一种LTE通信系统中面向实时业务的分组调度方法

摘要

本发明涉及长期演进(Long Term Evolution，LTE)通信系统的调度功能，尤其涉及一种LTE通信系统中实时业务的分组调度。本发明首先依据系统的具体负载和用户的时延特性，选出优先级最高的一组用户。其次，对优先级最高的一组用户进行组内排序，分配当前的调度资源(Resource Block Group,RBG)给组内优先级最高的用户。本发明设置了优先级表达式，式中考虑了用户信道环境，同时还考虑了用户的时延和保证比特速率(Guranteed Bit Rate,GBR)以保证用户QoS等级，并实现不同实时业务对分组延迟要求的差异。

说明书

技术领域

本发明涉及长期演进(Long Term Evolution，LTE)通信系统的调度功能，尤 其涉及一种LTE通信系统中实时业务的分组调度。

背景技术

LTE是由第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP) 组织制定的通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS) 技术标准的长期演进,以其高速率、低时延等特点，越来越受到世界各大运营商和设 备厂商的广泛关注。随着用户数以及业务类型的不断增加，系统中的无线资源管理 面临着越来越大的挑战。如何在恶劣的无线传播环境以及用户运动且互相干扰的情 况下为各类业务提供QoS保证，同时充分利用珍贵的无线频谱资源，是LTE系 统必须认真解决的问题。

分组调度技术作为无线资源管理的关键技术之一，其主要任务是为无线用户的 分组业务合理分配无线资源，在保证用户公平性的前提下，可有效提高移动信道利 用率和业务的服务质量(Quality of Service，QoS)。根据针对的业务类型，调度算 法通常会分为针对实时业务和非实时业务两大类。在专利号为：201410657885.2， 专利名称为：一种LTE通信系统中基于混合业务的分组调度方法实时业务的调度方 法中,曾经公开过一种调度方法，该方法首先按照业务将用户划分为实时业务 (Guranteed Bit Rate，GBR)用户和非实时业务(Non-Guranteed Bit Rate，Non-GBR) 用户。不同类型的用户采取不同的调度方案，针对GBR用户，先把用户划分为过 载用户和非过载用户，过载用户即时延无法满足QoS要求的用户。HOL分组时延 越大，非过载用户的分组优先级越高，过载用户的优先级越低。针对Non-GBR用 户，为了保证用户数据的完整性，将用户划分为重传用户和新传用户，且重传用户 的优先级高于新传用户。这种方法能够满足不同实时业务对分组延迟要求的差异， 自适应调整内部参数实现多种实时业务的QoS要求，在非实时业务调度时体现出对 用户业务完整性的考察。

发明内容

本发明在同样可以满足不同实时业务对分组时延的不同要求的情况下提出了 一种LTE通信系统中基于实时业务的分组调度方法。本发明只针对实时业务进行调 度，复杂度较低，将调度流程划分两个部分，先分组后从组内选出优先级最高的用 户，可以拥有更好的调度表现；在QoS方面不仅考虑了分组时延，信道环境，而且 考虑了用户的GBR速率，可以满足更高的QoS要求。

本发明首先依据系统的具体负载和用户的时延特性，选出优先级最高的一组用 户。其次，对优先级最高的一组用户进行组内排序，分配当前的调度资源(Resource  Block Group,RBG)给组内优先级最高的用户。本发明设置了优先级表达式，式中 考虑了用户信道环境，同时还考虑了用户的的时延和保证比特速率(Guranteed Bit  Rate,GBR)以保证用户QoS等级，并实现不同实时业务对分组延迟要求的差异。

一种LTE通信系统中面向实时业务的分组调度方法，包括如下步骤：

S1、定义一个用户i的紧急程度其中，τ_i为用户i所能允许的最大 分组时延，为用户i的缓存队列头数据包的等待时延，即分组时延(Head Of Line， HOL)，i＝1,2,3,...,n，n为不为零的自然数；

S2、判断系统负载情况：

A、系统无法满足所有用户的调度需求时，则判断系统负载过高，转入S3，

B、系统可以满足所有用户的调度需求时，则判断系统负载正常，转入S4；

S3、将系统中m_i＜0和m_i＞λ的用户划分到区间K，转入S4，所述区间K对应 的用户组优先级最低，其中，λ≥5000且λ为实数；

S4、根据系统负载情况函数S(E,n,W)将系统内紧急程度为0≤m_i≤λ的用户按照 m_i的大小进行排序,将排序后的用户平均划分若干个用户组，每个用户组对应一个 区间，所述区间的上限值越大则对应的用户组优先级越高，其中，所述系统负载情 况函数S(E,n,W)中的E表示信道的环境参数，n表示系统中用户的个数，W表示噪 声；

S5、选择S4所述优先级最高的用户组G，假设所述用户组G共有a个用户， 根据公式计算组内用户的调度优先级，得到组内优 先级最高的用户Q，其中，为单调递增函数，GBRⁱ用户i的保证比特速率 (Guranteed Bit Rate,GBR),r_i(t)为用户i在第t个时间传输间隔(Time Transmission  Interval，TTI)的可达传输速率，R_i(t)为用户i一个时间窗的平均吞吐量， $f\left(d_{\mathrm{HOL}}^i\right)=\frac{d_{\mathrm{HOL}}^i}{\ln (1+\frac{\alpha }{d_{\mathrm{HOL}}^i}+\beta )},$α,β是可调整参数；

S6、把系统当前的RBG分配给S5所述用户Q。

本发明的有益效果是：

本发明的方法将调度划分为两个部分，性能变现更好；能够对系统负载的变化 做出应激的反应，当负载很高时也可以保持不错的性能表现；能够满足不同实时业 务对分组延迟要求的差异，自适应调整内部参数实现多种实时业务的QoS要求；优 先调度不满足业务GBR的用户，以保证业务的QoS等级。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。

如图1所示：

首先引入变量m_i表示用户的紧急程度，按照公式来计算用户i的m_i值，其中i＝1,2,3,...,n。其中τ_i为用户i所能允许的最大分组时延，值的大小由实 时业务的类型决定。为用户i的HOL分组时延。用户的HOL分组时延越接近 允许的最大分组时延，m_i值便越大，用户的紧急程度就越高，为了满足用户的QoS 需求及避免超时，应给予用户更多优先调度的机会。

判断系统负载情况：

A.系统无法满足所有用户的调度需求时，则判断系统负载过高。

B.系统可以满足所有用户的调度需求时，则判断系统负载正常。

若系统负载过高，则将系统中m_i＜0和m_i＞λ的用户划分到区间K，剩下的用户 按照系统负载正常处理，所述区间K对应的用户组优先级最低，其中，λ≥5000且λ 为实数。当系统的负载非常高时，系统无法满足全部用户的QoS，为了保证系统的 吞吐量，应该牺牲部分信道质量差的用户，这部分用户的HOL分组时延会非常大， 接近甚至超过所允许的最大分组时延，将这部分用户划分到一组并赋予该组最低的 优先级。

根据系统负载情况函数S(E,n,W)将系统内紧急程度为0≤m_i≤λ的用户按照m_i的大小进行排序,将排序后的用户平均划分若干个用户组，每个用户组对应一个区间， 为了让紧急程度高的用户得到更多优先调度的机会，区间的上限值越高，其对应的 用户组的优先级越高。

最后选出一组优先级最高的用户进行组内的优先级排序，将当前的RBG分配 给小组中优先级最高的用户，假设小组中有a个用户，则优先级的表达式为： $K=\underset{i=\mathrm{1,2},...,a}{\arg \max }f\left(d_{\mathrm{HOL}}^i\right)*\frac{{\mathrm{GBR}}^i}{R_i\left(t\right)}*\frac{r_i\left(t\right)}{R_i\left(t\right)},$其中$f\left(d_{\mathrm{HOL}}^i\right)=\frac{d_{\mathrm{HOL}}^i}{\ln (1+\frac{\alpha }{d_{\mathrm{HOL}}^i}+\beta )}$为可调节的单调递增函 数。每种实时业务对分组时延都有一种相应的要求，故不同的业务类型下，HOL 分组时延对调度的影响不同。因此，引入单调递增函数f(t)，所述函数f(t)的增长 率是可以调节。当业务的优先级增大，增加α,β的值，调节函数f(t)的增长率，使 得f(t)的函数曲线更加平坦，将代入函数得到并将作为调度优 先级的一部分，以此实现HOL分组时延对调度的影响随业务优先级变化而变化。 例如视频业务MPEG的优先级高于话音业务VoIP,MPEG业务中的α,β就比VoIP 业务中的大。

GBRⁱ是用户i当前实时业务下系统保证承载的最小比特速率，由用户i的业务类 型决定。r_i(t)为用户i在第t个TTI的可达传输速率，由当时的信道状况决定。R_i(t) 为用户i一个时间窗的平均吞吐量，计算公式为R_i(t)＝(1-γ)*R_i(t-1)+γ*r_i(t-1)，γ 是0到1之间的一个随机数。

调度算法的优先级中考察了用户的GBR，是为了保证用户的QoS等级。例如 当用户的数据传输速率达到GBR，且未达到最大比特速率时(Maximum Bit Rate， MBR)时，则GBRⁱ＜R_i(t)＜MBRⁱ，优先级中使得用户的优先级降低。相反 当用户i的传输速率很低甚至小于GBRⁱ时，用户优先级将增大，以此增 加了低速率用户优先调度的机会，更容易满足用户的GBR，保证了QoS等级。

r_i(t)的引入可以让调度算法考虑到用户所处的信道环境，与R_i(t)相除，使得用 户的公平性得到保证。