LTE 调度中确定 MCS 的方法 【技术领域】
本发明涉及一种业务调度中确定调制编码方式 MCS 的方法， 尤其涉及 LTE 调度中 确定 MCS 的方法， 本发明属于通信技术领域。背景技术
LTE 支持各种通讯业务， 为提供大容量通信服务并保证业务的服务质量 QoS， 它采 用一定的调度方案， 并通过 eNodeB 实施有效的调度和资源分配。
LTE 采用自适应调制编码 (AMC) 技术， 下行由用户测量信道的信噪比 SNR， 上行由 eNodeB 测量信道的 SNR， eNodeB 根据业务传输需求和信道状况确定调制编码方式 (MCS)， 并分配时频资源。CQI(Channel Quality Indicator， 信道质量指示符 ) 是无线信道通信 质量的测量标准， 通常， 一个高值的 CQI 表示一个信道有高的质量， 因此可以用 CQI 来表示 SNR。SNR 大， 证明信道情况比较好， 故可以选择的 CQI 等级也就比较高， 这是因为信道质量 好的话就可以选择更高阶的调制编码方式， 达到更高的码率和效率， 反之亦然。 不同等级的 CQI 对应不同的调制方式、 码率、 效率， 即 MCS。表 1 是 TS 36.213 标准 (E-UTRA， Physical layerprocedures， Release 9) 给出的不同等级 CQI 对应的调制方式、 码率、 效率。
在不同 MCS 下 SNR 与 BLER 的关系有所不同。同样的 SNR 条件下， CQI 等级越高， 传输相同负荷所需的无线资源块 RB(Resource block) 对数越少 ； 同时误块率 (BLER) 越高， 导致丢包率相应增加， 因此 MCS 决策需要兼顾 BLER 和 RB 占用数。传统的 MCS 决策方式是 针对一定的 SNR， 查找能够达到使 BLER 小于且最接近于 0.1 的 CQI 等级， 得到类似图 1 所示 的 SNR-CQI 映射图。从图中可以看出， CQI 和 SNR 的范围有一定的对应关系， 在 BLER 要求 相同的情况下， 一定范围的 SNR 对应相同的 CQI 等级。
在 LTE 系统中主要采用两种调度方法 ： 动态调度和半持续调度。 LTE 系统对其中的 大部分业务采用动态调度的方法 ； VoIP 业务由于具有周期性特征， 为降低信令开销， 在 LTE 系统中对 VoIP 业务采用半持续调度方法。以 LTE 系统中的 VoIP 为例， 其原理如图 2 所示。 在传输 VoIP 激活期的第一个 VoIP 帧时， 采用持续调度， 即根据用户的信道质量为 VoIP 帧 选择 MCS 并分配所需的子载波和传输时隙 ( 即无线资源块 RB)， 后续的 VoIP 帧传输均采用 固定配置。这样， 就不再需要额外的 L1/L2 控制信令， 节省了信令开销。如果发生帧丢失， 则采用 HARQ 重传 ； 而对于重传的 HARQ 帧， 则采用动态调度方式分配信道资源。
表 1 4-bit CQI 表
由于 eNodeB 和用户之间的信号受到大尺度衰落、 阴影衰落和快衰落的影响， 并与 用户的移动性有关， 所以在 VoIP 业务处于语音激活期阶段， 上行和下行的 SNR 都是随时间 变化的。半持续调度根据传输激活期第一个 VoIP 帧时的 SNR0 反馈 CQI 并选择 MCS， 则当此 后某个有帧的时刻的 SNR 大于 SNR0 时， 该帧的误块率 (BLER) 降低 ； 而当该时刻的 SNR 小于 SNR0 时， 该帧的误块率增大。一旦出现误块， 按照半持续调度算法， 就需要实施 HARQ 重传， 即采用动态调度方法分配无线链路资源 RB 对。这一方面需要 eNodeB 进行动态调度， 占用 新的 RB 资源 ； 另一方面， 由于 VoIP 重传， 增加了传输时延。因此， 针对 LTE 系统中 VoIP 半 持续调度的特点， 根据信道状况选择适当的 MCS 以降低误块率， 就成为解决问题的关键。
发明内容 为解决由于信道 SNR 随时间变化导致误块率较高的问题， 本发明提出了一种 LTE 包括步骤 ： 调度中确定 MCS 的方法，
1) 测量信道 SNR 值 ；
2) 根据 SNR-CQI 等级映射关系， 确定与 SNR 对应的 CQI 等级 CQI0 ；
3) 由业务帧的长度 L 和 CQI0 获得 RB 对数 ；
4) 根据 RB 对数和帧长度 L 获得相同 RB 对数下的最低 CQI 等级 ；
5) 根据最低 CQI 等级确定所述 SNR 的调制编码方式 MCS。
由于不同等级 CQI 的调制方式和效率不同 ( 即对应表 1 中的 efficiency 值不同 )， 所以对相同的 L， 在不同等级的 CQI 时会需要不同的 RB 对数， CQI 等级越高， 所需 RB 对数目 越少 ； 但与此同时， 由于 RB 对数是一个向上取整的整数值， 所以对相同的 L， 相邻若干个 CQI 等级可能仍然对应相同的 RB 对数。因此， 获得相同 RB 对数下的最低 CQI 等级步骤为 ：
首先根据 L 和 CQI 等级为 CQI0， 获得对应的 RB 对数 0 ；
然后将 CQI0 减 1， 得到 CQI1 ＝ CQI0-1， 根据 CQI1 和 L 获得 RB 对数 1 ；
对比 RB 对数 1 和 RB 对数 0， 如果 RB 对数 1 不等于 RB 对数 0， 则 RB 对数 0 对应的 CQI0 为最低 CQI 等级 ；
如果 RB 对数 1 ＝ RB 对数 0 ； 继续将 CQI1 减 1 进行计算直到 RB 对数 n 不等于 RB 对 数 0， 确定与 RB 对数 0 相等的最后一个 CQI 等级为最低 CQI 等级， 即 RB 对数 n-1 对应的 CQIn-1 为最低 CQI 等级。
业务帧是指各业务分组打包成帧， 其长度为帧长度， 帧长度的单位为比特数， 因为 业务分组的长度一般是在业务生成时就已经确定， 因此本发明是针对生成好的各种长度的 业务帧进行处理的。
所述 SNR-CQI 等级映射关系采用下述方法建立 ： A、 获得 SNR 值 ；
B、 链路级仿真获得 CQI-SNR-BLER 的对应图 ；
C、 对于不同的 SNR， 选择 BLER 小于 0.1 且最接近于 0.1 的 CQI 等级， 构造 SNR-CQI 等级映射关系。
所述 CQI 等级与调制编码方式 MCS 的对应方式采用 TS 36.213 标准规定的对应方 式。CQI 与 MCS 的对应关系见表 1。
本发明提出的选择最低 CQI 的方法就是在传统 SNR-CQI 等级映射关系的基础上， 在保持 RB 数相同的前提条件下， 选择该范围内最低 CQI 等级。由于较低的 CQI 等级对应较 低的 BLER， 因此可以在保持 RB 数不变的情况下降低丢包率， 提高了业务的性能 ； 与此同时， 丢包率的降低也减小了 HARQ 的几率， 从整体上节省了 RB 对数， 并且降低了帧的传输时延。
所述业务帧为 VoIP 帧及需要进行动态调度的其他业务帧。
所述的 VoIP 帧是携带 VoIP 分组的帧。VoIP 分组包括暂态期 VoIP 分组、 激活期 VoIP 分组和静默期 VoIP 分组。
所述暂态期 VoIP 分组是原始的未压缩的 VoIP 分组， 成帧后长度为 L1。
所述激活期 VoIP 分组是经过 RoHC 头压缩的分组， 成帧后长度为 L2。
所述静默期 VoIP 分组是是因背景噪声而产生的 SID 分组， 成帧后长度为 L3。
各状态下的 VoIP 帧长度及发送间隔如表 2 所示 ：
表 2VoIP 业务帧长度及发送间隔
根据用户话音的持续程度， 将通话过程分为暂态期、 激活期和静默期， 因此 VoIP业务的状态也分为暂态期、 激活期和静默期。其业务流模型可参见图 4。其中， 横轴表示分 组产生时刻， 纵轴表示分组长度。
在 VoIP 的暂态期， VoIP 分组是原始的未压缩的 VoIP 分组。 在激活期， 为了减小开 销， VoIP 分组是经过压缩的 VoIP 分组。而在静默期， 用户处于不说话的状态， 发送的 VoIP 分组是因背景噪声而产生的 SID(Silence Insertion Descriptor) 分组。这几种类型的分 组成帧后， L1 ＞ L2 ＞ L3。
所述 VoIP 业务中激活期的 VoIP 分组经过 RoHC 头压缩， 压缩态 1 和压缩态 2 的 VoIP 分组长度相等， 分组成帧后均为 L2( 经过压缩后， 压缩态 1 和压缩态 2 的 VoIP 分组长 度较短， 并且压缩态 1 和压缩态 2 长度相差较小， 分组成帧后认为均为 L2)。RoHC 头压缩的 状态转换图如图 3 所示。
本发明的有益效果 ：
采用本发明的方法， 根据帧长度， 使用 RB 对数相同情况下的最低 CQI 等级， 解决了 信道 SNR 随时间变化导致 BLER 较高的问题， 在不同帧长度下选择不同的 MCS， 兼顾 RB 对数 和 BLER， 在 RB 数不变的情况下降低分组的丢包率， 提高了业务的性能 ； 与此同时， 丢包率的 降低也减小了 HARQ 的几率， 从整体上节省了 RB 对数， 减少了分组传输时延。
对于半持续调度方法， 如果在第一个分组选择 MCS 的时候就在使用资源数相同的 情况下选择可靠性较高 ( 即 CQI 较低 ) 的调制编码方式， 那么此后各分组可以承受的 SNR 变化范围相应变大， 即分组可以更加适应 SNR 随时间的变化。
对于动态调度方法， 每个分组都会依据当时的信道状态决定 MCS， 所以对于信道的 变化不会像半持续调度那么敏感， 尽管如此， 如果在第一个分组选择 MCS 的时候就在使用 资源数相同的情况下选择可靠性较高 ( 即 CQI 较低 ) 的调制编码方式， 那么此后各分组可 以承受的 SNR 变化范围相应变大， 即分组可以更加适应 SNR 随时间的变化。故本发明的方 法对半持续调度和动态调度都可以带来性能的提升。 附图说明
图 1 是现有技术中的 SNR-CQI 等级映射图 ；
图 2 是现有技术中的半持续调度原理图 ；
图 3 是 RoHC 语音分组压缩状态转换图 ；
图 4 是 VoIP 业务模型图 ；
图 5 是不同 CQI 等级下分配 RB 对数目图
图 6 是实施例用本发明的方法得到的 SNR 和 CQI 等级的映射关系图 ；
图 7 是实施例中不同 MCS 确定方法单扇区用户容量对比图。 具体实施方式
下面根据具体实施例和附图进一步说明本发明的方法 ：
一种 LTE 调度中确定 MCS 的方法， 以下行链路 VoIP 业务调度为例， 包括如下步骤 ：
1) 用户测量 SNR 值，
2) 根据 SNR-CQI 等级映射关系， 获得 CQI 等级， 反馈给基站端， 记为 CQI0。 SNR-CQI 等级映射关系获得方法为 ：A、 获得 SNR 值 ；
B、 链路级仿真获得 CQI-SNR-BLER 的对应图 ；
C、 对于不同的 SNR， 选择 BLER 小于 0.1 且最接近于 0.1 的 CQI 等级， 构造 SNR-CQI 等级映射关系。
3) 由业务帧的长度 L 和 CQI0 获得 RB 对数， 即：
RB 对数＝ f(L， CQI) ( 公式 1)
业务帧的长度是指业务分组打包成帧的长度， 以 VoIP 业务分组为例， VoIP 分组可 以分为暂态期 VoIP 分组、 激活期 VoIP 分组和静默期 VoIP 分组。参见图 4。
图 4 中暂态期的未压缩态 VoIP 分组成帧后长度 L1 为 97 字节， 激活期的 VoIP 分 组经过 RoHC 头压缩后为压缩态 1 和压缩态 2， 两个压缩态 VoIP 分组成帧后长度均为 40 字 节， 则 L2 为 40 字节 ； 同时静默期的 VoIP 分组为 SID， 即成帧后的 L3 为 15 字节。则在图 4 所示的业务流模型中， 各状态下的 VoIP 帧长度及间隔如表 3 所示。
表 3VoIP 业务帧长度及发送间隔
4) 根据 RB 对数和帧长度 L 获得相同 RB 对数下的最低 CQI 等级 ； 根据上述公式可 以计算 ：
a) 根据 L 计算 CQI 等级为 CQI0 时对应的 RB 对数 0 ：
RB 对数 0 ＝ f(L， CQI0)
b) 将 CQI0 减 1， 得到 CQI1 ＝ CQI0-1， 将 CQI ＝ CQI1 带入公式 1， 计算 CQI1 时 RB 对 数， 即：
RB 对数 1 ＝ f(L， CQI1)
c) 判断 RB 对数 1 是否等于 RB 对数 0， 如果不相等则记录 CQI0 为 CQIn-1 ； 如果相等 则继续将 CQI1 减 1， 将新的 CQI 带入公式 1 计算所需的 RB 对数， 直到所需 RB 对数不再相等， 即 RB 对数 n 不等于 RB 对数 0， 记录与 RB 对数 0 相等的最后一个 CQI 等级为 CQIn-1， CQIn-1 为 相同 RB 对数下的最低 CQI 等级。
5) 按照 TS 36.213 标准中的对应关系， 根据最低 CQI 等级确定所述 SNR 值时的 MCS。即以表 1 中的 CQI 等级与 MCS 的对应关系来确定 MCS.
实施例 1
以具体的 RB 对数计算公式来最终确定 MCS ：
n 为一个 RB 对的所有子载波上用来传输数据业务的 OFDM 符号数。且得到的 RB 对 数为上述公式得到的数值向上取整的整数值。
表 4 给 出 的 就 是 TS 36.211(E-UTRA， Physical Channels and Modulation，
Release 9) 中规定的一个 RB 的大小， 每个 RB 在时域上占用 7 个 OFDM 符号， 在频域上占用 12 个子载波。RB 对指的就是 2 个在时域上并排的 RB， 即时域上占用 14 个 OFDM 符号， 频域 上还是 12 个子载波。
表 4RB 参数表
SNR 因为每一个 RB 对并不是其中的所有 OFDM 符号都用来传输数据， 还有一些符号 上面传的是控制信息， n 是在一个 RB 对的所有子载波上实际可用于传输数据的符号数。假 设控制信道在时域上占用 3 个 OFDM 符号， 则 n ＝ (14-3)*12 ＝ 11*12 ＝ 132。该公式是一 个简化的计算 RB 对数的公式， 可以在此基础上根据情况进行扩展。
对不同状态期的 VoIP 帧， 通过计算可以得到各 CQI 等级下的 RB 对分配数， 如表 5 所示 ：
表 5 不同 CQI 等级下分配 RB 对数目
由上表可以看出， 由于 RB 对数是一个通过计算之后向上取整的整数值， 所以对相 同的 L( 在上表中反映为某一种 VoIP 时期 )， 相邻若干个 CQI 等级可能仍然对应相同的 RB 对数。更为直观的图可参见图 5。
a) 根据 L 计算 CQI 等级为 CQI0 时对应的 RB 对数 0 ：
RB 对数 0 ＝ f(L， CQI0)
b) 将 CQI0 减 1， 得到 CQI1 ＝ CQI0-1， 将 CQI ＝ CQI1 带入公式 1， 计算 CQI1 时 RB 对 数， 即：
RB 对数 1 ＝ f(L， CQI1)
c) 判断 RB 对数 1 是否等于 RB 对数 0， 如果不相等则记录 CQI0 为 CQIn-1 ； 如果相等
则继续将 CQI1 减 1， 将新的 CQI 带入公式 1 计算所需的 RB 对数， 直到所需 RB 对数不再相等， 即 RB 对数 n 不等于 RB 对数 0， 记录与 RB 对数 0 相等的最后一个 CQI 等级为 CQIn-1， CQIn-1 为 相同 RB 对数下的最低 CQI 等级。
根据上述的表 5 和系列的计算， 得到用户测量的 SNR 和最终确定 CQI 等级的关系 图如图 6。根据该图也就是可以获得相应的 SNR 值的 MCS。
分别采用传统 MCS 确定方法和本发明的最小 CQI 确定方法 ( 传统的确定方法简称 为线性 CQI 映射， 而本发明的确定方法简称为最小 CQI 映射 )， 计算在 LTE 系统的下行链路 进行 VoIP 业务调度时平均 RB 对占用数和平均丢包率， 可以得到如表 6 所示的结果。
表 6 不同 MCS 确定方法单用户测量统计结果
由表 6 可以看出， 与现有技术线性 CQI 映射相比， 本发明具有较小的丢包率和每帧 平均 RB 对数。这是由于本发明在占用相同 RB 对的 CQI 等级中选择最小等级， 在不增加每 帧占用 RB 对数目的前提下降低了 BLER， 减少了丢包率， 从而减少了 HARQ 重传帧和长帧的出 现概率， 因此平均 RB 对占用比较低。
而从整体上衡量 LTE 系统中的 VoIP 业务性能时， 主要以用户容量进行评价。系 统的 VoIP 用户容量定义为 ： 使得 95％的用户满意的系统中的用户数目。其中， 一个满意的 VoIP 用户定义为 ： 在延时门限为 50ms 的情况下， 该用户的 VoIP 业务丢包率小于 2％。
通过在 5MHz 带宽， 用户只使用 VoIP 业务， 低速移动， 轮询调度的条件下进行仿真 可以得到不同 MCS 确定方法下单扇区用户容量， 如图 7 所示。可以看出， 采用线性 CQI 映射 的用户容量约为 150， 本发明提出的最小 CQI 映射的用户容量约为 192， 容量提高了约 30％。 这是由于采用最小 CQI 映射时， 平均 RB 对占用比和丢包率都比较低 ； 同时， 由于减少了重传 分组的出现频率， 有效降低了分组延时， 因此采用最小 CQI 映射能够增加用户容量。