LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法技术方案

本发明专利技术公开了一种LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，首先统计每个用户在当前待分配RB上的信道波动情况，并结合用户当前信道质量状况，计算信道波动影响因子

Downlink resource allocation algorithm for channel fluctuation sensing in LTE systems

The invention discloses a downlink resource allocation algorithm in cognitive channel fluctuation of a LTE system under the first statistics for each user in the current channel fluctuations to be allocated on the RB, and combine with the current channel quality, calculate the channel fluctuation factor

【技术实现步骤摘要】
LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法
本专利技术属于无线通信
，涉及LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法。
技术介绍
随着无线接入速率的不断提高，移动通信的业务类型逐渐从单纯的语音和普通的数据业务向丰富的多媒体业务演变，其中主要以视频业务为主。更为复杂的业务结构对网络性能的要求也发生了巨大变化，要求下层网络提供更高的通信速率和更小的传输时延。所以，在资源有限的前提下，多个用户之间通过有效的资源分配方式以提升系统吞吐量，改善用户视频体验成为研究的热点。目前较为经典的无线资源分配方式有：RR(RoundRobin，轮询)算法、MAXC/I(MaximumCarriertoInterference，最大载干比)算法、PF(ProportionalFair，比例公平)算法以及M-LWDF(ModifiedLargestWeightedDelayFirst，改良的加权时延最大优先)算法等。RR算法不考虑各用户的信道条件，给各用户轮流分配无线资源；MAXC/I算法根据各用户的信道质量，调度具有最好信道质量/最高预计传输能力的用户；PF算法综合考虑了各用户的预计传输速率和以往平均传输速率两个指标，兼顾了效率和公平性；M-LWDF算法在PF算法的基础之上，进一步考虑各用户QoS时延、丢包率要求和MAC层缓存队列的头包时延，能较好的满足实时业务的调度需求。然而，当前的调度器仍然有缺陷存在。现存的调度算法在进行资源分配时都只考虑用户的瞬时信道质量，并没有考虑用户的信道波动情况；造成在资源分配时部分用户由于信道状况较差而一直得不到调度进而错失这些用户在相对自己信道状况较好的时隙被调度的可能性。因此，研究用户信道波动对资源分配的影响至关重要。
技术实现思路
针对单LTE系统中多用户的资源分配问题，本专利技术提供一种LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，该算法在经典资源分配算法的基础之上，结合用户信道质量波动的影响进行资源分配，以提升系统吞吐量，进而提升用户视频体验。本专利技术是通过以下技术方案来实现：LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，包括以下步骤：1)在当前调度时隙，对于待分配的RB统计各用户截止当前时隙的前N个调度时隙在该RB上的信道质量CQI，并计算各用户前N个时隙在该RB上CQI的最大值、最小值以及平均值；N为正整数；2)利用步骤1)中得到的用户前N个时隙在该RB上CQI的最大值、最小值以及平均值，结合当前调度时隙用户在该RB上的CQI计算信道波动影响因子3)对于当前待分配的RB，计算经典资源分配算法RR、MAXC/I、PF或M-LWDF算法下该RB在当前信道状态下分配给各用户的传输能力，即得到各用户在该RB上的调度指标；4)步骤3)中得到的经典资源分配算法的调度指标乘以步骤2)中的信道波动影响因子得到各用户在该RB上的信道波动感知的调度指标；5)将当前待分配的RB分配给调度指标最大的用户，若该用户待传输数据量不大于已分配给其RB的传输能力，则该RB分配完成后将该用户从待调度用户队列中删除；6)按照步骤1)～5)进行下一个RB的分配，直到所有的RB分配完毕；否则，若当前调度时隙已经没有可传输的数据，则剩余的RB按照MAXC/I进行分配。步骤1)中，用户在RB上的信道质量波动信息：单LTE小区中包含Nu个用户，系统中共有Nr个RB，用户集合为U＝{1,2,...,i,...,Nu}；对于当前待分配的第j个RB，统计第i(i＝1,2,...Nu)个用户截止当前时隙的前N个调度时隙在该RB上的信道质量情况，得到矩阵CQIN(i,j)；利用CQIN(i,j)计算用户在当前RB上前N个时隙CQI的最大值、最小值以及平均值：CQImax(i,j)、CQImin(i,j)以及CQIref(i,j)。步骤2)中，利用得到的用户信道质量统计计算信道波动影响因子若用户当前信道质量CQIi,j不小于用户在该RB上前N个时隙信道质量的平均值CQIref,i,j时，信道波动影响因子不小于1，即用户被调度的可能性增加；否则反之，式中λ为一个由实验确定的经验值。步骤3)中，计算经典资源分配算法下各用户调度指标具体为：1)RR算法，其公式表述为：其中表示RR算法下，第i个用户在第j个RB上的调度指标，t是当前时间，Ti是第i个用户最后一次被调度的时间；2)MAXC/I算法，其公式表述为：其中表示MAXC/I算法下，第i个用户在第j个RB上的调度指标；表示在k时刻第i个用户在第j个RB上的预计传输能力；3)PF算法，其公式表述为：其中表示PF算法下，第i个用户在第j个RB上的调度指标，的意义同MAXC/I算法，表示在k时刻第i个用户在第j个RB上的预计传输能力，表示k时刻之前第i个用户的平均传输速率，假设k时刻的瞬时传输速率为Ri(k)，可以利用如下公式来计算其中，δ为常数；4)M-LWDF算法，其公式表述为：式中表示M-LWDF算法下，第i个用户在第j个RB上的调度指标，δi表示第i个用户允许的最大丢包率，τi表示第i个用户的时延门限，δi、τi越小，αi越大，第i个用户的调度指标也越大，DHOL,i为第i个用户MAC队列的首包时延，和的意义同PF算法；利用上面的经典资源分配算法调度指标计算公式可得各用户在当前待分配RB上的调度指标。步骤4)中，基于经典资源分配算法的信道波动感知：首先计算经典资源分配算法下，当前调度时隙第i(i＝1,2,...Nu)个用户在第j个RB上的传输能力，即用户在该RB上的调度指标mi,j；考虑到信道质量波动的影响，在信道波动感知的资源分配算法下，当前时隙第i(i＝1,2,...Nu)个用户在第j个RB上的调度指标即为经典资源分配算法下的调度指标乘以信道波动影响因子即式中，表示第i(i＝1,2,...Nu)个用户在当前待分配的第j个RB上的信道波动感知的调度指标；mi,j表示某种经典资源分配算法下第i(i＝1,2,...Nu)个用户在当前待分配的第j个RB上的调度指标；表示信道波动影响因子。将当前待分配的RB分配给调度指标最大的用户：计算完所有用户在待分配RB上的调度指标将该RB分配给调度指标最大的用户ui*，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，首先利用每个用户在当前待分配RB上近一段时间的CQI情况，计算其近一段时间在当前RB上的CQI最大值、最小值以及平均值，并结合每个用户在当前RB上的信道状况计算其在该RB上的信道波动影响因子然后，基于经典资源分配算法得到的调度指标，乘以信道波动影响因子得到每个用户在当前RB上的信道波动感知的调度指标。将该RB分配给调度指标最大的那个用户，在逐个RB分配过程中，若当前RB传输能力不小于所分配用户的剩余待传输数据量时，则该RB分配完成后将该用户从待调度队列中删除。若当前时隙已无待传输数据但RB仍有剩余，则剩余RB按MAXC/I算法分配。本专利技术基于经典资源分配算法，考虑用户信道质量波动的影响，在用户相对于自身较好的时刻被调度的可能性增加。从而一定程度上提升了系统吞吐量，改善用户视频体验。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为各算法系统吞吐量随λ的变化图；图3为RR-CQI算法下各用户MVQI随λ本文档来自技高网...

【技术保护点】
LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，其特征在于，包括以下步骤：1)在当前调度时隙，对于待分配的RB统计各用户截止当前时隙的前N个调度时隙在该RB上的信道质量CQI，并计算各用户前N个时隙在该RB上CQI的最大值、最小值以及平均值；N为正整数；2)利用步骤1)中得到的用户前N个时隙在该RB上CQI的最大值、最小值以及平均值，结合当前调度时隙用户在该RB上的CQI计算信道波动影响因子

【技术特征摘要】
1.LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，其特征在于，包括以下步骤：1)在当前调度时隙，对于待分配的RB统计各用户截止当前时隙的前N个调度时隙在该RB上的信道质量CQI，并计算各用户前N个时隙在该RB上CQI的最大值、最小值以及平均值；N为正整数；2)利用步骤1)中得到的用户前N个时隙在该RB上CQI的最大值、最小值以及平均值，结合当前调度时隙用户在该RB上的CQI计算信道波动影响因子3)对于当前待分配的RB，计算经典资源分配算法RR、MAXC/I、PF或M-LWDF算法下该RB在当前信道状态下分配给各用户的传输能力，即得到各用户在该RB上的调度指标；4)步骤3)中得到的经典资源分配算法的调度指标乘以步骤2)中的信道波动影响因子得到各用户在该RB上的信道波动感知的调度指标；5)将当前待分配的RB分配给调度指标最大的用户，若该用户待传输数据量不大于已分配给其RB的传输能力，则该RB分配完成后将该用户从待调度用户队列中删除；6)按照步骤1)～5)进行下一个RB的分配，直到所有的RB分配完毕；否则，若当前调度时隙已经没有可传输的数据，则剩余的RB按照MAXC/I进行分配。2.根据权利要求1所述的LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，其特征在于，步骤1)中，用户在RB上的信道质量波动信息：单LTE小区中包含Nu个用户，系统中共有Nr个RB，用户集合为U＝{1,2,...,i,...,Nu}；对于当前待分配的第j个RB，统计第i(i＝1,2,...Nu)个用户截止当前时隙的前N个调度时隙在该RB上的信道质量情况，得到矩阵CQIN(i,j)；利用CQIN(i,j)计算用户在当前RB上前N个时隙CQI的最大值、最小值以及平均值：CQImax(i,j)、CQImin(i,j)以及CQIref(i,j)。3.根据权利要求2所述的LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，其特征在于，步骤2)中，利用得到的用户信道质量统计计算信道波动影响因子若用户当前信道质量CQIi,j不小于用户在该RB上前N个时隙信道质量的平均值CQIref,i,j时，信道波动影响因子不小于1，即用户被调度的可能性增加；否则反之，式中λ为一个由实验确定的经验值。4.根据权利要求1所述的LTE系统下信道波动感知的下行资源分配算法，其特征在于，步骤3)中，计算经典资源分配算法下各用户调度指标具体为：1)RR算法，其公式表述为：其中表示RR算法下，第i个用户在第j个RB上的调度指标，t是...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，刘贵忠，贺丽君，陈雨辰，邓瑞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61