LTE系統(tǒng)資源動(dòng)態(tài)分配算法研究.pdf

1、近年來(lái)隨著無(wú)線接入技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線多媒體應(yīng)用（例如語(yǔ)音電話，網(wǎng)頁(yè)瀏覽，視頻電話和視頻流等）變得越來(lái)越廣泛，通常這些應(yīng)用對(duì)于延時(shí)和帶寬有著嚴(yán)格的要求，然而無(wú)線信道是隨機(jī)變化的，這就給蜂窩網(wǎng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為了解決這些問(wèn)題，3GPP啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)(LTE)，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于4G網(wǎng)的發(fā)展具有里程碑式的重要意義。LTE的一個(gè)重要特性是對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度以提高系統(tǒng)性能，包括綜合考慮信道狀況和服務(wù)質(zhì)量（QoS）來(lái)為多個(gè)用戶分配時(shí)域資源和頻域資

2、源。目前，3GPP并沒有標(biāo)準(zhǔn)化LTE中的資源調(diào)度算法，因?yàn)椴煌W(wǎng)絡(luò)負(fù)載下資源調(diào)度算法的性能不同，所以需要對(duì)特定的場(chǎng)景進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。本文研究了LTE系統(tǒng)環(huán)境中的資源優(yōu)化問(wèn)題，主要研究工作概括如下:
　　1)在LTE上行資源調(diào)度算法中，用戶設(shè)備(UE)緩存數(shù)據(jù)量的大小是通過(guò)緩存狀態(tài)報(bào)告（BSR）幀格式中的緩沖區(qū)大小索引字段來(lái)表示的。BSR具有一定的滯后性并且匯報(bào)精度較低，因此會(huì)造成資源的浪費(fèi)。為了提高系統(tǒng)資源的利用效率，本文提出了

3、一種精細(xì)BSR匯報(bào)算法。對(duì)較大索引值所對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)大小進(jìn)行細(xì)化，將其分別設(shè)置成一個(gè)帶有64個(gè)索引值的二代表，再通過(guò)媒介訪問(wèn)控制(MAC)單元子頭部中的一個(gè)預(yù)留比特位來(lái)指定是否需要查詢二代表。通過(guò)一定的映射規(guī)則，更加精細(xì)的反映了UE上行緩存狀態(tài)信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文算法在不需要增加額外信令開銷的前提下，減小了BSR的匯報(bào)誤差，提高了無(wú)線資源調(diào)度的效率，有效地改善了系統(tǒng)資源利用率。
　　2)在LTE下行資源調(diào)度系統(tǒng)中，為滿足不同用戶的

4、QoS需求，本文在綜合考慮用戶隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)和資源塊(RBs)容量的基礎(chǔ)上，提出了一種基于緩存的自適應(yīng)資源調(diào)度方案以最大化系統(tǒng)吞吐量。首先，運(yùn)用大偏差原理計(jì)算隊(duì)列溢出概率，根據(jù)剩余生命時(shí)間值和隊(duì)列溢出概率確定用戶隊(duì)列優(yōu)先級(jí)。然后，根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)提出一種基于在線測(cè)量的方法動(dòng)態(tài)分配RBs來(lái)調(diào)整用戶隊(duì)列的服務(wù)率以避免隊(duì)列溢出，同時(shí)滿足QoS需求。該在線算法基于對(duì)系統(tǒng)的觀察來(lái)估計(jì)隊(duì)列的溢出情況，并不需要有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的先驗(yàn)知識(shí)。仿真結(jié)果顯示，相對(duì)于其他

5、傳統(tǒng)調(diào)度算法，本文所提出的算法在保證用戶公平性和降低平均比特丟失率的同時(shí)提高了系統(tǒng)的吞吐量。
　　3)在LTE多播環(huán)境下，通過(guò)可伸縮視頻編碼(SVC)技術(shù)為每一個(gè)視頻層分配調(diào)制編碼方式(MCS)，使得信道狀況好的用戶可以接收到更高的視頻質(zhì)量，同時(shí)確保信道狀況差的用戶可以獲得基本的視頻質(zhì)量。本文通過(guò)為不同的視頻會(huì)話層挑選MCS、傳輸功率和RBs最大化所有用戶可接收到的總體視頻質(zhì)量。在單個(gè)會(huì)話環(huán)境下，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃為每一層分配MCS和功

6、率，并通過(guò)次梯度算法更新拉格朗日因子將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)偶問(wèn)題，求出最優(yōu)解?；趩蝹€(gè)會(huì)話的優(yōu)化結(jié)果，在多個(gè)會(huì)話環(huán)境下，通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法為每一個(gè)視頻會(huì)話分配RBs。數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提算法的有效性。
　　4)在LTE可伸縮視頻單播環(huán)境中，本文提出了一種基于比例公平的優(yōu)化算法來(lái)最大化系統(tǒng)吞吐量。在SVC視頻傳輸過(guò)程中，通過(guò)資源優(yōu)化調(diào)度，確保所有視頻會(huì)話的基本層數(shù)據(jù)都能夠得到傳輸，并對(duì)增強(qiáng)層數(shù)據(jù)進(jìn)行比例公平的調(diào)度。該資源優(yōu)化問(wèn)題是一