無線資源調(diào)度的論文

　　1無線資源調(diào)度基本概念

　　移動通信系統(tǒng)中的無線資源是有限的，這些無線資源包括頻率，時間，空間，功率，碼字等資源，那么，如何能充分的利用有限的無線資源滿足人們?nèi)找嬖鲩L的無線業(yè)務(wù)需求，這就是無線資源調(diào)度分配機制需要完成的任務(wù)。資源調(diào)度分配機制的定義有多種，但是廣泛認(rèn)同的定義如下：基站上的調(diào)度器要能實時動態(tài)的控制時頻資源的分配，將時頻資源在一定時間內(nèi)分配給某個用戶。調(diào)度算法要求在用戶的Qos和系統(tǒng)容量的最大化之間取得平衡。資源調(diào)度算法的三個重要的指標(biāo)分別是頻譜利用率，用戶公平性以及用戶Qos需求，從網(wǎng)絡(luò)角度來說，頻譜利用率是重要的，但是從用戶角度來說，用戶公平性和Qos是重要的，好的調(diào)度算法就是達(dá)到三者的折衷。無線資源調(diào)度主要需要化解用戶對于資源的競爭，廣義的調(diào)度要進(jìn)行時間，功率，頻率等資源的分配和共享，實現(xiàn)資源的優(yōu)化使用，這里的資源調(diào)度其實也就是資源分配。調(diào)度的目標(biāo)一是要實現(xiàn)無線資源的利用率提高和網(wǎng)絡(luò)容量的提高，二是要保證用戶的各種服務(wù)需求的質(zhì)量。無線調(diào)度技術(shù)就是在多個用戶等待接受服務(wù)的時候有合理的規(guī)則對資源進(jìn)行分配，這種對無線資源分配利用的規(guī)則就是無線調(diào)度技術(shù)，他的幾個判決原則包括最大化系統(tǒng)吞吐量，保證用戶的公平性，保證不同業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量。典型的無線調(diào)度包括盲調(diào)度和智能調(diào)度。盲調(diào)度是不需要用戶的信道質(zhì)量反饋信息，根據(jù)用戶的性能參數(shù)或完全不考慮用戶任何因素進(jìn)行調(diào)度，智能調(diào)度需要根據(jù)用戶的信道質(zhì)量反饋信息進(jìn)行調(diào)度。無線資源管理算法的基本模式是在基站實現(xiàn)，主要用資源估計器resourceestimator完成算法實現(xiàn)，對于分組業(yè)務(wù)，資源估計器resourceestimator通過接入控制（admissioncontrol）裁決決定是否介入用戶請求，為用戶請求選擇基站和信道，用戶業(yè)務(wù)信號隨后進(jìn)入業(yè)務(wù)優(yōu)先級排隊，并提供相應(yīng)信息給資源估計器resourceestimator，資源估計器resourceestimator然后經(jīng)過時間或碼資源調(diào)度，再進(jìn)行速率和功率控制，通過以上的流程完成無線資源管理和分配。

　　2傳統(tǒng)的調(diào)度算法

　　傳統(tǒng)的調(diào)度算法主要有輪詢RR算法，最大C/I算法，比例公平PF算法等。輪詢RR算法主要的方法如下：系統(tǒng)遍歷其中所有的用戶，循環(huán)的進(jìn)行調(diào)度，提供信道。RR算法主要的特點是循環(huán)調(diào)度每個用戶，使得每個用戶在任何時刻都有相同的調(diào)度機會，保證用戶的公平性，而且復(fù)雜度低，容易實現(xiàn)；但是在RR算法中，完全沒有考慮用戶的信道質(zhì)量，將不同用戶的優(yōu)先級設(shè)定為相同的，系統(tǒng)吞吐量很難提高，而且被調(diào)度的信道質(zhì)量較差的用戶不能很好的利用資源，從而降低了整個系統(tǒng)的頻譜效率。最大C/I算法的'主要方法是為信道條件最好的用戶服務(wù)，信道條件最好即為最大C/I，所以在此算法中優(yōu)先級可以用在某個時刻用戶信道的載干比值來表示，載干比較高即優(yōu)先級較高。最大C/I算法的特點是，信道條件好的用戶可以一直占用信道資源，而信道條件差的用戶調(diào)度機會較小，所以此算法中，用戶公平性差，但是系統(tǒng)吞吐量可以達(dá)到最大，頻譜效率較高，而且算法復(fù)雜度也不高。比例公平PF算法是對上述兩種算法的一種中和，使用較為普遍，比例公平算法同時考慮用戶信道質(zhì)量和前面一段時間內(nèi)此用戶在調(diào)度中獲得的吞吐量，用戶的優(yōu)先級可以用用戶某時刻信道質(zhì)量和用戶在此時刻前的一段時間窗口內(nèi)的平均吞吐量（）的比值，這樣信道質(zhì)量好的用戶在一段時間的持續(xù)調(diào)度后，優(yōu)先級就會減小，因為（）增大了。這樣在用戶的公平性和系統(tǒng)效率間取得了一定的平衡，該算法為每個用戶都分配了一個優(yōu)先級，每一個調(diào)度時刻，優(yōu)先級高的用戶會優(yōu)先進(jìn)行調(diào)度，該算法優(yōu)先級計算公式如下：（）=（）（）其中（）為用戶的優(yōu)先級，（）為的瞬時數(shù)據(jù)速率，即當(dāng)前信道質(zhì)量，（）為用戶在時間段的平均吞吐量。（）的更新規(guī)則為：（）=（11）*（1）+1*（1）比率公平算法的時間窗口的選擇是比較復(fù)雜的，實現(xiàn)相對復(fù)雜。改變不同的參數(shù)，該算法就可以帶來不同的公平性程度。

　　34GLTE系統(tǒng)的無線資源調(diào)度

　　無線通信系統(tǒng)的目前的發(fā)展方向是多載波，多天線，目前LTE系統(tǒng)已經(jīng)引入了OFDM技術(shù)，而OFDM信道的空時頻變化非常復(fù)雜，有很高的隨機性，故而在目前的無線資源管理需要考慮面對多維資源的合理分配。LTE系統(tǒng)中下行使用OF-DMA,上行使用SC-FDMA。下行資源包括頻率資源、時間資源和空間資源，上行使用頻分多址復(fù)用FDMA。LTE的最小資源單位是時頻資源塊RB。OFDMA是OFDM-FDMA的簡稱，它為不同的用戶提供一個OFDM符號的一組子載波來實現(xiàn)多用戶接入，用戶用子載波頻率來劃分�；�于OFDM的優(yōu)點，不同用戶間是不需要保護(hù)頻段的。LTE系統(tǒng)中，資源分配和調(diào)度的研究是重要一點，資源分配主要考慮對時間，帶寬和功率的動態(tài)分配，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化，資源調(diào)度指如何安排不同用戶接入OFDMA子信道，來滿足不同的用戶需求。OFDMA系統(tǒng)的資源調(diào)度可以考慮為非線性的帶約束條件的優(yōu)化，包括子載波，功率，碼字，以及用戶的質(zhì)量需求和公平性需求，信道越多，用戶越多，算法復(fù)雜程度越高。LTE在無線資源調(diào)度的過程中，要求基站調(diào)度器實時動態(tài)的控制時頻資源，并將時頻資源合理分配給不同用戶。對LTE系統(tǒng)而言，調(diào)度最終體現(xiàn)在不同用戶占用的虛擬資源塊的數(shù)量和位置，這通常和用戶的質(zhì)量需求，信道狀態(tài)以及和系統(tǒng)的整體需求有關(guān)。在調(diào)度中，對于下行鏈路，采用智能調(diào)度的模式，需要利用上行鏈路反饋的信道信息，進(jìn)行資源分配，用戶設(shè)備通過下行控制信令得知下一個傳輸周期內(nèi)的具體的下行資源塊和格式。在LTE系統(tǒng)中，功率分配一般和子載波的分配一起進(jìn)行來保證用戶Qos和系統(tǒng)容量。其中簡單有效的下行功率分配一般有如下兩種：第一是平均分配方法，將功率平均分配到每個子載波上，用戶的發(fā)射功率則取決于占用了幾個子載波；第二是路徑損耗補償方法，基本上為系統(tǒng)采用方法，取系統(tǒng)功率的一部分補償部分用戶的較大的信號衰落，其余的功率用于功率注水。LTE系統(tǒng)下行資源分配中，分配子載波的方法主要包括基于子帶方法和間隔擴展方法，基于子帶的分配是將用戶分配到一組相鄰的子載波上，基于間隔的分配中每個用戶的子載波是不連續(xù)的，將擴展到整個帶寬。LTE系統(tǒng)上行資源分配在LTE的調(diào)度中，下行鏈路用來通知用戶所獲得的具體的資源塊和傳輸格式，上行如果是基于調(diào)度的接入，那么用戶根據(jù)獲得的時頻資源，選擇相應(yīng)的時隙和頻率資源進(jìn)行信號的發(fā)送。

　　4.5G移動通信系統(tǒng)的資源調(diào)度方案探討

　　5G移動通信系統(tǒng)

　　希望實現(xiàn)現(xiàn)有的無線通信技術(shù)融合，峰值速率希望達(dá)到10Gbps，希望引入更先進(jìn)技術(shù)，通過更加高的頻譜效率，更多的頻譜資源和增加更多的小區(qū)來滿足移動業(yè)務(wù)增長的需求，實現(xiàn)高速率，高容量，低時延，高可靠性。5G移動通信系統(tǒng)資源調(diào)度方案應(yīng)該具有以下特征。

　　4.1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)要求在網(wǎng)絡(luò)多樣性和終端差異性的前提下依然保持移動用戶在任何條件下都擁有無縫業(yè)務(wù)，異構(gòu)的無線資源不僅包括無線頻譜，也包括其他資源，例如接入權(quán)限，連接方式等，所以未來的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理在多個方面進(jìn)行擴展，首先在資源的內(nèi)涵，資源的取值范圍和資源之間的關(guān)系都有所擴展，其次，由于資源內(nèi)涵的擴展，一維變量已經(jīng)不能表達(dá)出資源分配的狀態(tài)，需要多維變量動態(tài)表征，所以5G移動通信系統(tǒng)的資源分配需要為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的不同接入網(wǎng)動態(tài)分配資源，進(jìn)行頻譜管理。

　　4.2鏈路自適應(yīng)技術(shù)

　　鏈路自適應(yīng)技術(shù)基本的方法就是要以當(dāng)前無線信道的變化狀態(tài)為基礎(chǔ)，快速確定要選擇的鏈路速率和調(diào)制方式以及其他資源，這被稱為自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AdaptiveModulationandCoding，AMC)。鏈路自適應(yīng)技術(shù)對資源的選擇是不斷動態(tài)變化的，目標(biāo)增加系統(tǒng)容量。若使用AMC，在空中無線環(huán)境的不斷變化的狀態(tài)中，系統(tǒng)不再改變終端的發(fā)射功率了，而是改變調(diào)制和編碼方式，這就是調(diào)制編碼方案MCS。AMC改變的是調(diào)制和編碼方式，取代了改變發(fā)射功率，以此方式在不同的信道狀態(tài)下獲得最大的吞吐量，所以需要建立一個MCS調(diào)制編碼傳輸格式集合，每個集合包括調(diào)制方式和編碼速率，當(dāng)信道發(fā)生變化的時候，系統(tǒng)會選擇相應(yīng)的傳輸格式。

　　5總結(jié)

　　未來用戶多媒體信息，視頻，音頻等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求將不斷發(fā)展，需要未來的移動通信系統(tǒng)采用更合理的無線資源管理與資源調(diào)度算法來解決有限的無線資源和不斷發(fā)展的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的矛盾。目前，5G移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究已經(jīng)在不斷開展中，隨著5G制式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)的不斷標(biāo)準(zhǔn)化，對于5G移動通信系統(tǒng)的無線資源管理也將不斷深入開展下去。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]5GWhitePaper.5GRadioAccess：Requirements，ConceptandTechnologies[Z].2014.

　　[2]閆麗生.5G系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與進(jìn)展[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2015.28(4):33-37.

　　[3]王映民,孫韶輝.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:人民郵電出版社,2011.

　　[4]趙訓(xùn)威,林輝.3GPP長期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M].北京:人民郵電出版社,2010.

　　[5]錢耕之,任參軍,唐蘇文,等.基于多業(yè)務(wù)QoS的LTE下行資源分配算法[J]．通信技術(shù),2010.43(4):190-192.

　　[6]劉博.LTE中基于QoS的下行分組調(diào)度算法的研究[D].長春:吉林大學(xué),2011.