本文關鍵詞：LTE系統資源動態(tài)分配算法研究

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【摘要】：近年來隨著無線接入技術的進步,無線多媒體應用(例如語音電話,網頁瀏覽,視頻電話和視頻流等)變得越來越廣泛,通常這些應用對于延時和帶寬有著嚴格的要求,然而無線信道是隨機變化的,這就給蜂窩網的設計帶來了新的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題,3GPP啟動了長期演進系統(Long Term Evolution,LTE),這項技術對于4G網的發(fā)展具有里程碑式的重要意義。LTE的一個重要特性是對資源進行優(yōu)化調度以提高系統性能,包括綜合考慮信道狀況和服務質量(Quality of Service, QoS)來為多個用戶分配時域資源和頻域資源。目前,3GPP并沒有標準化LTE中的資源調度算法,因為不同網絡負載下資源調度算法的性能不同,所以需要對特定的場景進行針對性的設計。本文研究了LTE系統環(huán)境中的資源優(yōu)化問題,主要研究工作概括如下：1)在LTE上行資源調度算法中,用戶設備(User Equipments, UE)緩存數據量的大小是通過緩存狀態(tài)報告(Buffer Status Report, BSR)幀格式中的緩沖區(qū)大小索引字段來表示的。BSR具有一定的滯后性并且匯報精度較低,因此會造成資源的浪費。為了提高系統資源的利用效率,本文提出了一種精細BSR匯報算法。對較大索引值所對應的緩沖區(qū)大小進行細化,將其分別設置成一個帶有64個索引值的二代表,再通過媒介訪問控制(Media Access Control, MAC)單元子頭部中的一個預留比特位來指定是否需要查詢二代表。通過一定的映射規(guī)則,更加精細的反映了UE上行緩存狀態(tài)信息。實驗結果顯示本文算法在不需要增加額外信令開銷的前提下,減小了BSR的匯報誤差,提高了無線資源調度的效率,有效地改善了系統資源利用率。2)在LTE下行資源調度系統中,為滿足不同用戶的QoS需求,本文在綜合考慮用戶隊列的優(yōu)先級和資源塊(Resource Blocks, RBs)容量的基礎上,提出了一種基于緩存的自適應資源調度方案以最大化系統吞吐量。首先,運用大偏差原理計算隊列溢出概率,根據剩余生命時間值和隊列溢出概率確定用戶隊列優(yōu)先級。然后,根據用戶優(yōu)先級提出一種基于在線測量的方法動態(tài)分配RBs來調整用戶隊列的服務率以避免隊列溢出,同時滿足QoS需求。該在線算法基于對系統的觀察來估計隊列的溢出情況,并不需要有關網絡的先驗知識。仿真結果顯示,相對于其他傳統調度算法,本文所提出的算法在保證用戶公平性和降低平均比特丟失率的同時提高了系統的吞吐量。3)在LTE多播環(huán)境下,通過可伸縮視頻編碼(Scalable Video Coding, SVC)技術為每一個視頻層分配調制編碼方式(Modulation and Coding Scheme,MCS),使得信道狀況好的用戶可以接收到更高的視頻質量,同時確保信道狀況差的用戶可以獲得基本的視頻質量。本文通過為不同的視頻會話層挑選MCS、傳輸功率和RBs最大化所有用戶可接收到的總體視頻質量。在單個會話環(huán)境下,運用動態(tài)規(guī)劃為每一層分配MCS和功率,并通過次梯度算法更新拉格朗日因子將原問題轉化為對偶問題,求出最優(yōu)解�；趩蝹�會話的優(yōu)化結果,在多個會話環(huán)境下,通過動態(tài)規(guī)劃的方法為每一個視頻會話分配RBs。數值仿真結果驗證了本文所提算法的有效性。4)在LTE可伸縮視頻單播環(huán)境中,本文提出了一種基于比例公平的優(yōu)化算法來最大化系統吞吐量。在SVC視頻傳輸過程中,通過資源優(yōu)化調度,確保所有視頻會話的基本層數據都能夠得到傳輸,并對增強層數據進行比例公平的調度。該資源優(yōu)化問題是一個雙凸函數,為了降低算法復雜度,將目標函數模型分成兩個子問題模型：功率分配模型和RBs分配模型。再根據塊坐標下降算法進行資源調度,結果收斂到一個近似最優(yōu)解。實驗結果表明本文所提算法在保證公平性的條件下使得系統吞吐量最大化。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

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