（电路与系统专业论文）lte系统中无线资源调度策略的研究.pdf

卜一。久 一0 绁r 一 独创性( 或仓 本人声明所呈交的论文是本人在导师指 我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 壁j2 2 k 弛 日期： 岳立世：墨：篁 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可 以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释： 本学位论文不属于保密范围， 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：兰! 竖：! ! 篁 日期：盘兰堕：3 ： 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 i v r ，一 一 f i 广 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 l t e 系统中无线资源调度策略的研究 摘要 在l t e 系统中，由于一些新的物理层技术如o f d m 、m i m o 的应用以 及网络架构的变化，无线资源管理面临着许许多多新的亟待解决的问题， 譬如不同于c d m a 系统的动态资源分配问题、软频率复用场景下的资源利 用率问题等。一方面，在以o f d m s c f d m a 为多址接入方式的下一代移 动通信系统中，系统带宽及调度的灵活性都将大大提高，与此同时承载的 业务也将更加复杂，因此如何设计有效的资源分配方案，以保证用户q o s 并提高系统频谱利用率将成为系统中关键问题，特别是设计适用于操作复 杂度更高、可用信息量更小的上行系统的资源分配方案。另一方面，下一 代移动通信系统由于采用了o f d m s c f d m a 的多址技术，小区边缘的用 户将面临比较严重的干扰。如何在规避干扰的同时，有效的提高系统的资 源利用率，降低小区边缘处的切换掉话率和呼叫阻塞概率，提高系统的容 量，也是一个亟需解决的课题。 本文主要围绕上述的这两个点展开阐述，先发现存在的问题并分析问 题的起因，然后介绍该问题领域一些经典的解决方案和策略，引出解决该 问题的思路，最后给出解决问题的方案。本论文的主要研究内容可以概括 如下： 1 、概述了移动通信的发展史，介绍了l t e 系统的标准化进程和演进目 标，简述了传统的无线资源管理和l t e 系统中无限资源管理面临的问题。 2 、概述了静态系统级仿真和动态系统级仿真的方法；对系统级仿真中 的各个关键技术模块进行了深入的介绍，包括无线信道模型、小区拓扑模 型、用户分布模型、用户移动模型、业务模型、无线资源管理模块等；最 后对所搭建的系统级仿真平台的整体结构及完整的仿真流程做了细致的阐 述。 3 、首先简要介绍了l t e 的上行系统模型：概述了s c f d m a 的实现方 式、技术特点、资源划分方式等；介绍了l t e 上行调度的完整流程。接着 对传统的经典调度算法进行了简要介绍和分析，主要针对单小区单用户系 统和单小区多用户系统。最后针对l t e 上行调度中存在的问题，提出了一 种用于上行系统的保证用户最小速率要求的资源分配算法，并进行了性能 仿真。 4 、简要介绍了l t e 系统中的干扰消除技术，概述了干扰随机化、干扰 删除、干扰协调三种方案的基本原理和主要流程。然后介绍和比较了传统 v v i 的接 合设 了展 纳控 r e s e a r c ho nr a d i or e s o u r c ea i ，i ，o c a ：n o n a l g o r i t h mo fo f d m as y s t e m a b s t r a c t i nt h el t es y s t e m ，d u et os o m en e w p h y s i c a ll a y e rt e c h n o l o g i e ss u c ha s o f d m ，m i m o ，a sw e l la sc h a n g e si nn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，r a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n ti sf a c i n gm a n yn e wp r o b l e m st ob es o l v e d f o re x a m p l e ，d y n a m i c r e s o u r c ea l l o c a t i o n p r o b l e m sw h i c h i sd i f f e r e n tf r o mt h ec d m as y s t e m ， r e s o u r c eu t i l i z a t i o nf os o f tf r e q u e n c yr e u s es c e n a r i o sa n ds oo n o no n eh a n d ，i n t h e n e x t - g e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s w h i c h a d o p t o f d m s c - f d m aa sm u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g y , t h ef l e x i b i l i t yo fr e s o u r c e s c h e d u l i n gw i l lb eg r e a t l yi m p r o v e dw h i l et h eb u s i n e s sw h i c ht h es y s t e m sc a r r y w i l lb e c o m em o r ec o m p l e x h o wt od e s i g ne f f i c i e n tr e s o u r c ea l l o c a t i o ns c h e m e t oe n s u r et h eu s e r s q o s r e q u i r e m e n t sa n di m p r o v et h es y s t e ms p e c t r a l e f f i c i e n c yw i l lb ek e yi s s u e so ft h es y s t e m ，e s p e c i a l l yf o rt h eu p l i n ks y s t e m si n w h i c ht h ea m o u n to ft h ea v a i l a b l ei n f o r m a t i o nf o rs c h e d u l i n gi ss m a l l e ra n dt h e s c h e d u l i n go p e r a t i o np r o c u d u r ei sm o r ec o m p l e x o nt h eo t h e rh a n d ，i nt h en e x t g e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m su s i n g o f d m a s c f d m aa s m u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g y , t h ei n t e r f e r e n c ec o n d i t i o no ft h ec e l le d g eu s e r sw i l l b es e r i o u s h o wt oa v o i di n t e r f e r e n c ew h i l ee f f e c t i v e l yi m p r o v et h es y s t e m r e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，l o w e r b l o c k i n gp r o b a b i l i t yo fn e wc a l l s a n dd r o p p i n g p r o b a b i l i t yo fh a n d o v e rc a l l s ，i n c r e a s es y s t e mc a p a c i t y , a r ea l lu r g e n ti s s u e st o s o l v e d t h i sp a p e ri sm a i n l yc o n c e r n e do nt h ea b o v et w op r o b l e m s i ne a c hc h a p t e r , w ef i r s tf o r m u l a t et h ep r o b l e ma n da n a l y z et h ec a u s e so ft h ep r o b l e m ，a n dt h e n i n t r o d u c et h ec l a s s i c a ls o l u t i o n so ft h es i m i l a rp r o b l e m s f i n a l l y , t h es o l u t i o n s t r a t e g i e so ft h ep r o b l e mi sp r e s e n t e d t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e rc a nb e s u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h ef i r s tc h a p t e rs u m m a r i z e st h eh i s t o r yo fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ， i n t r o d u c e st h el t es t a n d a r d i z a t i o np r o c e s sa n dt h eo b j e c t i v e so ft h es y s t e m e v o l u t i o na n do u t l i n e st h et r a d i t i o n a lr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ta n dt h en e w u n s l o v e dp r o b l e m si nr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n tf o rt h el t e s y s t e m w i t hd e t a i l 3 t h et h i r dc h a p t e rf i r s t l ym a k e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h el t eu p l i n k s y s t e m ：g i v i n ga no v e r v i e wo fs c - f d m a a n di n t r o d u c i n gt h ew h o l es c h e d u l i n g p r o c e s so fl t eu p l i n ks y s t e m s a n dt h e nt h et r a d i t i o n a la n dc l a s s i c a ls c h e d u l i n g a l g o r i t h m sa r eb r i e f l yi n t r o d u c t e da n da n a l y e d ，w h i c ha r es o r t e di n t os c h e m e s f o r s i n g l e - c e l l s i n g l e - u s e rs y s t e m sa n ds c h e m e sf o rs i n g l e c e l l m u l t i - u s e r s y s t e m s f i n a l l y , f o rt h el t eu p l i n ks y s t e m s ，as c h e d u l i n gs c h e m ei sp r o p o s e d w h i c hg u a r a n t e e st h em i n i m u mr a t er e q u i r e db yt h eu s e ra n dt h ep e r f o r m a n c e s i m u l a t i o ni sc o n d u c t e d 4 t h ef o r t hc h a p t e rf i r s t l ym a k e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h ei n t e r f e r e n c e s u p p r e s s i o nt e c h n i q u e s ，i n c l u d i n g i n t e r f e r e n c e r a n d o m i z a t i o n ，i n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o na n di n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o n t h e nt h et r a d i t i o n a la n dc l a s s i c l a d m i s s i o nc o n t r o ls t r a t e g i e sa r ei n t r o d u c e da n dc o m p a r e d f i n a l l y , t os l o v et h e p r o b l e m se n c o u n t e r e db yt h et r a d i t i o n a la d m i s s i o nc o n t r o ls t r a t e g yw h i c hi s a p p l i e di n s e m i s t a t i cs o f t - f r e q u e n c yr e u s es c e n a r i o s ，aj o i n td e s i g no ft h e s o f t - f r e q u e n c yr e u s es c h e m ea n dt h ea d m i s s i o n c o n t r o ls t r a t e g yi sm a d e a n dt h e p e r f o r m a n c es i m u l a t i o no ft h ep r o p o s e ds c h e m ei sc o n d u c t e d f i n a l l y , as u m m a r i z a t i o no ft h ep a p e ri sm a d ea n dt h ed i r e c t i o no ff u t u r e w o r ki sp r o s p e c t e d k e yw o r d s ：l t e ，r a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n t ，s y s t e m l e v e ls i m u l m i o n ，u p l i n k s c h e d u l i n g , i n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o n ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o l f i ， 一 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 目录 第一章绪论一1 1 1 背景技术1 1 1 1 移动通信发展史1 1 1 2l t e 系统概述3 1 1 3l t e 系统中的无线资源管理。5 1 2 论文主要研究内容和结构安排7 参考文献7 第二章无线通信的系统级仿真介绍9 2 1 系统级仿真概述9 2 2 系统级仿真的关键技术模块介绍1 0 2 2 1 无线网络信道模型1 0 2 2 2 小区拓扑结构及用户分布模型；。1 2 2 2 3 业务模型1 4 2 2 4 用户移动模型1 7 2 2 5 各种协议和算法模型_ 1 8 2 3l t e 系统级仿真平台搭建。1 8 2 3 1 仿真平台组成1 8 2 3 2 系统仿真流程矗2 0 2 4 本章小结。2 2 参考文献2 3 第三章l t e 系统上行资源分配策略研究2 5 3 1l t e 上行系统模型。2 5 3 1 1s c f d m a 基本原理及技术特点2 5 3 1 2l t e 系统的上行调度过程2 8 3 2 经典资源调度算法简介3 l 3 2 1 单小区单用户系统小。3 1 3 2 2 单小区多用户系统。3 4 3 3 一种用于l t e 上行系统的保证最小速率要求的资源分配算法3 6 3 3 1 系统模型及问题阐述。3 6 3 3 2 算法描述3 8 3 3 3 仿真结果及性能分析4 0 论文 z 1 3 4 ：i 4 7 4 7 4 7 4 8 4 9 ! ；( ) ! ；：； ! ；：； 5 4 方案5 4 ! ；7 6 】【 6 1 6 3 6 1 ； 6 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 第一章绪论帚一旱三百可匕 本节我们首先介绍第一代无线通信系统到第三代无线通信系统的发展历程， 然后对u t r a 长期演迸( l o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 系统，即业界俗称的准4 g 系统进行了简要的介绍，最后对l t e 系统中的无线资源管理策略进行了简要的 总结和阐述。 1 1 背景技术 1 1 1 移动通信发展史 步入2 1 世纪，信息技术在人类的日常生产和生活中起到了越来越重要的作 用。作为信息技术的一个重要分支，移动通信是当前发展最快的领域之一。它不 仅集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了网络技术和计算机技 术的许多成果。当今，各种崭新的移动通信概念层出不穷，新体制及其关键技术 日新月异，这些重大观念的改变和进步必将推动人类向个人通信即“能在任何时 间、任何地点、向任何人提供快速可靠的服务这一最终目标前进1 1 。1 】1 1 2 1 。下面 将简单介绍一下移动通信的发展史。 。 第一代( 1 g ) 以模拟式蜂窝网为主要特征。1 9 7 8 年底，美国贝尔实验室成功研 制了先进移动电话系统( a m p s ，a d v a n c e dm o b i l e p h o n es y s t e m ) ，建成了蜂窝 状模拟移动通信网，大大提高了系统容量。与此同时，其他发达国家也相继开发 出蜂窝式公共移动通信网。这一阶段的特点是蜂窝移动通信网成为实用系统，并 且在世界各地迅速发展。移动通信得到迅猛发展的原因，除了用户需求迅速增加 这一主要推动力之外，还有几方面技术发展所提供的条件。首先，微电子技术在 这一时期得到迅猛发展，使得通信设备可以实现小型化、微型化。其次，贝尔实 验室在2 0 世纪7 0 年代提出的蜂窝网的概念形成了移动通信新体制。蜂窝网，即所 谓的小区制，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。第三方面进展是随着 大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛 发展，为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。这一阶段所诞生的移动通信 系统一般被称为是第一代移动通信系统。 第一代( 1 g ) 从技术特色上看，它以解决两个动态性中最基本的用户这一重动 态性为核心并适当考虑到第二重信道动态性。主要实现措施是采用频分多址 f d m a 方式实现对用户的动态址功能，并以蜂窝式网络结构和频率规划实现载频 再用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。在信道动态特性 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 匹配上，适当采用了性能优良的模拟调频方式，并利用基站二重空间分集方式抵 抗空间选择性衰落。 第二代( 2 g ) 以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移动通信系统。从2 0 世纪 8 0 年代中期开始，数字移动通信系统进入发展和成熟时期，模拟蜂窝网的容量已 经不能满足日益增长的移动用户的需求。2 0 世纪8 0 年代中期，欧洲首先推出了全 球移动通信系统( g s m ，g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e ) 随后美国和日本也相继指定了 各自的数字移动通信体制。2 0 世纪9 0 年代初，美国高通公司推出了窄带码分多址 ( c d m a ，c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 蜂窝移动通信系统，这是移动通信系统 发展中的里程碑。从此，码分多址这种新的无线接入技术在移动通信领域占据了 越来越重要的地位。这些目前正在广泛使用的数字移动通信系统就是第二代移动 通信系统。 第二代( 2 g ) 从技术特色上看，是以数字化为基础，全面考虑信道与用户的二 重动态特性及相应的匹配措施。主要实现措施有：采用t d m a ( g s m ) 、c d m a ( i s 9 5 ) 方式实现对用户的动态寻址功能，并以数字式蜂窝网络结构和频率( 相位) 规划 实现载频( 相位) 再用方式，从而扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。 目前世界范围内g s m 系统应用非常广泛，约占据全球移动通信市场份额的5 8 ， 可以提供2 4k b p s 、9 6k b p s 以及1 4 4k b p s 的电路交换语音业务，还可以通过通用 无线分组业务( g p r s ，g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 和增强型数据速率g s m 演迸 技术( e d g e ，e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) 分别提供1 4 4k b p s 和3 8 4 k b p s 的分组交换数据业务。第二代移动通信系统主要是为支持话音和低速率的数据业 务而设计的。但随着人们对通信业务范围和业务速率要求的不断提高，已有的第 二代移动通信系统已经很难满足新的业务需求。为了适应新的市场需求，人们正 在发展第三代移动通信系统。国际电信联盟( i t 忉在2 0 0 0 年5 月确定w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 三大主流无线接口标准。 第三代( 3 g ) 从技术上看，是在2 g 系统适配信道与用户二重动态特性的基础上 又引入了业务的动态性，即在3 g 系统中，用户业务既可以是单一的语音、数据、 图像，也可以是多媒体业务，且用户选择业务是随机的，这个第三重动态性的引 入使系统大大复杂化。所以第三代是在二代数字化基础上的、以业务多媒体为主 要目标，全面考虑并完善对信道、用户二重动态特性匹配特性，并适当考虑到业 务的动态性能，尽力采用相应措施予以实现的技术。 但是由于3 g 系统的核心网还没有完全脱离第二代移动通信系统的核心网结 构，所以普遍认为3 g 系统仅仅是一个从窄带向未来移动通信系统过渡的阶段。 目前，人们已经把目光越来越多的投向超3 g ( b e y o n d 3 g ) 的移动通信系统，该系 统可以容纳庞大的用户数、改善现有通信质量，达到高速数据传输的要求。从技 2 一 广i 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 术层面来看，3 g 系统主要是以c d m a 为核心技术，而在3 g 以后的移动通信系 统中o f d m 技术最受瞩目，有不少专家学者正针对o f d m 技术在无线通信技术 上的应用从事研究1 1 。】f 1 4 j 。第三代合作伙伴计划( 3 g p p ，3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i p p r o j e c t ) 在2 0 0 4 年底发展了长期演进( e r e ，l o n gt e r me v o l u t i o n ) 计划。2 0 0 4 年 1 2 月3 g p p 雅典会议决定由3 g p pr a n 工作组负责开展l t e 研究，3 g p p 经过激 烈的讨论和艰苦的融合，终于在2 0 0 5 年1 2 月选定了l t e 的基本传输技术，即 下行正交频分多址接入( o f d m a ，o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) ：上行单载波频分多址接入( s c f d m a , s i n g l ec a r r i e rf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) i 1 捌。 1 1 2l t e 系统概述 在第三代移动通信发展的道路上，3 g p p 作为最主要的标准化组织，成功推 出w c d m a 、1 d s c d m a 的一系列标准。为了适应人们对数据业务需求的不断 增长，3 g p p 的标准已经从最初的r 9 9 发展到r 4 、r 5 、r 6 、r 7 。通过各个版本的 不断改进，在5 m h z 的范围内，3 g 增强型技术高速下行分组数据接x 、( h i g hs p e e d ；：二： d o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ，h s d p a ) 已经_ 实现了峰值约为1 0 m b p s 的系统吞吐量，为 不同类型的各种业务在空中接口上提供了强而有力的支持。在标准的产业化上， 基于各个版本的w c d m a 、t d s c d m a 系统也已经或即将走入商用，可以说3 g p p 组织为全球的第三代移动通信产业做出了巨大的贡献。另一方面，随着无线宽带 接入技术，特别是带有移动性的w i m a x 8 0 2 1 6 无线城域网技术的逐渐普及和广泛 应用，使得各种宽带无线技术开始显现其便利性和发展优势。从技术的角度来看， 8 0 2 1 6 、3 g 增强型技术和b 3 g ( b e y o n d3 g ) 所采用的关键技术有很多类似之处，目 的也有一些重叠。3 g 显然由于其成熟性和现有庞大的网络将仍然占据绝对主导 地位；而8 0 2 1 6 等宽带无线技术也会随着技术、标准、设备、频谱资源和应用定 位的逐渐成熟而拥有广泛的应用前景。从数据业务等方面的能力来看，w i m a x 正成为3 g 和3 g 增强型技术的最大威胁。 为了提高3 g 在新兴的宽带无线接入市场的竞争力，同时摆脱来自高通公司 的c d m a 专利制约，部分移动运营商和设备提供商积极展开了对3 g 长期演进技 术的研究工作。在2 0 0 4 年1 2 月召开的3 g p pr a n 第2 6 次全会上，3 g p p 正式通过了 关于u 认长期演迸( l o n gt e r me v o l u t i o n ，u 1 e _ ) 的立项。这种以正交频分复用 ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 为核心的技术，与其说是3 g 技术的演进不如说是革命，它甚至可以被看作准4 g 技术【m l 。 3 g p p 以频繁的会议全力推进l t e 的研究工作。整个项目计划分为两个阶段： 2 0 0 5 年3 月到2 c h d 6 年6 月为研究阶段( s t u d y l t e m ，s i ) ，完成可行性研究报告；2 0 0 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 年6 月至2 0 0 7 年6 月为工作阶段( w r o r ki t e m ，w i ) ，完成核心技术的规范工作。回 顾l t e 项目的进展，总体上还比较顺利。虽然工作进度略滞后于原计划，但经过 艰苦的讨论和融合，终于于2 0 0 8 年底确定了大部分基本技术的框架，一个初步的 l t e 系统已经逐渐展示在我们眼前。 总体说来，3 g p pl t e 项目的目的是研发一个高数据率、低时延和基于全分 组的移动通信系统，具体目标主要包括l l 叫： ( 1 ) 频谱带宽配置 实现灵活的频谱带宽配置，支持1 2 5m h z 、1 6m i - l z 、2 5m h z 、5m h z 、1 0 m h z 、1 5m h z 和2 0m h z 的带宽设置，从技术上保证3 g p pl t e 系统可以使用第3 代移动通信系统的频谱。 ( 2 ) 小区边缘传输速率 提高小区边缘传输速率，改善用户在小区边缘的体验，增强3 g p pl t e 系统 的覆盖性能，主要通过频分多址和小区间干扰抑制技术实现。小区覆盖半径在 5 k m 以下时，应该满足l t e 项目的所有性能要求；对于小于3 0 k m 的小区覆盖，可 以允许一定的性能损失；能够支持1 0 0 k m 的小区覆盖。 ( 3 ) 数据率和频谱利用率 在数据率和频谱利用率方面，实现下行峰值速率1 0 0m b s ，上行峰值速率5 0 m b s ；频谱利用率为h s p a 的2 - - 4 倍，用户平均吞吐量为h s p a 的2 - - 4 倍。为保证 3 g p pl t e 系统在频谱利用率方面的技术优势，主要通过多天线技术、自适应调 制与编码和基于信道质量的频率选择性调度实现。 ( 4 ) 时延 提供低时延，使用户平面内部单向传输时延低于5m s ，控制平面从睡眠状态 到激活状态的迁移时间低于5 0m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于1 0 0 m s ，以增强对实时业务的支持。 ( 5 ) 多媒体广播和多播业务 进一步增强对多媒体广播和多播业务的支持，满足广播业务、多播业务和单 播业务融合的需求，主要通过物理层帧结构、层2 的信道结构和高层的无线资源 管理实现。 ( 6 ) 全分组的包交换 取消电路交换，采用基于全分组的包交换，从而提高系统频谱利用率。对l p 语音( v o l p ) x j k 务的支持与低时延目标的实现导致调度和层1 、层2 间信令设计的困 难。 ( 7 ) 用户移动性的支持 支持终端在整个系统范围内的移动性，为低速移动终端提供最优服务，对中 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 速移动终端实现较高性能，同时支持高速移动终端。 ( 8 ) 共存 实现与第3 代移动通信系统和其他通信系统的共存。 3 g p p 毫不讳言l t e 项目的启动是为了应对来自“其他无线通信标准”的竞 争。针对w i m a x “低移动性宽带i p 接入的定位，l t e 提出了相应的需求，如 相似的带宽、数据传输率和频谱效率指标，对低移动性进行优化，只支持p s 域， 强调广播多播业务等。同时，出于对v o i p 以及在线游戏等业务的重视，l t e 对 用户面延迟的要求近乎苛刻。虽然对于向后兼容的要求似乎模棱两可，但是物理 层技术的革命已成定局。另外，3 g p pl t e 技术路线仍然存在频分双t ( f r e q u n e c y d i v i s i o nd u p l e x ，f d d ) 和时分双工( r n m ed i v i s i o nd u p l e x ，t o n ) 之分。相比之下， t d d 模式下的频谱分配更加灵活；f d d 不仅需要成对的频谱，更需要足够的双 工间隔。 1 1 3l t e 系统中的无线资源管理 对于无线系统来说，无线资源的概念是很广泛的，它既可以是频率，也可以 是时间，还可以是码字。不论是从哪个角度来看，以移动通信为代表的无线通信 系统都是资源受限的系统。而与此同时用户的数量却在持续地高速增长，因而如 何高效地利用有限的无线资源来满足同益增长的用户需求，已经成为令移动通信 系统的制造商和运营商同益关注的问题。 传统的r r m 的目标是在有限的无线资源的条件下，为网络内无线用户提供 业务质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰落 和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资 源，最大程度地提高无线资源利用率。传统的无线资源管理包括无线资源分配， 功率速率控制、切换管理、呼叫接纳控制、拥塞控制和负载均衡等【1 - 7 l 。 图1 - 1 给出了传统无线资源管理的基本功能。首先，呼叫接纳控制模块根据 用户的q o s 要求和系统的负载状况决定是否允许用户接入网络；然后无线资源 管理模块为用户分配必要的资源( 包括功率、带宽、码字、时隙等) 以便满足用 户的o o s 要求；由于系统的动态变化，可能会增加干扰，为了避免系统发生拥 塞，应该执行拥塞控制功能，比如通过协商，降低用户的o o s 级别，这个问题 在接纳控制阶段也应该考虑；由于用户的移动性，需要进行越区切换管理；最后 无线资源管理和控制的结果要作为合适的参数映射到物理信道上。 无线资源管理在第一代移动通信系统、第二代移动通信系统和第三代移动通 信系统中都得到了广泛的研究，获得了很多成熟的解决方案和研究成果。然而， 在l t e 系统中，由于一些新的物理层技术如o f d m 、m i m o 的应用以及网络架 5 于 术 随 在 信道上传输数据，与此同时，很可能另一部分用户信道状况比较好，适合进行数 据传输。因此，在多用户环境中，o f d m a s c f d m a 系统在时间和频率两个维 度上固有存在着一种所谓的“多用户分集 效果【瑚】，相应的，系统的资源也被 从时隙和频率两个维度分别进行划分。如果基站侧能够实时的获得系统中用户的 信道状态信息，就可以根据这些信息进行实时的调度，将每个时隙的每个子载波 分配给最优的用户进行数据传输，获取最大限度的多用户分集效果。在以 o f d m s c f d m a 为多址接入方式的下一代移动通信系统中，系统带宽及调度的 灵活性都将大大提高，与此同时承载的业务也将更加复杂，因此如何灵活设计有 效的资源分配方案以保证用户q o s 并提高系统频谱利用率将成为系统中的关键 问题f 1 。9 1 。 另一方面，下一代移动通信系统由于采用了o f d m 郇c f d m a 的多址技术， 小区边缘的用户将面临比较严重的干扰。为了应对严重的小区边缘干扰，传统的 方法是通过干扰随机化、干扰删除、干扰协调等方式l l - 1 0 】。其中基于干扰协调的 软频率复用是3 g p p 各与会方普遍支持的一种方案，但软频率复用方案必须进行 小区频率资源规划，频率资源的进一步划分必然导致系统资源利用率的下降和多 用户分集增益的减少。如何在规避干扰的同时，有效的提高系统的资源利用率， 降低小区边缘处的切换掉话率和呼叫阻塞概率，提高系统的容量，是一个亟需解 决的课题。 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 本文主要围绕无线资源调度的这两个点展开阐述，先发现存在的问题并分析 问题的起因，然后介绍该问题领域一些经典的解决方案和策略，引出解决该问题 的思路，最后给出解决问题的方案。 1 2 论文主要研究内容和结构安排 全文共分为五章，其主要研究内容和章节安排如下： 第一章概述了无线通信和无线网络技术的发展历史及现状，并且综述了本论 文研究中涉及的一些重要技术，引出了本文的研究对象和选题意义。 第二章详细介绍了l t e 系统级仿真平台的建模工作，该平台模拟的是车辆环 境模型( 宏蜂窝模型) ，开发环境为v i s u a lc + + 6 0 。文章着重介绍了建立l t e 系统 级仿真平台的几个关键环节，主要包括业务源模型、用户移动性模型、数字信道 模型以及多小区系统仿真模型四大部分，并简要介绍了无线资源管理的各个功能 模块在仿真平台中的实现以及完整的系统级仿真流程。 第三章研究了l t e 上行系统无线资源调度与分配算法。首先对l t e 的上行 系统模型进行简要介绍，概述了s c f d m a 的实现方式、技术特点、频带资源划 分方式等；然后介绍了l t e 上行调度的完整流程，重点介绍了缓存状态信息 b s r ( b u f f e rs t a t er e p o t ) 的上报机制；接着对传统的经典调度算法进行了简要介 绍和分析，主要针对单小区单用户系统和单小区多用户系统；最后针对l t e 上 行调度中存在的问题，提出了一种用于上行s c f d m a 系统的保证用户最小速率 要求的资源分配算法，并进行了性能仿真。仿真结果表明所提算法在系统公平性、 吞吐量及q o s 满意度方面都能获得比较优异的性能。 第四章研究了l t e 系统的软频率复用场景下的接纳控制算法。软频率复用 场景下，由于资源配置的限制，传统接纳控制算法在该场景下会遇到一系列的问 题。本文研究了软频率复用和接纳控制算法的联合设计：提出了一种新的软频率 复用资源配置方式，根据此资源配置的特点，通过扇区间以及相邻小区间的协调， 有效的利用系统频率资源尽可能多的接入用户。仿真结果显示与普通方案相比， 所提方案在呼叫阻塞率、切换掉话率、系统资源利用率方面都能获得较好的性能。 第五章是总结和展望。在总结了本文的研究内容和研究体会后，阐述了论文 中存在的不足以及需要进一步研究的地方，探讨了未来l t e 系统中无线资源调 度的发展方向。 参考文献 【1 - 1 】吴炜陵，牛凯，移动通信原理，电子工业出版社，2 0 0 6 年8 月。 【1 - 2 】吴伟陵，移动通信中的关键技术，北京邮电大学出版社，北京，2 0 0 0 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 年1 1 月。 【1 - 3 】3 ge v o l u t i o n ：h s p aa n dl t e f o rm o b i l eb r o a d b a n d ，e l s e v i e r ，j u l 2 0 0 7 【1 - 4 】f r a t t a s is ，f a t h ih ，ef i t z e k ，h ee ta 1 ，“d e f i n i n g4 gt e c h n o l o g yf r o mt h e u s e r sp e r s p e c t i v e ”，i e e en e t w o r k ，2 0 ( 1 ) ，j a n 一f e b 2 0 0 6 ，p p 3 5 4 1 【1 5 】3 g p pt s3 6 3 0 0v 9 0 0 ，t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o ng r o u pr a d i oa c c e s sn e t w o r k ； e v o l v e du n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s ( e - u 1 r a ) a n de v o l v e du n i v e r s a l t e r r e s t r