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系統識別號 U0002-0707201123052900
中文論文名稱 LTE下行傳輸中具公平性之封包排程策略
英文論文名稱 Proportional Fairness Packet Scheduling Strategy for Downlink LTE
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 丁璽伝
研究生英文姓名 Shi-Yuan Ding
學號 698410296
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2011-06-03
論文頁數 65頁
口試委員 指導教授-葛煥昭
委員-武士戎
委員-王貴民
委員-葛煥昭
中文關鍵字 長期演進技術  下行  排程  通道品質質量  公平性 
英文關鍵字 Long Term Evolution(LTE)  Downlink  Scheduling  CQI  Fairness 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 LTE對排程相關的探討文獻不多,而針對LTE所設計的排程器,其最主要的目標都是爲了達到系統最高效能。但如果以達到系統最高效能為排程依據,容易在後續資源分配時候,造成優先權(Priority)較低的連線(Connection)出現延遲(Latency)或飢餓(Starvation)的情況,而這樣的排程設計反而有可能降低了系統整體效能。所以本論文針對LTE在下行排程中提出一個有效的排程方式及資源分配方法,盡可能提高系統效能,又可同時維持資源分配的基本公平性,有效的避免優先權較低的連線出現延遲或飢餓的情況。我們針對整體效能和五種不同頻寬需求狀態的延遲程度和飢餓問題進行實驗結果的探討。實驗以延遲程度(Latency)和飢餓程度(Starvation)代表排程器的整體效能狀況,因為這兩個考量因子最能反映QoS需求滿足的情形。由實驗結果我們得知,使用有效的排程演算法,可以有效解決連線延遲和飢餓問題並能同時盡可能的提高系統整體效能且兼顧資源分配的基本公平性。
英文摘要 Nowadays, the main purpose of the scheduler for Long Term Evolution (LTE) aims to provide the best system performance. However, it may decrease the system performance for the latency and starvation of lower priority connections in resource allocation phase. This paper proposed an efficient algorithm including scheduling strategy and resource allocation mechanism to avoid the latency or starvation of the lower priority connections and maintain the system performance in downlink of LTE. This algorithm discusses five levels of the bandwidth request situations to assign the priority and allocate the bandwidth for each connection. The simulations utilize the condition of the latency and starvation, which are the most important factors to identify the satisfaction of QoS, to express the performance of the scheduler. As shown in the results of simulations, the proposed algorithm could provide the proportional fairness and high system performance in downlink of LTE.
論文目次 第一章 緒論 1
1.1 導論 1
1.2 研究動機與目標 1
1.3 研究方法簡介 2
1.4 論文架構 3
第二章 相關技術與研究 4
2.1 LTE網路架構 4
2.2 下行Long Term Evolution(LTE)主要技術-Orthogonal frequency division multiplexing(OFDM)和Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA)技術 5
2.3 通道品質質量(Channel Quality Indicator, CQI) 6
2.4 LTE下行排程(LTE Downlink Scheduling) 9
2.5 相關演算法 11
2.5.1 Maximum rate(Max-Rate) 11
2.5.2 Round robin(RR) 12
2.5.3 Proportional fair(PF) 12
第三章 Proportional Fairness Packet Scheduling Strategy For Downlink LTE(PFPS) 13
3.1 前言 13
3.2 網路環境以及基本概念簡介 13
3.2.1 網路環境與假設 13
3.2.2 Proportional Fairness Packet Scheduling 運作方式 14
3.3 排程(Scheduling) 16
3.3.1 最大可容許的延遲時間(Maximum Latency)和飢餓程度計數器(Starvation Service Counter) 17
3.3.2 排程(Scheduling) 19
3.4 資源分配(Resource allocation) 23
第四章 模擬結果與探討 32
4.1 模擬環境介紹 32
4.2 模擬結果與分析比較 33
第五章 結論與未來研究方向 42
參考文獻 43
附錄-英文論文 45

圖目錄
圖1:LTE Network Architecture 4
圖2:LTE天線配置法 6
圖3:MAC Layer Structure 10
圖4:Transport Format Selection in Downlink 11
圖5:Frame Structure 14
圖6:PFPS Architecture 15
圖7:優先權分派的架構圖 16
圖8:RT Queue流程圖 20
圖9:NRT Queue流程圖 21
圖10:Emergent Queue 22
圖11:Resource Allocation 架構圖 23
圖12:B < RT_min流程圖 24
圖13:B >= RT_min流程圖 26
圖14:B >= RT_min + NRT_min流程圖 29
圖15:B >= RT_max + NRT_min流程圖 30
圖16:B >= RT_max + NRT_max流程圖 31
圖17:RT 型的連線在模擬時間內的平均效能 34
圖18:RT 型的連線在CASE I的Latency個數 35
圖19:RT 型的連線在CASE II、III、IV 的Latency 個數 37
圖20:RT 型的連線在CASE V 的Latency 個數 38
圖21:NRT 型的連線在CASE I 的Starvation 個數 39
圖22:NRT 型的連線在CASE II、III、IV 的Starvation 個數 40
圖23:NRT 型的連線在CASE V 的Starvation 個數 41

表目錄
表1 Example of CQI reporting for two different UE categories [97]. 8
表2 環境參數表 33
參考文獻 [1] ITU Telecommunications indicators update 2006, http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/

[2] In-stat Report. Paxton. The broadband boom continues: Worldwide subscribers pass 200 million, No. IN0603199MBS, March 2006.

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[4] Yaxin CAC and Victor O. K. Li, “Scheduling Algorithms in Broad-Band Wireless Networks,” IEEE Proceedings of The IEEE, VOL. 89, NO. 1, pp. 76–87, Jan. 2001.

[5] 程懷遠著 “最新數位通訊系統實務應用與理論架構-GSM、WCMDA、WiMAX、LTE”p11-1

[6] A. M. Mourad, L. Brunel, A. Okazaki, and U. Salim, “Channel Quality Indicator Estimation for OFDMA Systems in the Downlink,” IEEE 65th Vehicular Technology Conference, pp. 1771-1775, April 2007.].

[7] E. Dahlman, S. Parkvall, J. Skold, and P. Beming, 3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband, First ed.: Elsevier Ltd., 2007.

[8] A. Jalali, R. Padovani, and R. Pankaj. “Data Throughput of CDMAHDR: a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System[C].” Proceeding of IEEE Vehicular Technology Conference ( VTC Sprint 2000), May 2000, vol.3, pp. 1854- 1858.
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