移动通信系统无线资源管理论文

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1无线资源调度基本概念

移动通信系统中的无线资源是有限的，这些无线资源包括频率，时间，空间，功率，码字等资源，那么，如何能充分的利用有限的无线资源满足人们日益增长的无线业务需求，这就是无线资源调度分配机制需要完成的任务。资源调度分配机制的定义有多种，但是广泛认同的定义如下：基站上的调度器要能实时动态的控制时频资源的分配，将时频资源在一定时间内分配给某个用户。调度算法要求在用户的Qos和系统容量的最大化之间取得平衡。资源调度算法的三个重要的指标分别是频谱利用率，用户公平性以及用户Qos需求，从网络角度来说，频谱利用率是重要的，但是从用户角度来说，用户公平性和Qos是重要的，好的调度算法就是达到三者的折衷。无线资源调度主要需要化解用户对于资源的竞争，广义的调度要进行时间，功率，频率等资源的分配和共享，实现资源的优化使用，这里的资源调度其实也就是资源分配。调度的目标一是要实现无线资源的利用率提高和网络容量的提高，二是要保证用户的各种服务需求的质量。无线调度技术就是在多个用户等待接受服务的时候有合理的规则对资源进行分配，这种对无线资源分配利用的规则就是无线调度技术，他的几个判决原则包括最大化系统吞吐量，保证用户的公平性，保证不同业务流的服务质量。典型的无线调度包括盲调度和智能调度。盲调度是不需要用户的信道质量反馈信息，根据用户的性能参数或完全不考虑用户任何因素进行调度，智能调度需要根据用户的信道质量反馈信息进行调度。无线资源管理算法的基本模式是在基站实现，主要用资源估计器resourceestimator完成算法实现，对于分组业务，资源估计器resourceestimator通过接入控制（admissioncontrol）裁决决定是否介入用户请求，为用户请求选择基站和信道，用户业务信号随后进入业务优先级排队，并提供相应信息给资源估计器resourceestimator，资源估计器resourceestimator然后经过时间或码资源调度，再进行速率和功率控制，通过以上的流程完成无线资源管理和分配。

2传统的调度算法

传统的调度算法主要有轮询RR算法，最大C/I算法，比例公平PF算法等。轮询RR算法主要的方法如下：系统遍历其中所有的用户，循环的进行调度，提供信道。RR算法主要的特点是循环调度每个用户，使得每个用户在任何时刻都有相同的调度机会，保证用户的公平性，而且复杂度低，容易实现；但是在RR算法中，完全没有考虑用户的信道质量，将不同用户的优先级设定为相同的，系统吞吐量很难提高，而且被调度的信道质量较差的用户不能很好的利用资源，从而降低了整个系统的频谱效率。最大C/I算法的主要方法是为信道条件最好的用户服务，信道条件最好即为最大C/I，所以在此算法中优先级可以用在某个时刻用户信道的载干比值来表示，载干比较高即优先级较高。最大C/I算法的特点是，信道条件好的用户可以一直占用信道资源，而信道条件差的用户调度机会较小，所以此算法中，用户公平性差，但是系统吞吐量可以达到最大，频谱效率较高，而且算法复杂度也不高。比例公平PF算法是对上述两种算法的一种中和，使用较为普遍，比例公平算法同时考虑用户信道质量和前面一段时间内此用户在调度中获得的吞吐量，用户的优先级可以用用户某时刻信道质量和用户在此时刻前的一段时间窗口内的平均吞吐量（）的比值，这样信道质量好的用户在一段时间的持续调度后，优先级就会减小，因为（）增大了。这样在用户的公平性和系统效率间取得了一定的平衡，该算法为每个用户都分配了一个优先级，每一个调度时刻，优先级高的用户会优先进行调度，该算法优先级计算公式如下：（）=（）（）其中（）为用户的优先级，（）为的瞬时数据速率，即当前信道质量，（）为用户在时间段的平均吞吐量。（）的更新规则为：（）=（11）*（1）+1*（1）比率公平算法的时间窗口的选择是比较复杂的，实现相对复杂。改变不同的参数，该算法就可以带来不同的公平性程度。

34GLTE系统的无线资源调度

无线通信系统的目前的发展方向是多载波，多天线，目前LTE系统已经引入了OFDM技术，而OFDM信道的空时频变化非常复杂，有很高的随机性，故而在目前的无线资源管理需要考虑面对多维资源的合理分配。LTE系统中下行使用OF-DMA,上行使用SC-FDMA。下行资源包括频率资源、时间资源和空间资源，上行使用频分多址复用FDMA。LTE的最小资源单位是时频资源块RB。OFDMA是OFDM-FDMA的简称，它为不同的用户提供一个OFDM符号的一组子载波来实现多用户接入，用户用子载波频率来划分。基于OFDM的优点，不同用户间是不需要保护频段的。LTE系统中，资源分配和调度的研究是重要一点，资源分配主要考虑对时间，带宽和功率的动态分配，实现系统性能的优化，资源调度指如何安排不同用户接入OFDMA子信道，来满足不同的用户需求。OFDMA系统的资源调度可以考虑为非线性的带约束条件的优化，包括子载波，功率，码字，以及用户的质量需求和公平性需求，信道越多，用户越多，算法复杂程度越高。LTE在无线资源调度的过程中，要求基站调度器实时动态的控制时频资源，并将时频资源合理分配给不同用户。对LTE系统而言，调度最终体现在不同用户占用的虚拟资源块的数量和位置，这通常和用户的质量需求，信道状态以及和系统的整体需求有关。在调度中，对于下行链路，采用智能调度的模式，需要利用上行链路反馈的信道信息，进行资源分配，用户设备通过下行控制信令得知下一个传输周期内的具体的下行资源块和格式。在LTE系统中，功率分配一般和子载波的分配一起进行来保证用户Qos和系统容量。其中简单有效的下行功率分配一般有如下两种：第一是平均分配方法，将功率平均分配到每个子载波上，用户的发射功率则取决于占用了几个子载波；第二是路径损耗补偿方法，基本上为系统采用方法，取系统功率的一部分补偿部分用户的较大的信号衰落，其余的功率用于功率注水。LTE系统下行资源分配中，分配子载波的方法主要包括基于子带方法和间隔扩展方法，基于子带的分配是将用户分配到一组相邻的子载波上，基于间隔的分配中每个用户的子载波是不连续的，将扩展到整个带宽。LTE系统上行资源分配在LTE的调度中，下行链路用来通知用户所获得的具体的资源块和传输格式，上行如果是基于调度的接入，那么用户根据获得的时频资源，选择相应的时隙和频率资源进行信号的发送。

45G移动通信系统的资源调度方案探讨

5G移动通信系统

希望实现现有的无线通信技术融合，峰值速率希望达到10Gbps，希望引入更先进技术，通过更加高的频谱效率，更多的频谱资源和增加更多的小区来满足移动业务增长的需求，实现高速率，高容量，低时延，高可靠性。5G移动通信系统资源调度方案应该具有以下特征。

4.1异构网络技术

异构网络要求在网络多样性和终端差异性的前提下依然保持移动用户在任何条件下都拥有无缝业务，异构的无线资源不仅包括无线频谱，也包括其他资源，例如接入权限，连接方式等，所以未来的异构网络资源管理在多个方面进行扩展，首先在资源的内涵，资源的取值范围和资源之间的关系都有所扩展，其次，由于资源内涵的扩展，一维变量已经不能表达出资源分配的状态，需要多维变量动态表征，所以5G移动通信系统的资源分配需要为异构网络中的不同接入网动态分配资源，进行频谱管理。

4.2链路自适应技术

链路自适应技术基本的方法就是要以当前无线信道的变化状态为基础，快速确定要选择的链路速率和调制方式以及其他资源，这被称为自适应调制和编码（AdaptiveModulationandCoding，AMC)。链路自适应技术对资源的选择是不断动态变化的，目标增加系统容量。若使用AMC，在空中无线环境的不断变化的状态中，系统不再改变终端的发射功率了，而是改变调制和编码方式，这就是调制编码方案MCS。AMC改变的是调制和编码方式，取代了改变发射功率，以此方式在不同的信道状态下获得最大的吞吐量，所以需要建立一个MCS调制编码传输格式集合，每个集合包括调制方式和编码速率，当信道发生变化的时候，系统会选择相应的传输格式。

5总结

未来用户多媒体信息，视频，音频等数据业务的需求将不断发展，需要未来的移动通信系统采用更合理的无线资源管理与资源调度算法来解决有限的无线资源和不断发展的无线数据业务之间的矛盾。目前，5G移动通信系统的基础研究已经在不断开展中，随着5G制式、网络结构、关键技术的不断标准化，对于5G移动通信系统的无线资源管理也将不断深入开展下去。

作者:姚伟 单位:北京信息职业技术学院

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