本文關(guān)鍵詞：LTE系統(tǒng)資源動(dòng)態(tài)分配算法研究

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【摘要】：近年來(lái)隨著無(wú)線接入技術(shù)的進(jìn)步,無(wú)線多媒體應(yīng)用(例如語(yǔ)音電話,網(wǎng)頁(yè)瀏覽,視頻電話和視頻流等)變得越來(lái)越廣泛,通常這些應(yīng)用對(duì)于延時(shí)和帶寬有著嚴(yán)格的要求,然而無(wú)線信道是隨機(jī)變化的,這就給蜂窩網(wǎng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為了解決這些問(wèn)題,3GPP啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)(Long Term Evolution,LTE),這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于4G網(wǎng)的發(fā)展具有里程碑式的重要意義。LTE的一個(gè)重要特性是對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度以提高系統(tǒng)性能,包括綜合考慮信道狀況和服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)來(lái)為多個(gè)用戶分配時(shí)域資源和頻域資源。目前,3GPP并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化LTE中的資源調(diào)度算法,因?yàn)椴煌W(wǎng)絡(luò)負(fù)載下資源調(diào)度算法的性能不同,所以需要對(duì)特定的場(chǎng)景進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。本文研究了LTE系統(tǒng)環(huán)境中的資源優(yōu)化問(wèn)題,主要研究工作概括如下：1)在LTE上行資源調(diào)度算法中,用戶設(shè)備(User Equipments, UE)緩存數(shù)據(jù)量的大小是通過(guò)緩存狀態(tài)報(bào)告(Buffer Status Report, BSR)幀格式中的緩沖區(qū)大小索引字段來(lái)表示的。BSR具有一定的滯后性并且匯報(bào)精度較低,因此會(huì)造成資源的浪費(fèi)。為了提高系統(tǒng)資源的利用效率,本文提出了一種精細(xì)BSR匯報(bào)算法。對(duì)較大索引值所對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)大小進(jìn)行細(xì)化,將其分別設(shè)置成一個(gè)帶有64個(gè)索引值的二代表,再通過(guò)媒介訪問(wèn)控制(Media Access Control, MAC)單元子頭部中的一個(gè)預(yù)留比特位來(lái)指定是否需要查詢二代表。通過(guò)一定的映射規(guī)則,更加精細(xì)的反映了UE上行緩存狀態(tài)信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文算法在不需要增加額外信令開(kāi)銷的前提下,減小了BSR的匯報(bào)誤差,提高了無(wú)線資源調(diào)度的效率,有效地改善了系統(tǒng)資源利用率。2)在LTE下行資源調(diào)度系統(tǒng)中,為滿足不同用戶的QoS需求,本文在綜合考慮用戶隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)和資源塊(Resource Blocks, RBs)容量的基礎(chǔ)上,提出了一種基于緩存的自適應(yīng)資源調(diào)度方案以最大化系統(tǒng)吞吐量。首先,運(yùn)用大偏差原理計(jì)算隊(duì)列溢出概率,根據(jù)剩余生命時(shí)間值和隊(duì)列溢出概率確定用戶隊(duì)列優(yōu)先級(jí)。然后,根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)提出一種基于在線測(cè)量的方法動(dòng)態(tài)分配RBs來(lái)調(diào)整用戶隊(duì)列的服務(wù)率以避免隊(duì)列溢出,同時(shí)滿足QoS需求。該在線算法基于對(duì)系統(tǒng)的觀察來(lái)估計(jì)隊(duì)列的溢出情況,并不需要有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的先驗(yàn)知識(shí)。仿真結(jié)果顯示,相對(duì)于其他傳統(tǒng)調(diào)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(shí)提高了系統(tǒng)的吞吐量。3)在LTE多播環(huán)境下,通過(guò)可伸縮視頻編碼(Scalable Video Coding, SVC)技術(shù)為每一個(gè)視頻層分配調(diào)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(zhì)量,同時(shí)確保信道狀況差的用戶可以獲得基本的視頻質(zhì)量。本文通過(guò)為不同的視頻會(huì)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(zhì)量。在單個(gè)會(huì)話環(huán)境下,運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃為每一層分配MCS和功率,并通過(guò)次梯度算法更新拉格朗日因子將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)偶問(wèn)題,求出最優(yōu)解�；趩蝹�(gè)會(huì)話的優(yōu)化結(jié)果,在多個(gè)會(huì)話環(huán)境下,通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法為每一個(gè)視頻會(huì)話分配RBs。數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)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(lái)最大化系統(tǒng)吞吐量。在SVC視頻傳輸過(guò)程中,通過(guò)資源優(yōu)化調(diào)度,確保所有視頻會(huì)話的基本層數(shù)據(jù)都能夠得到傳輸,并對(duì)增強(qiáng)層數(shù)據(jù)進(jìn)行比例公平的調(diào)度。該資源優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)雙凸函數(shù),為了降低算法復(fù)雜度,將目標(biāo)函數(shù)模型分成兩個(gè)子問(wèn)題模型：功率分配模型和RBs分配模型。再根據(jù)塊坐標(biāo)下降算法進(jìn)行資源調(diào)度,結(jié)果收斂到一個(gè)近似最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提算法在保證公平性的條件下使得系統(tǒng)吞吐量最大化。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：1265205