LTE调度算法（下行）

LTE调度算法（下行）

一、调度概述

调度的基本概念

由于LTE采用共享信道，因此eNodeB需要在每个调度周期内分配PDSCH以及PUSCH的资源，并通过特定的信道通知UE，这一过程称之为调度。

需要进行调度的信道：PDSCH和PUSCH

执行调度的信道：PDCCH

调度的周期：动态调度（1ms），半静态调度（20ms）

调度的最小资源：VRB

VRB到PRB的映射方法：集中式和分布式

调度的基本流程

         LTE采用共享信道进行数据传输，因此eNodeB的MAC采用快速调度的机制对资源进行分配，提升资源的利用率。

调度周期介绍

        动态调度周期：1ms，支持的业务类型：所有业务

        半静态调度周期：协议中没有定义标准的周期，有些厂家为20ms，支持的业务类型：实时业务，例如VoIP。

        动态调度即快速调度机制。 

调度执行

         基站通过PDCCH的DCI控制信息来执行调度流程，DCI信息包括以下几个重要信息：

         资源映射信息（只针对下行调度）

         PRB映射信息

         MCS

         MIMO模式

         NDI

         HARQ重传进程号

         通过下行PDCCH的DCI信息来执行，每个调度周期，UE都要监听PDCCH以获取下行调度信息。

二、下行调度算法介绍

下行调度器

    下行调度主要负责为UE分配物理下行共享信道PDSCH上的资源，并选择合适的MCS用于系统消息和用户数据的传输。

上图中名词解释：

    GBR（Guaranteed Bit Rate）保证比特速率。所谓GBR，是指系统保证承载的最小比特速率，即使在网络资源紧张的情况下，相应的比特速率也能够保持。

    相反的，Non－GBR指的是在网络拥挤的情况下，业务（或者承载）需要承受降低速率的要求，由于Non－GBR承载不需要占用固定的网络资源，因而可以长时间地建立。而GBR承载一般只是在需要时才建立。

    AMBR：Aggregated Maximum Bit Rate（为了尽可能提高系统的带宽利用率，EPS系统引入了汇聚的概念，并定义了AMBR（Aggregated Maximum Bit Rate）参数。AMBR可以被运营商用来限制签约用户的总速率，它不是针对某一个Bearer，而是针对一组Non－GBR的Bearer。当其他EPS承载不传送任何业务时，这些Non-GBR承载中的每一个承载都能够潜在地利用整个AMBR。AMBR参数限制了共享这一AMBR的所有承载能所能提供的总速率。

    3GPP定义了两种不同的AMBR参数：UE-AMBR和(APN)-AMBR。UE－AMBR定义了每个签约用户的AMBR。 APN-AMBR是针对APN的参数，它定义了同一个APN中的所有EPSBearer提供的累计比特速率上限。AMBR对于上行和下行承载可以定义不同的数值。

    AMBR的描述参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_673b30dd0100imb5.html

    ICIC（小区间干扰协调，Inter Cell Interference Coordination）是用来解决同频组网时，小区间干扰的技术。 

下行调度的输入

1）R10规定了8种UE能力级别，每个级别规定了每个TTI能够传输的最大bit数及层数。

2）CSI是基于瞬时的下行信道质量估计的。

3）RI用来指示PDSCH的有效的数据层数。用来告诉eNB，UE现在可以支持的CW数。也就是说RI=1，1CW，RI>1，2 CW.

4）PMI用来指示码本集合的index。由于LTE应用了多天线的MIMO技术。在PDSCH物理层的基带处理中，有一个预编码技术。它为ENB提供建议使用的预编码矩阵。

5）CQI用来反映下行PDSCH的信道质量。用0~15来表示PDSCH的信道质量。0表示信号质量最差，15表示信道质量最好。

说明: UE在PUCCH/PUSCH上发送CQI给eNB。eNB得到了这个CQI值，就质量当前PDSCH无线信道条件好不好。 这样就可以有根据的来调度PDSCH。

6）下行发射功率是小区所有用户共享的。 

下行调度的基本功能和输出

下行每TTI调度流程

优先级：半静态调度、控制面消息和IMS信令>重传数据>初传数据

控制消息调度

         除MIB消息外，绝大部分的RRC控制消息都在PDSCH发送，因此UE需要通过调度读取控制信息。控制信息调度具有最高的优先级。控制信息包括以下几类：

         公共控制信息：包括SIB消息，寻呼消息

         用户级控制信息：包括随机接入响应，SRB0，SRB1，SRB2等。

         IMS信令：IMS信令并不属于控制消息，而是EPS业务的一种，但由于其优先级也很高，因此，LTE里面将IMS信令和用户控制消息放在同一优先级进行调度。

下行调度资源的获取

        获取下行调度资源是下行调度的基本功能，其主要是获得下行PDSCH上的资源。

PDSCH资源的特点：

         在频域上，PDSCH的带宽为下行系统的总带宽，可用的带宽由系统配置决定（100RB/

75RB/50RB/25RB/15RB/6RB）。

         在时域上，每个TTI内时域资源由PDSCH和PDCCH进行时分共享，每个TTI内的前1~3个符号用作PDCCH资源。

HARQ重传调度

HARQ重传在控制面消息调度之后。

不同HARQ重传之间的调度优先级由等待时间决定，等待时间越长，优先级越高，如果各重传等待时间一样，则随机选择。

每个TTI的HARQ重传调度流程如下：

满足下面几个条件之一的用户不进行HARQ重传：

进入测量GAP或反馈ACK/NACK时会进入GAP；

进入DRX休眠期且该进程对应的状态是DTX；

处于失步状态或无线链路失败；

当前TTI已调度了SRB1、SIB2与IMS信令；

当前TTI已参与了半静态调度

名词解释

SRB（signalling radiobearers，信令无线承载）：作为一种特殊的无线承载（RB），其仅仅用来传输RRC和NAS消息，在协议36.331中，定义了SRBs的传输信道。

参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_a399103301015400.html

IMS：（IP Multimedia Subsystem，移动多媒体子系统） 

下行初传调度

         重传数据调度之后是初传数据的调度，初传数据的调度主要完成调度用户的选择、调度用户MCS确定和RB数及位置选择三个功能

下行初传调度流程

调度用户选择算法

        关于调度用户的选择，有不同的调度算法，支持MaxC/I、RR、RF、EPF，可以通过参数选择调度算法。

MAX C/I、RR、PF是基本特性， EPF是可选特性。

MAX C/I算法可以最大化系统吞吐量，但不能保证小区各用户之间的公平性。

RR算法能保证各用户之间的公平性，但不能最大化系统的吞吐量。

PF是MAX C/I和RR算法的折中，但无法保证用户的业务感受。

EPF是增强PF算法，包括业务调度优先级的计算和业务速率的保证。 

EPF算法

GBR业务优先级的计算

      考虑用户的信道质量和时延，优先级计算如下：

f(CQI)：下行信道质量指示，根据UE的CQI上报决定

f(delay)：GBR业务的时延信息

Non-GBR业务优先级计算

考虑用户的信道质量、历史传输速率、业务的QCI级别和服务流的权重，计算如下：

下行MCS选择流程

CQI到I_TBS的映射：将原始的4bit CQI值映射为5bit I_TBS

I_TBS到I_MCS的映射：映射关系如下

CQI上报的类型

根据承载的物理信道来划分：

周期性上报：由PUCCH承载，其周期由RRC进行配置

非周期性上报：由PUSCH承载，可以在任何TTI进行发送，由基站的上行调度决定。

根据上报的带宽来划分：

       全带CQI上报：上报整个系统带宽内的CQI

       子带CQI上报：UE上报多个子带内的CQI情况，子带带宽和系统带宽有关，由RRC进行配置

       注：1.4M带宽只支持全带CQI上报。 

下行RB的计算和分配

RB数量的计算

       下行调度的RB数量由该TTI内待调度的数据量以及I_TBS两个参数决定，对应关系在213协议中有明确定义。

       eNodeB根据预估的RB数量，同时考虑下行功率资源的情况最终决定下行调度RB的数量。 

RB的分配：

根据下行调度的配置，分为频分调度和频选调度。

频分调度：eNodeB采用UE上报的全带CQI进行全带宽调度调度优先级的计算，从低频段向高频段依次分配下行资源

       频选调度：利用UE频带上的信道质量差异，获得信道的频率选择性调度增益。eNodeB采用UE上报的子带CQI进行各子带调度优先级的计算，并在每个子带上根据各UE的子带调度优先级进行调度，使UE分别在各自信道质量最好的子带上调度。

最后

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