LTE-A系統用戶性能優化算法研究

梅龍，刁洪翠，張元雨，朱宇霞

（武漢郵電科學研究院 湖北 武漢 430074）

LTE-A系統用戶性能優化算法研究

梅龍，刁洪翠，張元雨，朱宇霞

（武漢郵電科學研究院 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，在系統中引入了專用于信道估計的參考信號—信道狀態信息參考信號（CSIRS）。CSI-RS只在子幀的數據區域進行傳輸，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用戶而言相當于對其普通的數據區域進行打孔，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周期動態調整和子幀調度用戶調整的方法來優化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，并最終通過系統級仿真結果來證明所提出的算法能夠有效的優化不同類型用戶的性能和提高整個系統性能。

CSI-RS；周期；動態用戶調整；系統仿真

為了在移動通信中支持更高的下行傳輸速率，3GPP在LTE-A（R10）中定義的增強技術方案包括了最高支持下行8天線端口傳輸的更高階MIMO。在LTE之中CRS被用來進行下行數據的解調以及信道狀態信息的測量［1］。在常規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進行下行信號的測量、解調，其開銷升至每PRB對內占用48個RE，占用資源高達 28.5%，所以在LTEA需要設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］，用于信道狀態信息測量，該參考信號需要全頻帶和周期性在子幀的數據區域發送，這一方面它能夠支持LTE-A用戶的8層傳輸，從而實現比LTE用戶更高下行傳輸速率，另一方面對于傳統的LTE用戶（R8和R9用戶）由于無法識別該參考信號，當基站在配置了CSI-RS的子幀上調度LTE用戶時，這就相當于對LTE用戶的普通數據進行打孔，這就必然造成LTE用戶的性能損失，那么為了優化CSI-RS所帶來的影響，使得同時兼顧LTE和LTE-A用戶性能，本文提出了一種調整CSI-RS周期和子幀上調度的用戶的用戶性能優化算法［3］。

1　CSI-RS周期動態調整

CSI-RS周期越小，CSI-RS子幀密度越大，從而帶來在單位時間內使用CSI-RS進行信道估計的LTE-A用戶被調度次數更多，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傳輸周期進行動態調整，使得同時兼顧LTE用戶和LTE-A用戶性能。下面各小節將詳細分析其實現過程。

1.1CSI-RS周期調整條件

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個部分的計算和標記，下面詳細說明。

1）子幀類型判斷

判斷當前下行子幀是否是CSI-RS子幀，若是則繼續判斷其是否是系統的第一個CSI-RS子幀，并分別進行標記。

CSI-RS子幀的判斷公式：［4］（代表系統幀號，代表時隙號，代表CSI-RS偏移量，代表CSI-RS子幀周期）。設標記符號CSIRSflag用來標識當前子幀是否是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。同樣使用標識符號CSIRSflagfirst進行標記，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

遍歷所有下行調度用戶，根據用戶是否配置了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周期調整

首先需要根據1.1小節結果判斷是否需要進行CSI-RS周期動態調整。具體的，需同時滿足 （CSIRSflag==1）&& （CSIRSflagfirst==0）和 RATIOformer≠RATIOlatter，則進行CSI-RS周期動態調整。調整詳細過程：

1）若BLERlatter>BLERformer,則將CSI-RS傳輸周期Tlatter設置為上一次設置的值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周期調整條件保存

保存本次執行更新過程中一些計算結果，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　子幀調度用戶調整

這一部分主要是根據設計的用戶調度度量值和單個下行子幀調度用戶數限制對當前子幀上調度用戶進行調整。這一部分包括用戶調度度量值計算和用戶調度列表調整這2個過程。

調度度量值計算：循環遍歷兩個用戶隊列獲取用戶的QoS值和1.1小節中得出的誤塊率BLER，取這兩個值的比值作為用戶調度度量值，QoS體現了用戶業務的優先級等級［5］，BLER間接體現了用戶性能好壞，從而使得用戶業務優先級越高，性能越好的用戶能夠優先獲取資源進行下行數據的傳輸，保證系統性能的最大化［6］；

用戶調度列表調整：根據用戶調度度量值和子幀上最大調度用戶數調整用戶調度列表。根據用戶調度度量值調整即根據調度度量值調整用戶列表中用戶調度先后順序；根據子幀上最大調度用戶數調整是因為子幀上時頻資源有限，所以在單個子幀上能夠調度的用戶數有限，根據3GPP相關系統及仿真相關規定，這里取小區用戶數的60%。具體的調整過程請見圖1和圖2。

圖1　用戶列表調整

調整該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）若當前LTE用戶的誤塊率大于0.1，并且當前用戶根據信道測量上報獲取的MCS值大于1則將其MCS值在原來基礎上減去2；若當前LTE用戶的誤塊率小于0.1則將其MCS值設置為在原來經過信道測量獲取所得值的基礎上減去1。

最后根據實際當前TTI子幀類型調度相應的用戶調度隊列，即若CSIRSflag=0則選擇在當前子幀上調度用戶隊列LTEScheduledUE中所有用戶；若CSIRSflag=1則選擇在當前子幀上調度用戶隊列LTEAScheduledUE中的所有用戶，至此該用戶調度方案結束。

圖2　用戶數調整

3　仿真結果

本次仿真過程中所使用的一些參數見表1。

表1　仿真參數

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

圖3　用戶誤塊率

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

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　結束語

本文提出的改進的用戶調度算法一方面根據小區內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調整CSI-RS的周期，另一方面通過對不同子幀上的所調度的用戶進行動態調整。根據述仿真結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過程較復雜依然存在可以改進的地方，這一點留待后續研究。

［1］張怡.移動通信技術的發展趨勢［J］.科技創新與應用，2012 （54）:47.

［2］Ajay R.Mishra.蜂窩網絡規劃與優化基礎［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［3］Sesia S，Toufik I，Bsker M.LTE/LTE-Advanced-UMTS長期演進理論與實踐［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網絡用戶的調度方法和裝置:中國，［P］201510295521.9

［5］雷鳴.OFDM系統自適應資源分配算法研究［D］.南昌：南昌航空大學,2010.

［6］黃帆.移動通信系統中協作傳輸技術的研究［D］.北京：北京郵電大學,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。