KỸ THUẬT LẬP LỊCH TRONG LTE
1.13. Kỹ thuật lập lịch trong LTE [10…18]
Các thuật toán lập lịch phổ biến hiện tại của LTE có thể được phân loại vào hai nhóm chính sau: các bộ lập lịch không quan tâm đến kênh truyền và các bộ lập lịch có quan tâm đến kênh truyền. Các bộ lập lịch không nhận biết kênh truyền không sử dụng các thông tin về điều kiện trạng thái kênh truyền để đưa ra quyết định lập lịch. Các bộ lập lịch không nhận biết kênh truyền thường giả thiết về kênh không lỗi, khi đó nó sẽ dễ dàng hơn để đảm bảo QoS. Các kỹ thuật quan tâm kênh
truyền như: Best CQI, Max ThroughtPut, Max Min, PF. Một số kỹ thuật lập lịch không quan tâm kênh truyền như: Round Robin, Weighted Round Robin, Deficit Round Robin, Weighted Fair Queuing, Earliest Deadline First.
Tuy nhiên, trong môi trường không dây, luôn có sự biến đổi của đường truyền vô tuyến như là sự suy giảm tín hiệu, fading, tạp âm và nhiễu, các bộ lập lịch nhận biết kênh truyền lại rất quan trọng. Về lý tưởng, các nhà thiết kế bộ lập lịch có thể dựa vào điều kiện kênh truyền của mỗi liên kết để để đưa ra các quyết định cấp phát tối ưu và hiệu quả. Các eNodeB có thể dựa trên CQI phản hồi lại từ UE để biết được điều kiện kênh truyền. Các bộ lập lịch quan tâm kênh truyền thường được phân vào 4 nhóm chính là:
- Đảm bảo công bằng - Đảm bảo QoS
- Đảm bảo tối đa thông lượng hệ thống - Đảm bảo tối ưu công suất.
Một số kỹ thuật lập lịch quan tâm kênh truyền hiện nay như Proportional Fair , Best CQI, MaxMin, Max Throughput và Round Robin.
Trong chương trước, luận văn đã trình bày về các kỹ thuật lập lịch cơ bản thường sử dụng trong thông tin di động, mạng không dây. Tuy nhiên, trong nội dung đề tài luận văn tập trung vào các kỹ thuật lập lịch thời gian không thực như Round Robin, Best CQI, PF, Max Throughput. Đây là các thuật toán có độ công bằng cao, quan tâm đến việc cấp phát tối đa thông lượng cho từng người dùng.
Ngoài ra, các thuật toán này có độ tính toán đơn giản, phù hợp các hệ thống lớn như thông tin di động. Việc phân tích và đánh giá qua các thuật toán này qua các thông số như thông lượng hệ thống (mức cell, eNodeB), tỉ lệ lỗi BLER chứ không quan tâm đến các thông số như độ trễ hay trượt.
1.13.1.Kỹ thuật lập lịch Round Robin [11]
Hình 3.3 Thuật toán lập lịch Round Robin trong LTE
Thuật toán này sẽ được thực hiện ở phần lập lịch cho UE trong thuật toán tổng quát sẽ được trình bày trong phần sau. Về nguyên tắc chung việc lập lịch sẽ được thực hiện trong mỗi TTI. Sau khi phần thuật toán chính tính toán SINR, tính toán CQI tương ứng, dựa vào CQI và các thông số ưu tiên sẽ quyết định lập lịch theo thuật toán lựa chon.
Đối với thuật toán Round Robin, UE sẽ được đánh số thứ tự từ 1 trở đi.
Trong phần mô phỏng ta sẽ thực hiện với 15, 30, 45, 60 UE. Về tài nguyên sẽ cấp k hông k
hông
Kết thúc TTI
Kiểm tra xem Next_RB có vượt qua số N_RB chưa: Next_RB
= N_RB + 1
Cấp Next_RB cho UE =1 Cấp Next_RB cho UE =Next_UE
Kiểm tra xem Next_UE có vượt qua số N_UE chưa: Next_UE = N_UE + 1
Bắt đầu TTI mới
Next_UE = Next_UE + 1 Next_RB = Next_RB + 1
C ó
theo đơn vị RB như trình bày ở chương 1. Trong nội dung luận văn, để giảm tính toán ta sử dụng băng thông 1,4 Mhz, tương ứng mỗi TTI có 6 RB. Nghĩa là mỗi TTI, thuật toán Round Robin sẽ cấp được cho 6 UE. Việc cấp sẽ thực hiện tuần tự từ UE 1 đến UE 15, UE 30, UE 45...Nếu trong TTI hiện tại cấp chưa hết cho tổng số UE thì sẽ cấp trong TTI sau. Nếu trong TTI nào đó đã cấp đến UE cuối cùng (15,30,45,60…) thì sẽ cấp lại từ đầu cho UE 1.
1.13.2.Kỹ thuật lập lịch Best CQI [7],[8],[11]
Hình 3.4 Thuật toán Best CQI trong LTE
Thuật toán Best CQI cũng được thực hiện trong mỗi TTI. Việc tính toán CQI sẽ thực hiện đối với UE trên từng RB. Tuy nhiên, để giảm tính toán, CQI của từng UE sẽ được trung bình hóa trong mỗi TTI. CQI tương đương duy nhất của mỗi UE được tính từ SNR của các RB cấp cho UE đó bằng cách sử dụng kỹ thuật MIESM.
Sau đó, giá trị CQI của mỗi UE chỉ là một giá trị duy nhất hồi âm về cho eNodeB.
Các giá trị CQI sẽ được so sánh và chọn CQI lớn nhất trong TTI đó ứng với UE i k
hông c
ó Bắt đầu TTI mới
Next_RB = Next_RB + 1
Kết thúc TTI
Chọn UE i có CQI lớn nhất
Kiểm tra xem Next_RB có vượt qua số N_RB chưa: Next_RB
= N_RB + 1
Cấp Next_RB cho UE i
chẳng hạn. UE i sẽ được lập lịch cho RB kế tiếp trong TTI. Sau đó, CQI được tính toán lại và tiếp tục như trên.
1.13.3.Kỹ thuật lập lịch PF [18]
Hình 3.5 Thuật toán lập lịch PF trong LTE
Thuật toán PF bắt đầu thưc hiện trong mỗi TTI. Việc quan trọng nhất là tính toán độ ưu tiên để lựa chọn UE có thông số lớn nhất. Việc tính toán thông số ưu tiên dựa trên công thức.
( )m( )
R i R
k m n k k
max ,
=arg
Trong đó:
( )m
n
Rk, là tốc độ dữ liệu của UE k đối với subframe n ở thời điểm m.
có
không Bắt đầu TTI mới
Next_RB = Next_RB + 1
Kết thúc TTI
Tính toán và chọn UE i có độ ưu tiên lớn nhất (theo công thức ở dưới)
Kiểm tra xem Next_RB có vượt qua số N_RB chưa: Next_RB = N_RB + 1
Cấp Next_RB cho UE i
( )m
Rk là tốc độ dữ liệu trung bình của UE k trong cửa sổ thời gian trong quá khứ.
Trong thuật toán này ta sẽ tính toán Rk( )m và Rk,n( )m sau mỗi khi cấp RB cho mỗi UE. Khi đó mỗi lần cấp xong mỗi RB cho mỗi UE, việc tính toán được thực hiện lại ngay. Vậy trong mỗi TTI việc tính toán sẽ thực hiện 6 lần ứng với băng thông 1,4 Mhz. Tốc độ dữ liệu Rk,n( )m là tốc độ của UE k đối với RB n ở thời điểm m, tốc độ này có thể là 0 hoặc tốc độ RB tính toán từ phương pháp điều chế, phương pháp mã hóa. Từ đó ta tính toán Rk( )m theo công thức.
( )
( )
( ) ( )
=
+ +
−
−
m T R
m T R
m T R
k
n k PF k
PF
k PF
m
R ,
1 1 1
1 , 1
1
Công thức áp dụng trong trường hợp UE k được chọn hoặc không được chọn. Với TPF là kích thước cửa sổ của thông lượng trung bình và có thể điều chỉnh để đảm bảo sự công bằng. Thông thường TPF được giới hạn trong khoảng cho phép do đó UE không thể thông báo sự biến thiên chất lượng của kênh truyền.
Thông lượng kênh của UE k được tính theo bk và CQI như sau:
Thông lượng tính theo bit/s của UE k tính theo b,c và Rk như sau:
1.13.4.Kỹ thuật lập lịch Max Throughput [16]
Mục đích của kỹ thuật lập lịch Max Throughput là cấp phát tài nguyên sao cho tối đa hóa tổng thông lượng của người dùng UE.
Cho vector biểu diễn RB nào cấp cho UE k.
nếu tài nguyên thứ n được cấp cho UE k.
Ở đây ta tập trung vào hệ thống SISO, nghĩa là một RB chỉ được cấp cho một UE, do đó việc cấp phát RB là không được trùng lặp.
Thông lượng UE k được tính bởi công thức
Nếu bk có giá trị nhị phân và
Trong đó:
Ma trận b biểu diễn việc cấp phát tài nguyên cho toàn bộ UE như sau: K hàng đầu biểu diễn cấp phát tài nguyên cho RB đầu tiên cho K UE, K dòng thứ hai biểu diễn việc cấp phát tài nguyên cho RB thứ hai…Ma trận c cũng tương tự ma trận b, nhưng chứa thông tin tốc độ tương ứng.
Khi đó kỹ thuật lập lịch Max Throughput với mục đích tối đa thông lượng của UE có thể biểu diễn ở dạng:
Sẽ được biểu diễn ở dạng sau:
Trong đó:
1.13.5.Kỹ thuật lập lịch Maxmin [16]
Kỹ thuật lập lịch Maxmin có nhiệm vụ tối đa hóa tốc độ của UE có tốc độ thấp nhất. Nghĩa là không thể tăng tốc độ của một UE nếu không giảm tốc độ UE khác.
Trong đó:
Cho biến ε
Trong đó :
Cho vector b:
Và vector c:
Cho biến ε vào sau b ta có và cho ck vào ma trận :
Khi đó :
Trong đó
Với: