LTE資源調度及其算法的比較

摘 要：首先，本文講述了LTE系統的基本內容，然后，文本對各類算法進行介紹和比較。最后，本文匯總了一些調度在實際應用中碰到的問題，提出對于此類問題的一些可能解決辦法。

關鍵詞：LTE；資源分配；調度算法；Qos

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-02

一、LTE概述目前國內外的LTE商用正如火如荼的進行，更快的移動寬帶體驗使我們離移動互聯網更近

相比目前各個第三代移動通信系統，LTE具有如下主要技術特點[1]：提高通信速率和頻譜效率，系統的最大帶寬為20MHZ，在這樣的帶寬下，下行峰值速率為150Mb/s，上行峰值速率為50Mb/s；除了20MHz的最大帶寬外，還能夠支持1.5MHz、3MHz、5MHz、10MHz和15MHz等系統帶寬，以及“成對”和“非成對”頻段的部署，以保證未來在系統部署上的靈活。LTE-A更支持多載波聚合，達到更高的速率。

另外LTE要求在滿足高速目標外盡可能平滑地實現技術進步，所以要求新的無線接入技術必須與現有的3G無線接入技術并存，并且能與現有無線網絡以及其替代版本兼容[2]。

二、LTE調度算法

（一）最大載干比調度算法

最大載干（Maximum Carrier to Interference，Max C/I）調度算法是一種典型的利用“多用戶分集”的效果來實現最大化系統吞吐量的調度算法。其基本思想是完全根據用戶信道質量的好壞來進行調度，不考慮用戶的數據量請求大小，也不考慮用戶的隊列信息，在每一調度時刻，總是服務于信道質量最好的用戶。該算法可獲得最大的系統吞吐量，所得到的系統容量可以作為其他調度算法的上界。

（二）輪循算法

輪循算法（RR，Round Robin）是一種最簡單、最公平的調度算法。其主要的思想是，以犧牲吞吐量為代價，公平地為系統內的每個用戶提供資源，盡量保證能以相等的機會分配相同大小的資源給系統中的每個用戶，而不考慮總吞吐量應該盡量大。

（三）公平算法

公平調度算法（PF，Proportional Fair）兼顧用戶的公平性和系統的吞吐量。由于它結合了輪詢調度算法和最大載干比調度算法的優點，所以已經成為無線通信系統中的一個最流行調度算法。該算法的主要缺點是沒有考慮不同業務的QoS要求，特別是時延要求。

（四）最早到期優先算法

最早到期優先（Earliest Deadline First，EDF）算法屬于動態優先級調度算法。此類算法的基本思路是：給每個隊列分配一個時延參數D作為時延上界，以及分組到達時間A，這兩個參數分別對應隊列中每個分組的Qos參數中分組到達時間和最大時延。為每一個到達的分組計算時間標簽T=A+D作為到期時間（deadline）。然后按照到期時間從小到大，將所有分組進行排隊。T每次調度具有最小到期時間T的分組。它通過保證滿足各任務對截止時間的要求的來確定任務的優先權。

這種算法主要用于對時延敏感業務的調度，但對系統吞吐量以及不同用戶之間的公平性沒有考慮。算法復雜度主要體現在每個分組的時延標簽計算和排序。

（五）改進的最大權重時延優先算法

考慮到實時業務的時延敏感特性，Andrew提出了一種將時延敏感融于PF的調度算法：改進的最大權重時延優先算法（M-LWDF，Modified Largest Weighted Delay First），M-LWDF算法的主要思想是將分組數據包的時延和如何有效利用信道信息一起平衡考慮，其用戶優先級的計算不僅和用戶當前的信道質量有關，還和包的隊列時延有關。

M-LWDF基于PF調度算法，一方面具有PF調度算法在公平性及資源利用率上的優點，另一方面數據等待時延增加，優先級逐步增加，從而可將數據包的等待時延控制在一定范圍。該算法在小區吞吐量有更好的QoS，一般有2-3秒的排隊時延。然后對信道條件差的用戶來說，該算法會造成這些用戶的數據包在基站側有較大的時延，當時時延超過用戶的最大容忍時間就會拋棄。

K/HMPF算法由Knopp和Humlet提出的KH算法是自適應OFDMA系統中著名的無線資源分配算法，這算法在每一個OFDM符號內，為每一個子載波選擇信道條件最好的用戶發送數據[3]。KH算法能夠實現系統的最大吞吐量，但是不能保證這些用戶的QoS和公平性。

而MPF（Multi-Carrier PF）是一種基于PF算法的改進，其為用戶提供了與其Qos級別相應的發送機會，并且實現了數據的公平發送[4]。該算法對KH算法進行改進，可以實現系統吞吐量和公平性的折中，同時滿足不同用戶多種級別的QoS要求，但在系統吞吐量較KH算法會有所降低。

為了將二者的優勢聯合，提出了KH MPF算法，此方法將MAC層分組調度算法與物理層的無線資源分配調度算法的有機的結合。算法的基本思想如下：首先，為每個子載波選擇當前發送速率最高的用戶k。接下來對已經分配號的子載波按照一定的原則進行微調，對部分用戶的子載波重新分配，目的是讓一些子載波數目相對富余的用戶出部分子載波給那些沒有達到最小速率限制的用戶，使他們可以獲得更多的子載波，以保證其QoS在傳輸速率方面的要求。

三、調度算法的實際應用

無線資源模塊是一個密不可分的邏輯實體，各種技術之間相互影響，相互聯系。但就調度模塊來說與其他模塊也有不同程度的聯系，下面就重點分析調度和其他模塊的關系[5]：

（一）調度和功率控制

分組數據業務可以在不同類別的業務信道上進行傳輸，不同的信道對于支持的功率控制方案也有所不同。例如在3GPP LTE標準中，支持分組數據傳輸的信道有三種類型：上下行共享信道（PUSCH/PDSCH）、上下行公共控制信道（PUCCH/PDCCH）、隨機接入信道（PRACH）。

其中PUSCH/PDSCH和PDCCH/PUCCH支持快速閉環功率控制，而PRACH不支持快速閉環功率控制。所以需要綜合考慮快速閉環功控和外環功率控制算法對業務信道的影響，而研究開環功率控制對控制信道PRACH的影響。

（二）調度和切換控制

當移動臺處于軟切換狀態時，分組調度控制器的工作必須考慮到激活集內所有基站的物理資源和空中接口的負載狀況。傳輸信道中只有專用信道才支持軟切換，所以當移動臺在專有信道連接狀態并處于軟切換狀態時，分組調度可以在所有激活集小區中分別進行。因此，不同的分組調度控制器的響應，如調度得到的比特速率可能各不相同，然而最終選擇的比特速率是根據激活集內復雜最重的小區來確定的，它將按照最低的比特速率進行調度。

（三）調度和負載控制

因為分組控制器的本身屬于負載控制器的重要組成部分，所以分組調度控制器和負載調度器緊密聯系在一起。例如，如果檢測到某小區內的負載超過門限值，調度控制器通過減少該小區中用戶的比特速率來降低負載；如果檢測到該小區負載很小，與預置的負載門限值差額很大，將通過增加小區中用戶的比特速率來增加小區的負載。這樣，分組調度算法配合對非實時用戶負載的控制，可以將系統的負載保持在期望的水平。

四、結束語

我們了解了LTE系統的發展概況，探討了適用于LTE系統下行鏈路的無線資源分組調度算法，并對這些算法進行了比較分析，指出了分組調度算法的發展方向，并在實際應用中碰到的問題，提出對于此類問題的一些可能解決方法。

參考文獻：

[1]鄭侃，趙慧，王文博.3G長期演進技術和系統設計[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2]聶霄.LTE性能評估[D].北京郵電大學，2007.

[3]Jang J.，Lee K.B.，Lee Y.H Transmit Power and Bit Allocations for OFDM System in a fading Channel[J].IEEE Globe COM，2003（06）：858-862.

[4]SUN Z.S，YIN C.C，YUE G.X Reduced Complexity Proportional Fair Scheduling for OFDMA System[A].2006 International Conference on Communications，Circuits and system Proceedings[C]，2006：1221-1225.

[5]宋艦，李樂民.無線網絡中的分組調度算法.通信學報，2003.

[作者簡介]朱建華（1979.09-），男，在職研究生，研究方向：LTE相關技術研究。