CN104540235B - Td‑lte公网集群多媒体业务上行资源调度方法 - Google Patents

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Abstract

TD‑LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法，涉及TD‑LTE无线通讯技术领域。本发明为了实现TD‑LTE公网集群多媒体业务不同的优先级并能保持较好性能。建立一个具有优先级的度量矩阵，建立一个用户在不同资源块的度量值和包络度量值差异的一个矩阵G；计算矩阵G中的所有满足连续性约束的组合的累计度量值B；选择具有最小B的组合；将以RC为最小分配单位的矩阵G转换为以RB为最小分配单位的矩阵H；如果一个用户在一些特定的RBs上传输失败，进一步确定资源分配方案；比较一个用户分配的总数据量是否小于等于其缓存区数据量，则结束资源分配方案的调度；否则修剪边缘块并分配给频谱中的相邻的用户，直至满足条件。本发明方法的应用提高了频谱利用率和吞吐量。

Description

TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法
技术领域
本发明涉及一种资源调度方法，涉及TD-LTE无线通讯技术领域。
背景技术
TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源往往需要实现不同用户数据并发传输，这就要考虑公平性和不同用户的优先级，不能因为优先级而使某些用户完全不传输数据。通过合理的无线资源管理，能实现各种不同优先级和QoS要求的多媒体业务的并行传输。现有的资源调度方法一般存在频谱利用率低、各业务吞吐量低的问题。
基于LTE的集群的通信中不同用户具有不同的优先级，多媒体业务并发需要考虑优先级并且具有较好的性能，如何在已有算法中加入不同的优先级并能保持较好性能，现有技术中没有给出解决此技术问的相应技术手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法，以实现TD-LTE公网集群多媒体业务不同的优先级并能保持较好性能。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法，所述方法的实现过程为：
步骤一、建立有优先级的度量矩阵，画出UE和RB的度量值图；
步骤二、将每个RC分给具有最大包络度量值的UE，用RC(资源块组)作为最小分配单位，一个RC由整个带宽中的一个或多个连续的资源块组成；
步骤三、建立一个用户在不同资源块的度量值和包络度量值差异的一个矩阵G，维度是[N*NRC]，其中NRC是RCs的个数，其中元素(i，j)的具体计算方法是通过计算用户i在第j个RC中的所有资源块的度量值和包络度量值之间的差值；
步骤四、改变RC中所含RB的数量，并对所有的UE重复执行上一步骤；
步骤五、计算矩阵G中的所有满足连续性约束的组合的累计度量值B；
步骤六、选择具有最小B的组合(如带有的最小区域不同的组合)，即判断B是否是最小值，如果是执行步骤七，否则返回步骤四；
步骤七、将以RC为最小分配单位的矩阵G转换为以RB为最小分配单位的矩阵H，得出资源分配方案；
步骤八、如果一个用户在一些特定的RBs上传输失败，则这些RBs加上任何位于两个非连续的自动重传请求(ARQ)之间的数据块将被保留给该用户，进一步确定资源分配方案；
步骤九、比较一个用户分配的总数据量是否小于等于其缓存区数据量，如果则结束资源分配方案的调度；
否则，如果用户i，执行步骤十；
其中μi,n是用户i在RBn上获得的总的吞吐量；yi,n是选择变量，RBn分给了用户i，则yi,n＝1，否则为0；ri,max是用户i在缓存区的总数据量；
步骤十、修剪边缘块并分配给频谱中的相邻的用户，或者用这些块来最大化分配之前未被分配的用户；
步骤十一、重复步骤十直至
步骤十二、在剩余的资源块中以同样的方法为其他用户分配，用户i＝i+1返回至步骤三继续执行。
本发明的有益效果是：
本发明方法给出了基于LTE实现集群多媒体业务并发的上行链路的分配方案，所采用的分配方法是以用户具有不同的固定的优先级为基础的，在考虑公平性和不同用户的优先级的基础上实现了不同用户数据并发传输。避免了因为优先级而使某些用户完全不传输数据。本发明方法通过合理的无线资源管理，实现各种不同优先级和QoS要求的多媒体业务的并行传输。实现了TD-LTE公网集群多媒体业务不同的优先级并能保持较好性能，本发明方法的应用提高了频谱利用率和吞吐量。
附图说明
图1是本发明的流程框图；
图2为频谱利用率对比曲线图，图中：横坐标表示用户个数，其单位为，个；纵坐标表示频谱利用率，其单位为，bit/s/Hz；RME表示递归最大值扩张法，upyx表示新的资源分配方法，FME表示第一极值扩张法；
图3数据吞吐量对比曲线图，图中：横坐标表示用户个数，其单位为，个；纵坐标表示吞吐量，其单位为，bit/s；RME表示归最大值扩张法，upyx表示新的资源分配方法，FME表示第一极值扩张法；
图4为视频数据吞吐量对比曲线图，图中：横坐标表示用户个数，其单位为，个；纵坐标表示吞吐量，其单位为，bit/s；RME表示归最大值扩张法，upyx表示新的资源分配方法，FME表示第一极值扩张法；
图5为VOIP吞吐量对比曲线图，图中：横坐标表示用户个数，其单位为，个；纵坐标表示吞吐量，其单位为，bit/s；RME表示归最大值扩张法，upyx表示新的资源分配方法，FME表示第一极值扩张法。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式对所述TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法进行描述：
假设在一个小区网络中，将上行的链路带宽分成M个RBs，有一个基站和N个处于激活状态的无线用户。基站可为这N个用户分配M个RBs。在每个传输时间间隔，满足多个连续性约束的RBs分配给同一个用户，但是每个RB最多只能分给一个用户。我们假设信道是在瑞丽衰落的情况下，上行链路的发射时间间隔是1ms，它包含2个0.5ms的时隙，这个系统的用户具有不同的优先级并且系统是动态的，分配给不同用户的资源需要结合不同用户的缓存区大小来做映射。
假设在一个小区网络中，将上行的链路带宽分成M个RBs，有一个基站和N个处于激活状态的无线用户。基站可为这N个用户分配M个RBs。在每个传输时间间隔，多个满足连续性约束的RBs分配给同一个用户，但是每个RB最多只能分给一个用户。我们假设信道是在瑞丽衰落的情况下，上行链路的发射时间间隔是1ms，它包含2个0.5ms的时隙。与之前不同的是这个系统的用户具有不同的优先级并且系统是动态的，分配给不同用户的资源需要结合不同用户的缓存区大小来做映射。现假设用户优先级为pi，令pi＝1/Pi。现在将最小包络检测法中的度量矩阵形式改变如表1所示，其中的不变，是信道速率与平均速率比值，其他函数意义也不改变。由于用户优先级越高，pi越小，寻找办法依然是在度量矩阵中寻找较大的度量值，并在此基础上分配资源。
表1
如果仅仅考虑优先级而将所有的资源都优先分配给高优先级的用户那么就会完全丧失公平性，并且频谱利用率等方面均会收到影响，综合当前信道情况将优先级加入到原来的度量矩阵中进去，使用新的度量矩阵，其他不变就是一种可以应用于上行链路的具有优先级的调度算法，给出的调度算法(TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法)的实现过程为：
步骤一、使用有优先级的度量矩阵，如表1，画出UE和RB的度量值图；
步骤二、将每个RC分给具有最大包络度量值的UE，用RC(资源块组)作为最小分配单位，一个RC由整个带宽中的一个或多个连续的资源块组成；
步骤三、建立一个用户在不同资源块的度量值和包络度量值差异的一个矩阵G，维度是[N*NRC]，其中NRC是RCs的个数，其中元素(i，j)的具体计算方法是通过计算用户i在第j个RC中的所有资源块的度量值和包络度量值之间的差值；
步骤四、改变RC中所含RB的数量，并对所有的UE重复执行上一步骤；
步骤五、计算矩阵G中的所有满足连续性约束的组合的累计度量值B；
步骤六、选择具有最小B的组合，如带有的最小区域不同的组合，即判断B是否是最小值，如果是执行步骤七，否则返回步骤四；
步骤七、将以RC为最小分配单位的矩阵G转换为以RB为最小分配单位的矩阵H，得出资源分配方案；
步骤八、如果一个用户在一些特定的RBs上传输失败，则这些RBs加上任何位于两个非连续的自动重传请求(ARQ)之间的数据块将被保留给该用户，进一步确定资源分配方案；
步骤九、初始化修剪，i＝1，表示在频域开始用户带有任务；比较一个用户分配的总数据量是否小于等于其缓存区数据量，如果则结束资源分配方案的调度；否则，如果用户i，执行步骤十；
其中μi,n是用户i在RBn上获得的总的吞吐量；yi,n是选择变量，RBn分给了用户i，则yi,n＝1，否则为0；ri,max是用户i在缓存区的总数据量；
步骤十、修剪边缘块并分配给频谱中的相邻的用户，或者用这些块来最大化分配之前未被分配的用户；
步骤十一、重复步骤十直至
步骤十二、在剩余的资源块中以同样的方法为其他用户分配，用户i＝i+1返回至步骤三继续执行。
上述方法的中名词解释如下：
RB：(资源单元)一个资源单元由频域上一个子载波(15KHZ)和时域上一个0.5/7ms的时隙组成(拓展CP时为0.5/6ms)。
UE：3G和4G网络中，用户终端就叫做UE。
RC：资源块组，由多个连续的RB组成的。
PRB(物理资源块)：一个PRB块由频域上12个连续的子载波和时域上的0.5ms组成(12╳7(6)个资源单元),同时一个最小带宽需要72个子载波(共1.08MHZ)。
QoS：(Quality of Service，服务质量)指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。
吞吐量：吞吐量是指对网络单位时间内成功地传送数据的数量(以比特、字节、分组等测量)。
ARQ：自动重传请求，OSI模型中数据链路层的错误纠正协议之一。它包括停止等待ARQ协议和连续ARQ协议，错误侦测、正面确认、逾时重传与负面确认继以重传等机制。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
针对本发明提出的方法进行验证，给出如下仿真分析：
下面将这种算法与其他常用算法进行仿真对比：使用了带干扰的单小区模型，用户数量从10、20、30到40。每个用户使用一个Video(视频)业务流，一个VoIP(Voice overInternet Protocol，IP语音)业务流，一个BE(Best Effort，尽力而为)业务流。
图2是频谱利用率的比较，图3是数据业务不同算法间吞吐量的比较，图4是视频业务不同算法间吞吐量的比较，图5是VOIP业务不同算法间的吞吐量的比较。从图2可以看出频谱利用率有一定提高，从图3和图4可以看出数据业务和视频业务的吞吐量有较明显提高，从图5看出VOIP业务的吞吐量无明显变化。从频谱利用率和各业务吞吐量可以看出这种改进算法有了一定的提高，虽然由于具有优先级的要求，改变了度量矩阵，如果不进行其他改变的话其吞吐量可能会下降，但是应用修剪的办法，可以是资源块更好的得到利用。从而在一定程度上提高了频谱利用率和吞吐量。

Claims (2)

1.一种TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法，其特征在于：所述方法的实现过程为：
步骤一、建立有优先级的度量矩阵，画出UE和RB的度量值图；
步骤二、将每个RC分给具有最大包络度量值的UE，用RC作为最小分配单位，一个RC由整个带宽中的一个或多个连续的资源块组成；RC指的是资源块组；
步骤三、建立一个用户在不同资源块的度量值和包络度量值差异的一个矩阵G，维度是[N*NRC]，其中NRC是RCs的个数，其中元素(i，j)的具体计算方法是通过计算用户i在第j个RC中的所有资源块的度量值和包络度量值之间的差值；N指的是用户数量；
步骤四、改变RC中所含RB的数量，并对所有的UE重复执行上一步骤；RB指的是资源单元；
步骤五、计算矩阵G中的所有满足连续性约束的组合的累计度量值B；
步骤六、选择具有最小B的组合，即判断B是否是最小值，如果是执行步骤七，否则返回步骤四；
步骤七、将以RC为最小分配单位的矩阵G转换为以RB为最小分配单位的矩阵H，得出资源分配方案；
步骤八、如果一个用户在一些特定的RBs上传输失败，则这些RBs加上任何位于两个非连续的自动重传请求ARQ之间的数据块将被保留给该用户，进一步确定资源分配方案；
步骤九、比较一个用户分配的总数据量是否小于等于其缓存区数据量，如果则结束资源分配方案的调度；
否则，如果用户i，执行步骤十；
其中μi,n是用户i在RBn上获得的总的吞吐量；yi,n是选择变量，RBn分给了用户i，则yi,n＝1，否则为0；ri,max是用户i在缓存区的总数据量；
步骤十、修剪边缘块并分配给频谱中的相邻的用户，或者用这些块来最大化分配之前未被分配的用户；
步骤十一、重复步骤十直至
<mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>C</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
步骤十二、在剩余的资源块中以同样的方法为其他用户分配，用户i＝i+1返回至步骤三继续执行。
2.根据权利要求1所述的一种TD-LTE公网集群多媒体业务上行资源调度方法，其特征在于：在步骤六中，所述具有最小B的组合选择带有的最小区域不同的组合。
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