正交频分复用系统调度方法.pdf

本发明公开了一种正交频分复用系统调度方法，包括步骤：根据系统用户最近一次调度各子带的信道质量对其进行调度优先级排队；按照用户的优先级顺序选择被调度的用户并为其进行子带资源分配。利用本发明，可使系统能够根据用户各个子带的信道质量优先选择信道质量好的子带进行调度，提高系统吞吐能力，降低系统干扰。

1、  一种正交频分复用系统调度方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
A、根据系统用户最近一次调度各子带的信道质量对其进行调度优先级排队；
B、按照用户的优先级顺序选择被调度的用户并为其进行子带资源分配。

2、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：
A1、获取系统各用户最近一次调度占用的各子带反馈的信道质量信息；
A2、根据每个用户各子带反馈的信道质量信息计算该用户的平均信道质量；
A3、根据各用户的平均信道质量信息对系统用户进行调度优先级排队。

3、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述各子带反馈的信道质量信息包括：信噪比、传输速率、传输块大小其中之任一参数，或者是其中任意至少两种参数的组合；所述用户的平均信道质量是通过其中的一种参数或者是其中至少两种参数的加权组合得到的。

4、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：
采用算术平均方法或者加权平均方法计算各用户的平均信道质量。

5、  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A2中采用加权平均方法计算各用户的平均信道质量时，根据信道质量信息确定各子带的权重，信道质量越好的子带具有越高的权重。

6、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A3具体为：
采用最大载干比MAX C/I算法对系统用户进行调度优先级排队。

7、  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A3具体为：
将各用户的平均信道质量映射为用户请求基站传输的实时速率；
根据映射后的实时速率采用正比公平Proportional Fair算法对系统用户进行调度优先级排队。

8、  根据权利要求2至7任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤A1和步骤A2之间还包括：
对获取的用户最近一次调度占用的各子带反馈的信道质量信息进行平滑处理。

9、  根据权利要求2至7任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：
对于初始接入系统的用户，设定其具有最高的调度优先级。

10、  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：
对于初始接入系统的用户，优先从系统未被调度的子带中为该用户分配子带资源。

11、  根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述B进一步包括：
采用随机选择的方式或者采用按预先定义的子带编号作为顺序进行选择的方式，从系统未被调度的子带中为初始接入系统的用户分配子带资源。

12、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
在子带资源分配时，优先为被调度的用户选择最近一次调度周期分配的资源进行子带分配，当需要为用户分配的子带资源大于最近一次调度周期分配的资源时，多要求分配的部分优先从未被使用或者是高优先级用户释放的子带资源中进行分配。

13、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
在子带资源分配时，按照最近一次调度周期获得的信道质量从高到低的顺序为被调度的用户分配子带资源，而最近一次调度周期内未被分配的子带优先被用于分配。

正交频分复用系统调度方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种正交频分复用系统调度方法。
背景技术
未来无线通信系统期望能够提供高速数据通信能力，这和频谱资源的缺乏相矛盾。因此，如何在有限的频谱资源下，提高频谱效率和数据通过率，成为未来无线通信系统的关键问题之一。OFDM(正交频分复用)由于其具有较高的频谱效率和抵抗多径干扰的能力，成为目前解决高速数据传输的主流技术之一。OFDM属于多载波调制技术，其主要思想是：将指配的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，信号带宽小于信道的相关带宽。较之第三代移动通信系统，采用OFDM技术为核心的后三代移动通信系统要求具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，不仅可以增加系统容量，而且能更好地满足多媒体通信要求，同时还要求能够有效地支持多种不同类型的业务，特别是在PS(分组业务)领域的需求。所以，如何对通信系统中的共享信道进行有效合理的调度，成为了达到这一需求的关键。
和有线通信系统相比，无线通信系统具有以下几个特点：(1)信道容量的时变性；(2)信道错误具有突发特性；(3)信道错误和用户位置相关。另一方面，数据业务对时延并不敏感。因此，如何利用信道和数据业务的这些特点以提高系统的频谱效率和系统吞吐量，就成为关键所在。也就是说，如何在相互竞争资源的用户之间提供一种机制，使得用户公平地访问共享资源，同时使系统吞吐量获得较大改善。
为了适应日益增长的数据业务的需求，3GPP Rlease 5(第三代伙伴工程版本5)引入了HSDPA(高速下行分组接入)技术，以提高下行方向的数据传输速率。HSDPA技术同时适用于WCDMA FDD(宽带码分多址频分双工)、UTRA TDD(通用地面无线接入时分双工)和TD-SCDMA(时隙-同步码分多址)三种不同模式。另外，在上行方向也采用与HSDPA类似的原理，在3GPPRlease6版本中开始引入HSUPA(高速上行分组接入)技术，来提高上行方向的数据传输速率。由于HSDPA技术对下行数据传输速率的提高，使得HSDPA技术可以用于承载多种类型的业务，比如：流业务、交互(例如WWW)业务和背景业务(例如文件传输协议FTP)等。
HSDPA采用的关键技术包括：快速分组调度、AMC(自适应调制编码)和HARQ(混合自动重传请求)。
目前，HSDPA的分组调度方法主要有以下几种：
(1)MAX C/I(最大载干比)：选择C/I最大即信道条件最好的用户服务。该调度方法可以获得最佳的小区吞吐量性能，但服务公平性较差，信道条件差的用户(比如处于小区边缘的用户)可能长期得不到调度。
(2)Round Robin(轮循)：顺序调度每个用户，为各用户分配相同的服务时间。该算法考虑了服务的公平性，但由于没有考虑不同用户的信道条件差异，不能发挥AMC和HARQ的技术优势，从而小区吞吐量性能较差。
(3)Proportional Fair(正比公平)：该方法的实现如下：
设时刻t，终端用户k的平均传输速率为R_k(t)，k＝1，Λ，K，其请求基站传输的实时速率为DRC_k(t)，则基站在时刻t选择服务的终端用户为
k = arg max j = 1 , Λ , k { DRC j ( t ) R j ( t ) } - - - ( 1 ) ]]>
用户k在该时刻没有数据传输，DRC_k(t)＝0。
用户k的平均吞吐量的更新等式为
R k ( t + Δt ) = ( 1 - 1 T c ) R k ( t ) + 1 T c · Current _ Transmission _ Rate _ of _ User _ k - - - ( 2 ) ]]>
式中，T_c为时间常数，表示时间滑窗的大小。时间滑窗的大小反映了用户对接收不到数据传输的忍受能力，较长的T_c将允许等待较长的时间直到该用户的信道质量变好，这有利于系统吞吐量的提高，但可能带来附加的迟延，并造成用户之间服务不公平。
在后三代演进方案中，最初引入的HSDPA技术是基于单载波的CDMA(码分多址)系统的，在对共享信道进行调度的过程中考虑的主要因素是码道的调度，而同一时隙中，各个码道的干扰情况是基本相同的，所以对码道的选择没有优先顺序而言。但对于基于OFDM技术的共享信道，系统将一段频率分为多个相互正交的子载波，再将几个子载波合为一个子带，子带是最小的调度单元。
由于不同的子带干扰情况不相同，而一个UE(用户设备)可能被调度占用多个子带，对于上面提到的MAX C/I和Proportional Fair调度算法，均需要知道UE采用的信道质量，而其在OFDM系统中如何进行评估，成为需要解决的问题；而且如何根据各个子带的干扰情况进行子带的分配，尽量降低干扰，提高共享信道的传输能力，也是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种正交频分复用系统调度方法，以使系统能够根据UE(用户设备)各个子带的信道质量优先选择信道质量好的子带进行调度，提高系统吞吐能力，降低系统干扰。
为此，本发明提供如下的技术方案：
一种正交频分复用系统调度方法，所述方法包括步骤：
A、根据系统用户最近一次调度各子带的信道质量对其进行调度优先级排队；
B、按照用户的优先级顺序选择被调度的用户并为其进行子带资源分配。
所述步骤A包括：
A1、获取系统各用户最近一次调度占用的各子带反馈的信道质量信息；
A2、根据每个用户各子带反馈的信道质量信息计算该用户的平均信道质量；
A3、根据各用户的平均信道质量信息对系统用户进行调度优先级排队。
所述各子带反馈的信道质量信息包括：信噪比、传输速率、传输块大小其中之任一参数，或者是其中任意至少两种参数的组合；所述用户的平均信道质量是通过其中的一种参数或者是其中至少两种参数的加权组合得到的。
所述步骤A2具体为：
采用算术平均方法或者加权平均方法计算各用户的平均信道质量。
所述步骤A2中采用加权平均方法计算各用户的平均信道质量时，根据信道质量信息确定各子带的权重，信道质量越好的子带具有越高的权重。
可选地，所述步骤A3具体为：
采用最大载干比MAX C/I算法对系统用户进行调度优先级排队。
可选地，所述步骤A3具体为：
将各用户的平均信道质量映射为用户请求基站传输的实时速率；
根据映射后的实时速率采用正比公平Proportional Fair算法对系统用户进行调度优先级排队。
优选地，在所述步骤A1和步骤A2之间还包括：
对获取的用户最近一次调度占用的各子带反馈的信道质量信息进行平滑处理。
优选地，所述步骤A进一步包括：
对于初始接入系统的用户，设定其具有最高的调度优先级。
优选地，所述步骤B进一步包括：
对于初始接入系统的用户，优先从系统未被调度的子带中为该用户分配子带资源。
优选地，所述B进一步包括：
采用随机选择的方式或者采用按预先定义的子带编号作为顺序进行选择的方式，从系统未被调度的子带中为初始接入系统的用户分配子带资源。
可选地，所述步骤B具体为：
在子带资源分配时，优先为被调度的用户选择最近一次调度周期分配的资源进行子带分配，当需要为用户分配的子带资源大于最近一次调度周期分配的资源时，多要求分配的部分优先从未被使用或者是高优先级用户释放的子带资源中进行分配。
可选地，所述步骤B具体为：
在子带资源分配时，按照最近一次调度周期获得的信道质量从高到低的顺序为被调度的用户分配子带资源，而最近一次调度周期内未被分配的子带优先被用于分配。
由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明综合某一UE各个子带的信道质量作为调度依据，解决了OFDM系统中由于不同子带干扰情况不同带来的信道质量估计问题。获得UE所有子带的平均信道质量信息后，将小区内的UE统一进行调度优先级排队，按照优先级顺序为UE分配子带资源，优先选择信道质量好的子带，有效地提高了共享信道的传输能力，降低了系统干扰。
附图说明
图1是本发明方法的第一实施例实现流程图；
图2是本发明方法的第二实施例实现流程图；
图3示出了利用本发明选择子带与随机选择子带时系统吞吐量的仿真结果。
具体实施方式
本发明的核心在于综合考虑某一UE各个子带的信道质量作为调度依据，根据系统用户各子带最近一次调度反馈的信道质量信息评估该用户的信道质量，从而可以根据对各用户信道质量的评估结果，利用现有的MAX C/I算法或者Proportional Fair算法对小区内的所有用户进行调度优先级排队，然后按照用户的优先级顺序选取出被调度的用户，为其进行子带资源分配。在子带资源分配时，可以优先为被调度的用户选择最近一次调度周期分配的资源进行子带分配，当需要为用户分配的子带资源大于最近一次调度周期分配的资源时，多要求分配的部分优先从未被使用或者是高优先级用户释放的子带资源中进行分配；也可以按照最近一次调度周期获得的信道质量从高到低的顺序为被调度的用户分配子带资源，而最近一次调度周期内未被分配的子带优先被用于分配。这样，同时兼顾实现复杂度及系统性能，优先选择信道质量好的子带，以提高共享信道的传输能力，降低系统干扰。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参照图1，图1示出了本发明方法第一实施例的实现流程，包括以下步骤：
步骤101：根据系统用户最近一次调度各子带的信道质量对其进行调度优先级排队。
对于初始接入系统的用户，可以设定其具有最高的调度优先级。在进行子带分配时，就可以按照其所在小区的历史记录中信道质量从好到差的顺序为其分配子带，如果小区中没有历史记录，则随机选择子带。
对于已经得到过调度的用户，需要综合考虑其所有子带的质量信息。在本发明中，根据最近一次调度占用的各个子带反馈的信道质量信息，估计该用户的平均信道质量，然后根据该平均信道质量，采用相应的调度算法，对系统内所有用户进行调度优先级排队。具体过程如下：
首先，基站获取系统各用户最近一次调度占用的各子带反馈的信道质量信息。各子带反馈的信道质量信息可以是信噪比、传输速率、传输块大小其中之任一参数，或者是其中任意至少两种参数的组合。通过其中的一种参数或者是其中至少两种参数的加权组合计算得到用户的平均信道质量信息。
每一个用户设备周期性地测量信道，并向基站报告每一个子带的信道质量信息。
然后，根据每个用户各子带反馈的信道质量信息计算该用户的平均信道质量。计算时，可以采用算术平均方法或者加权平均方法。
假设某用户第k个子带的信道质量信息为CQI_k，上次调度占用的子带数为n，则可以根据下式计算该用户的平均信道质量：
CQI mean = Σ k = 1 n w k CQI k - - - ( 1 ) ]]>
其中，w_k表示各个子带的权重，1≥w_k≥0， Σ k = 1 n w k = 1 , ]]>
如果采用算术平均方法，则各子带具有相同的权重，w_k＝1/n，
如果采用加权平均方法，且各子带反馈的信道质量信息是传输速率，也就是说，假设上次调度时，第k个子带上传输的数据速率为DRC_k，则认为传输速率大的子带具有更大的权重， w k = DRC k Σ k = 1 n DRC k , ]]>
得到平均的信道质量后，就可以采用MAX C/I算法或者Proportional Fair算法对系统用户进行调度优先级排队。
前面已经介绍，MAX C/I算法是优先选择C/I最大，即信道条件最好的用户服务，该算法可以获得最佳的小区吞吐性能。在本发明中，使用公式(1)得到的各用户的平均信道质量CQI_mean进行用户调度优先级的排序，然后按照优先级顺序选择调度用户。
同样，前面也已经简单介绍了Proportional Fair算法的实现过程。假设在时刻t，终端用户k的平均传输速率为R_k(t)，k＝1，Λ，K，其请求基站传输的实时速率为DRC_k(t)，则基站在时刻t选择服务的终端用户为：
k = arg max j = 1 , Λ , k { DRC j ( t ) R j ( t ) } . ]]>
由于CQI_mean和DRC_k(t)之间存在一一映射的关系，映射关系与系统采用的调制方式和编码有关。因此，在本发明中，可以先将CQI_mean映射为DRC_k(t)，然后根据DRC_k(t)利用Proportional Fair算法对系统内各用户进行调度。
采用Proportional Fair调度算法，可以使小区链路吞吐量最大化。当有多个用户同时申请数据传输时，优先分配时隙给DRC/R最大的用户，其中DRC为该用户申请的速率，R为之前该用户的平均数据速率。可粗略地将其看作是多用户分集时间相等，即当用户无线条件较好时，尽量多传送数据；当用户信道条件不好时，少传或不传数据，将资源让给信号条件好的用户，避免自身的数据经历多次重传，降低系统吞吐量，并同时保持多用户之间的公平性。即为无线环境相当的用户比较均匀地分配无线资源，维持可接受的包延迟率。
为了避免信道质量测量误差及某些随机因素，在对各用户所有子带进行信道质量评估前，可以对获取的用户最近一次调度占用的各子带反馈的信道质量信息先进行平滑处理，然后再根据平滑处理后的各子带反馈的信道质量信息计算该用户的平均信道质量。同样，计算时，可以采用算术平均方法或者加权平均方法。
可以按以下公式对各子带反馈的信道质量信息进行平滑处理：
CQI_E_k(t)＝pCQI_E_k(t-1)+(1-p)CQI_k(t)，
其中，CQI_E_k(t)为t时刻第k个子带的评估因子，CQI_E_k(t-1)为上次调度时第k个子带的评估因子，CQI_k(t)为t时刻第k个子带的信道质量信息，p(1≥p≥0)为平滑因子。
CQI_E_k(0)＝CQI_k(0)＝Max_Val，Max_Val为反馈信道质量信息的最大值。
步骤102：按照用户的优先级顺序选择被调度的用户。
各小区综合考虑需要调度的用户待发送的数据量以及目前可用的信道资源，按照用户的优先级顺序依次选择被调度的用户。
步骤103：按优先级顺序为被调度的用户分配子带资源。在子带资源分配时优先为被调度的用户选择最近一次调度周期分配的资源进行子带分配，当需要为用户分配的子带资源大于最近一次调度周期分配的资源时，多要求分配的部分优先从未被使用或者是高优先级用户释放的子带资源中进行分配。
由于OFDM子载波之间具有一定的相关性，而且直接对所有的子载波进行调度，信道的反馈量会非常大。因此，一般将子载波分成若干组，也称子带，用户竞争的是这些子带。这样，达到性能和反馈量的折衷。
为了保持系统的稳定性，通常使各用户保持现有子带资源，但随着各子带信道质量的变化及每次被调度用户的业务流量的不同，在每个调度周期被调度的用户及其所需的子带资源会发生变化，因此需要对其重新分配相应的子带资源。在本发明中，按照用户的优先级顺序选择出被调度的用户后，为其分配所需的子带资源时，可以优先为被调度的用户选择最近一次调度周期分配的资源进行子带分配。
当需要为用户分配的子带资源大于最近一次调度周期分配的资源时，多要求分配的部分优先从未被使用或者是高优先级用户释放的子带资源中进行分配；当需要为用户分配的子带资源小于最近一次调度周期分配的资源时，释放剩余的子带资源供其他低优先级使用。
当用户为初始接入时，可以设定其具有最高的调度优先级，同时优先从系统未被调度的子带中为被调度的用户分配子带。可以从这些未被调度的子带中随机选择出该用户所需的子带资源，也可以按预先定义的子带编号顺序，依次选择出该用户所需的子带资源。
参照图2，图2示出了本发明方法第二实施例的实现流程，包括以下步骤：
步骤201：根据系统用户最近一次调度各子带的信道质量对其进行调度优先级排队。
对于初始接入系统的用户，可以设定其具有最高的调度优先级。在进行子带分配时，就可以按照其所在小区的历史记录中信道质量从好到差的顺序为其分配子带，如果小区中没有历史记录，则随机选择子带。
对于已经得到过调度的用户，需要综合考虑其所有子带的质量信息。在本发明中，根据最近一次调度占用的各个子带反馈的信道质量信息，估计该用户的平均信道质量，然后根据该平均信道质量，采用相应的调度算法，对系统内所有用户进行调度优先级排队。比如，可以采用MAX C/I算法或者ProportionalFair算法对系统用户进行调度优先级排队。在前面已有详细描述，在此不再赘述。
步骤202：按照用户的优先级顺序选择被调度的用户。
各小区综合考虑需要调度的用户待发送的数据量以及目前可用的信道资源，按照用户的优先级顺序依次选择被调度的用户。
步骤203：按照最近一次调度周期获得的信道质量从高到低的顺序，优先从最近一次调度周期内未被分配的子带中为被调度的用户分配子带资源。
在进行子带分配时，可以采用随机选择的方式从系统未被调度的子带中为本小区内被调度的用户分配子带资源；也可以根据系统未被调度的子带最近一次调度时的信道质量从高到低为本小区内被调度的用户分配子带资源。
为了让用户在初始接入时优先选择信道质量好的子带，可以建立信道质量历史记录。
比如，在单位时间内该小区某一子带的信道质量记录为Mean_Val(如1秒内某一子带被调度使用的次数)。
这样，CQI_E_k(0)＝Mean_val，
CQI_E_k(1)＝CQI_k(1)
CQI_E_k(t)＝pCQI_E_k(t-1)+(1-p)CQI_k(t)，t＞1
图3示出了利用本发明选择子带与随机选择子带时系统吞吐量的仿真结果。
该仿真假设参数如下表1所示：
表1：


仿真场景如下表2所示：
表2：