LTE多用户调度的研究及优化应用

王镇鑫 肖兴祥 谢剑江 许舒建

中国联合网络通信有限公司绍兴分公司

0 引言

运营商数据业务呈现迅速增长趋势。以浙江某地市联通为例，数据流量由2018年初的97885 GB增长至年末的207002 GB，涨幅111.5%，而单用户感知速率则呈现下降趋势。

数据业务需求呈现多样性，对网络需求存在差异，比如随时随地进行即时通讯、游戏、上网、视频、支付等各种业务。而视频业务占比高达62.58%，视频业务对网络下行速率要求较高。

影响用户感知速率的因素有很多，业务类型、空口性能、射频单元、传输性能、核心网等各个环节都会影响到用户对数据传输业务的感知。本研究主要针对LTE多用户调度原理，并按场景深化参数配置，提升用户感知速率。

1 LTE多用户调度原理

LTE无线资源调度器作为MAC层的一部分，用于确定在每TTI（1ms）上哪些UE可以在哪些时频资源上接收（下行）或传输（上行）信息。调度器同时还负责TBS和MCS选择、控制HARQ重传，调度结果会影响RLC层数据分段。

对于高负载网络，调度是一个关键因素，决定着整网的性能。不同的调度策略，会影响网络的以下性能：小区吞吐量、小区边缘用户吞吐量、各类业务QoS满意率、不同等用户的差异化和同等用户的公平性。

1.1 调度目标和设计原则

调度目标是要实现三个要求：满足系统Qos要求、兼顾差异化和公平性、实现系统容量最大化。

调度设计按照五个原则实施：

（1）尽量使用户在其信道波峰时刻被调度，实现系统容量最大化，同时又不影响公平性；

（2）基于连接调度，确保业务Qos；

（3）控制面消息调度优先于数据面消息调度；

（4）GBR业务基于时延和信道质量调度，Non-GBR业务基于速率和信号质量调度；

（5）满足了MBR/AMBR连接门限条件的用户不再被调度。

1.2 多用户调度基本操作及算法架构

LTE可以实现时域、频域和码域资源的动态调度和分配。动态调度带来的一个重要变化是LTE不再使用3G系统中“专用信道”来传送数据，而代之以“共享信道”，即不再为特定用户长时间地保留固定的资源，而是将用户的数据都分割成小块，然后依赖高效的调度机制将来自多个用户的“数据块”复用在一个共享的大的数据信道中。因此，LTE的性能能否充分发挥，很大程度上取决于调度机制的效率。一方面要根据无线信道的特性进行灵活地调度，另一方面又不能大幅度增加系统的信令开销。

频域资源调度是LTE系统资源调度的重要方法。在频域资源调度中，eNodeB上的调度器根据上下行信道的CQI（信道质量指示）、QoS参数和测量、eNodeB缓存中等待调度的负载量、在队列中等待的重传任务、UE能力（Capability）、UE睡眠周期和测量间隔/测量周期、系统参数（如系统带宽/干扰水平/干扰结构）等信息，动态地为UE选择适合的RB进行上下行传输，并通过下行控制信令指示给UE。在上述信息中，CQI是资源调度最重要的考虑因素之一。如图1所示。

图1 多用户调度算法架构

由于LTE系统中资源调度和链路自适应完全由eNodeB控制，因此上行信道CQI的测量值可以由eNodeB直接获取并使用，也不需要标准化；而下行信道的CQI值需要在UE侧获取，并由UE反馈给eNodeB。

2 LTE多用户调度的优化应用

根据LTE下行调度原理，可以从调度源、调度策略、资源分配三个方面进行深入分析，本研究主要针对调度源中的GAP测量、业务信道功率、MIMO模式、CQI优化做深入研究，并制定分场景优化方案。如图2所示。

图2 多用户调度参数分类

2.1 调度源-GAP测量

GAP测 量 是eNodeB在UE连接态配置周期性的空闲时间，让UE去测量指定频率上的小区信号质量。UE离开当前的频点到其它频点测量的时间段，用于异频/异系统测量。由于UE通常都只有一个接收机，同一时刻只能在一个频点上接收信号，因此在异频/异系统测量过程中会影响单用户感知速率。如图3所示。

图3 GAP测量原理

优化方案：测量周期，非高速场景小区40ms修改至80ms；启动门限，打底网同频区域修改至-120dBm，降低异频异系统启动门限。

优化效果：修改后，小区单用户感知速率可提升0.91Mbps左右，异频切换指标下降0.1%。如图4所示。

图4 GAP测量周期参数修改效果

2.2 调度源-业务信道功率

在RS功率一定时，通过增加PA值，业务信道可用率增多就等于增加了小区所有用户的功率，提高小区所有用户的MCS，频谱效率提升。在小区话务模型不变的情况下，频谱效率提升，提供同样的服务速率所需的RB数会减少，所有PRB利用率有一定下降。反过来讲，频谱效率提升，在RB数不变的情况下，针对单用户速率则会提升。如图5所示。

图5 业务信道功率调整原理

优化方案：保持RS功率不变，提升PA值，具体修改值根据小区现网配置。（备注：若功率受限，提升RRU总功率）

优化效果：针对全网4503个小区修改，修改小区感知速率提升了2.26Mbps，低速率小区占比下降了20.85%。如图6所示。

图6 业务信道功率优化对比

2.3 调度源-MIMO模式

在LTE系统中定义了TM1到TM9共9种传输模式用于标志UEPDSCH的搜索空间。

传输模式通过高层信令在PDCCH信道下发，由系统半静态配置。传输模式通过RRC信令下发给UE，每种传输模式有对应的DCI格式，UE根据传输模式和DCI格式就可以确定PDSCH使用的传输方案。

在下行MIMO中，根据信道UE可以使用不同的TM模式：发射分集，或者空间复用。为有效提升单用户感知速率，优选空间复用，这其中包括TM3、TM4两种模式。而TM4方式要求终端反馈PMI，低速、静止场景可提升感知速率，而高速场景PMI不准导致下行发送信号不适应UE的位置和信道。详见表1和图7。

表1 TM3、TM4区别表

图7 TM3、TM4与速率关系

优化方案：针对低速、静止场景小区TM3修改至TM4。

优化效果：参数调整后，忙时单用户吞吐提升了2.24Mbps，下行64QAM占比提升6.74%。如图8所示。

图8 单用户下行吞吐率&下行64QAM占比效果

2.4 调度源-CQI优化

下行调度中，CQI用来反映信道质量，UE通过周期上报和事件触发上报这两个方式上报。周期上报：提供小区系统全带宽的信道信息，通过PUCCH上报给eNodeB；事件触发上报：提供小区系统带宽子集的信道信息（非周期），通过PUSCH上报给eNodeB。CQI、MSC、调制方式存在对应关系，当CQI越大，对应的调制方式越高。因此，优化CQI可提升单用户感知速率。详见表2。

表2 CQI对应码率表

UE上报SINR，并映射CQI，而CQI与码率、频谱效率一一对应，便于eNodeB进行CQI调整和滤波，并映射到MCS阶数上。整个过程中CQI值也会受MPO值的影响。如图9所示。

图9 CQI与调制方式的关系流程图

优化方案：RF优化（DT、投诉处理）实现小区的精准合理覆盖、特性参数（全网规范参数）、DRX激活器时长（Psf60→Psf100）、MPO参数优化（选择性修改）。

CQI较好小区不宜增加MPO值，因为可能会导致CQI/Rank的上报值与下行信道质量不一致，下行MCS和误码发生变化，影响下行用户感知速率和小区吞吐率。

但是在针对CQI＜7不同占比小区进行验证时，当质差占比为20%～25%时，MPO修改至2，速率提升0.51Mbps，CQI＜7改善12.74%。

优化效果：针对全网小区修改，MPO选择性修改，修改小区感知速率提升了1.27Mb/s，低速率小区比例降低了4.37%。

3 结束语

单用户感知速率的提升可从小区业务量、网络结构、资源调度三个方面分别考虑。本研究主要从资源调度中的调度源展开了研究分析，并针对不同场景做了参数优化，在后续的优化过程应对特定功能参数进行固化，列入参数核查范畴，并规范开站脚本。同时可考虑从调度策略、资源分配方面做进一步的研究分析，进一步提升用户感知速率。