LTE系統(tǒng)分組調(diào)度算法的線性規(guī)劃求解

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

　　引言

　　無線資源管理是長期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是衡量一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)體制是否可行、系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)劣的準(zhǔn)則。它主要解決無線資源的有限性和用戶需求的增長和時(shí)變性之間的矛盾，其目標(biāo)是利用有限的無線資源為用戶提供更高的服務(wù)質(zhì)量。無線資源管理包括功率控制、分組調(diào)度和切換接入控制等關(guān)鍵技術(shù)。

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

　　系統(tǒng)模型

　　考慮一個(gè)多小區(qū)的TDD LTE系統(tǒng)，小區(qū)采用三扇區(qū)定向天線，兩發(fā)兩收。扇區(qū)是分組調(diào)度的主體，每個(gè)扇區(qū)有M個(gè)用戶和N個(gè)物理資源(physical resource block，PRB)，每個(gè)PRB占用B kHz的帶寬和L個(gè)子載波。系統(tǒng)使用自適應(yīng)調(diào)制編碼(adaptive modulation and coding，AMC)技術(shù)，根據(jù)信道的瞬時(shí)狀態(tài)采用QPSK、16QAM、64QAM三種不同的調(diào)制編碼方案(modulation and coding scheme，MCS)。系統(tǒng)采用靜態(tài)仿真，用戶的初始位置和方向隨機(jī)分配，當(dāng)用戶逃離仿真區(qū)域時(shí)將其“抓回”重新分配位置且方向保持不變。

　　天線模型

　　每個(gè)基站均采用3扇區(qū)120度定向天線，天線方向增益為：　　

 

　　宏觀路損

　　使用3GPP TS25.814規(guī)范中定義的路損模型(只和距離有關(guān))的路損公式來產(chǎn)生宏觀路損圖，路損計(jì)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(guī)則的地理因素。它通常近似為一個(gè)均值為0dB、標(biāo)準(zhǔn)差為10dB的對數(shù)正態(tài)分布。

　　陰影會(huì)在一個(gè)較大的范圍內(nèi)產(chǎn)生影響，為了捕捉對宏小區(qū)的動(dòng)態(tài)影響，這里采用了具有一定空間相關(guān)性的二維高斯過程。本模型中，用一種低復(fù)雜度的方法將空間相關(guān)性引入到高斯過程中，同時(shí)還保留它的統(tǒng)計(jì)屬性和位置間的相關(guān)性。

　　算法描述

　　調(diào)度算法研究中需要考慮的兩個(gè)重要方面：吞吐量和公平性。公平性一般以公平性準(zhǔn)則來衡量，該準(zhǔn)則是用各用戶吞吐量歸一化分布函數(shù)(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(zhǔn)則，所有滿足公平性要求的調(diào)度算法，其CDF曲線一定在這三點(diǎn)連成的直線的右側(cè)，否則就是違反了公平性準(zhǔn)則。　　

 

　　定義PRB的分配矩陣X和頻譜效率矩陣C，它們都是一個(gè)M×N的矩陣。其中，Xij表示用戶i在物理資源塊PRBj上的權(quán)重，這是一個(gè)邏輯值，當(dāng)Xij = 1時(shí)表示PRBi分配給了用戶i，Xij = 0時(shí)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。