在前一个OFDM符号内的平均比特传输速率，对该用户在当前OFDM符号内的平均比特传输速率进行更新；

步骤五、判断分配给每个VoLTE用户发送数据的子载波是否需要资源重调整：如果VoLTE用户的平均比特传输速率大于其目标数据速率要求，则判断分配给该用户发送数据的子载波需要资源重调整，进入步骤六；否则不需要进行资源重调整，进入步骤八；

步骤六、将所述步骤五中确定的需要资源重调整的子载波按照MPF算法重新进行物理资源块分配；

步骤七、重新计算所分配的子载波进行了资源重调整的VoLTE用户发送的总比特数和平均比特传输速率；

步骤八、结束当前OFDM符号内的基于优先级的半持续调度流程。

本发明方法的优选方案中，步骤二中按照K&H算法进行物理资源块分配的具体方法为：计算子载波上所有VoLTE用户的C_k值，将其中C_k值最大的一个用户作为该子载波上唯一的用户，即将该子载波上的物理资源块全部分配给该用户，其中，C_k为用户k在该子载波上发送的比特数。

本发明方法的优选方案中，步骤四中根据下式对当前OFDM符号内的平均比特传输速率进行更新：

${\stackrel{\‾}{R}}_k=(1-\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_k}){\left({\stackrel{\‾}{R}}_k\right)}^{\′}+\frac{r_k}{{\mathrm{\τ}}_k}$

其中，为用户k在当前OFDM符号内的平均比特传输速率；

用户k在前一个OFDM符号内的平均比特传输速率；

r_k为用户k在当前OFDM符号内发送的总比特数；

τ_k为用户k的平均速率更新因子。

本发明方法的优选方案中，步骤六按照MPF算法重新进行物理资源块分配的具体方法为：计算该子载波上所有VoLTE用户的值，将其中值最大的一个用户作为该子载波上唯一的用户，即将该子载波上的物理资源块全部分配给该用户，其中，C_k为用户k在该子载波上发送的比特数，为用户k在当前OFDM符号内的平均比特传输速率，R_k为用户k的目标数据速率要求。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、基于K&H/MPF算法的优先级半持续调度方法，可以提高VoLTE系统的吞吐量。VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法区别于现有半持续调度方法之处是：VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法根据用户的当前的信道增益、发送功率和用户的BER、平均比特传输速率、用户目标传输速率等参数来确定VoLTE用户等待资源分配的优先级，并根据平均传输速率和目标数据速率要求适时动态调整已经分配好的物理资源块。这就让所有VoLTE用户能在合适的时刻能获得合适的物理资源块进行数据传输，从而可以提升整个VoLTE系统的吞吐量。

2、基于K&H/MPF算法的优先级半持续调度方法，可以提高无线资源的频谱利用率。在现有的半持续调度方法中，VoLTE用户按先到先服务模式被分配物理资源块。假设恰好有一个信道质量很槽糕的用户由于先到而获得了物理资源块，而它的每个数据包发送因为信道条件不好都需要重传几次，这样就需要为这些重传的数据包不断进行动态调度物理资源块，这些物理资源块等同于占用几倍于单次正常传输时对物理资源块的需求。而VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法根据用户的当前的信道增益、发送功率和用户的BER、平均比特传输速率、用户目标传输速率等参数来确定VoLTE用户等待资源分配的优先级，这样就可以减少因信道条件不好而发生重传的概率，从而可以提高无线资源的频谱利用率。

3、基于K&H/MPF算法的优先级半持续调度方法，可以提高VoLTE用户容量。在LTE系统中，如果小区内95％的用户为满意用户，则定义此时小区内所容纳的VoLTE用户总数为该小区的VoLTE用户容量。其中，满意用户的定义为：对于一个VoLTE用户，在使用VoLTE进行语言通信时，如果98％的数据包时延不超过50ms，则定义该VoLTE用户为满意用户。本发明提出的VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法，它在进行物理块资源分配时以信道质量为主要参考依据。也就是说，当VoLTE用户信道质量好时，才会被分配物理资源块。VoLTE用户在好的信道质量条件下发送数据，那么会有更多的VoLTE用户能够满足98％的数据包时延不超过50ms。所以，采用基于优先级半持续调度方法可以提高VoLTE用户容量。

附图说明

图1是本发明提出的VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法的架构示意图；

图2是基于优先级调度方法的原理框图；

图3是确定用户优先级的K&M/MPF算法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对发明的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，为了合理安排用户在等待物理资源块时的排列顺序，需要在半持续调度中引入优先级思想。让信道质量好的VoLTE用户能获得高的优先级调度权，优先分配到物理资源块，从而减小用户分组重传发生的概率。内嵌在基站MAC层中的优先级半持续调度方法负责确定物理资源块的分配的先后顺序。

针对VoLTE业务，LTE采用半持续调度来分配物理资源块，基站在收到VoLTE用户发送的资源块分配请求时，通过优先级确定算法即K&H/MPF算法，确定VoLTE用户的优先级，按照优先级的大小合理地将该VoLTE用户插入到用户等待资源分配队列中以等待基站分配物理资源块。借助优先级对用户调度次序进行改变来优化半持续调度机制，通过对不同用户采取适当的优先级策略来决定调度的先后顺序。

调度器在确定VoLTE用户优先级时，在保证VoLTE业务QoS的前提下，根据用户的当前的信道增益、发送功率和用户的BER、平均比特传输速率、用户目标传输速率等参数来确定VoLTE用户等待资源分配的优先级，并根据平均传输速率和目标数据速率要求适时动态调整已经分配好的物理资源块。

如图3所示，VoLTE业务中采用基于优先级的半持续调度方法，包括以下步骤：

步骤一、在当前OFDM符号内，根据信道增益、发送功率和VoLTE用户的误码率要求，计算出每个用户在每个子载波上发送的比特数；

$C_{k,n}={\log }_2\{1+\frac{3*P_{k,n}*g_{k,n}}{N_0{\left[Q^{-1}\left(\frac{{\mathrm{BER}}_k}{4}\right)\right]}^2}\}$

其中，C_k,n为用户k在子载波n上发送的比特数；

P_k,n为用户k在子载波n上的发送功率；

g_k,n为用户k在子载波n上的信道增益；

N₀为噪声功率；

BER_k为用户k的误码率；

Q^-1(·)为反误差函数。

步骤二、按照K&H算法，对于每个子载波，给在该子载波上发送比特数最大的VoLTE用户分配物理资源块，让该VoLTE用户进行数据传输。

K&H算法的思想为：在每个子载波上，选择这样的VoLTE用户k^*，它满足在该子载波上发送比特数最大。即：k^*＝arg max_{ke{1,…,ktotl}}C_k,n。其中，k^*为被选中在该子载波上发送数据的VoLTE用户，ktotl为LTE系统中VoLTE用户总数。

步骤三、计算每个VoLTE用户在当前OFDM符号内发送的总比特数。

$r_k=\underset{n=1}{\overset{\mathrm{ntotl}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{C}_{k,n}\∀k\∈\{1,...,\mathrm{ktotl}\}$

其中，r_k为VoLTE用户k在当前OFDM符号内发送的总比特数，ntotl为当前OFDM中子载波个数，ρ_k,n为VoLTE用户k的资源占用因子。当第n个子载波发送VoLTE用户k的数据时，ρ_k,n＝1。否则，ρ_k,n＝0。

步骤四、对每个VoLTE用户，基于它在前一个OFDM符号内的平均比特传输速率，对该用户在当前OFDM符号内的平均比特传输速率进行更新；

${\stackrel{\_}{R}}_k\left(t\right)=(1-\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_k}){\stackrel{\‾}{R}}_k(t-1)+\frac{r_k}{{\mathrm{\τ}}_k}$

其中，为用户k在当前OFDM符号内的平均比特传输速率；

用户k在前一个OFDM符号内的平均比特传输速率；

r_k为用户k在当前OFDM符号内发送的总比特数；

τ_k为用户k的平均速率更新因子。

步骤五、判断分配给每个VoLTE用户发送数据的子载波是否需要资源重调整：如果VoLTE用户的平均比特传输速率大于其目标数据速率要求，则判断分配给该用户发送数据的子载波需要资源重调整，进入步骤六；否则不需要进行资源重调整，进入步骤八。

如果用户的平均比特传输速率超过了其目标数据速率要求，可以把该用户占用的子载波分出一部分给那些目标速率要求还得不到满足的用户。把平均比特传输速率超过其目标数据速率要求的VoLTE用户和目标数据速率要求得不到满足的VoLTE用户记作k′，把他们占用的子载波记作n′。

步骤六、将所述步骤五中确定的需要资源重调整的子载波按照MPF算法重新进行物理资源块分配。

MPF算法思想为，对于VoLTE用户k′和子载波n′，选择这样的VoLTE用户(k′)*在子载波n′发送数据： ${\left(k^{\′}\right)}^{*}=\arg {\max }_{k^{\′}}\frac{C_{k^{\′},n^{\′}}}{{\stackrel{\‾}{R}}_{k^{\′}}/R^{\′}}$

其中，(k′)*为资源重调整时被选中在子载波n′发送数据的VoLTE用户；

C_k′_,n′为VoLTE用户k′在子载波n′上发送的比特数；

为VoLTE用户k′的平均比特传输速率；

R_k′为VoLTE用户k′的目标数据速率要求。

步骤七、重新计算所分配的子载波进行了资源重调整的VoLTE用户发送的总比特数和平均比特传输速率；

总比特数计算公式： $r_{k^{\′}}={\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{\mathrm{ntotl}}{\mathrm{\ρ}}_{k^{\′},n^{\′}}{C}_{k^{\′},n^{\′}}$

平均比特传输速率更新公式： ${\stackrel{\‾}{R}}_{k^{\′}}\left(t\right)=(1-\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{k^{\′}}}){\stackrel{\‾}{R}}_{k^{\′}}(t-1)+\frac{r_{k^{\′}}}{{\mathrm{\τ}}_{k^{\′}}}$

步骤八、结束当前OFDM符号内的基于优先级的半持续调度。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在当前OFDM符号内，根据信道增益、发送功率和VoLTE用户的误码率要求，计算出每个用户在每个子载波上发送的比特数；

步骤二、按照K&H算法，对于每个子载波，给在该子载波上发送比特数最大的VoLTE用户分配物理资源块，让该VoLTE用户进行数据传输；

步骤三、计算每个VoLTE用户在当前OFDM符号内发送的总比特数；

步骤四、对每个VoLTE用户，基于它在前一个OFDM符号内的平均比特传输速率，对该用户在当前OFDM符号内的平均比特传输速率进行更新；

步骤五、判断分配给每个VoLTE用户发送数据的子载波是否需要资源重调整：如果VoLTE用户的平均比特传输速率大于其目标数据速率要求，则判断分配给该用户发送数据的子载波需要资源重调整，进入步骤六；否则不需要进行资源重调整，进入步骤八；

步骤六、将所述步骤五中确定的需要资源重调整的子载波按照MPF算法重新进行物理资源块分配；

步骤七、重新计算所分配的子载波进行了资源重调整的VoLTE用户发送的总比特数和平均比特传输速率；

步骤八、结束当前OFDM符号内的基于优先级的半持续调度流程。

2.根据权利要求1所述的VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法，其特征在于，所述步骤二中按照K&H算法进行物理资源块分配的具体方法为：计算子载波上所有VoLTE用户的C_k值，将其中C_k值最大的一个用户作为该子载波上唯一的用户，即将该子载波上的物理资源块全部分配给该用户，其中，C_k为用户k在该子载波上发送的比特数。

3.根据权利要求1所述的VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法，其特征在于，所述步骤四中根据下式对当前OFDM符号内的平均比特传输速率进行更新：

${\stackrel{\‾}{R}}_k=(1-\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_k}){\left({\stackrel{\‾}{R}}_k\right)}^{\′}+\frac{r_k}{{\mathrm{\τ}}_k}$

其中，为用户k在当前OFDM符号内的平均比特传输速率；

用户k在前一个OFDM符号内的平均比特传输速率；

r_k为用户k在当前OFDM符号内发送的总比特数；

τ_k为用户k的平均速率更新因子。

4.根据权利要求1、2或3所述的VoLTE业务中基于优先级的半持续调度方法，其特征在于，所述步骤六按照MPF算法重新进行物理资源块分配的具体方法为：计算该子载波上所有VoLTE用户的值，将其中值最大的一个用户作为该子载波上唯一的用户，即将该子载波上的物理资源块全部分配给该用户，其中，C_k为用户k在该子载波上发送的比特数，为用户k在当前OFDM符号内的平均比特传输速率，R_k为用户k的目标数据速率要求。