LTE-A系统用户性能优化算法研究

梅龙，刁洪翠，张元雨，朱宇霞

（武汉邮电科学研究院 湖北 武汉 430074）

LTE-A系统用户性能优化算法研究

梅龙，刁洪翠，张元雨，朱宇霞

（武汉邮电科学研究院 湖北 武汉 430074）

LTE-A下行引入了更高阶MIMO来支持LTE-A用户（R10用户）更高的下行传输速率，与此同时为了在有限开销的情况下支持对8端口的信道估计，在系统中引入了专用于信道估计的参考信号—信道状态信息参考信号（CSIRS）。CSI-RS只在子帧的数据区域进行传输，但是由于LTE用户（包括了R8和R9用户）无法识别这一参考信号，所以对于LTE用户而言相当于对其普通的数据区域进行打孔，这就必然带来LTE用户的性能损失，本文正是为了解决这一问题，采用CSI-RS周期动态调整和子帧调度用户调整的方法来优化CSI-RS对用户性能的影响，同时兼顾LTE用户和LTE-A用户（R10用户）的性能，并最终通过系统级仿真结果来证明所提出的算法能够有效的优化不同类型用户的性能和提高整个系统性能。

CSI-RS；周期；动态用户调整；系统仿真

为了在移动通信中支持更高的下行传输速率，3GPP在LTE-A（R10）中定义的增强技术方案包括了最高支持下行8天线端口传输的更高阶MIMO。在LTE之中CRS被用来进行下行数据的解调以及信道状态信息的测量［1］。在常规CP下4天线端口传输情况下要有24个RE用于传输CRS，在LTE-A中若仍使用 CRS进行下行信号的测量、解调，其开销升至每PRB对内占用48个RE，占用资源高达 28.5%，所以在LTEA需要设计新的参考信号以支持更高阶的MIMO。为此3GPP RAN1#55次会议上一致同意在LTE-A引入一种新的下行参考信号--CSI-RS［2］，用于信道状态信息测量，该参考信号需要全频带和周期性在子帧的数据区域发送，这一方面它能够支持LTE-A用户的8层传输，从而实现比LTE用户更高下行传输速率，另一方面对于传统的LTE用户（R8和R9用户）由于无法识别该参考信号，当基站在配置了CSI-RS的子帧上调度LTE用户时，这就相当于对LTE用户的普通数据进行打孔，这就必然造成LTE用户的性能损失，那么为了优化CSI-RS所带来的影响，使得同时兼顾LTE和LTE-A用户性能，本文提出了一种调整CSI-RS周期和子帧上调度的用户的用户性能优化算法［3］。

1　CSI-RS周期动态调整

CSI-RS周期越小，CSI-RS子帧密度越大，从而带来在单位时间内使用CSI-RS进行信道估计的LTE-A用户被调度次数更多，大幅度提高LTE-A用户性能，但是此时LTE用户由于CSI-RS的打孔带来性能损失也增加；与此相反，则一方面减小了给LTE用户所带来的性能损失，另一方面降低了LTE-A用户性能。所以这里有必要根据不同用户所占比例值和用户平均误块率对CSI-RS传输周期进行动态调整，使得同时兼顾LTE用户和LTE-A用户性能。下面各小节将详细分析其实现过程。

1.1CSI-RS周期调整条件

这里所说的判断条件主要包括子帧类型判断，LTE用户所占比例值和用户平均误块率这3个部分的计算和标记，下面详细说明。

1）子帧类型判断

判断当前下行子帧是否是CSI-RS子帧，若是则继续判断其是否是系统的第一个CSI-RS子帧，并分别进行标记。

CSI-RS子帧的判断公式：［4］（代表系统帧号，代表时隙号，代表CSI-RS偏移量，代表CSI-RS子帧周期）。设标记符号CSIRSflag用来标识当前子帧是否是CSI-RS子帧，若是CSI-RS子帧则 CSIRSflag=1，否则 CSIRSflag=0，初始CSIRSflag=0。

第一个CSI-RS子帧的判断：同时满足=0，=0。同样使用标识符号CSIRSflagfirst进行标记，若是第一个CSI-RS子帧则CSIRSflagfirst=1，否则CSIRSflagfirst=0，初始CSIRSflagfirst=0。

2）LTE用户所占比例值

遍历所有下行调度用户，根据用户是否配置了CSI-RS将用户分成LTE用户和LTE-A用户，分别将其归入UEsScheduledLTE（LTE用户队列）和UEsScheduledLTE-A （LTE-A用户队列）。然后根据条件计算并保存LTE用户所占比例值。若CSIRSflag=1，则计算并保存LTE用户在所有用户中所占比例值为 RATIO，进一步若 CSIRSflagfirst=1则将RATIO保存为RATIOformer，否则保存为RATIOlatter；否则跳过该过程。

3）用户平均误块率

若CSIRSflag=1则遍历2中的UEsScheduledLTE，获取每一个用户的下行误块率，然后求平均值,保存其值为BLER。进一步若 CSIRSflagfirst=1，则将 BLER保存为BLERformer，否 则 若 CSIRSflagfirst=0将 其 值 保 存 为BLERlatter。

1.2CSI-RS周期调整

首先需要根据1.1小节结果判断是否需要进行CSI-RS周期动态调整。具体的，需同时满足 （CSIRSflag==1）&& （CSIRSflagfirst==0）和 RATIOformer≠RATIOlatter，则进行CSI-RS周期动态调整。调整详细过程：

1）若BLERlatter>BLERformer,则将CSI-RS传输周期Tlatter设置为上一次设置的值Tformer的2倍，即Tlatter= 2Tformer（由于CSI-RS的传输周期最大值为80ms,所以这里必须要保证设置后的CSI-RS周期同样小于等于80ms）；

2）若RATIOlatter

3）其他情况下跳出该过程即Tlatter=Tformer；

1.3CSI-RS周期调整条件保存

保存本次执行更新过程中一些计算结果，用于下一个TTI判断，具体的过程如下：

1）若CSIRSflag=1且CSIRSflagfirst=1，则将RATOformer= =RATIO，BLERformer=BLER；

2）若CSIRSflag=1且CSIRSflagfirst=0，则将RATIOformer= RATIOlatter，BLERformer=BLERlatter

3）若CSIRSflag=0，直接跳出该过程。

2　子帧调度用户调整

这一部分主要是根据设计的用户调度度量值和单个下行子帧调度用户数限制对当前子帧上调度用户进行调整。这一部分包括用户调度度量值计算和用户调度列表调整这2个过程。

调度度量值计算：循环遍历两个用户队列获取用户的QoS值和1.1小节中得出的误块率BLER，取这两个值的比值作为用户调度度量值，QoS体现了用户业务的优先级等级［5］，BLER间接体现了用户性能好坏，从而使得用户业务优先级越高，性能越好的用户能够优先获取资源进行下行数据的传输，保证系统性能的最大化［6］；

用户调度列表调整：根据用户调度度量值和子帧上最大调度用户数调整用户调度列表。根据用户调度度量值调整即根据调度度量值调整用户列表中用户调度先后顺序；根据子帧上最大调度用户数调整是因为子帧上时频资源有限，所以在单个子帧上能够调度的用户数有限，根据3GPP相关系统及仿真相关规定，这里取小区用户数的60%。具体的调整过程请见图1和图2。

图1　用户列表调整

调整该LTE用户的MCS的步骤如下：

1）提取该LTE用户的误块率BLER然后判断其误块率是否大于0.1；

2）若当前LTE用户的误块率大于0.1，并且当前用户根据信道测量上报获取的MCS值大于1则将其MCS值在原来基础上减去2；若当前LTE用户的误块率小于0.1则将其MCS值设置为在原来经过信道测量获取所得值的基础上减去1。

最后根据实际当前TTI子帧类型调度相应的用户调度队列，即若CSIRSflag=0则选择在当前子帧上调度用户队列LTEScheduledUE中所有用户；若CSIRSflag=1则选择在当前子帧上调度用户队列LTEAScheduledUE中的所有用户，至此该用户调度方案结束。

图2　用户数调整

3　仿真结果

本次仿真过程中所使用的一些参数见表1。

表1　仿真参数

仿真场景为城市宏小区，下面分别是采用改进的用户调度方案前后用户的吞吐量和误块率，以及系统的整体吞吐量变化情况：

图3　用户误块率

根据图3和表2可知，采用优化算法后LTE用户误块率出现了明显地下降，相比较而言LTE-A用户误块率出现了一定程度地增加但是增加的幅度较小，根据图4和表3可知，LTE用户吞吐量出现了显著增加，LTE-A用户吞吐量下降不明显，整个小区的所有用户的平均误块率变化较小但是吞吐量却出现了显著增加，从而使得小区内整体吞吐量出现了增加，从而证明了本文所提出的优化算法能够优化用户性能和提高整个系统性能。

图4　用户吞吐量

表2　用户平均误块率

表3　用户平均吞吐量

4　结束语

本文提出的改进的用户调度算法一方面根据小区内不同类型用户所占比例值的变化和用户平均误块率的变化趋势来动态调整CSI-RS的周期，另一方面通过对不同子帧上的所调度的用户进行动态调整。根据述仿真结果可以看出该算法能够很好的兼顾LTE用户和LTE-A用户的性能，在不至于使得LTE-A用户性能损失太多的情况下，极大地减小了CSI-RS给LTE用户所带来的性能损失，但是本文所提出的算法其实现过程较复杂依然存在可以改进的地方，这一点留待后续研究。

［1］张怡.移动通信技术的发展趋势［J］.科技创新与应用，2012 （54）:47.

［2］Ajay R.Mishra.蜂窝网络规划与优化基础［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］Sesia S，Toufik I，Bsker M.LTE/LTE-Advanced-UMTS长期演进理论与实践［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

［4］梅龙,刁洪翠,张元雨,等.一种LTE-A网络用户的调度方法和装置:中国，［P］201510295521.9

［5］雷鸣.OFDM系统自适应资源分配算法研究［D］.南昌：南昌航空大学,2010.

［6］黄帆.移动通信系统中协作传输技术的研究［D］.北京：北京邮电大学,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稿件编号：201507196

梅 龙（1990—），男，湖北黄冈人，硕士研究生。研究方向：移动通信。