一种基于吞吐量优化的LTE下行链路调度方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于吞吐量优化的lte下行链路调度方法。

背景技术

长期演进(longtermevolution，简称lte)网络作为主流的无线通信网络，目前已经得到了相当大的普及应用。下行链路调度是现有lte网络中一个很重要的环节，目前普遍采用的下行链路调度方法主要有比例公平(proportionalfair，简称pf)算法、最大载比干(maxchannelqualityindicator，max-cqi)算法、最大加权时延优先(modifiedlargestweighteddelayfirst，简称m-lwdf)算法、以及指数比例公平(exponentialproportionalfair，简称exp/pf)算法。

然而，上述下行链路调度方法均存在不可忽略的缺陷：其没有深入考虑所分配物理资源块在实际传输数据过程中相互影响的因素，由此可能会导致物理资源块分配过程中用户实际数据传输量减少。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于吞吐量优化的lte下行链路调度方法，其目的在于，解决现有lte下行链路调度方法没有深入考虑所分配物理资源块在实际传输数据过程中相互影响的因素，而可能导致物理资源块分配过程中用户实际数据传输量减少的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于吞吐量优化的lte下行链路调度方法，包括以下步骤：

(1)根据下行链路的带宽值得到在单个传输时间间隔内可调用的物理资源块数目，并确定要进行物理资源块分配的用户数量、以及资源分配算法；

(2)根据步骤(1)中确定的资源分配算法确定要进行物理资源块分配的所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值；

(3)根据步骤(2)得到的要进行物理资源块分配的所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值将所有可调用的物理资源块分配给用户。

优选地，当lte下行链路的带宽值分别为1.4、3、5、10、15、20mhz时，其对应的物理资源块数量分别是6、15、25、50、75、100个。

优选地，资源分配算法可以是比例公平pf算法、最大载比干max-cqi算法、最大加权时延优先m-lwdf算法、或者指数比例公平exp/pf算法。

优选地，步骤(2)具体为：

首先，计算要进行物理资源块分配的所有用户已经获得的物理资源块的综合有效信号与干扰噪声的比值，具体计算公式如下：

effvaluen＝10·log(-log(s))

其中s是中间变量，n表示要进行物理资源块分配的每个用户已经获得的物理资源块数目；sinrj值表示要进行物理资源块分配的每个用户在获得的第j个物理资源块上的有效信号与干扰噪声的比值；effvaluen表示要进行物理资源块分配的每个用户所获得的n个物理资源块上的综合有效信号与干扰噪声的比值；

其次，根据要进行物理资源块分配的每个用户已经获得的物理资源块数目n以及所有用户已经获得的物理资源块的综合有效信号与干扰噪声的比值effvaluen来获得该用户已经获得的所有n个物理资源块的数据传输总量，其通过如下函数表示：

bittransn＝getbit(effvaluen,n)

其中bittransn表示用户已经获得的所有n个物理资源块所能传输的实际数据量；getbit表示获得传输数据的函数表达式；

随后，计算用户要获得的所有n+1个物理资源块的数据传输总量与已经获得的所有n个物理资源块的数据传输总量bittransn之间的差值，作为该用户在物理资源块分配前后实际数据传输总量的变化值data_change，具体公式如下：

data_change＝bittransn+1-bittransn

最后，根据步骤(1)中确定的资源分配算法和得到的用户在物理资源块分配前后实际数据传输总量的变化值data_change确定要进行物理资源块分配的所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值metric。

优选地，获得传输数据的函数表达式getbit的运算过程具体为，首先根据比值effvaluen查询lte系统的cqi编码方式表，以确定物理资源块将采用的调制与编码方式，然后根据确定的调制与编码方式在cqi编码方式表中找到所对应的数据携带量，最后将数据携带量乘以物理资源块的数量，以得出该用户已经获得的所有n个物理资源块的数据传输总量。

优选地，当资源分配算法是最大载比干算法时，度量值的计算公式如下：

其中i表示要进行物理资源块分配的用户的序号。

优选地，当资源分配算法是比例公平算法时，度量值的计算公式如下：

其中表示第i个用户在当前传输时间间隔之前的平均吞吐量。

优选地，当资源分配算法是最大加权时延优先算法时，度量值的计算公式如下：

其中中间变量ωi＝-logδi/τi，其中δi表示第i个用户的线头排队延时超过延时阈值的最大可能性，τi表示第i个用户的目标最大延时，di(t)则为第i个用户的线头排队延时。

优选地，当资源分配算法是指数比例公平算法时，度量值的计算公式如下：

其中平均线头排队延时nr表示用户的实时性业务的数量。

优选地，步骤(3)具体包括以下子步骤：

(3-1)在要进行物理资源块分配的所有用户中统计有数据需要传输的所有用户，并根据步骤(2)的结果获得统计的所有用户在所有物理资源块上的度量值；

(3-2)对于每一个物理资源块而言，将该物理资源块分配给步骤(3-1)统计的所有用户中该物理资源块对应的度量值中最大值所对应的用户。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)由于本发明采用了步骤(2)获得所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值，从而能够保证所有物理资源块在分配过程中都能增加实际的数据传输量，从而能够解决现有方法可能导致物理资源块分配过程中用户实际数据传输量减少的技术问题。

(2)由于本发明能够使得所有物理资源块在分配过程中增加实际的数据传输量，从而能够有效地提高整个lte系统的吞吐量，并改进lte系统的丢包率。

附图说明

图1是本发明基于吞吐量优化的lte下行链路调度方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明基于吞吐量优化的lte下行链路调度方法包括以下步骤：

(1)根据下行链路的带宽值得到在单个传输时间间隔(1毫秒)内可调用的物理资源块数目，并确定要进行物理资源块分配的用户数量、以及资源分配算法；

具体而言，对于下行链路的带宽值分别为1.4、3、5、10、15、20mhz而言，其对应的物理资源块数量是6、15、25、50、75、100个。

本步骤中使用的资源分配算法可以是比例公平(proportionalfair，简称pf)算法、最大载比干(maxchannelqualityindicator，max-cqi)算法、最大加权时延优先(modifiedlargestweighteddelayfirst，简称m-lwdf)算法、或者指数比例公平(exponentialproportionalfair，简称exp/pf)算法。

(2)根据步骤(1)中确定的资源分配算法确定要进行物理资源块分配的所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值；

具体而言，本步骤首先计算要进行物理资源块分配的所有用户已经获得的物理资源块的综合有效信号与干扰噪声的比值，具体计算公式如下：

effvaluen＝10·log(-log(s))

其中s是中间变量，n表示要进行物理资源块分配的每个用户已经获得的物理资源块数目；sinrj值表示要进行物理资源块分配的每个用户在获得的第j个物理资源块上的有效信号与干扰噪声的比值(j为自然数，且有j≤x，其中x表示可调用的物理资源块的总数)；effvaluen表示要进行物理资源块分配的每个用户所获得的n个物理资源块上的综合有效信号与干扰噪声的比值，单位为db。

其次，根据要进行物理资源块分配的每个用户已经获得的物理资源块数目n以及所有用户已经获得的物理资源块的综合有效信号与干扰噪声的比值effvaluen来获得该用户已经获得的所有n个物理资源块的数据传输总量，其通过如下函数表示：

bittransn＝getbit(effvaluen,n)

其中bittransn表示用户已经获得的所有n个物理资源块所能传输的实际数据量；getbit表示获得传输数据的函数表达式，其首先是根据比值effvaluen查询lte系统的信道质量指示(channelqualityindicator，简称cqi)编码方式表，以确定物理资源块将采用的调制与编码方式，然后根据确定的调制与编码方式在cqi编码方式表中找到所对应的数据携带量(bitscarried)，最后将数据携带量乘以物理资源块的数量，就能够得出该用户已经获得的所有n个物理资源块的数据传输总量。

随后，计算用户要获得的所有n+1个物理资源块的数据传输总量与已经获得的所有n个物理资源块的数据传输总量bittransn之间的差值，作为该用户在物理资源块分配前后实际数据传输总量的变化值data_change，具体公式如下：

data_change＝bittransn+1-bittransn

最后，根据步骤(1)中确定的资源分配算法和得到的用户在物理资源块分配前后实际数据传输总量的变化值data_change确定要进行物理资源块分配的所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值metric；

其中，对于最大载比干算法而言，度量值的计算公式如下：

其中i表示要进行物理资源块分配的用户的序号，且有i≤y，其中y表示要进行物理资源块分配的用户数量；

对于比例公平算法，度量值的计算公式如下：

其中表示第i个用户在当前传输时间间隔之前的平均吞吐量。

对于最大加权时延优先算法而言，度量值的计算公式如下：

其中中间变量ωi＝-logδi/τi，其中δi表示第i个用户的线头排队(head-of-lineblocking，简称hol)延时超过延时阈值的最大可能性，τi表示第i个用户的目标最大延时，di(t)则为第i个用户的线头排队延时。

对于指数比例公平算法而言，度量值的计算公式如下：

其中平均线头排队延时nr表示用户的实时性业务的数量，实时性业务包括视频、音频等。

如果可调用的物理资源块有x个，要进行物理资源块分配的用户数量是y个，则在本步骤结束之后，得到的第1个用户在所有y个物理资源块上的度量值为(metric11，metric12，metric13，metric1y)，第2个用户在所有y个物理资源块上的度量值为(metric21，metric22，metric23，metric2y)，…，第x个用户在所有y个物理资源块上的度量值为(metricx1，metricx2，metricx3，metricxy)。

(3)根据步骤(2)得到的要进行物理资源块分配的所有用户在所有可调用的物理资源块上的度量值将所有可调用的物理资源块分配给用户。

本步骤具体包括以下子步骤：

(3-1)在要进行物理资源块分配的所有用户中统计有数据需要传输的所有用户，并根据步骤(2)的结果获得统计的所有用户在所有物理资源块上的度量值；

(3-2)对于每一个物理资源块而言，将该物理资源块分配给步骤(3-1)统计的所有用户中该物理资源块对应的度量值中最大值所对应的用户；

例如，对于第2个物理资源块而言，其对应有多个度量值，分别为metric12，metric22，…，metricx2，本步骤就是找到这些值中最大的一个，比如metric52，则本步骤的结果就是将第2个物理资源块分配给第5个用户。

实验结果与分析

表1和表2分别为30km/h以及120km/h下用户在视频服务中的平均吞吐量。从图像和表格数据对比来看，本发明视频业务的吞吐量都有了一定程度的提升，随着用户数量的不断增加，视频业务所获得的平均吞吐量在不断减小，但是总的增加量仍然较为可观。

表130km/h下视频平均吞吐量(kbps)

表2120km/h下视频平均吞吐量(kbps)

下表3和表4中分别为30km/h以及120km/h下用户在尽力而为型(besteffort，简称be)服务中的平均吞吐量。相比起mt算法而言，本发明的吞吐量都有了增长。而对mt算法而言，由于该算法本身就是将物理资源块分配给具有最佳信道的用户，所以相比之下，系统吞吐量的提升程度最小，甚至由于部分物理资源块转分配给了视频服务，所以be类型的吞吐量有了些许下降，但本发明总的吞吐量仍是处于提升状态。

表330km/h下be服务的吞吐量(kbps)

表4120km/h下be服务的吞吐量(kbps)

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。