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上海交通大学
博士后学位论文
3GPP LTE中上行链路MAC层调度的研究
姓名:王枫
申请学位级别:博士后
专业:通信与信息系统
指导教师:徐友云;尤明礼
20071001
摘要
3GPP组织为了提高其在未来移动通信领域的竞争力,提出了称为Long
Term
Evolution(LTE)的系统结构方案。LTE的需求中规定下行要达到100Mbps,上行
要达到50Mbps的峰值传输速率,并要求更低的延时及更高的频谱利用率。与现有
的UMTS和HSPA系统相比,LTE演进主要体现在无线接入设备的增强型技术和
无线接入网的优化策略两方面,在空中接口引入了大量的先进技术,如OFDM、
MIMO技术等。上行传输方案选择类似OFDM的单载波传输方案(SC-FDMA),
具有多用户接入相互正交的特性,因此在功率控制和调度策略上都将采用与
CDMA系统不同的思路、策略、算法和实现方式。该报告着重研究了功控和调度
这两大关键技术,并详细介绍了这一工作的进展和取得的创造性成果。在功控领域
我们对现有的小区内功控算法进行了优化,创造性的提出了变斜率功控算法和具有
干扰控制的PLD功控算法,并进一步提出与inter-ceU功控联调的联合功控算法。
这些算法的创新和优化为系统边缘吞吐量和相邻小区于扰水平带来较明显的增益。
在调度算法方面我们研究了频率选择性调度,提出了具有max
Cfl特性的PF算法
和交互类业务的资源分配算法;很好的解决了max
C/I算法的公平性问题,资源块
碎片问题以及资源块的效率问题。该报告还对LTE的QoS保障机制进行了研究,
提出了流量控制算法、功率调度算法、强制调度算法以及延时估计算法等,并通过
仿真结果验证了这些算法的有效性。最后针对LTE系统混合业务调度的特点提出
了统一的优先级定义方法和实现公式,解决了不同QoS业务不能在同一频段同一
时隙调度的问题;
关键词:LTE接入网,功率控制,频率选择性调度,资源块分配算法,QoS调
度算法,统一的优先级计算公式
Ab
stract
Aim
to
future
competition
position,3GPP(3G
Project
Partnership)defines
detailed
requirements
for
future
3G,termed
Long
Term
Evolution(LTE),to
develop
a
fxamework
towards
a
high—data-rate,low—latency
and
packet—optimized
radio
access
technology.The
LTE
features
include
supporting
peak
data
rate
1
00
Mbps
for
downlink
and
50
Mbps
for
uplink;scaleable
bandwidth
from
1.25MHz
to
20
MHz;and
wide
coverage.Compared
to
3GPP
LTE中上行链路№c层调度的研究
3
摘要
3GPP组织为了提高其在未来移动通信领域的竞争力,提出了称为Long
Term
Evolution(LTE)的系统结构方案。LTE的需求中规定下行要达到100Mbps,上行
要达到50Mbps的峰值传输速率,并要求更低的延时及更高的频谱利用率。与现有
的UMTS和HSPA系统相比,LTE演进主要体现在无线接入设备的增强型技术和
无线接入网的优化策略两方面,在空中接口引入了大量的先进技术,如OFDM、
MIMO技术等。上行传输方案选择类似OFDM的单载波传输方案(SC-FDMA),
具有多用户接入相互正交的特性,因此在功率控制和调度策略上都将采用与
CDMA系统不同的思路、策略、算法和实现方式。该报告着重研究了功控和调度
这两大关键技术,并详细介绍了这一工作的进展和取得的创造性成果。在功控领域
我们对现有的小区内功控算法进行了优化,创造性的提出了变斜率功控算法和具有
干扰控制的PLD功控算法,并进一步提出与inter-ceU功控联调的联合功控算法。
这些算法的创新和优化为系统边缘吞吐量和相邻小区于扰水平带来较明显的增益。
在调度算法方面我们研究了频率选择性调度,提出了具有max
Cfl特性的PF算法
和交互类业务的资源分配算法;很好的解决了max
C/I算法的公平性问题,资源块
碎片问题以及资源块的效率问题。该报告还对LTE的QoS保障机制进行了研究,
提出了流量控制算法、功率调度算法、强制调度算法以及延时估计算法等,并通过
仿真结果验证了这些算法的有效性。最后针对LTE系统混合业务调度的特点提出
了统一的优先级定义方法和实现公式,解决了不同QoS业务不能在同一频段同一
时隙调度的问题;
关键词:LTE接入网,功率控制,频率选择性调度,资源块分配算法,QoS调
度算法,统一的优先级计算公式
Ab
stract
Aim
to
future
competition
position,3GPP(3G
Project
Partnership)defines
detailed
requirements
for
future
3G,termed
Long
Term
Evolution(LTE),to
develop
a
fxamework
towards
a
high—data-rate,low—latency
and
packet—optimized
radio
access
technology.The
LTE
features
include
supporting
peak
data
rate
1
00
Mbps
for
downlink
and
50
Mbps
for
uplink;scaleable
bandwidth
from
1.25MHz
to
20
MHz;and
wide
coverage.Compared
to
3GPP
LTE中上行链路№c层调度的研究
3
UMTS
HSPA,LTE
evolution
enhanced
its
Node
B(i.e.扑m)and
simplified
the
UTRAN
framework(i.e.E—trrRAN).LTE
also
accepted
a
lot
of
new
technologies
into
its
air-
interface,such
as
OFDMA,MIMO
etc.The
single-carrier
frequency
division
multiple
access(sc—FDMA,all
OFDMA—alike
technology),is
used
as
uplink
multiple
aCCeSS
scheme
in
E-UTRAN.Thus,the
E-UTRAN
architecture,protocols
and
algorithms
need
to
be
re—designed.In
this
paper
We
focus
on
power
control
and
scheduling
algorithms.
We
will
introduce
the
progress
and
achievements
of
our
research.For
the
power
control
algorithm,intra-eell
power
control
and
inter-cell
power
control
are
carefully
researched
and
investigated,then
an
optimized
scheme
and
performance
enhancement
are
given.
For
the
scheduling
algorithm,we
researched
frequency
selective
scheduling
and
QoS
scheduling,proposed
a
maximum
throughput
PF
algorithm,mix-service
resource
allocation
algorithm,QoS
scheduling
for
GBR
and
delay
services
etc.At
last
We
give
a
united
priority
calculation
formula
to
make
mix-—service
scheduling
within
one
sub··frame
possible.
Key
Words:E-UTRAN,power
control,frequency
selective
scheduling,resource
allocation,QoS
scheduling,united
priority
3GPP
LTE中上行链路MAc层调度的研究
4
1
无线资源管理发展趋势
1.1
无线资源管理现状
移动通信已经经历了第一代通信系统(如AMPS),第二代系统(如
GSM),和第三代系统(如WCDMA),现在正向第四代,后3G的方向迅猛发
展。其中第一代通信系统的频谱资源共享主要是通过有效的频谱规划和自治机制使
得频谱使用和用户的要求相适应。在第二代系统中引入了高级的数字信号处理技
术,实现了TDMA方式的多址接入技术,使得更多用户接入成为可能。系统可调
度的无线资源也从频谱的单维度发展到包括信道传输时隙和发射功率控制等多维
度。在GSM基础上又发展了GPRS系统,提供分组交换数据的支持。因此其无线
资源管理体系引入了分组调度机制。另外增强数据速率的GSM
EDGE系统通过链
路自适应技术可以实现较GPRS更高的分组传输速率。需要指出的是,尽管GPRS
和EDGE实现了对分组数据业务的支持,但由于其有限的数据传输能力还不足以
支持对带宽要求较高的多媒体数据业务,所以在这些系统中,分组调度机制在第二
代移动通信系统无线资源管理体系中的作用并不明显。采用CDMA为空中接口的
第三代移动通信系统可以提供广域覆盖384kbps和室内/微蜂窝覆盖2Mbps的峰值
分组传输速率,而其演进系统HSDPA可以实现高达10Mbps的峰值分组传输速
率。传输带宽的改善为系统支持更丰富的多媒体业务奠定了应用基础。3GPP将3G
及其演进系统的承载业务定义为会话类、数据流类、交互类和后台类四种业务类
型。由于采用了CDMA空中接口技术,第三代移动通信系统中可支配的无线资源
除了频谱、时隙、发射功率外,还包括扩频码。
但是第三代无线通信系统提供的10兆数据速率还不能满足用户日益对高速率
无线应用的追求。另外第三代无线通信系统还面临WiMAX强有力的竞争。对3G
下一步的演进目标LTE和下一代的4G通信系统的研究现在正紧锣密鼓的展开。从
技术要求方面来看,长期演进的目标(LTE)是实现一个下行达到100Mbps、上行
3GPP
LTE中上行链路MAc层调度的研究
7
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