LTE中多業務的下行調度算法

　　摘要：針對現有調度算法的不足，提出了一種新的基于服務質量(QoS)的長期演進項目(LTE)的改進下行調度算法。根據多業務的用戶，該算法在修正的最大加權時延優先(M-LWDF)算法的基礎上引入了指數因子。仿真結果表明，該算法增加了時延較大的用戶被調度的幾率，提高了系統的公平性。

　　引言

　　LTE采用扁平的全IP網絡架構，其性能有了很大的提高。而調度處于媒體訪問控制(Media Access Control，MAC)層的中心環節，調度算法的好壞直接影響整個系統的性能。而現有的調度算法不能較好地滿足業務時延要求。文獻^[1][2][3]中的三種經典的調度算法Max C/I，RR和PF均未考慮業務時延要求，不適合實時業務。文獻^[4]中提出的M-LWDF算法適于高數據速率業務，考慮對頭延時(head of line，HOL)，提高了實時業務的性能，但不適于非實時業務，且是一種非公平調度算法。為了兼顧實時和非實時業務，提高用戶調度的公平性，該文提出一種基于QoS的下行調度算法，結合M-LWDF算法的優點，引入一個指數因子，結合各業務不同的QCI值和信道狀況，對有限的無線資源進行調度。文章具體安排如下：第一部分講了調度機制，第二部分分析了調度器，第三部分研究了改進的調度算法，第四部分給出了系統評估標準，第五部分闡述了下行調度的具體實現，第六部分繪出了仿真結果并進行了分析，第七部分對整篇文章進行了總結。

　　調度機制

　　目前的調度機制主要有三種：靜態調度、動態調度和半靜態調度。靜態調度就是在固定的時刻調度固定的資源，資源分配持續整個業務，它不考慮信道條件。因為在業務的整個過程均分配無線資源，所以靜態調度的最大缺點是浪費資源。而動態調度剛好相反，它根據用戶反饋的信道條件的不同，在每個TTI均動態地選擇資源進行調度，所以這種調度機制享受了信道的時頻域全分集。但它需要大量的控制信令來完成交互，這可能阻塞數據包的發送。為了減少信令的開銷，LTE針對VoIP^[5]這樣的一類傳輸包小且有一定規則的業務，提出了半靜態調度機制。該機制通過RRC進行初始配置，其重傳轉為動態調度。具有一次授權，周期使用的特點，大大節省LTE系統用于調度指示的PDCCH資源。由于LTE是針對多用戶多業務的，而用戶的業務主要分為實時業務(real time，RT)和非實時業務(Non-real time，NRT)，其中RT業務包括VoIP(Voice over Internet Phone)、Video conferencing、在線游戲等，NRT業務包括FTP、website browsing等。為了適應各類業務的需求，該文決定采用半靜態調度和動態調度有機結合的調度機制。

　　下行調度器概述

　　由圖1可知，本調度器^[7]的輸入需要考慮的因素有UE能力、eNB緩沖狀態、無線資源、QoS^[8]、業務類型和CQI、ACK的反饋等等。其中UE能力是由RRC的UECapabilityEnquiry和UEInformationRequest發送給MAC層調度模塊的。LTE可支持的終端等級為5個，從等級1到等級5，5為最高等級，1為最低等級，這些等級表現在數據的傳輸能力上(這里主要說下行方向)。調度器根據這些輸入因素采用合適的調度算法選取合適的資源進行調度，并根據信道的條件進行自適應的調整。

　　調度的改進

　　M-LWDF^[9]算法是為支持CDMA-HDR系統中多個實時數據用戶而設計的。主要思想是在PF算法的基礎上充分考慮了數據包的隊列時延因子。其計算公式如下：

　　HOL包延遲超過該用戶的時延門限值的最高概率。雖然本算法相對PF算法獲得了相對低的丟包率。但它是一種非公平算法。

　　在此基礎上對M-LWDF算法進行修改，引入了指數因子，該算法的思想是設定啟動優先級加速的警戒線，當延時因子超過警戒線時其優先級顯著增加進而獲得絕對的優先級，其具體的計算公式如下：