一種hsdpa系統的快速分組調度方法

2023-05-31 09:40:26 1

專利名稱：：一種hsdpa系統的快速分組調度方法
技術領域：
：本發明涉及一種HSDPA系統的分組調度方法，尤其涉及在高速移動環境下HSDPA系統的快速分組調度的方法。
背景技術：
：為了更好地發展移動數據業務，3GPP對UMTSR99/R4版本的空中接口技術進行了改進，引入R5版本(HSDPA)無線數據寬帶技術。與原有的WCDMA系統相比，在3GPPR5規範中，引入了高速下行共享信道(HS-DSCH)，用於支持流媒體類、交互類和背景類接入承載服務。HSDPA採用了自適應調製和編碼(AMC)，使得NodeB能夠根據UE當前的信道狀況及時的調整調製方式和編碼效率，從而更好的匹配數據傳輸速率與信道狀況，提高小區吞吐量和頻譜利用率。在HSDPA系統中，AMC能夠提供7級可變化的編碼調製方案，具體參數如表1所示。tableseeoriginaldocumentpage5表1表2給出了FDDHS-DSCH(FDD,全稱為FrequencyDivisionDuplex,指頻分雙工)物理層UE能力分類，其中，最小TTI間隔表示該終端可被調度的頻率。最小TTI間隔4ms表示可以對該UE連續分配TTI，最小TTI間隔為2ms或3ms表示在對該UE分配TTI時至少需要保留1個和2個空閒的TTI。傳輸塊的大小表示一個TTI間隔內HS-DSCH信道上傳送的最大傳輸塊的大小，它由HS-PDSCH信道的碼字和編碼調製方式決定。軟信道比特數(IR緩衝大小)表示UE能夠緩衝的最大軟信道比特數。tableseeoriginaldocumentpage6表2UE能力類別l6的CQI映射表格如表3所示。其中，CQI:ChannelQualityIndicator,中文名稱為信道質量，信道質量(CQI)是無線信道的通信質量的測量標準。tableseeoriginaldocumentpage7tableseeoriginaldocumentpage8a)分別在不同信道條件下建模，並根據傳播模型、用戶移動速度及用戶與基站的距離計算HSDPA系統中用戶某個調度時隙內的瞬時信道質量，並根據瞬時信道質量計算出用戶在多個調度時隙內的平均信道質量；b)在其中一個調度時隙內，根據每個用戶信道質量的瞬時值和平均值、系統所承載業務的QoS要求和當前該業務的QoS水平計算得出每個用戶在該調度時隙的優先級，並按照優先級從高到底的順序對用戶進行排序；c)選取優先級最高的用戶進行調度，判斷對應的傳輸信道是否大於可用信道數，若大於則對該用戶進行調度，根據被調度用戶當前信道質量確定傳輸塊大小、編碼調製方式和信道個數，完成調度後更新剩餘信道數、用戶優先級及QoS水平；若小於則終止傳送並進入下一個調度時隙；d)判斷可用信道數目，若信道還有剩餘，則回到步驟c，直至信道全部分配完畢，如此完成一個時隙內的調度。步驟a)中，建模為確定小區模型，包括小區半徑、基站功率、HSDPA發射功率，傳播模型用來估算信道傳播損耗，其信道傳播損耗計算公式為i=40x(1-4x1(T3)xlog10-18xlog10(AM)+21xlog10(/)+82必其中，R為用戶與基站的距離；A^是基站天線高度；f為載波頻率；如果取天線高度A^^15米，載波頻率f=2000MHz，則信道傳播損耗計算公式為i=128.1+37.6xlogl0(i)。步驟b)中，業務的QoS要求主要包括系統給定的調度優先級指示、傳輸時延、傳輸速度和誤碼率，當前該業務的QoS水平為該業務目前的傳輸時延。步驟c)中，用戶的優先級由信道質量、QoS要求以及當前該業務的QoS水平決定。對信道的更新方式為把已經調度的用戶優先級降為最低，更新可用信道數，將總可用信道減去對調度用戶已分配的傳輸信道得到剩餘信道，剩餘信道數目為下一次調度可用的信道數目；同時更新業務的傳輸時延，如果該用戶的該業務在這個調度時隙內被調度則傳輸時延降為O，如果沒有被調度，則傳輸時延=上次的時延+調度時隙時間。步驟a)HSDPA系統所有用戶端的信道質量的計算函數為Cg/^fPrx-lOxlogK^lO10+1010」」x廠xJ+Cg/—Q^"其中，CQI為信道質量；Prx:基站的發射功率；/mtra:小區間幹擾；/in^:小區內幹擾；P/om:路徑損耗，其包括傳播損耗、陰影衰落、多徑衰落以及天線增益等；r:測量功率偏移；A:規範定義的CQI表中參考功率偏移RPA;C2/—AWGN信道在BLER4(m時，CQI與57^^1^的對應關係，該對應關係為"/=纖』—+16，"C2K30;根據以上函數計算出每個時隙內，用戶回傳給基站的信道質量值，然後對多個時隙內的CQI求平均值，得到平均CQI。步驟b)HSDPA系統用戶快速分組調度優先級計算函數為"3015avi^(f)其中，CQ/力)用戶!'在當前時隙的信道質量CQI;Me朋CQ/,(/):用戶；五個時隙內的平均CQI;SP厶第y類業務的調度優先級指示；re^^):用戶z'當前調度時隙能實現的數據傳輸速率；"W^,(小用戶/在最近50個TTI內的平均數據傳輸速率；A/,j):用戶/的y'類業務的分組延時；r^M炒"第y類業務要求分組延時；根據以上函數計算出在每個調度時隙內，所有用戶的調度優先級，然後將分組隊列按照優先級從高到低進行排序。小區間幹擾/唚。的計算方法為小區初始化時，用戶距離基站的位置是隨機的，用戶的移動方向也是隨機的，且每2s在(-;r,;r)之間隨機改變一次，在每調度時隙內，計算用戶與基站的距離，並根據用戶距離基站位置的遠近動態確定該用戶的小區間幹擾/,一。HSDPA系統中所有用戶的陰影衰落的計算方法為根據用戶的2S內的平均移動速率vel(km/h)來更新相關距離《r，其規則為當w"5時，《。,=5附；當5〈w/《15時，《。，=10附；當15〈ve"60時，《OT=20w;當60120時，cC=50m，其中^指用戶移動速度，d。。r為相關距離，陰影衰落的計算公式為s=x/+Vi-[単)]2x，,ct)--ln2其中，自相關函數辨力"t。HSDPA系統承載的業務類型為流媒體類、交互類以及背景類。本發明通過計算用戶CQI的瞬時值和平均值以及業務的QoS要求和當前該業務的QoS水平計算得出每個用戶在當前調度時隙的優先級，按照優先級從高到低的順序對用戶依次進行調度，並將優先級高的用戶優先調度，提高了傳輸的可靠性，因而在任何信道條件下都可以大幅度的降低不同業務類型的分組丟失率。尤其是在高速移動環境中，由於用戶的高速移動導致信道質量劇烈變化，從而產生分組丟失，而綜合平均CQI和瞬時CQI進行調度，可以解決用戶移動帶來的分組掉丟，有效的提高了數據傳輸的可靠性和信道利用率。圖1為高速移動環境中HSDPA系統的快速分組調度流程圖；圖2為在PA3km/h仿真環境下流媒體業務數據到達速率對比圖；圖3為在PA3km/h仿真環境下交互類業務數據到達速率對比圖；圖4為在PA3km/h仿真環境下背景類業務數據到達速率對比圖；圖5為在VA120km/h仿真環境下流媒體類業務數據到達速率對比圖；圖6為在VA120km/h仿真環境下交互類業務數據到達速率對比圖；圖7為在VA120km/h仿真環境下背景類業務數據到達速率對比圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。本發明在保證用戶和小區吞吐量的前提下，即為不同業務提供滿足需求的數據速率，又有效降低了分組丟失率，尤其是在用戶信道狀況變化更為劇烈的高速移動環境中。如圖1所示，一種高速移動環境中HSDPA系統的快速分組調度方法，所述的分組調度方法包括如下步驟a)分別在不同信道條件下建模，並根據傳播模型、用戶移動速度和用戶與基站的距離計算HSDPA系統中所有用戶的瞬時CQI，並根據瞬時CQI計算出用戶在一段時間內的平均CQI;b)在一個調度時隙內，根據每個用戶CQ工的瞬時值和平均值、業務的QoS要求和當前該業務的QoS水平計算得出每個用戶在該時隙的優先級，並按照優先級從高到底的順序對用戶進行排序；c)選取優先級最高的用戶進行調度，判斷對應的傳輸信道是否大於可用信道數，若大於則對該用戶進行調度，根據被調度用戶當前信道質量確定傳輸塊大小、編碼調製方式和高速物理下行鏈路共享信道個數，完成調度後更新剩餘信道數、用戶優先級及QoS水平；若小於則終止傳送並進入下一個調度時隙；d)判斷可用信道數目，若信道還有剩餘，則回到步驟c，直至信道全部分配完畢，如此完成一個時隙內的調度。建模就是確定小區模型，包括小區半徑、基站功率、HSDPA發射功率等；傳播模型用來估算信道傳播損耗的，本專利中採用的傳播模型是3GPP協議中建議的一個傳播模型，信道傳播損耗計算公式為丄=40x(1—4x10_3A竭xlog10一18xlog10(A剛+21xlog10(/)+82必其中，R為UE距離基站的距離，單位是Km;AM是基站天線高度，單位是m;f為載波頻率，單位為MHz。如果取天線高度A^^5米，載波頻率f=2000MHz，則路徑損耗計算公式為Z=l28.l+37.6xl0gl。(i)，這個公式是在大量測試數據和經驗基礎上得到的。業務的QoS要求主要包括系統給定的調度優先級指示(每種業務對應一種調度優先級，從1-15不等，由系統根據業務類型直接產生)、傳輸時延、傳輸速度和誤碼率等，本專利主要考慮了業務可以容忍的最大傳輸時延，在結果分析中比對了業務的傳輸速率和誤碼率(分組丟失率)；當前該業務的QoS水平具體就是指該業務目前的傳輸時延；更新相關參數主要包括把已經調度的用戶優先級降為最低，防止在一個調度周期內對一個用戶進行重複調度；更新可用信道數，HSDPA下行鏈路一共有15個可用信道，每調度一個用戶需要對其分配一定的傳輸信道(1-5不等)，剩餘信道就是總的可用信道減去對調度用戶分配的傳輸信道，剩餘信道數目也就是下一次調度可用的信道數目；更新業務的傳輸時延，如果該用戶的該業務在這個調度周期內被調度則時延降為0，如果沒有被調度，則傳輸時延=上次的時延+調度周期時間；更新業務傳輸速率、統計分組丟失率(為了在結果分析中使用)。因為本發明的分組調度方法考慮到了不同業務不同的QoS要求，重點關注了業務對傳輸時延的要求，同時實時更新傳輸時延等參數，能夠使得調度算法在很好的匹配信道條件的同時，也能兼顧到不同的業務的QoS要求，因而能夠降低分組丟失率。在所述的高速移動環境中HSDPA系統的快速分組調度方法中，系統中所有用戶CQI的計算函數為厶—其中屍R:NodeB的發射功率；/^。小區間幹擾；小區內幹擾；PtoM:路徑損耗，包括傳播損耗、陰影衰落、多徑衰落以及天線增益等；r:測量功率偏移；A:規範定義的CQI表中參考功率偏移RPA;<^/_0#":AWGN信道在BLER40y。時，CQ工與SA^fa_—A的對應關係，該對應關係為6^/=^^^"+16，(^C0/S3O;在本實施例中，HSDPA系統中所有用戶的小區間幹擾的計算方法為小區初始化時，用戶距離基站的位置是隨機的，用戶的移動方向也是隨機的，且每2s在(-",;r)之間隨機改變一次。在每TTI內，計算用戶與基站的距離，並根據用戶距離基站位置的遠近，確定該用戶的小區間幹擾/唚。。其規則為當用戶在小區邊緣時，4t,。=-73必w;當用戶靠近基站時，/mtra=-67必m;其他情況下，4^二一70必w。HSDPA系統中所有用戶的陰影衰落的計算方法為根據用戶的2s內的平均移動速率vel(km/h)來更新相關距離《。一其規則為當ve/S5時，《。,=5m;當5〈w/^15日寸，《or=10m;當15<ve/么60日寸，《w=20w;當60120時，(=50W。其中^/指用戶移動速度，d,為相關距離，陰影衰落的計算公式為"2其中，自相關函數A司"L。根據以上函數可以計算出每個時隙內，用戶回傳給基站的CQI值，然後對當前CQI和前四個時隙內CQI求平均值，得到每個用戶的平均CQI。在本實施例中，HSDPA系統用戶快速分組調度優先級計算函數為"3015cjv朋力)re一/，射用戶i在當前時隙的信道質量CQI;14她朋C0/,W:用戶/五個時隙內的平均CQI;5TV,:第/類業務的調度優先級指示；M《朋,(f):用戶/當前調度時刻可以實現的數據傳輸速率；用戶/在最近50個TTI內的平均數據傳輸速率；用戶!的j'類業務的分組延時；M《cM，第/類業務要求分組延時；HSDPA系統只承載流媒體類、交互類以及背景類三種業務類型，在每個調度間隔內，三種業務類型的比例為h2:2，且三種業務的調度優先級指示SPI分別為15、13、8和1。根據以上函數可以計算出在每個調度時隙內，所有用戶的調度優先級，然後照優先級從高到低對分組依次進行調度。在一個用戶調度後，更新可用信道數目和該用戶的分組時延，如果可用信道數量小於被調度用戶要求的傳輸信道數目，或可用信道數目為o，則終止該次調度並進入下一個調度時隙。此時統計用戶的分組丟失率和數據到達速率。在仿真中，假定小區內共有20個用戶，在每個調度時隙內，流媒體類、交互類和背景類3種業務的用戶數分別為4、8、8。表4、5、6、7分別為在ITUPedestrianA和ITUVehicularA這2種仿真環境中,輪詢(RR)算法、最大載幹比(MaxC/工)算法、正比公平(PF)算法、修正的最大權重時延優先(M-LWDF)算法和本發明方法的不同業務類型的平均分組丟失率。tableseeoriginaldocumentpage15表4tableseeoriginaldocumentpage16表5tableseeoriginaldocumentpage16表6tableseeoriginaldocumentpage16表7根據表4、5、6、7可知，本技術發明由於考慮到了用戶在一段時隙內的平均CQI，提高了傳輸的可靠性，因而在任何信道條件下都可以大幅度的降低不同業務類型的分組丟失率。尤其是在高速移動環境中，由於用戶的高速移動導致信道質量劇烈變化，從而產生分組丟失，而綜合平均CQI和瞬時CQI進行調度,可以解決用戶移動帶來的分組掉丟，有效的提高了數據傳輸的可靠性和信道利用率。圖2、3、4分別為在PA信道條件下，當用戶移動速度為3km/h時，流媒體類、交互類和背景類業務的數據到達速率比較圖；圖5、6、7分別為在VA信道條件下，當用戶移動速度為120km/h時，流媒體類、交互類和背景類業務的數據到達速率比較圖。根據以上各圖可知，在採用本發明後，流媒體業務的數據到達速率比PF算法提高了2.5倍，比M-LWDF算法提高了1.4倍，在高速移動環境中仍能保持452kbps;交互類和背景類業務在高速移動環境下，到達速率分別為169kbps和30.3kbps，也完全滿足該類業務的QoS要求。權利要求1、一種HSDPA系統的快速分組調度方法，該系統包括互相通信的用戶端及基站，其特徵在於所述分組調度方法包括如下步驟a)分別在不同信道條件下建模，並根據傳播模型、用戶移動速度及用戶與基站的距離計算HSDPA系統中用戶某個調度時隙內的瞬時信道質量，並根據瞬時信道質量計算出用戶在多個調度時隙內的平均信道質量；b)在其中一個調度時隙內，根據每個用戶信道質量的瞬時值和平均值、系統所承載業務的QoS要求和當前該業務的QoS水平計算得出每個用戶在該調度時隙的優先級，並按照優先級從高到底的順序對用戶進行排序；c)選取優先級最高的用戶進行調度，判斷對應的傳輸信道是否大於可用信道數，若大於則對該用戶進行調度，根據被調度用戶當前信道質量確定傳輸塊大小、編碼調製方式和信道個數，完成調度後更新剩餘信道數、用戶優先級及QoS水平；若小於則終止傳送並進入下一個調度時隙；d)判斷可用信道數目，若信道還有剩餘，則回到步驟c，直至信道全部分配完畢，如此完成一個時隙內的調度。2、如權利要求l中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於-步驟a)中，建模為確定小區模型，包括小區半徑、基站功率、HSDPA發射功率，傳播模型用來估算信道傳播損耗，其信道傳播損耗計算公式為formulaseeoriginaldocumentpage2其中，R為用戶與基站的距離；A^是基站天線高度；f為載波頻率；如果取天線高度A^^5米，載波頻率f=2000MHz，則信道傳播損耗計算公式為formulaseeoriginaldocumentpage23、如權利要求2中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於步驟b)中，業務的QoS要求主要包括系統給定的調度優先級指示、傳輸時延、傳輸速度和誤碼率，當前該業務的QoS水平為該業務目前的傳輸時延。4、如權利要求3中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於步驟c)中，用戶的優先級由信道質量、QoS要求以及當前該業務的QoS水平決定。5、如權利要求4中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於對信道的更新方式為把已經調度的用戶優先級降為最低，更新可用信道數，將總可用信道減去對調度用戶已分配的傳輸信道得到剩餘信道，剩餘信道數目為下一次調度可用的信道數目；同時更新業務的傳輸時延，如果該用戶的該業務在這個調度時隙內被調度則傳輸時延降為0，如果沒有被調度，則傳輸時延=上次的時延+調度時隙時間。6、如權利要求5中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於，步驟a)HSDPA系統所有用戶端的信道質量的計算函數為formulaseeoriginaldocumentpage3其中，CQI為信道質量；/Tx:基站的發射功率；/mtra:小區間幹擾；4^:小區內幹擾；P/0M:路徑損耗，其包括傳播損耗、陰影衰落、多徑衰落以及天線增益等；r:測量功率偏移；A:規範定義的CQI表中參考功率偏移RPA;Cg/—AWGN信道在BLER二10。/。時，CQI與5^^-一^的對應關係，該對應關係為CG"，—+16，0《c『3o;根據以上函數計算出每個時隙內，用戶回傳給基站的信道質量值，然後對多個時隙內的CQI求平均值，得到平均CQI。7、如權利要求6中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於，步驟b)HSDPA系統用戶快速分組調度優先級計算函數為formulaseeoriginaldocumentpage3其中，C以,(小用戶/在當前時隙的信道質量CQI;M^"C以,(小用戶/五個時隙內的平均CQI;W/,:第y類業務的調度優先級指示；/^W,^:用戶/當前調度時隙能實現的數據傳輸速率；m^6,々)用戶f在最近50個TTI內的平均數據傳輸速率；用戶/的_/類業務的分組延時；re^e/q^:第)類業務要求分組延時；根據以上函數計算出在每個調度時隙內，所有用戶的調度優先級，然後將分組隊列按照優先級從高到低進行排序。8、如權利要求7中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於小區間幹擾4t,。的計算方法為小區初始化時，用戶距離基站的位置是隨機的，用戶的移動方向也是隨機的，且每2s在(-T,;r)之間隨機改變一次，在每調度時隙內，計算用戶與基站的距離，並根據用戶距離基站位置的遠近動態確定該用戶的小區間幹擾/mt,。。9、如權利要求8中所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於HSDPA系統中所有用戶的陰影衰落的計算方法為根據用戶的2s內的平均移動速率vel(km/h)來更新相關距離《。,，其規則為當w/S5時，《。,=5m;當5<w"15時，《。r=10w;當15〈ve/S60日寸，《。r=20w;當60〈w/^120時，《。r=40m，當w/〉120時，(=50m，其中^指用戶移動速度，d,為相關距離，陰影衰落的計算公式為■y=x/+力-[i(d)]2x，，CT)其中，自相關函數"力=￡^。10、如權利要求1至9任一項所述的HSDPA系統的快速分組調度方法，其特徵在於HSDPA系統承載的業務類型為流媒體類、交互類以及背景類。全文摘要本發明公開一種HSDPA系統的快速分組調度方法，包括以下步驟a)根據用戶移動速度和仿真環境，估算出每個用戶的下行信道質量CQI並計算出五個時隙內用戶平均CQI；b)根據業務的QoS要求和用戶當前信道質量及QoS水平確定調度優先級；c)選擇優先級最高的用戶進行調度，並根據用戶當前CQI確定傳輸塊大小、編碼調製方式和信道個數；d)若信道有剩餘，則重複步驟c，直至信道全部分配，如此完成一次調度。本發明在多業務環境中實現多用戶快速分組調度，在保證不同業務分組時延和分組丟失率的同時，利用多用戶分集提高小區吞吐量。本發明應用於高速移動環境中多業務類型的HSDPA系統，提供帶QoS保證的快速分組調度。文檔編號H04L1/00GK101651518SQ20091003970公開日2010年2月17日申請日期2009年5月22日優先權日2009年5月22日發明者斌龐,廖建強,戴憲華,勇李,舟肖,陳嫦娟,陳莉莉申請人:中山大學;中國聯合網絡通信有限公司廣東省分公司