LTE-A系統(tǒng)用戶性能優(yōu)化算法研究

梅龍，刁洪翠，張元雨，朱宇霞

（武漢郵電科學(xué)研究院 湖北 武漢 430074）

LTE-A系統(tǒng)用戶性能優(yōu)化算法研究

梅龍，刁洪翠，張元雨，朱宇霞

（武漢郵電科學(xué)研究院 湖北 武漢 430074）

LTE-A下行引入了更高階MIMO來支持LTE-A用戶（R10用戶）更高的下行傳輸速率，與此同時為了在有限開銷的情況下支持對8端口的信道估計，在系統(tǒng)中引入了專用于信道估計的參考信號—信道狀態(tài)信息參考信號（CSIRS）。CSI-RS只在子幀的數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行傳輸，但是由于LTE用戶（包括了R8和R9用戶）無法識別這一參考信號，所以對于LTE用戶而言相當(dāng)于對其普通的數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行打孔，這就必然帶來LTE用戶的性能損失，本文正是為了解決這一問題，采用CSI-RS周期動態(tài)調(diào)整和子幀調(diào)度用戶調(diào)整的方法來優(yōu)化CSI-RS對用戶性能的影響，同時兼顧LTE用戶和LTE-A用戶（R10用戶）的性能，并最終通過系統(tǒng)級仿真結(jié)果來證明所提出的算法能夠有效的優(yōu)化不同類型用戶的性能和提高整個系統(tǒng)性能。

CSI-RS；周期；動態(tài)用戶調(diào)整；系統(tǒng)仿真

為了在移動通信中支持更高的下行傳輸速率，3GPP在LTE-A（R10）中定義的增強技術(shù)方案包括了最高支持下行8天線端口傳輸?shù)母唠AMIMO。在LTE之中CRS被用來進(jìn)行下行數(shù)據(jù)的解調(diào)以及信道狀態(tài)信息的測量［1］。在常規(guī)CP下4天線端口傳輸情況下要有24個RE用于傳輸CRS，在LTE-A中若仍使用 CRS進(jìn)行下行信號的測量、解調(diào)，其開銷升至每PRB對內(nèi)占用48個RE，占用資源高達(dá) 28.5%，所以在LTEA需要設(shè)計新的參考信號以支持更高階的MIMO。為此3GPP RAN1#55次會議上一致同意在LTE-A引入一種新的下行參考信號--CSI-RS［2］，用于信道狀態(tài)信息測量，該參考信號需要全頻帶和周期性在子幀的數(shù)據(jù)區(qū)域發(fā)送，這一方面它能夠支持LTE-A用戶的8層傳輸，從而實現(xiàn)比LTE用戶更高下行傳輸速率，另一方面對于傳統(tǒng)的LTE用戶（R8和R9用戶）由于無法識別該參考信號，當(dāng)基站在配置了CSI-RS的子幀上調(diào)度LTE用戶時，這就相當(dāng)于對LTE用戶的普通數(shù)據(jù)進(jìn)行打孔，這就必然造成LTE用戶的性能損失，那么為了優(yōu)化CSI-RS所帶來的影響，使得同時兼顧LTE和LTE-A用戶性能，本文提出了一種調(diào)整CSI-RS周期和子幀上調(diào)度的用戶的用戶性能優(yōu)化算法［3］。

1　CSI-RS周期動態(tài)調(diào)整

CSI-RS周期越小，CSI-RS子幀密度越大，從而帶來在單位時間內(nèi)使用CSI-RS進(jìn)行信道估計的LTE-A用戶被調(diào)度次數(shù)更多，大幅度提高LTE-A用戶性能，但是此時LTE用戶由于CSI-RS的打孔帶來性能損失也增加；與此相反，則一方面減小了給LTE用戶所帶來的性能損失，另一方面降低了LTE-A用戶性能。所以這里有必要根據(jù)不同用戶所占比例值和用戶平均誤塊率對CSI-RS傳輸周期進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使得同時兼顧LTE用戶和LTE-A用戶性能。下面各小節(jié)將詳細(xì)分析其實現(xiàn)過程。

1.1CSI-RS周期調(diào)整條件

這里所說的判斷條件主要包括子幀類型判斷，LTE用戶所占比例值和用戶平均誤塊率這3個部分的計算和標(biāo)記，下面詳細(xì)說明。

1）子幀類型判斷

判斷當(dāng)前下行子幀是否是CSI-RS子幀，若是則繼續(xù)判斷其是否是系統(tǒng)的第一個CSI-RS子幀，并分別進(jìn)行標(biāo)記。

CSI-RS子幀的判斷公式：［4］（代表系統(tǒng)幀號，代表時隙號，代表CSI-RS偏移量，代表CSI-RS子幀周期）。設(shè)標(biāo)記符號CSIRSflag用來標(biāo)識當(dāng)前子幀是否是CSI-RS子幀，若是CSI-RS子幀則 CSIRSflag=1，否則 CSIRSflag=0，初始CSIRSflag=0。

第一個CSI-RS子幀的判斷：同時滿足=0，=0。同樣使用標(biāo)識符號CSIRSflagfirst進(jìn)行標(biāo)記，若是第一個CSI-RS子幀則CSIRSflagfirst=1，否則CSIRSflagfirst=0，初始CSIRSflagfirst=0。

2）LTE用戶所占比例值

遍歷所有下行調(diào)度用戶，根據(jù)用戶是否配置了CSI-RS將用戶分成LTE用戶和LTE-A用戶，分別將其歸入UEsScheduledLTE（LTE用戶隊列）和UEsScheduledLTE-A （LTE-A用戶隊列）。然后根據(jù)條件計算并保存LTE用戶所占比例值。若CSIRSflag=1，則計算并保存LTE用戶在所有用戶中所占比例值為 RATIO，進(jìn)一步若 CSIRSflagfirst=1則將RATIO保存為RATIOformer，否則保存為RATIOlatter；否則跳過該過程。

3）用戶平均誤塊率

若CSIRSflag=1則遍歷2中的UEsScheduledLTE，獲取每一個用戶的下行誤塊率，然后求平均值,保存其值為BLER。進(jìn)一步若 CSIRSflagfirst=1，則將 BLER保存為BLERformer，否 則 若 CSIRSflagfirst=0將 其 值 保 存 為BLERlatter。

1.2CSI-RS周期調(diào)整

首先需要根據(jù)1.1小節(jié)結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行CSI-RS周期動態(tài)調(diào)整。具體的，需同時滿足 （CSIRSflag==1）&& （CSIRSflagfirst==0）和 RATIOformer≠RATIOlatter，則進(jìn)行CSI-RS周期動態(tài)調(diào)整。調(diào)整詳細(xì)過程：

1）若BLERlatter>BLERformer,則將CSI-RS傳輸周期Tlatter設(shè)置為上一次設(shè)置的值Tformer的2倍，即Tlatter= 2Tformer（由于CSI-RS的傳輸周期最大值為80ms,所以這里必須要保證設(shè)置后的CSI-RS周期同樣小于等于80ms）；

2）若RATIOlatter

3）其他情況下跳出該過程即Tlatter=Tformer；

1.3CSI-RS周期調(diào)整條件保存

保存本次執(zhí)行更新過程中一些計算結(jié)果，用于下一個TTI判斷，具體的過程如下：

1）若CSIRSflag=1且CSIRSflagfirst=1，則將RATOformer= =RATIO，BLERformer=BLER；

2）若CSIRSflag=1且CSIRSflagfirst=0，則將RATIOformer= RATIOlatter，BLERformer=BLERlatter

3）若CSIRSflag=0，直接跳出該過程。

2　子幀調(diào)度用戶調(diào)整

這一部分主要是根據(jù)設(shè)計的用戶調(diào)度度量值和單個下行子幀調(diào)度用戶數(shù)限制對當(dāng)前子幀上調(diào)度用戶進(jìn)行調(diào)整。這一部分包括用戶調(diào)度度量值計算和用戶調(diào)度列表調(diào)整這2個過程。

調(diào)度度量值計算：循環(huán)遍歷兩個用戶隊列獲取用戶的QoS值和1.1小節(jié)中得出的誤塊率BLER，取這兩個值的比值作為用戶調(diào)度度量值，QoS體現(xiàn)了用戶業(yè)務(wù)的優(yōu)先級等級［5］，BLER間接體現(xiàn)了用戶性能好壞，從而使得用戶業(yè)務(wù)優(yōu)先級越高，性能越好的用戶能夠優(yōu)先獲取資源進(jìn)行下行數(shù)據(jù)的傳輸，保證系統(tǒng)性能的最大化［6］；

用戶調(diào)度列表調(diào)整：根據(jù)用戶調(diào)度度量值和子幀上最大調(diào)度用戶數(shù)調(diào)整用戶調(diào)度列表。根據(jù)用戶調(diào)度度量值調(diào)整即根據(jù)調(diào)度度量值調(diào)整用戶列表中用戶調(diào)度先后順序；根據(jù)子幀上最大調(diào)度用戶數(shù)調(diào)整是因為子幀上時頻資源有限，所以在單個子幀上能夠調(diào)度的用戶數(shù)有限，根據(jù)3GPP相關(guān)系統(tǒng)及仿真相關(guān)規(guī)定，這里取小區(qū)用戶數(shù)的60%。具體的調(diào)整過程請見圖1和圖2。

圖1　用戶列表調(diào)整

調(diào)整該LTE用戶的MCS的步驟如下：

1）提取該LTE用戶的誤塊率BLER然后判斷其誤塊率是否大于0.1；

2）若當(dāng)前LTE用戶的誤塊率大于0.1，并且當(dāng)前用戶根據(jù)信道測量上報獲取的MCS值大于1則將其MCS值在原來基礎(chǔ)上減去2；若當(dāng)前LTE用戶的誤塊率小于0.1則將其MCS值設(shè)置為在原來經(jīng)過信道測量獲取所得值的基礎(chǔ)上減去1。

最后根據(jù)實際當(dāng)前TTI子幀類型調(diào)度相應(yīng)的用戶調(diào)度隊列，即若CSIRSflag=0則選擇在當(dāng)前子幀上調(diào)度用戶隊列LTEScheduledUE中所有用戶；若CSIRSflag=1則選擇在當(dāng)前子幀上調(diào)度用戶隊列LTEAScheduledUE中的所有用戶，至此該用戶調(diào)度方案結(jié)束。

圖2　用戶數(shù)調(diào)整

3　仿真結(jié)果

本次仿真過程中所使用的一些參數(shù)見表1。

表1　仿真參數(shù)

仿真場景為城市宏小區(qū)，下面分別是采用改進(jìn)的用戶調(diào)度方案前后用戶的吞吐量和誤塊率，以及系統(tǒng)的整體吞吐量變化情況：

圖3　用戶誤塊率

根據(jù)圖3和表2可知，采用優(yōu)化算法后LTE用戶誤塊率出現(xiàn)了明顯地下降，相比較而言LTE-A用戶誤塊率出現(xiàn)了一定程度地增加但是增加的幅度較小，根據(jù)圖4和表3可知，LTE用戶吞吐量出現(xiàn)了顯著增加，LTE-A用戶吞吐量下降不明顯，整個小區(qū)的所有用戶的平均誤塊率變化較小但是吞吐量卻出現(xiàn)了顯著增加，從而使得小區(qū)內(nèi)整體吞吐量出現(xiàn)了增加，從而證明了本文所提出的優(yōu)化算法能夠優(yōu)化用戶性能和提高整個系統(tǒng)性能。

圖4　用戶吞吐量

表2　用戶平均誤塊率

表3　用戶平均吞吐量

4　結(jié)束語

本文提出的改進(jìn)的用戶調(diào)度算法一方面根據(jù)小區(qū)內(nèi)不同類型用戶所占比例值的變化和用戶平均誤塊率的變化趨勢來動態(tài)調(diào)整CSI-RS的周期，另一方面通過對不同子幀上的所調(diào)度的用戶進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。根據(jù)述仿真結(jié)果可以看出該算法能夠很好的兼顧LTE用戶和LTE-A用戶的性能，在不至于使得LTE-A用戶性能損失太多的情況下，極大地減小了CSI-RS給LTE用戶所帶來的性能損失，但是本文所提出的算法其實現(xiàn)過程較復(fù)雜依然存在可以改進(jìn)的地方，這一點留待后續(xù)研究。

［1］張怡.移動通信技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012 （54）:47.

［2］Ajay R.Mishra.蜂窩網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［3］Sesia S，Toufik I，Bsker M.LTE/LTE-Advanced-UMTS長期演進(jìn)理論與實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［4］梅龍,刁洪翠,張元雨,等.一種LTE-A網(wǎng)絡(luò)用戶的調(diào)度方法和裝置:中國，［P］201510295521.9

［5］雷鳴.OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)資源分配算法研究［D］.南昌：南昌航空大學(xué),2010.

［6］黃帆.移動通信系統(tǒng)中協(xié)作傳輸技術(shù)的研究［D］.北京：北京郵電大學(xué),2011.

Research on user performance optimization algorithm in LTE-A systems

MEI Long,DIAO Hong-cui,ZHANG Yuan-yu,ZHU Yu-xia
（Wuhan Research Institute of Post and Telecommunications，Wuhan 430074，China）

A higher order MIMO is introduced to support higher downlink transmission rate for LTE-A user（Release 8 user）,at the same time,in order to support the 8-port channel estimation under a limited overhead,It introduces a dedicated channel estimation reference signal in the system-the channel state information reference signal（CSI-RS）.CSI-RS transmission only in the data region of a subframe,but it cannot be recognized by the LTE user（including the Release 8 user and Release 9 user）,so that it equals to puncture its normal data area,this will inevitably lead to performance loss of LTE users,the paper is to utilize the method of dynamically adjust CSI-RS subframe period and scheduled users to optimize the impact of CSI-RS to user performance and synchronously take into account the performance of LTE users and LTE-A user（Release 10 user）,ultimately demonstrate that the proposed algorithm can effectively optimize system performance for different types of users through the system-level simulation and improve the overall system performance.

LTE-A；CSI-RS；dynamically adjust；system-level simulation

TN929.531

A

1674－6236（2016）13-0120-03

2015-07-30稿件編號：201507196

梅 龍（1990—），男，湖北黃岡人，碩士研究生。研究方向：移動通信。