论文总字数：25151字

摘 要

无线移动通信系统的性能很大程度上取决于带宽资源的调度与分配，随着用户数量的增长以及互联网业务对高速率传输速率的需求，如何能高效的利用有限的带宽资源，成为了下一代无线移动通信系统设计中必须要重视的问题。

TD-LTE系统是无线移动通信的关键技术之一，而LTE-A是对LTE的进一步演进，LTA-A系统对小区平均吞吐量和小区边缘用户的数据速率提出了更高的要求。这更使得无线系统资源调度成为了LTE-A系统的主要研究课题之一

异构网络概念的引入有效地解决了传统同构网络中小区边缘用户QoS过低的问题，然而与此同时也在微小区与宏小区加引入了严重的小区间干扰。针对此情况，增强型小区间干扰协调eICIC作为一种能够有效缓解异构网络中小区间干扰的关键技术被提出。本文中提出的无线资源调度算法，均是基于在运用了eICIC技术的异构网络的资源调度算法。

在应用了eICIC技术的异构网络中，我们对传统的经典分组调配算法进行了部分改进以适应异构网络的需求。文章提出了两种基于比例公平算法的异构网络中微小区内的调度策略，并对相应优先级计算公式进行了更新，同时引入了新的系统参量以考量算法的性能。

论文首先介绍了LTE-A系统的发展现状和研究进展，而后引入了LTE-A异构网络下的小区间干扰协调，对其主要技术手段进行了简要分析，阐述了无线系统中的资源调度及当前几种主要的分组调度算法，而后针对LTE-A系统提出了新的系统无线资源调配算法并搭建Matlab仿真平台对其进行了仿真，验证了算法的有效性及可行性。

关键词：LTE-A，增强型小区间干扰协调，异构网络，调配算法

Abstract

Wireless mobile communication system performance to a large extent dependent on bandwidth resource allocation and scheduling, with the number of users, as well as the growth of Internet business demand for high data rate transmission rate. How to efficiently use the limited bandwidth resources and become the next generation wireless mobile communication system design, we must pay attention to the problem.

TD-LTE system is one of the key technologies of wireless mobile communication, and LTE-A is further evolution to LTE, LTA-A cell average throughput and cell edge user data rate of proposed higher requirements. This makes the wireless system resource scheduling become one of the main research topics of the LTE-A system.

The concept of heterogeneous network introduced effectively solve the traditional homogeneous networks in cell edge user QoS too low. However, at the same time, it also in the microcell and macrocell and introduced serious inter cell interference. In this case, the enhanced inter cell interference coordination eICIC as a key technology to effectively mitigate the small and medium interval interference in heterogeneous networks is proposed.. The wireless resource scheduling algorithm proposed in this paper is based on the resource scheduling algorithm for heterogeneous networks based on eICIC technology..

In the heterogeneous network of eICIC technology, we have some improvements to the traditional grouping algorithm to meet the needs of heterogeneous networks.. This paper presents two based on proportional fair algorithm in heterogeneous network micro areas within the scheduling strategy and the corresponding priority formula was updated, and the introduction of the new system parameters on the performance of the algorithm considers.

At first, the paper introduces the LTE-A system development status and research progress, and then introduced the LTE-A network of inter cell interference coordination, on the main techniques were briefly analysis, elaborated the resource scheduling in a wireless system, and the current several main packet scheduling algorithm, then for LTE-A system put forward new system radio resource allocation algorithm and build is simulated on the MATLAB simulation platform and verify the effectiveness and feasibility of the algorithm.

Key words:LTE-A,eICIC,,HetNet,scheduling algorithm

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2 课题研究现状 1

1.3论文结构 2

第二章 增强型小区间干扰协调（eICIC） 3

2.1小区间干扰协调 3

2.2小区扩展（CRE）和空白子帧（ABS） 4

2.3本章小结 6

第三章 基于eICIC的资源调度算法 7

3.1经典分组调度算法 7

3.1.1最大载干比（Max C/I）调度算法 7

3.1.2轮循（RR,Round Robin）调度算法 8

3.1.3比例公平（PF,Proportional Fair）调度算法 9

3.1.4基于效用函数的资源调度算法 10

3.2运用了eICIC的异构网络中的资源调度算法 11

3.2.1严格调度算法 12

3.2.2动态比例公平调度算法 12

第四章 算法仿真与性能评价 13

4.1仿真平台介绍 13

4.1.1仿真平台主要架构 13

4.1.2仿真平台主要功能模块 14

4.1.3仿真平台主要流程 18

4.2系统性能仿真 22

4.2.1满负载性能仿真 22

4.2.2不同负载条件下的系统性能 24

4.3总结 27

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1课题研究背景

随着移动互联网越来越成为当今市场的主流，移动互联网在今后移动通信的发展中必将占据越来越大的比重。因此，移动通信未来的关键技术必将是以多媒体类型为主的数据业务，移动信息产业也将从以语音通信及短信为主的通信网络向以高速网络速度为主的网络发展转型，这一需求受制于传统GPRS网络与3G网络的矛盾也已经越来越明显。随着各种新型高速的网络接入技术成为人们研究的重点，无线通信的速率得到了十分显著的提升，并且逐步走向了产业化。作为无线通信关键技术的TD-LTE技术得到了越来越多国家的重视，民用规模也越来越广。

为了保证LTE及其后续技术的持续生命力，3GPP开始了LTE平滑演进LTE-A系统的研究，旨在满足未来几年内无线通信市场的更高需求和更多应用LTE-A 系统对小区平均吞吐量和小区边缘用户的数据速率提出了更高的要求。在业务量激增的情况下，小区内的业务分部会更加不均匀，在一些用户分部比较集中的地方会形成数据业务热点区域。在传统的网络拓扑结构中，处于小区边缘的热点区域内用户的接受SINR较低，QoS严重下降，同时提升系统的频谱效率也十分困难。针对此问题，3GPP在LTE-A中引入了异构网络的概念。在LTE-A异构网络中，针对处于小区边缘的用户热点区域，采用Pico这种低功率节点进行小范围同频覆盖从而提升这些区域内用户的QoS。但与此同时，同频组网会在微小区（Pico）和宏小区（Marco）之间引入严重的小区间干扰。异构网络复杂的拓扑结构和干扰场景使得传统的小区间干扰协调（ICIC,Inter-Cell Interference Coordination）技术难以适用。因此，必须有针对性的提出增强型ICIC（eICIC，enhanced ICIC）技术。

1.2 课题研究现状

异构网络（Heterogeneous Network,HetNet）已经被3GPP进行标准化研究，从而支持现有的宏观LTE/LTE-A无线接入网络以应付日益增加的业务需求及推进有效带宽的致密化。在用户密度高的区域（hotspots），将微小区（pico）嵌入到宏观的网络是最高效的做法。为了令用于异构网络的带宽资源得到最好的开发利用，宏小区和微小区共享相同的载波频率。

微小区内的基站（enhanced Node B，eNB）具有相对较低的发射功率，例如相比于40W的宏基站，微基站的功率大概只有1W。此外，相比于宏基站的天线，具有较低增益的微基站天线的安装高度更低，因此，微小区基站具有更高的路径损耗。由于以上原因，微小区的规模相比于宏小区要小得多。然而，对于微小区与宏小区都分配给同等容量的带宽资源导致了网络容量的分部不均：在蜂窝通信系统中，用户数量及业务类型是随机并且不断变化的，因此通常情况下负载都是不均衡的，而异构网络的引入更加剧了这种不均衡，结果导致宏小区中无线资源远远不能满足用户需求，而微小区中无线资源又远远超过了用户需求，这就要在宏基站与微基站间进行负载的平衡来缓解这种冲突。

负载均衡是应对这种不公平的一种手段：区域扩展（Range extension）能在宏小区与微小区间进行负载平衡，提高频谱效率，基于偏置，通过修改用户的小区选择策略，人为地使微小区网络更具吸引力，令更多的用户连接到微小区基站，从而令整个系统的基站负载保持一定的平衡。通常情况下，切换基站时，目标基站的接收信号强度（Received Signal Strength,RSS）往往是超过原基站的，即便对于0dB的偏置值，这种情况仍然存在。而对于微小区边缘的移动用户，由于其本身较低的信号接收强度，再加上来自宏基站的较高水平的信号干扰，会导致边缘用户的SINR降低到十分低下的水平。由于这一事实，增强型干扰协调的研究势在必行。

1.3论文结构

论文主要对应用了增强型干扰协调（eICIC）的LTE-A异构网络中的无线资源调度算法进行了研究。其余部分安排如下：第二章主要介绍标准化的小区间干扰协调（eICIC）及其发展过程，结合LTE协议，分析了eCICI发展过程之中面临的问题；第三章分别介绍了几种基于eICIC的无线资源调配算法并进行了简要分析；第四章介绍算法仿真平台并进行了仿真，以进一步验证算法的有效性及可行性。

第二章 增强型小区间干扰协调（eICIC）

2.1小区间干扰协调

异构网络概念的引入，细化了小区的分部，提高了分裂的增益从而大大加强了系统性能，然而与此同时，这也导致了小区负载的不均衡。为解决小区边缘用户受到的信号干扰问题，3GPP提出了小区间干扰协调（ICIC）技术。这种干扰协调算法的设计思路是在不降低或尽量少地降低小区总吞吐量的前提下，提高小区边缘用户的吞吐量。达到这一目标的办法有两种：提高小区边缘用户的SINR或增加边缘用户的资源块（Resource Block，RB）。

一般情况下，LTE系统将每个小区划分为中心区域（Cell Center）与边缘区域（Cell Edge）。提高小区边缘用户SINR的方法，指的是通过判断用户当前的所在位置，分配给不同的子载波，令本小区边缘用户与相邻小区的中心区域用户共享相同的RB，而后降低分配给相邻小区中心区域用户的RB功率，从而来实现降低干扰的目的。以尽量消除相邻小区间的边缘用户使用相同频率的可能性的方式，达到了降低边缘用户受到干扰的目的，同时提高小区边缘用户的吞吐量，但是这种方法降低了分配给相邻小区中心区域用户RB的功率，导致中心区域用户SINR的降低，进而导致了此小区总吞吐量的降低；另一种方法是增加分配给小区边缘区域用户的RB数量，通过给小区边缘区域用户分配足够的RB数，最大程度满足其需求以保证其吞吐量，然而边缘区域用户RB数量的增加，必然会导致分配给中心区域用户RB数的减少，从而降低中心区域用户的吞吐量。

ICIC的主要技术分为以下几种：以调度周期来划分，可分为动态、静态与半静态；以调度方式来划分，有全频率复用、软频复用和部分频率复用等。半静态软频复用的协调方式，能够在复杂度较低的系统中最大限度地提升频谱效率。而彼此相邻的小区的边缘区域，采用了不同的子载波，中心区域使用复用子载波对功率进行控制，从而避免影响小区边缘区域和相邻的小区。

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