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1、I 编编 号号 本本科科生生毕毕业业设设计计（ 论论文文 ） 题目：题目： 基于 MATLAB 的 LTE 系统 调度算法研究 物联网工程 学院 通信工程专业 学 号 0702080201 学生姓名 李亚男 指导教师 茅正冲 副教授 II 二一二年六月 摘要 I 摘摘 要要 随着互联网应用的发展，现有的 3G 网络已经不能满足人们日益增长的需要。无线通 信系统呈现出移动化、宽带化和 IP 化的发展趋势，在此形势下，国际电联(ITU)提出了更 高的要求IMT-Advanced，也就是我们说的 4G 技术。全球主流的运营商都选择了 LTE 作为未来的网络演进方向，LTE 已经成为未来最主要的 4G
2、 标准。LTE 的正式名称是 Long Term Evolution，即 3GPP 长期演进项目，OFDM 是其核心技术。OFDM 以其良好的 抗多径干扰能力和高频谱利用率成为未来宽带无线接入系统的首选物理层技术。OFDM 是一种多载波调制技术，基于 OFDM 调制的发射信号，会有一种分集效应，即每个用户 在不同载波上的衰落情况是独立的，而且不同用户在同一载波上的衰落情况也是不同的。 这样当一个用户在某个载波上经历深衰落时，其他用户在这个载波上的衰落情况可能是 良好的，使得我们可以根据实际状况来动态地分配资源，使频谱的使用效率更高，这也 是本文讲 LTE 资源调度的基础所在。 本文首先概述了
3、LTE 的研究背景；接着介绍了 LTE 的系统结构，包括接入网体系结 构和空中接口协议结构；然后介绍了 LTE 的系统特点，主要包含两部分，即 LTE 的关键 技术和主要特征。在论述调度算法中，首先阐述了三种经典的调度算法：轮循算法 (RR,Round Robin)、最大载干比算法(Max C/I，Maximum Carrier of Interference)和比例公 平算法(PF，Proportional Fair)，重点论述了 LTE 采用的保证 QoS 的调度算法。并基于以 上分析论述，提出了一种改进的比例公平调度算法 M-PF。M-PF 的优点在于考虑了用户 的需求速率，使用动态变化
4、的权重因子，提高了系统满意率。本文在 MATLAB 仿真平台 上对 RR、Max C/I、PF 调度算法的用户平均吞吐量进行了仿真比较，得出了有意义的结 论。最后重点对改进的比例公平调度算法 M-PF 的仿真结果和性能提升进行了分析。 关键词：关键词：LTE；OFDM 技术；调度；QoS Abstract II ABSTRACT With the development of all kinds of interact application, 3G networks cant satisfy customers increasing needs any more. Nowadays the
5、global communication industry displays the traits of Mobility, Broadband and IPbased Architecture. In this situation, ITU (Intemational Telecommunications Union) has placed a higher demandIMT-Advanced, which called 4G technology. Most of the operators world wide have chose LTE as their evolution ten
6、dency of future networks, LTE has became the winner standard of 4G. LTE is short for Long Term Evolution, which is based on OFDM physical layer technology. OFDM is a multi-carrier modulation technology, when the signals based on OFDM transmit through wireless channel, there will be diversity effect,
7、 which means that different sub-carriers of one user may exhibit different fading condition and different users may undergo different loss for one special sub- carrier. So when some users andergo deep fading on a sub-carrier, the other users condition may be good, then we can allocate resource accor
8、ding to the wireless environment dynamically so that it can boost the frequency efficiency. This is also the significance of the research on resource scheduling in LTE system. This paper first summarizes the research background of LTE; and then introduced the LTE system structure, including the acce
9、ss network architecture and air interface protocol architecture; then introduced the characteristic of LTE system, which comprises two parts, namely, the key technologies of LTE and main feature. In this method, first elaborated the three classical scheduling algorithm: round robin algorithm (RR, Ro
10、und Robin), the maximum carrier of interference algorithm (Max C/I, Maximum Carrier of Interference) and proportional fair algorithm (PF, Proportional Fair), focuses on the LTE by guaranteed QoS scheduling algorithm. Based on above analysis, this paper proposes a modified proportional fair schedulin
11、g algorithm M-PF. The advantage of the M-PF is considered the user demand rate, using the dynamic weight factor, improve the system satisfaction rate. In this paper on the MATLAB platform of RR, Max C/I, PF scheduling algorithm are simulated and compared in users average throughput, draws a conclusi
12、on. Finally focus on the new modified proportional fair scheduling algorithm M-PF simulation results and performance are analysed. Keywords: LTE; OFDM; Scheduling; QoS 目录 i i 目目 录录 第 1 章 绪论.1 1.1 LTE 研究背景1 1.2 LTE 系统结构1 1.2.1 接入网体系架构1 1.2.2 LTE 空中接口协议结构2 1.3 LTE 特点4 1.3.1 LTE 的关键技术4 1.3.2 LTE 的主要特征5
13、 第 2 章 LTE 调度模块.7 2.1 LTE 的调度器7 2.1.1 调度器在 LTE 协议中的位置及作用.7 2.1.2 eNB 侧调度器的工作模式8 2.2 LTE 中调度资源的划分9 2.3 LTE 采用的调度方式9 2.3.1 动态调度9 2.3.2 半动态调度10 2.3.3 持续调度10 第 3 章 LTE 系统调度算法研究.12 3.1 调度算法面临的主要问题.12 3.2 分组调度算法的评价标准.13 3.2.1 吞吐量和时延13 3.2.2 服务质量和公平性13 3.3 分组调度简介.14 3.3.1 分组调度基本含义14 3.3.2 分组调度主要目标14 3.3.3
14、分组调度算法14 3.4 LTE 中常见的几种分组调度算法15 3.4.1 轮循调度算法15 3.4.2 最大载干比调度算法17 3.4.3 比例公平调度算法18 3.4.4 三种主要分组调度算法的简单比较19 3.5 改进的比例公平调度算法 M-PF.20 第 4 章 LTE 系统调度算法的 MATLAB 仿真23 目录 ii 4.1 MATLAB 仿真平台简介23 4.2 仿真模型.23 4.2.1 小区模型23 4.2.2 UE 终端模型24 4.2.3 无线信道模型24 4.2.4 天线模型25 4.3 仿真结果及分析.25 4.3.1 仿真参数设定25 4.3.2 三种经典调度算法仿
15、真结果及分析26 4.3.3 M-PF 仿真结果及分析28 第 5 章 结论与展望.30 5.1 结论30 5.2 不足之处及未来展望30 参考文献.32 致 谢.34 附录： 缩略语.35 基于 MATLAB 的 LTE 系统调度算法研究 1 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 LTE 研究背景研究背景 目前，基于 WCDMA 无线接入技术的 3G 移动通信技术已逐渐成熟，正在世界范围 内被广泛推广应用。为了进一步对 3G 技术进行发展，3GPP 首先引入了高速下行分组接 入(HSDPA，High Speed Downlink Packet Access)和增强型上行链路这两种具有很强竞争
16、力 的 3G 增强技术。遗憾的是，虽然这些技术能够大幅度提高上下行速率，但是它是以牺 牲小区吞吐率为代价的，而且由于成本过高， 难以大规模应用。为了实现降低成本和提 高性能的目标，3GPP 在众多国内外大型运营商的提倡下于 2004 年将 UTRAN 的长期演进 ( LTE，Long Term Evolution )计划正式批准立项。并在 2006 年 6 月完成可行性报告， 2007 年 6 月完成主要规范，2009 年推出商用产品。如今，大多数移动通信设备厂商都已 有了自己的 LTE 样机，并能提供更高速率的上下行速率和更短的时延。 3GPP 长期演进项目是关于 UTRA 和 UTRAN 改进的项目，是对包括核心网在内的 全网的技术演进。其话音业务部分将由 VoIP 来实现。LTE 主要有两个部分组成，无线接 口和无线网络结构部分。和以前相比，只有分组域，而没有了电路域。LTE 是近两年来 3GPP 启动的最大的新技术研发项目。系统可以实现上行 50Mb/s 和下行 l00Mb/s 的峰值 速率1
