梅龍，刁洪翠，張?jiān)辏煊钕?/p>

（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?jiān)?，朱宇?/p>

（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(shí)為了在有限開銷的情況下支持對(duì)8端口的信道估計(jì)，在系統(tǒng)中引入了專用于信道估計(jì)的參考信號(hào)—信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（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(shí)別這一參考信號(hào)，所以對(duì)于LTE用戶而言相當(dāng)于對(duì)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(dòng)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(duì)用戶性能的影響，同時(shí)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(jí)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(gè)系統(tǒng)性能。

CSI-RS；周期；動(dòng)態(tài)用戶調(diào)整；系統(tǒng)仿真

為了在移動(dòng)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(qiáng)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(cè)量［1］。在常規(guī)CP下4天線端口傳輸情況下要有24個(gè)RE用于傳輸CRS，在LTE-A中若仍使用 CRS進(jìn)行下行信號(hào)的測(cè)量、解調(diào)，其開銷升至每PRB對(duì)內(nèi)占用48個(gè)RE，占用資源高達(dá) 28.5%，所以在LTEA需要設(shè)計(jì)新的參考信號(hào)以支持更高階的MIMO。為此3GPP RAN1#55次會(huì)議上一致同意在LTE-A引入一種新的下行參考信號(hào)--CSI-RS［2］，用于信道狀態(tài)信息測(cè)量，該參考信號(hào)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(shí)現(xiàn)比LTE用戶更高下行傳輸速率，另一方面對(duì)于傳統(tǒng)的LTE用戶（R8和R9用戶）由于無法識(shí)別該參考信號(hào)，當(dāng)基站在配置了CSI-RS的子幀上調(diào)度LTE用戶時(shí)，這就相當(dāng)于對(duì)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(shí)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(dòng)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(shí)間內(nèi)使用CSI-RS進(jìn)行信道估計(jì)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(shí)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(duì)CSI-RS傳輸周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得同時(shí)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(shí)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(gè)部分的計(jì)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(gè)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(hào)，代表時(shí)隙號(hào)，代表CSI-RS偏移量，代表CSI-RS子幀周期）。設(shè)標(biāo)記符號(hào)CSIRSflag用來標(biāo)識(shí)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(gè)CSI-RS子幀的判斷：同時(shí)滿足=0，=0。同樣使用標(biāo)識(shí)符號(hào)CSIRSflagfirst進(jìn)行標(biāo)記，若是第一個(gè)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U(xiǎn)EsScheduledLTE（LTE用戶隊(duì)列）和UEsScheduledLTE-A （LTE-A用戶隊(duì)列）。然后根據(jù)條件計(jì)算并保存LTE用戶所占比例值。若CSIRSflag=1，則計(jì)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(gè)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(dòng)態(tài)調(diào)整。具體的，需同時(shí)滿足 （CSIRSflag==1）&& （CSIRSflagfirst==0）和 RATIOformer≠RATIOlatter，則進(jìn)行CSI-RS周期動(dòng)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(jì)算結(jié)果，用于下一個(gè)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(jì)的用戶調(diào)度度量值和單個(gè)下行子幀調(diào)度用戶數(shù)限制對(duì)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(jì)算和用戶調(diào)度列表調(diào)整這2個(gè)過程。

調(diào)度度量值計(jì)算：循環(huán)遍歷兩個(gè)用戶隊(duì)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(gè)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(jí)等級(jí)［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(jí)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?yàn)樽訋蠒r(shí)頻資源有限，所以在單個(gè)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(qǐng)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(cè)量上報(bào)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(cè)量獲取所得值的基礎(chǔ)上減去1。

最后根據(jù)實(shí)際當(dāng)前TTI子幀類型調(diào)度相應(yīng)的用戶調(diào)度隊(duì)列，即若CSIRSflag=0則選擇在當(dāng)前子幀上調(diào)度用戶隊(duì)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(duì)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(chǎng)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(gè)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(gè)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(yǔ)

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(shì)來動(dòng)態(tài)調(diào)整CSI-RS的周期，另一方面通過對(duì)不同子幀上的所調(diào)度的用戶進(jìn)行動(dòng)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(shí)現(xiàn)過程較復(fù)雜依然存在可以改進(jìn)的地方，這一點(diǎn)留待后續(xù)研究。

［1］張怡.移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)［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(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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

［4］梅龍,刁洪翠,張?jiān)?等.一種LTE-A網(wǎng)絡(luò)用戶的調(diào)度方法和裝置:中國(guó)，［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(dòng)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(hào)：201507196

梅 龍（1990—），男，湖北黃岡人，碩士研究生。研究方向：移動(dòng)通信。