【摘要】：長期演進(jìn)(Long Term Evolution, LTE)是目前全球最流行的第四代通信標(biāo)準(zhǔn)。它的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,標(biāo)志著全球?qū)拵б苿?dòng)通信時(shí)代的到來。作為第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership project,3GPP)為了迎接無線互聯(lián)網(wǎng)浪潮而提出的重要通信標(biāo)準(zhǔn),LTE通信系統(tǒng)較之以往的通信系統(tǒng)具有兩點(diǎn)重大改變：一是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化——基站成為無線網(wǎng)絡(luò)接入側(cè)唯一節(jié)點(diǎn)網(wǎng)元；二是傳輸方式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Internet Protocol, IP)化——采用基于IP數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)的純分組域交換。第一項(xiàng)改變降低了控制面延遲,并強(qiáng)化了基站在下行鏈路控制中的決定性地位；第二項(xiàng)改變統(tǒng)一了語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸格式與交換方法,從而提高了交換效率。這兩項(xiàng)根本性改變使得現(xiàn)有大部分調(diào)度算法將不再適用于LTE通信系統(tǒng)。然而,由于下行鏈路調(diào)度算法顯著地影響通信系統(tǒng)性能,因此如何在LTE通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)的下行鏈路調(diào)度算法成為亟需解決的熱點(diǎn)問題。 LTE中調(diào)度的概念隨著多輸入多輸出天線技術(shù)(Multi-Input Multi-Output, MIMO)以及正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, OFDMA)技術(shù)的引入,從傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中的“時(shí)域調(diào)度”演進(jìn)為“時(shí)、頻域調(diào)度”。因此,LTE中調(diào)度算法不僅需要確定被服務(wù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí),還需要決定如何分配系統(tǒng)資源,以及接收端的運(yùn)行參數(shù)配置等。為了提高調(diào)度算法的效率,LTE定義了各協(xié)議層信息傳遞至位于媒體訪問控制層(Media Access Control, MAC)調(diào)度器的接口和信令,使得跨層調(diào)度成為可能。對(duì)此,LTE中下行鏈路調(diào)度算法具有考慮信息維數(shù)多、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)。目前,3GPP并沒有對(duì)LTE中采用的調(diào)度算法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這是因?yàn)椴煌W(wǎng)絡(luò)負(fù)載下調(diào)度算法可能表現(xiàn)出截然不同的性能,所以需要對(duì)特定的通信場(chǎng)景進(jìn)行有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和優(yōu)化。 本論文針對(duì)單用戶通信場(chǎng)景、多用戶通信場(chǎng)景以及配置了LTE非連續(xù)接收(Discontinuous Reception, DRX)模式的通信場(chǎng)景分別對(duì)LTE下行鏈路調(diào)度算法展開了研究,提出了相應(yīng)的創(chuàng)新性解決機(jī)制,并通過詳細(xì)的理論分析和計(jì)算機(jī)仿真對(duì)所提算法的性能進(jìn)行了驗(yàn)證。本論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括三個(gè)方面,總結(jié)如下： 一、基于高速鐵路實(shí)際通信場(chǎng)景提出了一種適用于LTE單用戶通信系統(tǒng)下行鏈路調(diào)度算法。首先對(duì)高速鐵路通信場(chǎng)景下的MIMO信道進(jìn)行仿真研究,獲得了信道相關(guān)性以及遍歷容量等特性,從而確定高鐵通信場(chǎng)景中MIMO工作模式。然后提出了一種在保證語音業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的前提下保證業(yè)務(wù)間公平性的時(shí)域調(diào)度算法。其次,基于單用戶通信場(chǎng)景特殊性以及高鐵MIMO信道特點(diǎn),提出了一種考慮LTE標(biāo)準(zhǔn)限制的頻域調(diào)度算法,此算法經(jīng)證明可獲得較高頻譜利用率。為了便于實(shí)現(xiàn),還提出了一種次優(yōu)的頻域調(diào)度算法。 二、提出了一種將流量預(yù)測(cè)與多用戶調(diào)度相結(jié)合的調(diào)度算法。首先,提出了一種新的調(diào)度器時(shí)序結(jié)構(gòu),利用該時(shí)序結(jié)構(gòu)可以將流量模型搭建、隊(duì)列長度預(yù)測(cè)以及調(diào)度決策有機(jī)結(jié)合起來。其次,提出了一種短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建流量模型的方法,可以有效捕捉移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量的波動(dòng)特性。再次,提出了一種基于短時(shí)間數(shù)據(jù)包到達(dá)率觀測(cè),預(yù)測(cè)流量趨勢(shì)以及緩存隊(duì)列長度的算法。在此算法基礎(chǔ)上,提出了一種最小化平均隊(duì)列長度以及溢出概率并最大化系統(tǒng)吞吐量的時(shí)域調(diào)度算法。此外,還提出了一種在LTE標(biāo)準(zhǔn)限制下利用多用戶分集獲得較高頻譜效率的頻域調(diào)度算法。 三、首次將自相似流量模型引入LTE DRX調(diào)度領(lǐng)域,并提出評(píng)估LTE DRX在此流量下節(jié)能性能和延遲的理論模型。接著,提出在通信過程中對(duì)此理論模型中關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行無偏估計(jì)的方法,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE DRX的性能的實(shí)時(shí)估計(jì)。在此基礎(chǔ)上,提出了一種在線優(yōu)化LTE DRX參數(shù)配置的調(diào)度算法。 本文所提算法以及理論模型均經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證。
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【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉爽;朱凱;董宸;;基于PLC一維極軸自動(dòng)控制的對(duì)日跟蹤系統(tǒng)[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2010年01期

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本文編號(hào)：2321821