一種衛(wèi)星移動(dòng)通信語(yǔ)音業(yè)務(wù)半持續(xù)調(diào)度機(jī)制*

費(fèi)長(zhǎng)江，吳純青，趙寶康，虞萬(wàn)榮，馮振乾

(國(guó)防科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

一種衛(wèi)星移動(dòng)通信語(yǔ)音業(yè)務(wù)半持續(xù)調(diào)度機(jī)制*

費(fèi)長(zhǎng)江?，吳純青，趙寶康，虞萬(wàn)榮，馮振乾

(國(guó)防科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

基于LTE的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)與衛(wèi)星通信技術(shù)相結(jié)合，對(duì)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信的高速全球覆蓋具有重要的意義.然而，衛(wèi)星通信面臨的高誤碼率、上下行帶寬非對(duì)稱等問(wèn)題，對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信的資源調(diào)度和服務(wù)質(zhì)量保證提出了重要挑戰(zhàn).以LTE半持續(xù)調(diào)度機(jī)制為基礎(chǔ)，針對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信語(yǔ)音業(yè)務(wù)，提出了一種上行無(wú)線資源調(diào)度方案VoSPS. VoSPS中增加了基于上行信道質(zhì)量的準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制，減少了上行資源的浪費(fèi)；引入了一種基于語(yǔ)音服務(wù)滿意度的語(yǔ)音編碼速率調(diào)整算法，增加了系統(tǒng)的用戶容量.仿真結(jié)果表明，VoSPS能有效提高系統(tǒng)的用戶滿意度和語(yǔ)音業(yè)務(wù)容量.

LTE；衛(wèi)星移動(dòng)通信；語(yǔ)音業(yè)務(wù)；半持續(xù)調(diào)度

基于LTE的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將長(zhǎng)期演進(jìn)LTE(Long Term Evolution)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到衛(wèi)星通信中，是陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的擴(kuò)展和延伸，在解決偏遠(yuǎn)地區(qū)、受災(zāi)區(qū)及人口稀少地區(qū)的移動(dòng)通信服務(wù)方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性.

語(yǔ)音業(yè)務(wù)是衛(wèi)星移動(dòng)通信最重要最基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)之一.然而，與地面LTE網(wǎng)絡(luò)不同，衛(wèi)星移動(dòng)通信中星地鏈路面臨的高誤碼率、上下行帶寬非對(duì)稱[1]等嚴(yán)峻問(wèn)題，對(duì)無(wú)線資源調(diào)度和業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量保證提出了極大的挑戰(zhàn).因此，如何充分有效地利用系統(tǒng)鏈路資源，尤其是上行資源，成為提高系統(tǒng)用戶滿意度和語(yǔ)音業(yè)務(wù)容量的關(guān)鍵.

本文在LTE半持續(xù)調(diào)度[2]機(jī)制基礎(chǔ)上，提出了一種支持衛(wèi)星移動(dòng)通信語(yǔ)音業(yè)務(wù)的上行無(wú)線資源調(diào)度方案VoSPS(Voice service Semi-persistent Scheduling).針對(duì)星地鏈路高誤碼率的特點(diǎn)，VoSPS中加入了基于上行信道質(zhì)量的準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制.用戶信道質(zhì)量惡化時(shí)，數(shù)據(jù)誤碼率增大，產(chǎn)生大量的重傳數(shù)據(jù)，同時(shí)自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC(Adaptive Modulation and Coding)技術(shù)[3]使得用戶占用更多無(wú)線資源.準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制避免了信道質(zhì)量嚴(yán)重惡化的用戶對(duì)無(wú)線資源的浪費(fèi).

針對(duì)上下行帶寬非對(duì)稱的特點(diǎn)，為了充分利用系統(tǒng)的上行資源，增大用戶容量，VoSPS中提出了一種基于語(yǔ)音服務(wù)滿意度的語(yǔ)音編碼速率調(diào)整SCRA(Speech Coding Rate Adjustment)算法.當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有足夠的空閑資源響應(yīng)用戶的呼叫時(shí)，合理降低現(xiàn)有用戶的語(yǔ)音編碼速率，減少他們占用的資源，從而為新呼叫分配資源.

本文的組織結(jié)構(gòu)如下.第一部分對(duì)LTE中的基本半持續(xù)調(diào)度機(jī)制進(jìn)行介紹，第二部分引入準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制，第三部分提出SCRA算法，并對(duì)VoSPS進(jìn)行總體介紹，第四部分進(jìn)行仿真分析，最后得出結(jié)論.

1 LTE中的半持續(xù)調(diào)度機(jī)制

LTE中的半持續(xù)調(diào)度主要用于語(yǔ)音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù).語(yǔ)音業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性要求較高，數(shù)據(jù)包尺寸小且發(fā)送頻繁，因此要求相關(guān)的控制信令的開(kāi)銷也必須很小.由于VoIP(Voice over IP)業(yè)務(wù)按照固定的周期輸出分組數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間可以預(yù)先估計(jì).所以在半持續(xù)調(diào)度中，UE只需在發(fā)起語(yǔ)音呼叫時(shí)，向演進(jìn)型基站eNB(evolved Node B)申請(qǐng)無(wú)線資源，此后每隔固定的周期占用相同位置的時(shí)頻資源塊進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸，直到語(yǔ)音激活期結(jié)束，如圖1所示.而對(duì)于靜默期和重傳的數(shù)據(jù)則采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的方式.由于半持續(xù)調(diào)度針對(duì)VoIP的特點(diǎn)，一次授權(quán)，周期使用，能夠極大地減少控制信令的開(kāi)銷，增大系統(tǒng)用戶容量.

但在當(dāng)前的半持續(xù)調(diào)度方案中，只要系統(tǒng)有足夠的空閑資源，就接受用戶的呼叫請(qǐng)求，為其分配資源.這種調(diào)度方式會(huì)導(dǎo)致信道質(zhì)量較差的用戶占用太多的無(wú)線資源，從而降低系統(tǒng)的用戶滿意度和用戶容量.因此，如果在上行半持續(xù)調(diào)度中加入基于上行信道質(zhì)量的準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制，應(yīng)該可以提高系統(tǒng)的用戶滿意度和用戶容量.

圖1 半持續(xù)調(diào)度示意圖

2 基于上行信道質(zhì)量的準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制

2.1 半持續(xù)調(diào)度準(zhǔn)入機(jī)制

為了避免系統(tǒng)為信道質(zhì)量不能滿足語(yǔ)音業(yè)務(wù)最低服務(wù)質(zhì)量要求的用戶分配資源，在半持續(xù)調(diào)度方案中加入準(zhǔn)入機(jī)制.為此，需要確定用戶的準(zhǔn)入信道質(zhì)量.

當(dāng)用戶處于某一信道質(zhì)量條件下，用戶的通話恰好能滿足語(yǔ)音業(yè)務(wù)的最低服務(wù)質(zhì)量要求，將該信道質(zhì)量定義為語(yǔ)音業(yè)務(wù)臨界信道質(zhì)量，用H0表示.臨界信道質(zhì)量與系統(tǒng)的調(diào)制編碼技術(shù)、語(yǔ)音編碼算法以及系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)的調(diào)度機(jī)制等因素有關(guān).

以語(yǔ)音業(yè)務(wù)臨界信道質(zhì)量為基礎(chǔ)，系統(tǒng)的準(zhǔn)入信道質(zhì)量還需要考慮用戶等級(jí)，通信的緊急程度等因素.用戶k的準(zhǔn)入信道質(zhì)量Hak定義如下：

其中Ck為k用戶的用戶等級(jí)，Ck越小表示用戶等級(jí)越高；Ek為業(yè)務(wù)緊急程度，Ek越大緊急程度越高，Ek≥1，表示該業(yè)務(wù)為普通通信；Ak為修正因子.

當(dāng)用戶等級(jí)和業(yè)務(wù)緊急程度越高時(shí)，準(zhǔn)入信道質(zhì)量越低.由于信道質(zhì)量測(cè)量存在誤差，為了降低信道質(zhì)量測(cè)量誤差帶來(lái)的呼叫阻塞率，還需要增加一個(gè)修正因子.

2.2 半持續(xù)調(diào)度截?cái)鄼C(jī)制

由于用戶的信道質(zhì)量具有時(shí)變性，所以在通信過(guò)程中用戶的信道質(zhì)量也可能惡化.當(dāng)用戶的信道質(zhì)量低于某一臨界值時(shí)，應(yīng)該中斷用戶的通信，回收無(wú)線資源供其他用戶使用.為此，需要定義截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量.與準(zhǔn)入信道質(zhì)量類似，截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量Hbk定義如下：

其中Bk為截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量的修正因子.與呼叫阻塞相比，呼叫中斷給用戶帶來(lái)的不滿意度更高，所以同一用戶的截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量應(yīng)該比準(zhǔn)入信道質(zhì)量低，即：Bk

由于用戶的信道質(zhì)量可能只是短暫惡化，例如用戶通過(guò)一個(gè)障礙物，在一段時(shí)間內(nèi)可以恢復(fù).當(dāng)用戶的信道質(zhì)量低于截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量就立即中斷用戶的通信，會(huì)增大系統(tǒng)的呼叫中斷率，所以在中斷用戶通信之前應(yīng)該設(shè)置一個(gè)緩沖時(shí)間Tb.

半持續(xù)調(diào)度的截?cái)鄼C(jī)制可以描述為：如果通信中的用戶信道質(zhì)量低于截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量，并且在緩沖時(shí)間Tb內(nèi)沒(méi)有恢復(fù)，就中斷該用戶的通信，回收為其分配的資源.

3 基于語(yǔ)音服務(wù)滿意度的語(yǔ)音編碼速率調(diào)整算法

LTE語(yǔ)音編碼采用變速率編碼技術(shù)[5]，為了充分利用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路資源，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有空閑的資源分配給新發(fā)起的呼叫時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)降低現(xiàn)有用戶的語(yǔ)音編碼速率，以接納更多的用戶.但如果過(guò)多地接受新用戶的呼叫，將使用戶的通話質(zhì)量得不到保證.為此，首先定義語(yǔ)音服務(wù)滿意度的概念，確定系統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的最大用戶容量，在此基礎(chǔ)上計(jì)算加入新用戶后每個(gè)用戶的語(yǔ)音編碼速率.

3.1 語(yǔ)音服務(wù)滿意度

定義1 語(yǔ)音服務(wù)滿意度. 用戶對(duì)語(yǔ)音通話的滿意程度與用戶的語(yǔ)音編碼速率存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，將這種對(duì)應(yīng)關(guān)系量化，定義為語(yǔ)音服務(wù)滿意度Sk：

其中，vk為用戶k的語(yǔ)音編碼速率，vmin為所用編碼技術(shù)的最低速率，vmax為最高速率，a>1為常數(shù)，Dk為修正因子.

因此，系統(tǒng)總體語(yǔ)音服務(wù)滿意度Ssys為：

其中Pk為用戶k語(yǔ)音服務(wù)滿意度的權(quán)重，Pk與用戶等級(jí)，通信的緊急程度有關(guān).

3.2 語(yǔ)音業(yè)務(wù)最大用戶容量

當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有足夠的空閑資源響應(yīng)新用戶的呼叫時(shí)，為確定是否通過(guò)SCRA算法來(lái)為新用戶分配資源，需要確定系統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的最大用戶容量.用戶的信道質(zhì)量與數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`塊率BLER(Block Error Ratio)具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系.設(shè)當(dāng)用戶信道質(zhì)量為Hk時(shí)，BLER為ek(0≤ek≤1)，則當(dāng)用戶語(yǔ)音編碼速率為vk時(shí)，在一個(gè)半持續(xù)調(diào)度周期內(nèi)平均需要的物理資源塊PRB(Physical Resource Block)可用下式計(jì)算：

其中Fk為修正因子.可見(jiàn)，用戶信道質(zhì)量越好，語(yǔ)音編碼速率越低，占用的PRB越少.

其中PRBsys為系統(tǒng)在一個(gè)半持續(xù)調(diào)度周期內(nèi)的PRB.通常，系統(tǒng)的最大用戶容量是基本恒定的.

3.3 語(yǔ)音編碼速率調(diào)整SCRA算法

設(shè)系統(tǒng)中原有n(n

同時(shí)需要滿足

vmin≤vk≤vmax．

上述問(wèn)題可以通過(guò)約束優(yōu)化計(jì)算[6]求解.記f(vk)=-Ssys，由于約束條件為線性約束且只含不等式約束，即：

minf(vk)

-vk+vmin≤0；

vk-vmax≤0．

圖2 SCRA算法流程圖

通常情況下SCRA算法每個(gè)調(diào)度周期執(zhí)行一次，當(dāng)呼叫等待的用戶較少時(shí)，SCRA算法可以在用戶等待超時(shí)范圍內(nèi)在用戶累積到一定數(shù)量時(shí)才執(zhí)行.由于n+m較小時(shí)，Rosen投影梯度法的求解復(fù)雜度較低，在執(zhí)行SCRA算法時(shí)，可以將用戶進(jìn)行分組(每組包含n個(gè)用戶)，在組內(nèi)進(jìn)行速率調(diào)整，使得算法帶來(lái)的計(jì)算開(kāi)銷較小.

在計(jì)算出各個(gè)用戶的語(yǔ)音編碼速率之后，eNB通過(guò)控制信令將調(diào)整后的語(yǔ)音編碼速率通知UE.顯然，使用SCRA算法，理論上可以使系統(tǒng)的用戶容量達(dá)到最大值.

3.4 VoSPS調(diào)度方案

加入準(zhǔn)入機(jī)制、截?cái)鄼C(jī)制和SCRA算法之后，VoSPS調(diào)度模型如圖3所示.該模型的工作機(jī)制如下：

1)UE發(fā)起語(yǔ)音業(yè)務(wù)呼叫請(qǐng)求，其中包含有用戶的用戶等級(jí)，業(yè)務(wù)的緊急程度等信息.

2)上行信道質(zhì)量測(cè)量模塊對(duì)UE的上行信道質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果送給準(zhǔn)入機(jī)制模塊、語(yǔ)音編碼速率調(diào)整器和截?cái)鄼C(jī)制模塊.

3)準(zhǔn)入機(jī)制模塊使用用戶的用戶等級(jí)和業(yè)務(wù)的緊急程度計(jì)算用戶的準(zhǔn)入信道質(zhì)量，并根據(jù)上行信道質(zhì)量測(cè)量的結(jié)果確定是否準(zhǔn)入用戶.

4)用戶獲得準(zhǔn)入后，語(yǔ)音編碼速率調(diào)整器根據(jù)上行信道質(zhì)量測(cè)量結(jié)果確定用戶的語(yǔ)音編碼速率，進(jìn)而確定用戶需要的PRB數(shù).如果系統(tǒng)中有足夠的空閑資源，則為用戶分配所需的PRB.如果沒(méi)有足夠的空閑資源，但系統(tǒng)用戶容量未達(dá)到最大值，則采用SCRA算法為用戶分配資源，并將調(diào)整后的語(yǔ)音編碼速率發(fā)送給各個(gè)用戶.

5)截?cái)鄼C(jī)制模塊計(jì)算用戶的截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量，在用戶通話過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的信道質(zhì)量，若用戶的信道質(zhì)量在緩沖時(shí)間內(nèi)持續(xù)低于截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量，則中斷用戶的通信.

準(zhǔn)入機(jī)制會(huì)阻塞信道質(zhì)量低于準(zhǔn)入信道質(zhì)量用戶的呼叫，截?cái)鄼C(jī)制會(huì)中斷在通信過(guò)程中，信道質(zhì)量惡化，低于截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量用戶的通話.未準(zhǔn)入和被截?cái)嗟挠脩粲捎谄湫诺蕾|(zhì)量嚴(yán)重惡化，很可能成為不滿意用戶，所以加入準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制后會(huì)提高系統(tǒng)的用戶滿意度.同時(shí)，由于信道質(zhì)量較差的用戶占用的資源較多且產(chǎn)生大量重傳數(shù)據(jù)，所以加入準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制后，系統(tǒng)的用戶容量也會(huì)有一定程度的提高.

圖3 VoSPS調(diào)度模型

VoSPS調(diào)度流程如圖4所示.

圖4 VoSPS調(diào)度流程圖

當(dāng)采用SCRA算法為新呼叫分配資源時(shí)，會(huì)減小系統(tǒng)中現(xiàn)有用戶的語(yǔ)音編碼速率，從而減少他們占用的PRB數(shù).當(dāng)系統(tǒng)中每個(gè)用戶均采用最低速率編碼時(shí)，系統(tǒng)用戶容量最大.因此，SCRA算法能大大提高系統(tǒng)的用戶容量.

4 仿真分析

4.1 仿真場(chǎng)景和參數(shù)設(shè)置

為了分析準(zhǔn)入機(jī)制、截?cái)鄼C(jī)制和SCRA算法對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)半持續(xù)調(diào)度性能的影響，對(duì)LTE的半持續(xù)調(diào)度過(guò)程進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn).如圖5所示，仿真場(chǎng)景是由一顆GEO衛(wèi)星(eNB)和若干個(gè)均勻分布于衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的用戶(UE)組成.

圖5 仿真場(chǎng)景示意圖

系統(tǒng)采用FDD模式，只考慮語(yǔ)音業(yè)務(wù).上行采用同步自適應(yīng)混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)[4]，最大重傳次數(shù)為3次，若第3次重傳仍未成功，則視為丟包.為了簡(jiǎn)化，不考慮控制信令的開(kāi)銷和發(fā)射分集的影響，每隔固定的時(shí)間發(fā)起一次呼叫.仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示.

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

4.2 仿真結(jié)果和分析

實(shí)驗(yàn)一 準(zhǔn)入機(jī)制實(shí)驗(yàn)

在基本的半持續(xù)調(diào)度(SPS)方案中加入準(zhǔn)入機(jī)制，得到SPS-A方案.準(zhǔn)入機(jī)制主要會(huì)影響系統(tǒng)的呼叫阻塞率和用戶滿意度.

1)呼叫阻塞率對(duì)比

SPS和SPS-A的呼叫阻塞率對(duì)比如圖6(a)所示.當(dāng)呼叫間隔時(shí)間較小(小于1.9s)，即呼叫頻率較高時(shí)，兩種方案的呼叫阻塞率基本一致.這是因?yàn)楹艚蓄l率較高時(shí)，SPS和SPS-A中的空閑資源均比較少，而信道質(zhì)量低于準(zhǔn)入信道質(zhì)量的用戶需要占用較多PRB，因此被阻塞.呼叫頻率降低時(shí)，由于系統(tǒng)中的用戶減少，空閑資源增多，SPS中的呼叫阻塞率逐漸降低.而在SPS-A中，由于準(zhǔn)入機(jī)制阻塞了信道質(zhì)量低于準(zhǔn)入信道質(zhì)量的用戶，所以呼叫阻塞率穩(wěn)定在2%左右.

(a)

(b)

分別分析SPS和SPS-A中以下兩類用戶的呼叫阻塞率：a)信道質(zhì)量低于準(zhǔn)入信道質(zhì)量的用戶；b)信道質(zhì)量不低于準(zhǔn)入信道質(zhì)量的用戶.如圖6(b)所示，SPS-A中加入準(zhǔn)入機(jī)制，通過(guò)阻塞a類用戶，降低了b類用戶即信道質(zhì)量較好的用戶的呼叫阻塞.

2)用戶滿意度對(duì)比

滿意用戶指調(diào)度失敗的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)占此用戶發(fā)送數(shù)據(jù)包的比例小于2%的用戶[7].從圖7中可以看出，SPS-A對(duì)SPS的用戶滿意度有較大的改善.例如在呼叫間隔時(shí)間為2.3 s時(shí)，SPS和SPS-A的滿意用戶百分比分別為93.32 %和96.72 %，提高了3.40 %.對(duì)照呼叫阻塞率，這時(shí)SPS和SPS-A中b類用戶均未被阻塞，而a類用戶的呼叫阻塞率分別為0.37 %和2.10 %，可以看出SPS-A中由于多阻塞了1.73 %的a類用戶而使?jié)M意用戶百分比提高了3.40 %.而SPS中準(zhǔn)入的1.73 %的a類用戶中僅有0.11 %是滿意的，其余1.62 %是不滿意的，并且還使1.78 %的b類用戶成為不滿意用戶.

圖7 SPS和SPS-A用戶滿意度對(duì)比

實(shí)驗(yàn)二 截?cái)鄼C(jī)制實(shí)驗(yàn)

1)呼叫中斷率對(duì)比

在SPS-A的基礎(chǔ)上再加入截?cái)鄼C(jī)制，得到SPS-A-B方案.由于信道質(zhì)量惡化的用戶需要占用更多的資源，當(dāng)用戶信道質(zhì)量惡化時(shí)，系統(tǒng)需要為其重新分配資源，如果在一段時(shí)間內(nèi)重新分配資源失敗，則發(fā)生呼叫中斷.如圖8所示，SPS的呼叫阻塞率隨著呼叫頻率降低，系統(tǒng)中空閑資源的增多而逐漸趨于0.而在SPS-A-B中，由于加入了中斷機(jī)制，呼叫中斷率一直穩(wěn)定在2%左右.

2)用戶滿意度對(duì)比

如圖9所示，SPS-A-B中加入截?cái)鄼C(jī)制，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的用戶滿意度.例如，當(dāng)呼叫間隔時(shí)間為2.3 s時(shí)，SPS-A-B的滿意用戶百分比為98.19 %，比SPS提高了4.87 %，比SPS-A提高了1.47 %.單獨(dú)統(tǒng)計(jì)信道質(zhì)量惡化，低于截?cái)嘈诺蕾|(zhì)量的用戶(c類用戶).對(duì)照呼叫中斷率，SPS中1.96 %的c類用戶有0.22 %的用戶中斷，1.74 %的用戶留在系統(tǒng)中，但其中僅有0.30 %是滿意的，其余1.44 %的用戶不滿意，并且使得少量(0.03 %)信道質(zhì)量未惡化的用戶成為不滿意用戶.

圖8 SPS和SPS-A-B呼叫中斷率對(duì)比

圖9 SPS、SPS-A、SPS-A-B滿意用戶度對(duì)比

實(shí)驗(yàn)三 SCRA算法實(shí)驗(yàn)

用戶容量定義為一個(gè)小區(qū)內(nèi)滿意用戶百分比為95%時(shí)的用戶總量[7].SPS,SPS-A和SPS-A-B的用戶容量分別為124,135,143.可見(jiàn)準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制對(duì)系統(tǒng)的用戶容量有一定的提高.為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的用戶容量，再加入SCRA算法，即VoSPS方案.如圖10所示，VoSPS的用戶容量為308，相比SPS提高了148 %.可見(jiàn)SCRA算法極大地增大了系統(tǒng)的用戶容量.這是由于AMR-WB的語(yǔ)音編碼速率范圍為6.6～23.85 kbit/s，用戶語(yǔ)音編碼速率調(diào)整的范圍較大，對(duì)于信道質(zhì)量較好的用戶，由較高的編碼速率降到最低編碼速率，能夠大大減少所占的PRB數(shù)，從而為更多的用戶分配資源.

實(shí)驗(yàn)方案

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中高誤碼率、上下行帶寬非對(duì)稱的特點(diǎn)，從有效利用系統(tǒng)上行鏈路資源，提高系統(tǒng)用戶容量的角度，提出了一種衛(wèi)星移動(dòng)通信語(yǔ)音業(yè)務(wù)的上行半持續(xù)調(diào)度方案VoSPS.首先，為了避免信道質(zhì)量嚴(yán)重惡化的用戶對(duì)無(wú)線資源的浪費(fèi)，在VoSPS中增加了基于上行信道質(zhì)量的準(zhǔn)入機(jī)制和截?cái)鄼C(jī)制.在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的用戶容量，在呼叫高峰時(shí)段，系統(tǒng)沒(méi)有足夠的空閑資源響應(yīng)新的呼叫請(qǐng)求時(shí)，通過(guò)SCRA算法合理減低系統(tǒng)中現(xiàn)有用戶的語(yǔ)音編碼速率，從而為更多的用戶分配資源.

最后，對(duì)LTE的半持續(xù)調(diào)度過(guò)程進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)，并在其中加入各個(gè)機(jī)制．結(jié)果表明，VoSPS調(diào)度方案能夠降低信道質(zhì)量較好的用戶的呼叫阻塞率，提高系統(tǒng)的用戶滿意度，在系統(tǒng)高峰時(shí)段，在保證每個(gè)用戶的語(yǔ)音質(zhì)量的前提下，能夠極大地提升系統(tǒng)的用戶容量.

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A Semi-persistent Scheduling Mechanism for Voice Service in Satellite Mobile Communication

FEI Chang-jiang?, WU Chun-qing, ZHAO Bao-kang, YU Wan-rong, FENG Zhen-qian

(School of Computer, National Univ of Defense Technology, Changsha,Hunan 410073, China)

LTE-based (Long Term Evolution) satellite mobile communication system combines 3GPP LTE standards and satellite communication technology and has important significance for the global coverage of mobile communication at a high speed. However, the problem of high bit error rate and bandwidth asymmetry in satellite communication constitutes a great challenge for the wireless resource scheduling and QoS (Quality of Service) guarantee in satellite mobile communication. Based on the semi-persistent scheduling mechanism in LTE, we proposed an uplink wireless resource scheduling scheme named VoSPS (Voice service Semi-persistent Scheduling). We added an access permission mechanism and a truncation mechanism based on uplink channel quality to VoSPS, reducing the waste of uplink resources. We also introduced a speech coding rate adjustment algorithm based on voice service satisfaction, which increased the user capacity of the system. The results of the simulation show that VoSPS can increase user satisfaction and the voice service capacity of the system effectively.

LTE; satellite mobile communication; voice service; semi-persistent scheduling

1674-2974(2015)08-0108-08

2014-09-18

國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012AA01A50606)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61379147，61103182)，National Natural Science Foundation of China(61379147，61103182) ；教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(20124307120032)

費(fèi)長(zhǎng)江(1990-)，男，四川省廣安市人，國(guó)防科技大學(xué)碩士生

?通訊聯(lián)系人，E-mail:feichangjiang.hi@163.com

TN929.5

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