提供多业务qos保证的ofdma系统调度算法研究

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1、http://www.paper.edu.cn1提供多业务QoS保证的OFDMA系统调度算法研究郑洁莹，冯春燕北京邮电大学通信网络综合技术研究所，北京（100876）E-mail：Zhengjy8210@gmail.com摘要：下一代移动通信系统将支持具有不同服务质量(QoS)要求的多种业务类型。正交频分多址接入技术（OFDMA）已被选定为B3G系统的主要多址技术之一。本文研究了几种能够提供多业务QoS保证的OFDMA下行链路调度算法，并从系统吞吐量、用户公平性以及QoS性能角度分析了每种调度算法的优

2、劣。关键词：OFDMA，资源分配，QoS，调度算法中图分类号：TN9111.引言未来移动通信系统支持的多样化的业务类型对QoS有不同的要求，这就对基站的资源调度提出了新的挑战。OFDMA作为B3G系统的主要多址接入技术，必须能够对未来移动通信中不同QoS要求的业务提供很好的支持。在多用户OFDM系统中，不同用户的信道质量不同，要求通信的业务种类和QoS也各不相同,因此系统必须根据用户的信道条件和业务QoS要求进行资源分配，包括载波数量的分配、各载波调制方案和发送功率的确定等。资源分配的实现方式有两种：

3、联合优化和分步优化。由于联合优化的实现较复杂，现有的研究更多采用分步优化方式。在分步优化方式中，子载波分配是第一步，其余的资源分配都是建立在子载波分配已经确定的基础上的。因此，子载波分配算法的研究是目前OFDMA系统资源分配、调度算法研究中的一个热点。[1]在现有各种考虑QoS的OFDM子载波调度算法中，M-PF算法通过引入一个与用户QoS[2]要求相关的公平性测量因子，使算法能够兼顾业务的目标吞吐量和时延要求。M-LWDF[3]和EXP－rule算法综合考虑了用户的QoS要求、当前信道质量以及分组时

4、延，是针对实时分[4]组业务提出的一种吞吐量最佳算法。延迟加权动态子载波分配算法（DWDSA）根据估计延迟分配无线资源，在保持调度的时延敏感性同时兼顾信道质量和用户平均速率因素，保证[5]了业务之间带宽分配的公平性。用于移动多媒体业务的面向QoS的调度算法将实时业务与非实时业务区分对待，对实时业务采用与前述算法不同的调度规则，并且调度时不仅考虑了业务的时延要求、队列长度、还引入了一个与QoS级别相关的优先级因子，能够很好地满足实时业务的QoS要求。以下章节分别介绍了M-PF、M-LWDF/PF、EXP

5、/PF、DWDSA算法以及用于多媒体业务的面向QoS调度算法的原理，从系统吞吐量、用户公平性及QoS性能等角度分析了不同算法的特点，文章最后进行了总结。2.M-PF算法M-PF算法中子信道调度的用户优先级表达式为：rnik,()Qnik,()=αBni()（1）1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20040013010）的资助。-1-http://www.paper.edu.cnαrnik,()Bi(n)式中为第n个TTI用户i在子信道k上的传输速率，是第n个TTI用户i的α∈∞[0

6、,)Bi()n公平性测量因子，其中是可调的公平参数，用来调整调度器的公平性。的计算方法如下：Ani()Bni()=+εTRii（2）TRi、i是用户i的QoS参数，分别是平均时间窗口和目标比特率，平均时间窗口反映QoSAni()Ti级别的目标时延。是第n个TTI用户i在历史时间窗口内的总吞吐量，ε是为了避免Bi()n出现零值而引入的一个正的系统修正权值。对于第n个TTI，第k个信道的调度目标可表示为：jQki=argmax{,k(n)}i（3）从M-PF的优先级表达式可以看出，M-PF考虑了业务的目标

7、比特率和目标时延，可以在一定程度上区分不同业务的QoS级别。M-PF对业务QoS的考虑使得用户间的公平性限制在同类业务内，这不仅能够更好的满足用户的QoS要求，并且在多业务混合调度下能大大提高系统吞吐量。此外，可调公平参数α使调度器能够在小区吞吐量和用户公平性之间根据系统需要有效地调整调度器，扩大了调度器的灵活性和适用性。M-PF虽然在一定程度上提供了业务QoS保证，但是它仅仅考虑了业务的目标比特率和目标时延，对于业务的其他QoS要求，如丢包率、误比特率（BER）等要求并没有考虑，因此它对QoS级别的

8、区分粒度比较粗。另外，可调公平参数α在系统负载不同时该如何取值并没有确定的方法，还有待进一步研究。3.M-LWDF/PF算法M-LWDF/PF算法中子信道调度的用户优先级表达式为：⎧rnik,()⎪aWnii()i∈时延敏感业务⎪Rni()Qnik,()=⎨⎪rnik,()αi∈数据率敏感业务⎪Rn()⎩i（4）rnik,()式中的定义同M-PF，a=−log(δ)/τ为与时延敏感业务的QoS要求相关的优iiiτWδ先级因子，其中i是用户i能容忍的最大分