下行调度 篇1
通常, 载波聚合系统应支持后向兼容, 即在系统中同时存在LTE用户与LTE-A用户, 载波聚合技术的应用必须保证原有LTE用户性能。参与聚合的载波可分为后向兼容载波与非后向兼容载波, LTE用户只能接入一个后向兼容载波, 不能接入非后向兼容载波, 而LTE-A用户可以接入到所有载波。接入载波能力的差异往往会导致LTE用户的性能得不到保证。因此, 设计一种能够改善载波聚合系统用户公平性的算法具有重要意义。
本论文设计了一种资源分配的改进算法, 在为UE分配载波资源前, 先确定UE所能接入的载波资源组, 对于后向兼容载波资源紧张的情景, 让LTE-A用户以更大的概率分配到非后向兼容载波上, 从而保障LTE用户的资源分配。通过这一算法可以保证LTE用户性能, 提升系统用户间的公平性。
1 载波聚合调度结构
对于载波聚合系统来说, 一个好的调度算法可以有效地减少传输时延, 并且提高系统的吞吐量, 因此值得进行深入的研究。
对于载波聚合系统而言, 除了与传统的单载波无线通信系统一样需要考虑以RB为基本调度单元的RB级的调度外, 还需要多考虑一个层次的调度, 即基于成员载波的CC级的调度[1]。
载波聚合下的调度方式可以分为独立载波调度与联合载波调度。
独立载波调度的特点是, 采用两级调度结构, 用户被一级调度器分配到不同的载波上, 每一个独立的载波上各有一个二级调度器, 二级调度器根据用户的优先级给载波上的用户分配可用的资源[2]。
联合载波调度算法主要特点是, 采用一级调度器的结构, 所有载波共用一个用户等待队列, 使用一个共享的调度器完成所有载波上RB的分配[3]。联合载波调度算法中, 用户可以在各自载波之间进行信息的交互, 因此用户间的分集增益与系统的吞吐量会得到提升。
2 改进型下行资源调度算法
为了提升载波聚合系统中用户的公平性, 本文设计了一种下行资源分配的改进型算法[4]。为了更好地说明该算法, 设定系统中载波的总数目为M, LTE用户占总用户的比例为α, 后向兼容载波占总载波的比例为β (为了实现后向载波兼容性, 须保证β>0) , 且e Node B已经获取上述用户与载波信息。
为了简化调度结构, 本文中采用二维调度结构, 即调度流程包括时域调度与频域调度, 时域调度主要根据Qo S信息计算UE的调度优先级并按照优先级对UE进行排序, 频域调度根据时域调度得到的优先级队列为UE进行资源分配。本论文主要针对频域调度的资源分配方案进行改进。
在改进型调度算法中, 频域调度可以划分为两个阶段进行:接入的载波资源组划分阶段与资源分配阶段。需要说明的是, 改进算法基于联合载波调度算法, 所有的子载波共用一个用户等待队列, 拥有一个统一的调度器对载波上所有资源块进行分配。
2.1 划分接入的载波资源组
在为UE分配载波资源前, 应先确定UE所能接入的载波资源组, 具体过程如图1所示。
划分载波资源组的具体流程分为如下几步:
Step1:首先判断UE的类型。若为LTE用户, 则只能在一个后向兼容载波上进行资源分配;若为LTE-A用户, 理论上可以接入所有载波, 但考虑到用户公平性, 须保证LTE用户的性能, 这时执行Step2。
Step2:继续判定α与β的大小关系。若α>β, 则该用户以概率p在非后向兼容载波上进行资源分配, 以概率1-p在后向兼容载波上进行资源分配。其中概率p满足
若α≤β, 则该用户可以在所有载波上进行资源分配。
Step2中算法的作用为, 当α>β, 即后向兼容载波较为紧张时, 使LTE-A用户以更大的概率接入到非后向兼容载波, 从而保证LTE用户在后向兼容载波上的资源分配。概率p满足p>1-β。当α较大或者β较小时, 则p取值较大, 也就是说LTE用户增加或者后向兼容载波减少会导致LTE-A用户以更大的概率分配到非后向兼容载波上。当α≤β时, 后向兼容载波资源较为充裕, LTE-A用户可以不加限制地接入到所有载波上。
Step3:载波资源组划分完成后, 可以根据划分的结果确定UE可以接入的最大CC数目N。
2.2 资源分配
UE可能接入的载波资源组确定后, 就可以在划分的载波资源组上进行资源分配过程, 具体步骤如图2所示。
考虑到载波间的负载达到均衡, 才能够实现系统吞吐量的最大化, 故引入载波选择权重的计算, 作为后面改进的PF算法的一个因子。若N=1, 则载波选择权重Wj=1, 若N>1, 则Wj的计算公式为
式中:nj为第j个CC上已接入的UE数目。
本算法在传统的PF算法基础上加以改进, 将载波选择权重作为一个因子, 改进后的PF式如
式中:Pi, j, k为第i个用户在第j个载波上的第k个资源块上的优先级;ri, j, k为第i个用户在第j个载波上的第k个资源块上的瞬时速率;为第i个用户过去一段时间Tc内在所有接入载波上的平均速率;Tc为时间窗, 可以取值为1 000 ms。
由式 (2) 可以看出, 载波选择权重Wj能够在nj变化时及时调整, 当nj增大, 即该载波上接入的UE增多时, Wj减小, 从而减小了式 (3) 中UE在该载波上的优先级Pi, j, k, 实现了动态的载波均衡。另外, 式 (3) 中分母上采用所有接入载波的平均速率, 可以保证用户的公平性。
同时应注意在该算法中, 在为每一个UE进行完资源分配后, 应更新第j个CC上已接入的UE数目nj, 并重新计算载波权重Wj, 以适应负载的实时变化。
3 仿真结果与分析
3.1 仿真假设
设定总载波数目M=4, 后向兼容载波数为2个。当LTE用户所占比例ɑ分别为20%, 60%时, 分别观察并记录扇区吞吐量的CDF曲线变化情况。其他仿真参数如表1所示。
3.2 仿真结果及分析
运用系统仿真平台, 对ɑ=0.2, ɑ=0.6两种情形分别进行仿真。根据仿真结果, 分别作出扇区吞吐量的CDF曲线, 如图3、图4所示。
Mbit/s
图3为ɑ=0.2时扇区吞吐量的CDF曲线。在这种情况下, ɑ≤β, LTE-A用户可以不加限制地接入到所有载波上。综合图3与表2可以看出, LTE用户与LTE-A用户的吞吐量都有小幅的上升, 这是因为改进的PF算法可以实现实时的负载均衡, 系统吞吐量得以提升。
图4为α=0.6时扇区吞吐量的CDF曲线。此时满足α>β, 由式 (1) 可计算出LTE-A用户接入到非后向兼容载波的概率p=0.8。通过CDF曲线可以看出, 相比于传统的资源调度方案, 改进算法提升了LTE用户吞吐量, 使得用户公平性更好。这是因为LTE-A用户更多地分配到非后向兼容载波上, 减少了在后向兼容载波上与LTE用户对资源的竞争。
4 结语
本文在现有LTE-A系统中载波聚合调度方案的基础上, 提出了一种新的联合载波调度的资源分配方案。仿真结果表明, 该方案能够保证LTE用户的性能, 提高了用户间的公平性, 且通过实现实时的负载均衡, 提升了系统的吞吐量。
参考文献
[1]张磊.无线载波聚合系统性能分析与优化[D].北京:北京邮电大学, 2011.
[2]程顺川, 郑瑞明, 张欣, 等.LTE-Advanced系统中载波聚合技术的性能研究[J].现代电信科技, 2009 (4) :53-56.
[3]黄翠霞, 曹亘, 张欣, 等.LTE-Advanced系统中载波聚合技术性能研究[J].邮电设计技术, 2010 (7) :11-12.
下行调度 篇2
上行调度
1.UE向ENB请求上行资源 Physical channel: PUCCH Message: SR(schedule request)
SR发送的周期以及在子桢中的位置由上层的配置决定，UE在SR请求中都需要包含什么内容？
UE需要告诉ENB自己要传输的数据量，同时SR中UE必须告诉ENB自己的identity(C-RNTI)理解：根据上层的配置UE按照一定的周期在PUCCH的固定位置传输SR，而ENB对SR的发送者的识别是通过UE和ENB事先约定好的伪随机序列来实现的。当UE有发送数据的需求是，就把相应得SR置1，没有资源请求时SR为空。SR只负责告诉ENB是否有资源需求，而具体需要多少资源则由上层的信令交互告诉ENB。在TS36.213中指定：Scheduling request(SR)using PUCCH format 1，不需要进行编码调制，用presence/absence携带信息。2.上行信道质量测量
Physical signal: sounding reference signal Physical channel: PUCCH ENB给UE分配上行资源之前首先必须要知道上行信道的质量，如果UE的上行信道质量较好且有传输数据的需求，ENB才会给UE分配资源 sounding reference signal应该对UE和ENB都是已知的，ENB根据从UE接收到的sounding reference signal 和自己已知的信号的对比就可以知道当前上行信道的质量了。当然，如果信道质量的变换很快，再加上空间信号传输的延迟估计的误差，由sounding reference signal测量出的信道质量可能会变得不准确。所以UE需要每过一段时间就发送sounding reference signal给ENB，以尽可能准确地得到当前信道的质量。
3.ENB分配资源并通知UE Physical channel: PDCCH 分配完资源后ENB还必须把分配的结果告诉UE，即UE可以在哪个时间哪个载波上传输数据，以及采用的调制编码方案。
E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源（PRBs & MCS）,并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。4.UE接收资源分配结果的通知并传输数据 Physical channel: PUSCH UE首先接收ENB下发的资源分配通知，监视PDCCH以查找可能的上行传输资源分配，从common search space中获取公共信息，从UE specific search space中搜索关于自己的调度信息。
根据搜索到的结果后就可以在PUSCH对应的PRB上传输数据信息。
注意：在上行链路中没有盲解码，当UE没有足够的数据填充分配的资源时，补0 5.ENB指示是否需要重传 Physical channel: PHICH 6.UE重传数据/发送新数据 同4
下行调度
1.下行信道质量测量
ENB发送cell specific reference signal 给UE，UE估计CQI并上报给ENB。CQI不仅告诉ENB信道的质量，还包含推荐的编码调制方式。periodic CQI reporting channel: PUCCH aperiodic CQI reporting channel: PUSCH 接收到的DCI format 0的CQI request设置为1时，UE非周期上报CQI、PMI和RI 上层可以半静态地配置UE周期性地上报不同的CQI、PMI和RI 2.ENB分配下行资源
ENB根据下行信道的质量好坏自适应地分配下行资源（针对 UE选择不同的载波和slot）下行链路中，E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源（PRBs & MCS）3.ENB在下行信道传输数据 Physical channel: PDSCH 根据资源分配的结果在PDSCH上填充数据, 并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。4.UE接收数据并判断是否需要发送请求重传指示 Physical channel: PUCCH Physical channel: PDSCH UE根据检测PDCCH信道，解码对应的PDSCH信息。UE根据PDCCH告知的DCI format在common search spaces中接收PDSCH 广播控制信息。
此外，UE通过PDCCH UE specific search spaces接收PDSCH数据传输。5.ENB重传数据/发送新数据
UE申请上行资源分配，要带的信源包括：
1)上行调度请求指示(SRI, Schduling Request Indication)，是用户向基站申请上行无线资源配置的信令。
(2)ACK/NACK应答信息，用于答复下行业务数据的传输。若终端正确接收并解调发送的数据块，则通过上行控制信令向基站反馈一个ACK应答消息，否则将反馈一个NACK消息。UE针对下行数据所发送的每一个数据码字产生1bit的HARQ反馈信息。UE接收到下行数据到进行ACK/NACK反馈之间存在固定的时序关系，对于TDD系统下行子帧多于上行子帧的配置，UE将会在同一个上行子帧中反馈多个下行子帧所对应的ACK/NACK信息，多个下行子帧组成一个“反馈窗口”。
TDD-LTE系统支持两种上行ACK/NACK反馈模式：ACK/NACK合并(Bundling)和ACK/NACK复用(Multiplexing)。
ACK/NACK合并模式下，UE每次只反馈1bit(单码字传输)或2bit(双码字传输)信息。UE只有在正确接收了反馈窗口内对应同一个码字编号的所有传输块(TB)时，才向基站发送ACK信令。如果其中任意一个TB译码失败，则都会向基站反馈NACK。基站收到NACK信息后，将反馈窗口内对应同一个码字编号的所有TB都重传一次。该模式下，反馈信息传输的可靠性较高，但系统中下行传输的效率较差，因此适用于小区边缘信道条件较差的用户，以保证小区上行覆盖满足要求。ACK/NACK服用模式下，UE每次可以反馈1~4bit信息，反馈信息的数量与反馈窗口的长度相等。空间复用模式中，双码字传输时，同一个子帧内不同码字的ACK/NACK信息首先进行合并，方法同上。基站根据反馈信息可以判断出每个子帧所对应的ACK/NACK状态，并将对应NACK状态的子帧上的所有TB重传一次。该模式下，反馈信息传输的可靠性略低，但系统中下行传输效率较高，因此适用于小区中心信道条件较好的用户。