CN111246585B - 一种基于信道状态的5g资源调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于信道状态的5G资源调度方法，属于无线通信领域。该方法在一个调度周期内进行资源调度时，根据UE反馈得到的CQI产生信道状态加权因子；信道质量较好时，通过计算前段时间窗内分配给用户的RB影响当前调度时刻用户优先级；信道质量较差时，利用指数函数主动提高当前调度时刻用户优先级；结合信道状态加权因子与M‑LWDF算法得出每个用户资源调度的优先级，并将资源分配给优先级最高的用户。本发明在M‑LWDF算法基础上，充分考虑用户当前信道状态以及前段时间窗内资源分配情况，有效提高5G资源调度系统的公平性的同时降低了丢包率。

Description

一种基于信道状态的5G资源调度方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，涉及无线通信网络中无线业务资源调度领域，具体涉及一种基于信道状态的5G资源调度方法。
背景技术
随着网络与信息技术的迅猛发展，人们对无线移动通信网络的需求越来越高，5G作为移动通信系统的主要演进方向，以其高速率、大容量、低时延、高可靠的特点将获得广阔的市场发展前景。而要真正达到上述需求指标，对接入网络的用户而言，在外部环境与公共资源受限的前提下，合理地调度分配资源的重要性不言而喻。一个良好的系统资源调度算法可以很大程度上影响下行链路性能。3GPP LTE系统中经典的分组调度算法主要有：轮询(Round Robin，RR)、最大载干比算法(Maximum Carrier/Interference ratio，Max C/I)、正比公平算法(Proportional Fair，PF)。
轮询调度算法的核心是假设每个用户具有相同的优先级，以均等的调度机会为前提，周期性地为系统中的用户分配资源。由于该算法不考虑用户瞬时信道状态，因此传输可靠性及吞吐量都无法得到保证。
最大载干比算法的核心是保证系统得到最大的多用户分集增益。在选择可调度用户时，将所有等待服务的用户的接收信号载干比进行排序，把资源分配给载干比最高的用户。由于该算法优先考虑分配资源给信道质量好的用户，因此，它是一种公平性最低的算法，这种算法在实际系统中极少被使用。
正比公平算法的核心是为小区内的每个用户分配一个优先级，调度时刻为优先级最高的用户分配资源。该算法不仅考虑用户当前信道的时变特性，还保证了系统吞吐量和公平性之间的平衡。但此算法只能保证用户的长期公平性，短期公平性却无法得到保证。
鉴于5G时代下超密集异构网使得信道环境复杂，上述各种算法均不能很好满足5G资源调度的需求，因此，亟需一种新的5G资源调度方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于信道状态的5G资源调度方法，通过基站接收来自UE反馈的CQI值判断当前时刻信道质量的好坏，并根据当前信道质量增加一个信道状态加权因子在M-LWDF算法中，在充分考虑信道质量、服务速率和队列时延的基础上提高系统的短期公平性，降低丢包率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于信道状态的5G资源调度方法，在一个调度周期内进行资源调度时，根据用户终端(User Equipment，UE)反馈得到的信道质量指示(Channel Quality Indication，CQI)产生信道状态加权因子；信道质量较好时，通过计算前段时间窗内分配给用户的资源块 (Resource Block，RB)影响当前调度时刻用户优先级；信道质量较差时，利用指数函数主动提高当前调度时刻用户优先级；结合信道状态加权因子与M-LWDF算法得出每个用户资源调度的优先级，并将资源分配给优先级最高的用户；该方法具体包括以下步骤：
S1：下行的业务流从高层经过分类器，根据用户和业务类型的不同，分别存储在基站侧不同的缓存区内；
S2：在一个调度周期(Transmission Time Interval，TTI)内，基站调度器接收来自第k 个UE在第i个RB上反馈的CQIk,i值，同时自适应调制和编码模块根据CQIk,i值为用户选择合适的调制和编码方式；
S3：根据得到的CQIk,i计算出第k个UE前段时间窗tc内的吞吐量Rk(t)、用户能容忍的时延门限τk、UE当前队列时延Wk(t)及当前时刻的瞬时速率rk(t)；
S4：根据反馈得到的CQIk,i和时间窗tc计算得到当前TTI内的信道状态加权因子βk,i(t)；
S5：将信道状态加权因子与M-LWDF算法公式中的当前时刻瞬时速率rk(t)相乘，用改进后的公式计算第k个UE在第i个RB上的优先级；
S6：为每个RB上优先级最高的UE分配资源；
S7：删除RBs列表中已经被分配给UE的RBs；
S8：判断RBs列表是否为空；若非空，则继续为等候调度的用户分配剩余RBs；若为空，则直接进入下一个TTI内进行调度。
进一步，所述步骤S2中，所述基站调度器接收来自用户在RB上反馈的CQIk,i值包含调制方式和编码速率。
所述调制方式在5G NR中主要包含QPSK、16QAM、64QAM、256QAM四种。根据应用场景的不同，CQI与调制方式、编码速率对应的映射关系表不同。
所述自适应调制和编码会根据信道的变化调整编码方式和编码速率。信道质量好的时候，提高调制等级和编码速率；信道质量差的时候，降低调制等级和编码速率。
进一步，所述步骤S3中，时间窗tc内的吞吐量Rk(t)的更新公式为：
Figure BDA0002366709190000021
当前队列的时延Wk(t)>τk时，则当前时刻分组从基站的队列中被丢弃；因此，用户能容忍的延时门限越大，分组数据包被丢弃的可能性则会越小，相应其调度优先级也越低；
当前时刻用户的瞬时速率rk(t)，由用户k的信道状态信息决定，反映的是用户k瞬时的信道质量状况。
进一步，所述步骤S4中，信道状态加权因子βk,i(t)的计算公式为：
Figure BDA0002366709190000031
其中，t表示当前时刻，Mk,τ表示用户k在时间τ内被分配的RB数量，M表示时间窗tc内被分配的平均RB数。
进一步，所述步骤S5中，基于M-LWDF算法改进的资源调度优先级公式如下：
Figure BDA0002366709190000032
其中，pk,i表示用户k在资源块i上的调度优先级，σk表示UE的服务质量(Qualityof Service，QoS)参数，是用户k所在队列的时延与用户k所能容忍的时延门限的最大比率。
进一步，所述步骤S6中，通过比较每个用户的调度优先级，选择调度优先级最高的用户 k，并将RB分配给该用户，公式表示为：
Figure BDA0002366709190000033
本发明的有益效果在于：本发明通过基站接收来自UE反馈的CQI值大小判断当前信道质量好坏并由此产生信道状态加权因子。信道质量好时，根据统计前段时间窗内该用户被分配的RB数情况适当降低当前调度周期的用户优先级；信道质量差时，结合前段时间RB分配情况，利用指数函数提高其优先级。本发明通过考虑5G复杂的信道环境，在改进最大加权时延优先(M-LWDF)算法基础上，增加一个信道状态加权因子作为反馈的资源调度方式，可以较好地在反映当前信道质量情况的同时提高用户被调度的公平性、降低丢包率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述5G资源调度方法中一个TTI内资源调度流程图；
图2是本发明所述5G资源调度方法的信道状态加权因子产生流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1～图2，本发明所述的基于信道状态的5G资源调度方法的主要包括：在进行资源调度时，基站接收来自UE反馈的CQI值大小判断当前信道质量的好坏。信道质量较好时，根据统计前段时间窗内该用户被分配的RB数情况来影响当前调度周期内用户优先级；信道质量差时，结合前段时间RB分配情况，利用指数函数提高其优先级。最后根据改进后的M-LWDF算法公式计算出每个用户的优先级，并给优先级最高的用户分配RB。
图1为本发明优选的一种实施例，基于信道状态的5G资源调度方法的一个TTI内资源调度流程图，具体步骤如下：
步骤一：下行的业务流从高层经过分类器，根据用户和业务类型的不同，分别存储在基站侧不同缓存区内；
步骤二：在一个调度周期内，基站调度器接收来自第k个用户在第i个RB上反馈的CQIk,i值(包括调制方式和编码速率)；
步骤三：根据得到的CQIk,i计算出第k个UE前段时间窗tc内的吞吐量Rk(t)、用户能容忍的时延门限τk、UE当前队列时延Wk(t)及当前时刻的瞬时速率rk(t)；
步骤四：根据反馈得到的CQI和时间窗tc计算得到当前TTI内的信道加权因子βk,i(t)，具体地，信道状态加权因子βk,i(t)计算如下：
1)当调度时刻信道质量较好(CQIk,i(t)>10)时，此用户会连续几个TTI内被调度。此时，应根据前段时间窗tc内的RB分配情况来适当降低该用户的优先级。
Figure BDA0002366709190000041
其中，t表示当前时刻，Mk,τ表示用户k在时间τ内被分配的RB数量，M表示时间窗tc内被分配的平均RB数。
2)当调度时刻信道质量较差(CQIk,i(t)<7)时，该用户可能会长时间得不到调度，因此应结合时间窗tc内的RB分配情况来提高该用户的优先级。
Figure BDA0002366709190000051
3)其余情况下，βk,i(t)＝1。
步骤五：将信道状态加权因子与M-LWDF算法公式中的rk(t)相乘，用改进后的公式计算第k个UE在第i个RB上的优先级，改进后的算法公式计算如下：
Figure BDA0002366709190000052
其中，pk,i表示用户k在资源块i上的调度优先级，σk表示UE的QoS参数，是用户k所在队列的时延与用户k所能容忍的时延门限的最大比率。
步骤六：将资源分配给每个RB上优先级最高的UE；
步骤七：删除RBs列表中已经被分配给UE的RB；
步骤八：判断RBs列表是否为空。若非空，则继续为等候调度的用户分配剩余RBs；若为空，则直接进入下一个TTI进行调度。
如图2所示，是本发明所述一种基于信道状态的5G资源调度方法的信道状态加权因子产生图，具体流程包括以下步骤：
步骤一：根据反馈得到的CQI值判断当前信道质量好坏；
步骤二：判断CQI是否大于10，若是，则进行步骤三，若否，则进行步骤四；
步骤三：由上一步可知当前信道质量较好，因此根据前段时间窗tc已经分配给该用户的 RB数来影响当前调度时刻的分配情况。随着时间窗tc内分配给该用户的RB数的增多，信道状态加权因子的值会逐渐减小；
步骤四：判断CQI是否小于7，若成立则进行步骤五，若不成立，则进行步骤六；
步骤五：由步骤四可知当前用户信道质量较差，为了避免该用户一直得不到调度的情况，在瞬时速率上引入一个基于指数函数的信道状态加权因子来大幅提高该用户优先级，以保证此系统的公平性；
步骤六：可知当前反馈得到的CQI介于7到10之间。此种情况下，信道状态加权因子置为1，即直接利用M-LWDF算法计算优先级。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基于信道状态的5G资源调度方法，其特征在于，在一个调度周期内进行资源调度时，根据用户终端(User Equipment，UE)反馈得到的信道质量指示(Channel QualityIndication，CQI)产生信道状态加权因子；信道质量较好时，通过计算前段时间窗内分配给用户的资源块(Resource Block，RB)影响当前调度时刻用户优先级；信道质量较差时，利用指数函数主动提高当前调度时刻用户优先级；结合信道状态加权因子与M-LWDF算法得出每个用户资源调度的优先级，并将资源分配给优先级最高的用户；该方法具体包括以下步骤：
S1：下行的业务流从高层经过分类器，根据用户和业务类型的不同，分别存储在基站侧不同的缓存区内；
S2：在一个调度周期(Transmission Time Interval，TTI)内，基站调度器接收来自第k个UE在第i个RB上反馈的CQIk,i值，同时自适应调制和编码模块根据CQIk,i值为用户选择合适的调制和编码方式；
S3：根据得到的CQIk,i计算出第k个UE前段时间窗tc内的吞吐量Rk(t)、用户能容忍的时延门限τk、UE当前队列时延Wk(t)及当前时刻的瞬时速率rk(t)；
S4：根据反馈得到的CQIk,i和时间窗tc计算得到当前TTI内的信道状态加权因子βk,i(t)；
S5：将信道状态加权因子与M-LWDF算法公式中的当前时刻瞬时速率rk(t)相乘，用改进后的公式计算第k个UE在第i个RB上的优先级；
S6：为每个RB上优先级最高的UE分配资源；
S7：删除RBs列表中已经被分配给UE的RBs；
S8：判断RBs列表是否为空；若非空，则继续为等候调度的用户分配剩余RBs；若为空，则直接进入下一个TTI内进行调度；
步骤S3中，时间窗tc内的吞吐量Rk(t)的更新公式为：
Figure FDA0003533030370000011
当前队列的时延Wk(t)>τk时，则当前时刻分组从基站的队列中被丢弃；
当前时刻用户的瞬时速率rk(t)，由用户k的信道状态信息决定，反应的是用户k瞬时的信道质量状况；
步骤S4中，信道状态加权因子βk,i(t)的计算公式为：2020100604346
Figure FDA0003533030370000021
其中，t表示当前时刻，Mk,τ表示用户k在时间τ内被分配的RB数量，M表示时间窗tc内被分配的平均RB数；
步骤S5中，基于M-LWDF算法改进的资源调度优先级公式如下：
Figure FDA0003533030370000022
其中，pk,i表示用户k在资源块i上的调度优先级，σk表示UE的服务质量(Quality ofService，QoS)参数，是用户k所在队列的时延与用户k所能容忍的时延门限的最大比率；
步骤S6中，通过比较每个用户的调度优先级，选择调度优先级最高的用户k，并将RB分配给该用户，公式表示为：
Figure FDA0003533030370000023
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