LTE系統(tǒng)資源動態(tài)分配算法研究.pdf

1、近年來隨著無線接入技術(shù)的進步，無線多媒體應(yīng)用（例如語音電話，網(wǎng)頁瀏覽，視頻電話和視頻流等）變得越來越廣泛，通常這些應(yīng)用對于延時和帶寬有著嚴格的要求，然而無線信道是隨機變化的，這就給蜂窩網(wǎng)的設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，3GPP啟動了長期演進系統(tǒng)(LTE)，這項技術(shù)對于4G網(wǎng)的發(fā)展具有里程碑式的重要意義。LTE的一個重要特性是對資源進行優(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）來為多個用戶分配時域資源和頻域資

2、源。目前，3GPP并沒有標準化LTE中的資源調(diào)度算法，因為不同網(wǎng)絡(luò)負載下資源調(diào)度算法的性能不同，所以需要對特定的場景進行針對性的設(shè)計。本文研究了LTE系統(tǒng)環(huán)境中的資源優(yōu)化問題，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)量的大小是通過緩存狀態(tài)報告（BSR）幀格式中的緩沖區(qū)大小索引字段來表示的。BSR具有一定的滯后性并且匯報精度較低，因此會造成資源的浪費。為了提高系統(tǒng)資源的利用效率，本文提出了

3、一種精細BSR匯報算法。對較大索引值所對應(yīng)的緩沖區(qū)大小進行細化，將其分別設(shè)置成一個帶有64個索引值的二代表，再通過媒介訪問控制(MAC)單元子頭部中的一個預(yù)留比特位來指定是否需要查詢二代表。通過一定的映射規(guī)則，更加精細的反映了UE上行緩存狀態(tài)信息。實驗結(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的匯報誤差，提高了無線資源調(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列的優(yōu)先級和資源塊(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，運用大偏差原理計算隊列溢出概率，根據(jù)剩余生命時間值和隊列溢出概率確定用戶隊列優(yōu)先級。然后，根據(jù)用戶優(yōu)先級提出一種基于在線測量的方法動態(tài)分配RBs來調(diào)整用戶隊列的服務(wù)率以避免隊列溢出，同時滿足QoS需求。該在線算法基于對系統(tǒng)的觀察來估計隊列的溢出情況，并不需要有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的先驗知識。仿真結(jié)果顯示，相對于其他

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提高了系統(tǒng)的吞吐量。
　　3)在LTE多播環(huán)境下，通過可伸縮視頻編碼(SVC)技術(shù)為每一個視頻層分配調(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。本文通過為不同的視頻會話層挑選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。在單個會話環(huán)境下，運用動態(tài)規(guī)劃為每一層分配MCS和功

6、率，并通過次梯度算法更新拉格朗日因子將原問題轉(zhuǎn)化為對偶問題，求出最優(yōu)解。基于單個會話的優(yōu)化結(jié)果，在多個會話環(huán)境下，通過動態(tài)規(guī)劃的方法為每一個視頻會話分配RBs。數(shù)值仿真結(jié)果驗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)化算法來最大化系統(tǒng)吞吐量。在SVC視頻傳輸過程中，通過資源優(yōu)化調(diào)度，確保所有視頻會話的基本層數(shù)據(jù)都能夠得到傳輸，并對增強層數(shù)據(jù)進行比例公平的調(diào)度。該資源優(yōu)化問題是一