具有用户优先级的载波聚合资源分配方案的性能分析.pdf
《具有用户优先级的载波聚合资源分配方案的性能分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《具有用户优先级的载波聚合资源分配方案的性能分析.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第4 9卷 第2期2 0 2 3年6月延 边 大 学 学 报(自然科学版)J o u r n a l o f Y a n b i a n U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.4 9 N o.2J u n.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 3 0 2 2 5基金项目:吉林省科技发展计划项目(2 0 2 2 0 1 0 1 1 4 1 J C)作者简介:朱东弼(1 9 6 7),男(朝鲜族),博士,教授,研究方向为通信网协议.文章编号:1 0 0 4-4 3 5 3(2 0 2 3)0 2-0 1
2、 2 9-0 7具有用户优先级的载波聚合资源分配方案的性能分析朱东弼,宋佳兴,许一虎(延边大学 工学院,吉林 延吉 1 3 3 0 0 2)摘要:为了提高无线通信系统的传输效率,通过设置不同阈值提出了一种具有用户优先级的载波聚合无线资源分配方案.该方案首先针对用户的不同类型(宽带用户和窄带用户、始发用户和切换用户)将其设置为不同的优先级;然后通过设置两个阈值将无线资源块分配给不同的优先级用户,以此在能够保障宽带用户获得最低服务质量的前提下,提高高优先级用户的切换成功率和系统的吞吐量.性能验证结果表明,该方案在提高系统的总吞吐量和切换成功率方面显著优于无用户优先级的载波聚合资源分配方案,因此该方
3、案在使用载波聚合技术的无线网络中具有良好的应用价值.关键词:载波聚合;无线资源块;用户优先级;吞吐量;阻塞概率中图分类号:TN 9 2 9.5 文献标识码:AP e r f o r m a n c e a n a l y s i s o f c a r r i e r a g g r e g a t i o n r e s o u r c e a l l o c a t i o n s c h e m e w i t h u s e r p r i o r i t yZ HU D o n g b i,S ONG J i a x i n g,XU Y i h u(C o l l e g e o
4、f E n g i n e e r i n g,Y a n b i a n U n i v e r s i t y,Y a n j i 1 3 3 0 0 2,C h i n a)A b s t r a c t:T o i m p r o v e t h e t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y o f w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n s y s t e m,a c a r r i e r a g g r e g a t i o n r a d i o r e s o u r c e a l l
5、 o c a t i o n s c h e m e w i t h u s e r p r i o r i t y w a s p r o p o s e d b y s e t t i n g d i f f e r e n t t h r e s h o l d s.T h e s c h e m e f i r s t s e t d i f f e r e n t p r i o r i t y f o r d i f f e r e n t t y p e s o f u s e r s(w i d e b a n d u s e r s a n d n a r r o w b a
6、 n d u s e r s,o r i g i n a t i n g u s e r s a n d h a n d o f f u s e r s);t h e n,t w o t h r e s h o l d s w e r e s e t t o c o n t r o l t h e n u m b e r o f w i r e l e s s r e s o u r c e b l o c k s a l l o c a t e d t o d i f f e r e n t p r i o r i t y u s e r s,s o a s t o i m p r o v
7、e t h e h a n d o f f s u c c e s s p r o b a b i l i t y o f h i g h-p r i o r i t y u s e r s a n d i m p r o v e t h e s y s t e m t h r o u g h p u t u n d e r t h e p r e m i s e o f e n s u r i n g t h e m i n i m u m q u a l i t y o f s e r v i c e f o r b r o a d b a n d u s e r s.T h e p e
8、r f o r m a n c e v e r i f i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h i s s c h e m e i s s i g n i f i c a n t l y s u p e r i o r t o t h e c a r r i e r a g g r e g a t i o n r e s o u r c e a l l o c a t i o n s c h e m e w i t h o u t u s e r p r i o r i t y i n i m p r o v i n g t h e h
9、a n d o f f s u c c e s s p r o b a b i l i t y a n d t h e t o t a l t h r o u g h p u t o f t h e s y s t e m.T h e r e f o r e,t h i s s c h e m e h a s a g o o d a p p l i c a t i o n v a l u e i n w i r e l e s s n e t w o r k s u s i n g c a r r i e r a g g r e g a t i o n t e c h n o l o g y.
10、K e y w o r d s:c a r r i e r a g g r e g a t i o n;w i r e l e s s r e s o u r c e b l o c k;u s e r p r i o r i t y;t h r o u g h p u t;b l o c k i n g p r o b a b i l i t y0 引言载波聚合(c a r r i e r a g g r e g a t i o n,C A)是一种通过增加系统的传输带宽来满足单用户峰值速率和提升系统容量的技术,目前该技术被广泛应用于L T E-A和5 G系统中1-3.在载波聚合的过程中,其资
11、源调延边大学学报(自然科学版)第4 9卷 度可分为成分载波(c o m p o n e n t c a r r i e r,C C)级调度和资源块(r e s o u r c e b l o c k,R B)级调度.C C级调度通常使用独立资源分配算法4和联合资源分配算法5-6对资源进行调度.R B级调度通常使用轮询算法7、最大载干比算法8、比例公平算法9、贪婪算法1 0和资源分配算法1 1等对资源进行调度.上述算法都是基于用户信道的条件对资源进行分配的,且每种分配算法都只适合于单一的应用场景;但随着用户对多元化和个性化无线网络需求的增加,开发设计出一种能够适合于多个应用场景的资源分配算法具有
12、重要意义.为此,本文根据载波聚合的特征以及不同用户的个性需求,提出了一种具有用户优先级的载波聚合资源分配方案,并通过仿真实验验证了该方法的有效性.1 具有用户优先级的载波聚合资源分配方案本方案将系统中的用户分为高优先级和低优先级.在系统拥挤时,为了防止从其他小区切换过来的用户无法接入到系统,本文将从其他小区切换到本小区内的请求业务的用户设为高优先级用户,而将本小区内的请求业务的用户设为低优先级.以下为具有用户优先级保护阈值的载波聚合资源分配方案:假设载波聚合系统有M个资源块,且系统同时支持窄带用户和宽带用户.当窄带用户接入到系统时,系统会调用某一个载波的某一个资源块为其服务;当宽带用户接入到系
13、统时,系统会调用某一个或多个载波的b个资源块为其服务.当新到达的宽带用户或窄带用户接入到系统时,若此时系统中没有可调用的空闲资源块,则系统会在占用b个资源块的宽带用户中调用一些可分配的资源块分配给接入到系统的用户.为了提高高优先级用户的切换成功率和系统的总吞吐量,本文在系统中设置了2个保护阈值b1和b0(b0b1),并根据所到达的用户优先级别来确定所要调用的资源块数量,其中b0是为保障宽带用户能够得到最低服务质量而设置的最少的资源块数量.当低优先级宽带用户和窄带用户到达系统时,若此时系统中没有可调用的空闲资源块,则占用b个资源块的宽带用户最多可提供b-b1个资源块;当高优先级宽带用户和窄带用户
14、到达系统时,若此时系统中没有可调用的空闲资源块,则占用b(或b1)个资源块的宽带用户最多可提供b-b0(或b1-b0)个资源块.当低优先级窄带用户接入到系统时,若此时系统中没有可调用的空闲资源块,且所有的宽带用户所调用的资源块数量都少于或等于b1个资源块,则此时低优先级窄带用户的业务请求将被拒绝.当高优先级窄带用户接入到系统时,若此时系统中没有可调用的空闲资源块,且所有的宽带用户都在使用b0个资源块,则此时该用户在缓存区中等候可调用的空闲资源块;如果缓存区已满,则该用户的切换请求将被拒绝.当低优先级宽带用户到达系统时,若此时空闲资源块大于或等于b个,则其可占用b个资源块来接收服务.当系统可调用
15、的资源块数少于b个时,若此时系统有j个窄带用户和k个宽带用户,并且M-jk+1_ b1,则将由M-jk+1_个资源块为该宽带用户服务;若M-jk+1_b1,则该宽带用户的切换请求将被拒绝.当高优先级宽带用户接入到系统时,若此时空闲资源块大于或等于b个,则其可占用b个资源块来接收服务;若空闲资源块数少于b个,且系统中有j个窄带用户和k个宽带用户正在接收服务,则当M-jk+1_ b0时,系统将调用M-jk+1_个资源块为该宽带用户服务;当M-jk+1_b0时,则该用户的切换请求将被拒绝.当某一用户在本小区中的业务结束时(其所占用的资源块被释放),若此时缓存区中有正在等候的高优先级窄带用户,则这些用
16、户将优先使用被释放的资源块;若还有剩余的释放资源块,则这些资源块将被用于升级处于低服务质量的宽带用户.例如:若有nr个剩余释放资源块数,且系统中正在使用i个资源块的宽带用户(即占用最少资源块的用户)数为ni.当nrni时,系统将从ni个宽带用户中随机选031 第2期朱东弼,等:具有用户优先级的载波聚合资源分配方案的性能分析出nr个用户进行升级(即占用i+1个资源块);当nrni时,则所有ni个宽带用户所占用的资源块数都升级为i+1个资源块,而剩余的nr-ni个资源块则继续用于升级处于低服务质量的宽带用户.2 性能分析为了分析本文方案的性能,本文假设:低优先级窄带用户和宽带用户到达系统的过程分别
17、服从参数为n o和w o的泊松过程,从其他小区切换过来的高优先级窄带用户和宽带用户到达系统的过程分别服从参数为n h和w h的泊松过程;窄带用户和宽带用户的服务时间均是相互独立和服从指数分布的,且其平均服务时间分别为-1和(i v)-1.设本小区内可供分配的总资源块数为M个,高优先级窄带用户的缓存区容量为N,且高优先级窄带用户在缓存区中的停留时间服从参数为d的指数分布.设Nw(t)为t时刻正在接收服务的宽带用户数,Nn(t)为t时刻正在接收服务的窄带用户和正在缓存区等待的窄带用户数,则该随机过程(Nw(t),Nn(t)t0 为二维连续时间马尔可夫过程,其状态空间为S=(k,j)0 kK,0jM
18、-k b0+N,其中K=Mb0_.将状态空 间S中 的 所 有 状 态 排 序 成 字 典 顺 序 即 可 得 到 连 续 时 间 马 尔 可 夫 过 程(Nw(t),Nn(t)t0 的无穷小算子G矩阵.该矩阵为有限拟生灭过程(Q B D),其结构由多个分块矩阵组成,如式(1)所示:G=A0U0D1A1U1D2A2U2DK-1AK-1UK-1DKAK.(1)式(1)中的分块矩阵Dk(1kKb)是系统的宽带用户数从k个减少到k-1个时的状态转移速率矩阵,可表示为Dk=(d i a g(d(k)0,d(k)1,d(k)2,d(k)M-k b0+N),0).该矩阵的维度为(M-k b0+N+1)(M
19、-(k-1)b0+N+1),且其对角线元素为:(i)当0kKb时,有:d(k)j=k v b,0jM-k b;(M-k(l-1)-j)v l+(j-M+k l)v(l-1),M-k ljM-k(l-1),l=b,b-1,b0+1;k v b0,M-k b0jM-k b0+N.(i i)当KikKi-1(i=b,b-1,b0+2)时,有:d(k)j=(M-k(i-1)-j)v i+(j-M+k i)v(i-1),0jM-k(i-1);(M-k(l-1)-j)v l+(j-M+k l)v(l-1),M-k ljM-k(l-1),l=i-1,b0+1;k v b0,M-k b0jM-k b0+N.(
20、i i i)当Kb0+1kK时,有:d(k)j=(M-k b0-j)v(b0+1)+(j-M+k(b0+1)v b0,0jM-k b0;k v b0,M-k b0jM-k b0+N.式(1)中的分块矩阵Uk(0kK)是系统的宽带用户数从k个增加到k+1个时的状态转移速率矩阵,可表示为Uk=d i a g(u(k)0,u(k)1,u(k)2,u(k)M-(k+1)b0+N)0(b0M-(k+1)b0+N+1).该矩阵的维度为(M-k b0+N+1)131延边大学学报(自然科学版)第4 9卷(M-(k+1)b0+N+1),且其对角线元素为:(i)当0kKb1时,有:u(k)j=w,0jM-(k+1
21、)b1;w h,M-(k+1)b1jM-(k+1)b0;0,M-(k+1)b0jM-(k+1)b0+N,其中w(w=w h+w o)为宽带用户的总到达率.(i i)当Kb1kK时,有:u(k)j=w h,0jM-(k+1)b0;0,M-(k+1)b0jM-(k+1)b0+N.式(1)中的分块矩阵Ak(0kK)是系统的宽带用户数保持不变时系统的状态转移速率矩阵,可表示为Ak=Qk-(d i a g(d(k)0,d(k)1,d(k)2,d(k)M-k b0+N)-(Uk,0(M-k b0+N+1)b0).该矩阵的维度为(M-k b0+N+1)(M-k b0+N+1),且其对角线元素q(k)j可表示
22、为:(i)当0kKb1时,有:q(k)j=-(j+n),0jM-k b1-1;-(j+n h),M-k b1jM-k b0;-(M-k b0)+l d+n h),j=M-k b0+l(1lN-1);-(M-k b0)+N d),j=M-k b0+N,其中n是窄带用户的总到达率.(i i)当Kb1kK时,有:q(k)j=-(j+n h),0jM-k b0;-(M-k b0)+l d+n h),j=M-k b0+l(1lN-1);-(M-k b0)+N d),j=M-k b0+N.由于连续时间马尔可夫过程(Nw(t),Nn(t)t0 的无穷小算子G是与状态相关的有限拟生灭过程,因此可知系统能够达到
23、稳态.若用向量表示系统的稳态概率矩阵,则是如下线性方程组的唯一解:G=0,e=1.(2)式(2)中向量e是所有元素均为1且其维数为Kk=0M-k b0+N+1 的列向量.向量的子向量为=(0,1,K),其中k=k,0,k,1,k,M-k b0+N ,k,j是系统达到稳态时其马尔可夫过程处于状态(k,j)的概率.根据矩阵分析方法可得系统稳态概率的子向量为:k=0kl=1Ul-1(-B-1l),1kK.(3)其中0是由如下方程得到的:0B0=0,(4)0e0+Kk=1(kl=1Ul-1(-B-1l)ek=1.(5)上式中,矩阵B由如下递归关系得出:BK=AK,Bk=Ak+Uk(-B-1k+1)Dk
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 具有 用户 优先级 载波 聚合 资源 分配 方案 性能 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。