LTE系统上行链路调度算法研究



《北京交通大学》 2013年         

LTE系统上行链路调度算法研究

徐莹莹  

【摘要】：3GPP长期演进(LTE)具有更低的传输时延、更高的传输速率、优化网络架构、降低运营费用等众多优点,作为最具影响力的宽带移动通信标准之一获得了较快发展。无线资源管理是LTE系统设计中的关键技术之一,MAC层对无线资源的合理调度是保证各用户多业务QoS、维持系统稳定工作不可或缺的一环。如何为各类业务提供QoS保证,同时充分利用宝贵的无线频谱资源,是调度环节必须解决的问题。本文在研究LTE的技术背景、特征、协议架构以及LTE上行链路的基本原理的基础上,对LTE MAC层上行链路的常见调度算法准则进行归纳和总结,并结合比例公平算法和最大载干比算法分别提出了两种改进算法。搭建系统级仿真平台,对不同的算法进行仿真验证。具体的工作主要包括： (1)研究了LTE系统上行关键技术,包括LTE上行链路的帧结构、上行参考信号、上行功率控制、自适应技术、半静态调度等内容。比较了LTE上行SC-FDMA和下行OFDMA系统的区别,并对SC-FDMA的峰均比特性进行了分析。介绍了MAC层在LTE系统中的位置和相关的功能。 (2)对资源分配方案进行研究,提出了整体资源调度方案,分为时域调度、PUCCH CCE调度、频域调度三部分。针对本次仿真的上行链路的资源分配提出了方案,采用非跳频、跳频Type1和跳频Type2。 (3)对经典的分组调度算法进行了分析和对比,结合比例公平算法和最大载干比算法分别提出了两种算法,这两种算法同时考虑用户的QoS和系统的频谱效率,并在每次调度时预选出QoS和频谱效率综合排序靠前的用户,旨在保证用户QoS的同时最大化系统吞吐量。 (4)利用C++搭建LTE系统级仿真平台,并在仿真中对所提出的改进后调度算法进行验证。测试不同算法的公平性、吞吐量、频谱效率等参量。从仿真结果可以看出,改进后的PF算法的公平性提高了约10%,用户吞吐量和小区频谱效率提高了超过15%；改进后Max C/I算法的公平性提高了约20%,60%的中低吞吐量UE的用户吞吐量提高了,边缘吞吐量和边缘用户频谱效率也得到了改善。

【关键词】： LTE 分组调度 最大载干比 比例公平 资源分配
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-15
• 1.1.1 LTE技术的发展12-13
• 1.1.2 LTE标准化13
• 1.1.3 LTE无线资源管理13-15
• 1.2 研究意义15
• 1.3 本文结构安排15-17
• 2 LTE上行链路基本原理17-33
• 2.1 LTE系统上行相关技术17-25
• 2.1.1 系统的无线帧结构17
• 2.1.2 上行参考信号17-19
• 2.1.3 上行功率控制19
• 2.1.4 自适应技术19-23
• 2.1.5 半静态调度23-25
• 2.2 LTE上行SC-OFDM系统25-28
• 2.2.1 SC-FDMA基本原理25-27
• 2.2.2 SC_FDMA与OFDMA的区别27-28
• 2.3 MAC层28-32
• 2.3.1 MAC的位置29-30
• 2.3.2 MAC子层的服务30-31
• 2.3.3 MAC子层功能31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 分组调度算法33-45
• 3.1 分组调度算法基本概念33-34
• 3.2 调度算法影响因素34-35
• 3.3 分组调度算法的评判标准35-38
• 3.3.1 吞吐量35-36
• 3.3.2 公平性36-37
• 3.3.3 频谱效率37
• 3.3.4 服务质量QoS37-38
• 3.4 经典调度算法38-42
• 3.4.1 RR算法39-40
• 3.4.2 Max C/I算法40-41
• 3.4.3 PF算法41-42
• 3.5 经典改进算法42-43
• 3.5.1 EDF算法42-43
• 3.5.2 M-LWDF算法43
• 3.6 各种算法性能比较43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 4 LTE MAC层设计及资源分配方案研究45-55
• 4.1 资源调度方案45-50
• 4.1.1 资源调度总体框架45
• 4.1.2 时域调度器45-48
• 4.1.3 PUCCH CCE调度48-49
• 4.1.4 频域调度49-50
• 4.2 资源分配类型50-53
• 4.2.1 LTE资源分配类型50-53
• 4.3 上行资源分配策略53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 LTE系统上行分组调度算法的改进和仿真55-71
• 5.1 算法思想模型55
• 5.2 改进后的算法55-61
• 5.2.1 改进后算法流程55-56
• 5.2.2 UE预选56-58
• 5.2.3 UE调度模式选择58-59
• 5.2.4 改进后的PF算法权重值计算59-60
• 5.2.5 改进后的Max C/I算法权重值计算60-61
• 5.3 LTE系统调度仿真平台61-65
• 5.3.1 系统上行调度器设计61-62
• 5.3.2 仿真参数设置62-65
• 5.4 仿真结果与性能分析65-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-72
• 参考文献72-75
• 附录75-76
• 缩写词索引76-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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