LTE系統分組調度算法的線性規劃求解

　　摘要：針對LTE系統中的分組調度問題，提出了一種利用線性規劃求解的方法。該模型根據分組調度算法中的基本約束求解最優化的目標函數，即盡可能提高系統的整體吞吐量。仿真結果表明，該方法對于經典調度算法中的輪詢算法(Round Robin，RR)求解在系統吞吐量方面有很大的提高。

　　引言

　　無線資源管理是長期演進(Long Term Evolution，LTE)系統的關鍵技術之一，是衡量一個移動通信系統體制是否可行、系統服務質量優劣的準則。它主要解決無線資源的有限性和用戶需求的增長和時變性之間的矛盾，其目標是利用有限的無線資源為用戶提供更高的服務質量。無線資源管理包括功率控制、分組調度和切換接入控制等關鍵技術。

　　這里主要研究方向是LTE系統的分組調度問題，提出了一種基于線性規劃模型的分組調度求解方法，并對它們在用戶公平性和系統吞吐量方面進行研究和仿真分析。

　　系統模型

　　考慮一個多小區的TDD LTE系統，小區采用三扇區定向天線，兩發兩收。扇區是分組調度的主體，每個扇區有M個用戶和N個物理資源(physical resource block，PRB)，每個PRB占用B kHz的帶寬和L個子載波。系統使用自適應調制編碼(adaptive modulation and coding，AMC)技術，根據信道的瞬時狀態采用QPSK、16QAM、64QAM三種不同的調制編碼方案(modulation and coding scheme，MCS)。系統采用靜態仿真，用戶的初始位置和方向隨機分配，當用戶逃離仿真區域時將其“抓回”重新分配位置且方向保持不變。

　　天線模型

　　每個基站均采用3扇區120度定向天線，天線方向增益為：　　

 

　　宏觀路損

　　使用3GPP TS25.814規范中定義的路損模型(只和距離有關)的路損公式來產生宏觀路損圖，路損計算公式為：。 

　　陰影衰落

　　陰影衰落是由用戶和基站間的傳播路徑中的障礙物引起的，也可以看成是地形中的一些不規則的地理因素。它通常近似為一個均值為0dB、標準差為10dB的對數正態分布。

　　陰影會在一個較大的范圍內產生影響，為了捕捉對宏小區的動態影響，這里采用了具有一定空間相關性的二維高斯過程。本模型中，用一種低復雜度的方法將空間相關性引入到高斯過程中，同時還保留它的統計屬性和位置間的相關性。

　　算法描述

　　調度算法研究中需要考慮的兩個重要方面：吞吐量和公平性。公平性一般以公平性準則來衡量，該準則是用各用戶吞吐量歸一化分布函數(CDF，Cumulative Distribution Function)曲線來表示，用所有用戶的平均吞吐量做歸一化。按照該準則，所有滿足公平性要求的調度算法，其CDF曲線一定在這三點連成的直線的右側，否則就是違反了公平性準則。　　

 

　　定義PRB的分配矩陣X和頻譜效率矩陣C，它們都是一個M×N的矩陣。其中，Xij表示用戶i在物理資源塊PRBj上的權重，這是一個邏輯值，當Xij = 1時表示PRBi分配給了用戶i，Xij = 0時則PRBj沒有被分配給用戶i。Ci,j表示用戶i在物理資源塊PRBj上的頻譜效率，單位是bit/Hz，通過鏈路級仿真獲得。