第三章 LTE MAC协议解读

3.4.4 调度方式

3.4.4.1 前言

       在前面我们经常提到LTE系统的共享信道，除了很少的几个信道有专门对应的物理信道，例如广播信道（PBCH），而且它传的主要也是MIB消息，而其余的SIB消息依然使用共享信道传输，因此它而显然的告诉我们，资源是以共享的方式存在。那么对调度器的设计的要求自然就提高了，跟早期的很多接入系统不同每个用户的业务都有专门的信道。当然到了HSPA时已经已近是共享信道的概念，但是主要还是针对数据业务。因此LTE于此之前的系统都有很大的区别了。调度器的设计，需要考虑它的目的与基本的调度原则，在此略微列出，

目的：

• 调度的好坏对于系统的性能影响很大，对于LTE十分重要，我们在前面讲了，LTE的几乎所有的应用与业务都是使用共享信道，由于各个业务与应用的对服务质量（QoS）的要求是不同的，因此调度的好坏直接影响的就是QoS是否可以满足，也即是用户的使用体验是否比较好；
• 最好的利用时/频/空/功率资源用于不同的UEs和不同的业务，保证各种业务的QoS，提高系统的容量，另外除了满足业务的服务质量外，我们还必须保证系统的容量能够得到保证，否则一个系统出了只能支持少数用户，那也没有意义，如何充分提高系统容量，那么就必须把链路性能跟服务质量结合起来作为调度的考虑因素。

基本调度原则

• eNB负责上下行的调度，上下行是不同的调度器负责，因为上下行使用完全独立的资源，而且在链路性能的监测方面几乎也是独立的，因此设计时，尽量能够独立，但是如果采用TD-LTE的制式，能够结合上下行结合起来调度呢？我想这是应该做的，比如上行调度，完全可以参考下行反馈的信道质量，乃至于空间复用方式选择上；
• 调度器需要考虑的因素包括业务的QoS，业务量以及相关的无线承载，无线条件以及UE能力等；
• 给于UE的UL-SCH的资源是对应一个UE逻辑信道组，而不是对应一个无线承载的。

因此调度器的设计需要考虑以下的因素：

• QoS，针对不同业务，需要保证的业务质量；
• 不同用户之间的优先级处理；
• 同用户的不同业务的优先级处理，这体现在对不同的逻辑信道的处理上；
• 用户所处的无线信号状况，选择最好的信号用户，可以最大的吞吐量，但是缺乏公平公平性考虑，如果考虑轮询，那么系统的性能有可能降低，因此以上两个原因都必须考虑在内；
• 基本调度资源：Resource Block(RB)
• 调度间隔: (基本TTI)1ms，但是多个TTI可以绑定组成更长的TTI，这个主要用于在小区边缘支持语音业务，由于信道质量比较差，而用户的功率一次性不能够发送完所有的数据包，那么此时通过TTI绑定可以达到可以较好的支持语音业务；
• 负责选择TB大小，MCS，天线映射

    由于取消了专用传输信道，因此除了分配给特定的管理消息的资源，例如同步信道，系统广播消息，参考信号，随机接入等，其他资源都是共享的，因此相对于3G的调度方式，它更像WiMAX的调度方式，是一个完全动态的调度方式，因此系统的性能完全取决于它的调度算法的好坏上，以下因素将是它的调度需要考虑的：

虽然我们一再强调资源是共享的，但是在调度方式上面依然有很多选择，主要是针对不同业务特性设计的，如下所示：

动态调度

对于UL-SCH 和DL-SCH是最基本的调度方式，对动态调度在系统设计上的支持，更加灵活的传输格式完全可变长的RLC PDU 大小的结构，这根以前3G的半静态 RLC PDU大小非常不同，这种结构的设计对高数据率的时候，可以采用很长的RLC PDU，因为额外开销所占比例降低了，这样可以可以提高带宽的利用率。下图是上行动态调度示意图：

 

图3.4.4-1 上行动态调度示意图

上图说明简单描述了一个上行动态调度的示意图，

1. 首先在UE端有一个事件产生，一般是上行有数据发送，已经放在了缓冲区里了，那么它需要为这些数据申请上行资源用于发送。它可以通过SR-PUCCH上行SR控制信道来发送调度请求，或者通过PRACH，此时是采用竞争的方式发送调度请求；
2. eNB按照一定的调度原则，如果可以的话就会分配一些资源用于发送BO（Buffer Occupation）信息，通过上行调度授权（UL grant）告诉UE；
3. UE发送BO报告告诉eNB对应的逻辑信道组有多少数据要发送，对于上行eNB调度是针对逻辑信道组而不是一个无线承载；
4. 然后eNB对用户请求的资源情况，分配相应的资源，然后通过UL grant通知UE；
5. UE在自己的逻辑信道直接，根据一定的优先级原则，发送上行数据。

半静态调度

是一种优化的方式（例如对于UL & DL VoIP)，RRC信令负责静态调度参数(周期)的配置，PDCCH信令负责激活/去激活半静态调度资源。

静态调度

    静态调度，显然是有周期性，可配置性的。这些主要是针对广播消息，也就是SIB消息映射到共享信道，然后周期性的发送，还有就是基本上一旦系统起来，它占用的资源就是按照静态分配的形式来使用。还有就是呼叫，它总是周期性的获得调度资源，虽然呼叫不是什么时候都有的，不过考虑到它的周期性，也可以看成静态调度。

3.4.4.2 半静态调度（SPS）

    半静态调度跟WIMAX系统的UGS相似，由于这些资源主要是分配那些需要周期性调度的业务，比如VoIP，既然是周期性需要的，那么为何不采用事先配置来做呢？这样就可以减少PDCCH的资源，要知道在LTE PDCCH的资源是非常宝贵，上下行共用的；而且如果不发自然也相应的减少了空口资源的使用。

 

当通过RRC消息激活SPS调度，则需要提供以下信息，（可以查36.331来获得这些参数的具体描述与定义）：

• SPS C-RNTI
• 上行调度间隔semiPersistSchedIntervalUL 与隐含指示多少个空传之后释放连接参数implicitReleaseAfter;
• 下行调度间隔semiPersistSchedIntervalDL 以及多少个HARQ进程用于半静态调度numberOfConfSPS-Processes；

如果RRC去激活上行或者下行连接，那么相应的配置授权与配置的资源要丢弃。

3.4.4.2.1  下行

    当下行SPS资源分配配置好以后，在每一个子帧，UE通过计算下面的公式来判断是不是在这个子帧有这个资源分配：

   (10 * SFN + subframe) = [(10 * SFN_{start time} + subframe_{start time}) + N * semiPersistSchedIntervalDL] modulo 10240, N > 0

其中SFN_{start time} 和subframe_{start time} 是配置资源分配的起始SFN与起始子帧，这两个值的设置可以在初始化或者重配的时候告诉UE的。

3.4.4.2.2  上行

     当上行SPS授权（Grant）配置好，则UE认为在满足下式的子帧都会存在这个授权：

(10 * SFN + subframe) = [(10 * SFN_{start time} + subframe_{start time}) + N * semiPersistSchedIntervalUL + Subframe_Offset * (N modulo 2)] modulo 10240, N>0。

其中SFN_{start time} 和subframe_{start time} 是配置资源分配的起始SFN与起始子帧，这两个值的设置可以在初始化或者重配的时候告诉UE的。

 

UE在经过连续implicitReleaseAfter 次在SPS分配的资源上空传（MAC PDU不包含任何MAC SDU）后就要清掉这个配置好的上行授权。

注：在清掉配置的上行授权后，还可以继续发送SPS的重传，当然这个资源就要按照通常的调度来获得了。