LTE资源调度及其算法的比较

LTE资源调度及其算法的比较

摘要：首先，本文讲述了LTE系统的基本内容，然后，文本对各类算法进行介绍和比较。最后，本文汇总了一些调度在实际应用中碰到的问题，提出对于此类问题的一些可能解决办法。

关键词：LTE；资源分配；调度算法；Qos

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2015）02-0000-02

一、LTE概述目前国内外的LTE商用正如火如荼的进行，更快的移动宽带体验使我们离移动互联网更近

相比目前各个第三代移动通信系统，LTE具有如下主要技术特点[1]：提高通信速率和频谱效率，系统的最大带宽为20MHZ，在这样的带宽下，下行峰值速率为150Mb/s，上行峰值速率为50Mb/s；除了20MHz的最大带宽外，还能够支持1.5MHz、3MHz、5MHz、10MHz和15MHz等系统带宽，以及“成对”和“非成对”频段的部署，以保证未来在系统部署上的灵活。LTE-A更支持多载波聚合，达到更高的速率。

另外LTE要求在满足高速目标外尽可能平滑地实现技

术进步，所以要求新的无线接入技术必须与现有的3G无线接入技术并存，并且能与现有无线网络以及其替代版本兼容[2]。

二、LTE调度算法

（一）最大载干比调度算法

最大载干（Maximum Carrier to Interference，Max C/I）调度算法是一种典型的利用“多用户分集”的效果来实现最大化系统吞吐量的调度算法。其基本思想是完全根据用户信道质量的好坏来进行调度，不考虑用户的数据量请求大小，也不考虑用户的队列信息，在每一调度时刻，总是服务于信道质量最好的用户。该算法可获得最大的系统吞吐量，所得到的系统容量可以作为其他调度算法的上界。

（二）轮循算法

轮循算法（RR，Round Robin）是一种最简单、最公平的调度算法。其主要的思想是，以牺牲吞吐量为代价，公平地为系统内的每个用户提供资源，尽量保证能以相等的机会分配相同大小的资源给系统中的每个用户，而不考虑总吞吐量应该尽量大。

（三）公平算法

公平调度算法（PF，Proportional Fair）兼顾用户的公平性和系统的吞吐量。由于它结合了轮询调度算法和最大载干比调度算法的优点，所以已经成为无线通信系统中的一个最流行调度算法。该算法的主要缺点是没有考虑不同业务的QoS要求，特别是时延要求。

（四）最早到期优先算法

最早到期优先（Earliest Deadline First，EDF）算法属于动态优先级调度算法。此类算法的基本思路是：给每个队列分配一个时延参数D作为时延上界，以及分组到达时间A，这两个参数分别对应队列中每个分组的Qos参数中分组到达时间和最大时延。为每一个到达的分组计算时间标签T=A+D 作为到期时间（deadline）。然后按照到期时间从小到大，将所有分组进行排队。T每次调度具有最小到期时间T的分组。它通过保证满足各任务对截止时间的要求的来确定任务的

优先权。

这种算法主要用于对时延敏感业务的调度，但对系统吞吐量以及不同用户之间的公平性没有考虑。算法复杂度主要体现在每个分组的时延标签计算和排序。

（五）改进的最大权重时延优先算法

考虑到实时业务的时延敏感特性，Andrew提出了一种将时延敏感融于PF的调度算法：改进的最大权重时延优先算法（M-LWDF，Modified Largest Weighted Delay First），

M-LWDF算法的主要思想是将分组数据包的时延和如何有

效利用信道信息一起平衡考虑，其用户优先级的计算不仅和用户当前的信道质量有关，还和包的队列时延有关。

M-LWDF基于PF调度算法，一方面具有PF调度算法在公平性及资源利用率上的优点，另一方面数据等待时延增加，优先级逐步增加，从而可将数据包的等待时延控制在一

定范围。该算法在小区吞吐量有更好的QoS，一般有2-3秒的排队时延。然后对信道条件差的用户来说，该算法会造成这些用户的数据包在基站侧有较大的时延，当时时延超过用户的最大容忍时间就会抛弃。

K/H&MPF算法由Knopp和Humlet提出的K&H算法是自适应OFDMA系统中著名的无线资源分配算法，这算法在每一个OFDM符号内，为每一个子载波选择信道条件最好的用户发送数据[3]。K&H算法能够实现系统的最大吞吐量，但是不能保证这些用户的QoS和公平性。

而MPF（Multi-Carrier PF）是一种基于PF算法的改进，其为用户提供了与其Qos级别相应的发送机会，并且实现了数据的公平发送[4]。该算法对K&H算法进行改进，可以实现系统吞吐量和公平性的折中，同时满足不同用户多种级别的QoS要求，但在系统吞吐量较K&H算法会有所降低。

为了将二者的优势联合，提出了K&H MPF算法，此方法将MAC层分组调度算法与物理层的无线资源分配调度算法的有机的结合。算法的基本思想如下：首先，为每个子载波选择当前发送速率最高的用户k。接下来对已经分配号的子载波按照一定的原则进行微调，对部分用户的子载波重新分配，目的是让一些子载波数目相对富余的用户出部分子载波给那些没有达到最小速率限制的用户，使他们可以获得更多的子载波，以保证其QoS在传输速率方面的要求。

三、调度算法的实际应用

无线资源模块是一个密不可分的逻辑实体，各种技术之间相互影响，相互联系。但就调度模块来说与其他模块也有不同程度的联系，下面就重点分析调度和其他模块的关系[5]：

（一）调度和功率控制

分组数据业务可以在不同类别的业务信道上进行传输，不同的信道对于支持的功率控制方案也有所不同。例如在

3GPP LTE标准中，支持分组数据传输的信道有三种类型：上下行共享信道（PUSCH/PDSCH）、上下行公共控制信道（PUCCH/PDCCH）、随机接入信道（PRACH）。其中PUSCH/PDSCH和PDCCH/PUCCH支持快速闭环功率控制，而PRACH不支持快速闭环功率控制。所以需要综合考虑快速闭环功控和外环功率控制算法对业务信道的影响，而研究开环功率控制对控制信道PRACH的影响。

（二）调度和切换控制

当移动台处于软切换状态时，分组调度控制器的工作必须考虑到激活集内所有基站的物理资源和空中接口的负载状况。传输信道中只有专用信道才支持软切换，所以当移动台在专有信道连接状态并处于软切换状态时，分组调度可以在所有激活集小区中分别进行。因此，不同的分组调度控制器的响应，如调度得到的比特速率可能各不相同，然而最终