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5G調度管理

2020-03-07

1、概述

1.1定義

NR系統采用共享信道傳輸，時頻資源在UE之間是動態共享的，gNodeB通過調度特性實現上下行鏈路時頻資源的分配，除了能**系統吞吐率和用戶資源公平外，還可以提升系統容量和網絡性能。

調度特性包括如下基本功能：

（1）優先級計算

調度器根據調度輸入的信息，想·確定承載的調度優先級和選定調度的用戶，**調度公平性的同時，最大化系統吞吐量。

（2）MCS（ModulationandCodingScheme）選擇

調度器根據調度輸入的信息，確定每一個調度用戶的MCS。MCS包括QPSK（QuadraturePhaseShiftKeying）、16QAM（16QuadratureAmplitudeModulation）、64QAM（64QuadratureAmplitudeModulation）以及256QAM（256QuadratureAmplitudeModulation）。不同調制方式下采用不同的信道編碼效率。

對于信道質量好的場景，提供高階的調制方式和高的編碼效率。調制階數和編碼效率越高，傳輸效率越高。

（3）資源分配

調度器根據用戶數據量和選定的MCS，確定用戶分配的RB（ResourceBlock）數和RB位置。同一個UE在一個時隙里可以分配多個RB，可分配RB的最大個數和系統帶寬、子載波間隔有關。C-band100MHz帶寬下，可分配的RB數為273個。

1.2相關概念

1.2.1調度器

調度器位于NR系統的MAC層，其基本功能是每個時隙為小區中的UE分配合適的系統資源用于發送和接收數據。按照調度方向，調度器分為下行調度器與上行調度器。

下行調度器

下行調度器為UE分配下行物理共享信道PDSCH（PhysicalDownlinkSharedChannel）上的資源，并選擇合適的MCS用于系統消息或用戶數據的傳輸。其功能為：

（1）為UE分配PDSCH上的時頻域資源。

（2）為UE分配DMRS（DemodulationReferenceSignal）資源，以便UE進行PDSCH的解調。

（3）為UE選擇合適的MCS用于系統消息或用戶數據的傳輸。

上行<4G工程師如何學習5G>5G考試中常見題答案解析(1)調度器

上行調度器位為UE分配上行物理共享信道PUSCH（PhysicalUplinkSharedChannel）上的資源，并選擇合適的MCS用于用戶數據的傳輸。其功能為：

（1）為UE分配PUSCH上的時頻域資源。

（2）為UE分配DMRS資源，以便gNodeB進行PUSCH的解調。

（3）為UE選擇合適的MCS用于用戶數據的傳輸。

1.2.2RE和RB

RE（ResourceElement）是NR系統最小的時頻資源單位，其在頻域上占據一個子載波，在時域上占據一個OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）符號。

RB是NR系統在物理層數據傳輸的資源分配最小單位，在頻域上包含12個子載波。

RE和RB的示意圖如圖1-1所示。

圖1-1RE和RB示意圖

NR系統支持15kHz，30kHz，120kHz子載波間隔，因此OFDM符號帶寬不同，一個無線幀（固定為10ms）包含的slot數量不同。

15kHz子載波間隔下，一個無線幀包含10個slot。

30kHz子載波間隔下，一個無線幀包含20個slot。

120kHz子載波間隔下，一個無線幀包含80個slot。

1.2.3MCS

MCS是指調制與編碼方案。包括QPSK、16QAM、64QAM以及256QAM。不同的調制方式下采用不同的信道編碼效率。其中：

QPSK是將2個信息比特調制成一個調制符號。

16QAM是將4個信息比特調制成一個調制符號。

64QAM是將6個信息比特調制成一個調制符號。

256QAM是將8個信息比特調制成一個調制符號。

1.2.4TBS

TBS(TransportBlockSize)是指傳輸塊大小。

（1）一個無線幀包含10個slot。

（2）30kHz子載波間隔下，一個無線幀包含20個slot。

（3）120kHz子載波間隔下，一個無線幀包含80個slot。

2、下行調度

2.1下行調度基本功能

2.1.1原理描述

下行調度的基本流程如圖2-1所示，用戶數據請求會作為調度器的輸入，用戶調度結果會作為調度器的輸出，詳細請參見3GPPTS38.214V15.4.0中的5Physicaldownlinksharedchannelrelatedprocedures。

圖2-1下行調度基本流程

下行調度器的輸入信息與輸出信息描述如下。

用戶數據請求

RLC（RadioLinkControl）數據緩存狀態：RLC緩存中的數據量，指示用戶待調度的數據量。

HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）反饋狀態：HARQ反饋狀態包括ACK（Acknowledgement）、NACK（NegativeAcknowledgement）和DTX（DiscontinuousTransmission），指示用戶初傳數據和重傳數據的傳輸正確性。

用戶調度結果

PDSCH時頻域資源：調度器給UE分配的PDSCH時頻域資源，包括時域資源和頻域資源。

DMRS資源：調度器給UE分配的DMRS資源。

MCS：調度器為每個調度成功的UE指示的調制編碼方式。

說明：

基站形態、終端能力、下行功率等信息也會影響調度的結果。

下行調度器每時隙調度的流程如下。

確定調度的內容和數傳調度的類型，詳細請參見確定調度內容和類型。

調度用戶，詳細請參見調度用戶。

選擇MCS，詳細請參見選擇MCS。

分配PDSCH時頻域資源，詳細請參見分配PDSCH時頻域資源。

分配DMRS資源，詳細請參見分配DMRS資源。

確定調度內容和類型

下行調度器在調度數據前，需要確定調度的內容和類型。

1、確定調度內容

（1）在每時隙調度中，調度內容包括控制面信息和數據面信息，這些信息均在PDSCH上傳輸。

（2）控制面信息包括公共控制信息和用戶級控制信息。其中公共控制信息包括廣播消息、尋呼消息和隨機接入響應消息，用戶級控制消息包括SRB0、SRB1、SRB2和SRB3等。

數據面信息是指用戶與無線網絡之間傳輸的業務數據。

2、確定調度類型

（1）如果RLC中有緩存數據，則調度器認為有新的數據需要傳輸，并將此類調度確定為初傳調度。初傳調度結束后，

（2）如果用戶下行傳輸數據的HARQ反饋狀態為ACK，則表示此次數傳調度成功，該數據調度流程結束；如果該用戶還有未被調度的RLC緩存數據，則繼續進行初傳調度。

如果用戶下行傳輸數據的HARQ反饋狀態為NACK/DTX，則表示此次數據調度失敗，調度器需要重新調度該數據，并將此類數傳調度確定為重傳調度。

調度用戶

gNodeB確定了數傳調度類型后，會根據調度類型來進行調度。

（1）初傳調度

下行初傳調度根據EPF（EnhancedProportionalFair）算法，對多個有下行數據傳輸請求的業務進行優先級排序，并按照優先級從高到低依次調度。

（2）重傳調度

下行重傳調度為異步自適應HARQ重傳，每時隙的HARQ重傳調度流程如圖2-2所示。

圖2-2自適應HARQ重傳調度流程

1、判斷是否有符合HARQ重傳條件的用戶

調度器通過判斷當前調度時隙是否處于異頻測量GAP等信息，以確定是否將重傳用戶加入當前的重傳調度隊列。

說明：

1、測量GAP是指讓UE離開當前頻點到其它頻點測量的時間段。

（1）若滿足重傳條件，則調度器將用戶加入重傳調度隊列，跳轉到2。

（2）若不滿足重傳條件，則調度器不進行重傳調度，重傳調度結束。

2、挑選一個HARQ重傳用戶

調度器通過計算重傳用戶的HARQ等待時間，按等待時間從長到短的順序給用戶進行重傳排序，挑選用戶。

3、判斷連續重傳失敗次數是否小于最大重傳次數

（1）若是，則調度器嘗試為重傳用戶進行資源分配，跳轉到4。

（2）若否，則調度器放棄本次重傳，將用戶的HARQ信息釋放。

4、判斷下行資源是否有剩余

（1）若是，則調度器挑選當前重傳隊列中優先級最高用戶嘗試進行HARQ重傳，跳轉到1。

（2）若否，則調度器重傳調度結束。

為了實現對重傳資源的精準利用，引入下行增強自適應重傳功能。下行增強自適應重傳功能可以將節約出來的重傳資源用于新傳，以進一步提升頻譜效率。

選擇MCS

系統按照UE上報的CQI（ChannelQualityIndicator）自動選擇傳輸用戶數據時所用的MCS，如果MCS不能真實反映調度時刻的信道質量，初傳誤塊率IBLER（InitialBlockErrorRate）就不能收斂于最優值。因此下行調度器會定期檢查用戶是否有HARQ反饋，如果存在HARQ反饋，gNodeB根據HARQ反饋結果，判斷調度器當前選擇的MCS與實際信道質量的偏離程度，并自適應調整MCS，確保調度器選擇的MCS與信道質量匹配，使得IBLER能夠收斂到最優值，從而提升系統的下行吞吐量。

（1）IBLER的目標值設置越低，下行數據包MCS選擇的調制階數越低，會導致傳輸效率降低。

（2）IBLER的目標值設置越高，下行數據包MCS選擇的調制階數越高，會導致下行數據包重傳的增加。

說明：

影響CQI上報值準確性的主要因素如下：

CQI上報至少存在n個時隙的時延。當CQI上報時延超過信道的相干時間，將導致上報時刻的CQI與調度時的信道質量不匹配。n與gNodeB處理能力、空口傳輸時延及CQI上報周期有關。

分配PDSCH時頻域資源

PDSCH時頻域資源包括PDSCH時域資源和PDSCH頻域資源。分配PDSCH時頻域資源是指給用戶分配合適的資源大小和資源位置。

1、分配PDSCH頻域資源

3GPPTS38.214V15.4.0中5.1.2.2Resourceallocationinfrequencydomain章節規定了type0和type1兩種資源分配方式。

type0是RBG粒度的分配方式，支持非連續分配和連續分配；type1是RB粒度的分配方式，僅支持連續分配。

當前公共控制信息的資源分配采用type1分配方式。

當前用戶級控制信息和數據信息采用type0的連續分配方式，如圖2-3所示。

圖2-3type0連續分配方式

2、分配PDSCH時域資源

調度器需要為終端指示調度所在slot，以及該slot內調度的OFDM符號的起止位置。

分配DMRS資源

DMRS資源分配是為了UE實現下行PDSCH資源的解調。3GPPTS38.211V15.4.0中7.4.1Referencesignals定義了PDSCHDMRS的相關定義，包括DMRS符號數、DMRS配置類型、DMRSport端口分配、CDMgroup分組等內容。

PDSCHDMRS有如下定義。

1、DMRS種類

FrontLoaded(FL)DMRS：前置DMRS符號，支持1個或2個符號。參數NRDUCellPdsch.DlDmrsMaxLength控制下行前置DMRS的最大符號長度，默認取值2個符號。

（1）當參數NRDUCellPdsch.DlDmrsMaxLength配置為“1SYMBOL”時，下行前置DMRS以DMRS開銷最小化為原則，按1個符號生效。

當參數NRDUCellPdsch.DlDmrsMaxLength配置為“2SYMBOL”時，下行前置DMRS以用戶體驗優先為原則，自適應選擇1個或2個符號生效。

（2）Additional(Add)DMRS：附加DMRS符號，協議中支持0、1、2和3組，當前版本支持0、1、2組，通過參數NRDUCellPdsch.DlAdditionalDmrsPos配置下行附加DMRS的位置。每組附加DMRS的符號數與前置DMRS符號數相同，附加DMRS符號在slot內的具體時域位置由協議根據PDSCH的符號配置來確定，不需要特別指示。

2、DMRS配置類型

DMRS的配置類型由參數NRDUCellPdsch.DlDmrsConfigType來確定，可以配置為“TYPE1”,“TYPE2”和“TYPE_ADAPYTIVE”。

（1）當配置為“TYPE1”時，DMRS示意圖如圖2-4所示。

圖2-4PDSCHDMRSType1

（2）DMRSType1下，CDMgroup有2組，其中，

2/3（1個前置DMRS符號）

2/3/6/7（2個前置DMRS符號）

0/1（1個前置DMRS符號）

0/1/4/5（2個前置DMRS符號）

第1組CDMgroup0指的是藍色所示DMRSRE，對應的DMRSport為

第2組CDMgroup1指的是黃色所示DMRSRE，對應的DMRSport為

（3）當配置為“TYPE2”時，DMRS示意圖如圖2-5所示。

圖2-5PDSCHDMRSType2

DMRSType2下，CDMgroup有3組，其中，

1、第1組CDMgroup0指的是藍色所示DMRSRE，對應的DMRSport為

0/1（1個前置DMRS符號）

0/1/6/7（2個前置DMRS符號）

2、第2組CDMgroup1指的是黃色所示DMRSRE，對應的DMRSport為

2/3（1個前置DMRS符號）

2/3/8/9（2個前置DMRS符號）

3、第3組CDMgroup2指的是紅色所示DMRSRE，對應的DMRSport為

4/5（1個前置DMRS符號）

4/5/10/11（2個前置DMRS符號）

3、上行調度

3.1上行調度基本功能

3.1.1原理描述

上行調度的基本流程如圖3-1所示，用戶數據請求會作為調度器的輸入，用戶調度結果會作為調度器的輸出，詳細請參見3GPPTS38.214V15.4.0中的6Physicaluplinksharedchannelrelatedprocedures。

圖3-1上行調度基本流程

上行調度器的輸入信息與輸出信息描述如下。

用戶數據請求

1、SRI（SchedulingRequestIndicator）：UE通過PUCCH（PhysicalUplinkControlChannel）告知gNodeB有上行數據需要發送，調度器據此為UE分配PUSCH時頻域資源。

2、BSR（BufferStatusReport）：UE向調度器發送的上行數據緩沖區中數據量大小。

3、HARQ反饋狀態：HARQ反饋狀態包括ACK、NACK，指示用戶初傳數據和重傳數據的傳輸正確性。

用戶調度結果

1、PUSCH時頻域資源：調度器給UE分配的PUSCH時頻域資源，包括時域資源和頻域資源。

2、DMRS資源：調度器給UE分配的DMRS資源范圍。

3、MCS：調度器為每個調度成功的UE指示的調制編碼方式。

上行調度器每時隙調度的流程如下。

1、確定用戶調度類型，詳細請參見確定用戶調度類型。

2、調度用戶，詳細請參見調度用戶。

3、分配PUSCH時頻域資源，詳細請參見分配PUSCH時頻域資源。

4、選擇MCS，詳細請參見選擇MCS。

5、分配DMRS資源，詳細請參見分配DMRS資源。

確定用戶調度類型

上行調度器在調度數據前，需要確定用戶的調度類型，用戶的調度類型包括初傳調度和重傳調度。

初傳調度是指數據塊的初次調度，調度器通過如下任意一種方式觸發上行初傳調度。

1、gNodeB收到用戶的SRI請求，此時調度器認為有新的數據需要傳輸。

2、gNodeB通過預調度的方式主動調度用戶上行數據。預調度是指不論UE是否向gNodeB發送SRI請求，每隔一段時間gNodeB都會主動調度一次UE，以減少從UE發送SRI到獲得上行調度授權的時間。

初傳調度結束后

1、如果gNodeB接收用戶上行數據的HARQ反饋狀態為ACK，則表示此次調度成功，調度流程結束；如果用戶在上一次上行傳輸的數據塊中攜帶了BSR報告，則表示用戶還有未被調度的數據，繼續進行初傳調度。

2、如果gNodeB接收用戶上行數據的HARQ反饋狀態為NACK，則表示此次調度失敗，調度器需要重新調度該數據塊，并將此類調度確定為重傳調度。

調度用戶

gNodeB確定了用戶的調度類型后，會根據用戶的調度類型來進行調度。

1、初傳調度

上行初傳調度根據EPF算法，對多個有上行數據傳輸請求的用戶進行優先級排序，根據EPF優先級從高到低依次調度。

2、重傳調度

上行重傳調度為異步自適應HARQ重傳。HARQ重傳時，系統可以自適應選擇MCS，TBS與初傳的TBS相同。上行調度支持4個HARQ冗余版本。

分配PUSCH時頻域資源

1、PUSCH時頻域資源包括PUSCH時域資源和PUSCH頻域資源。

PUSCH時域資源為去除短結構PUCCH、SRS和DMRS等已使用的OFDM符號后剩余的OFDM符號，如圖4-2所示。

圖4-2時域資源

PUSCH頻域資源為去除長結構PUCCH和PRACH已使用的RB資源后剩余的RB資源，如圖5-3所示。

圖4-3頻域資源

分配PUSCH資源是指給用戶分配合適的資源大小和資源位置。

分配PUSCH頻域資源

1、確定資源大小

上行調度器根據UE上報的緩沖區狀態（BSR）、功率余量（PowerHeadroom）狀態等確定該UE在本時隙所需的RB資源大小。當用戶請求的數據量大小一樣時，若用戶的信道質量較好，則調度器分配給該用戶的RB資源就較少。

2、確定資源位置

調度的RB位置根據資源分配結果來確定，在扣除其他用戶占用的RB后，選定可用的RB位置。

上行調度可使用連續調度或非連續調度的方式進行資源分配，通過NRDUCellAlgoSwitch.UlInconsecutiveSchSwitch的子開關“UL_NON_CON_SCH_SW”控制（默認配置為開）。

當子開關打開時，采用上行非連續調度方式進行資源分配；當子開關關閉時，采用上行連續調度方式進行資源分配。

（1）上行MU-MIMO功能關閉（即參數NRDuCellAlgoSwitch.MuMimoSwitch的“UL_MU_MIMO_SW”關閉）。

（2）低頻TDD場景（低頻表示Sub-6GHz的頻段）。

（3）UE支持上行非連續資源分配的能力。

上行非連續調度

上行調度器在可用帶寬范圍內搜索一段連續或多段不連續的RB資源后分配給用戶，這樣可以更充分地利用頻域資源。上行非連續調度資源按RBG粒度進行分配，詳細請參見3GPPTS38.214V15.4.0中6.1.2.2Resourceallocationinfrequencydomain。

上行非連續調度僅同時滿足以下情景時才可以使用：

（1）上行MU-MIMO功能關閉（即參數NRDuCellAlgoSwitch.MuMimoSwitch的“UL_MU_MIMO_SW”關閉）。上行MU-MIMO功能的詳細信息請參見《MIMO》。

（2）低頻TDD場景（低頻表示Sub-6GHz的頻段）。

（3）UE支持上行非連續資源分配的能力。

上行連續調度

當子開關關閉時，上行調度器從可用帶寬范圍起始位置開始搜索一段連續的RB資源后分配給用戶，上行連續調度資源按RB粒度進行分配，詳細請參見3GPPTS38.214V15.4.0中6.1.2.2Resourceallocationinfrequencydomain。

分配PUSCH時域資源

調度器需要為終端指示調度所在slot，以及該slot內調度的OFDM符號的起止位置。

1、選擇MCS

SINR（Signal-to-Interference-and-NoiseRatio）反映了UE的上行信道質量。由于信道變化對信號有影響，gNodeB測量時刻的SINR和調度時刻的SINR相比，可能已經有較大的變化。如果測量時刻的SINR不能真實反映調度時的信道質量，IBLER就不能收斂于最優值。因此gNodeB需要對測量時刻的SINR進行調整，再根據SINR的調整結果確定上行調度的MCS。

2、調整SINR

上行SINR調整量初始值通過參數NRDUCellPusch.InitUlSinrAdjust配置。在進行SINR調整時，調度器根據上行IBLER目標值計算SINR調整量：

在現實網絡中，不同場景對IBLER的要求不一樣，因此上行IBLER目標值需要根據用戶信道變化情況進行自適應調整，使用戶獲得更高的上行吞吐率。上行IBLER目標值自適應功能通過打開參數NRDuCellAlgoSwitch.AdaptiveEdgeExpEnhSwitch的子開關“UL_IBLER_ADAPT_SW”生效。

（1）子開關關閉時，上行IBLER目標值為固定值10%。

（2）子開關打開時，根據SINR波動情況選擇目標值。SINR波動越大，選擇的IBLER目標值越大。

（3）當IBLER高于上行IBLER目標值時，SINR調整量向上調整。

（4）當IBLER低于上行IBLER目標值時，SINR調整量向下調整。

上行調度器在測量時刻的SINR基礎上疊加SINR調整量后，得到調整后的SINR，調整后的SINR對應用戶當前信道質量。

3、確定MCS

調度器將調整后的SINR與gNodeB解調性能進行比較，選擇合適的MCS用于用戶上行傳輸。

分配DMRS資源

DMRS資源分配是為了gNodeB實現上行PUSCH資源的解調。3GPPTS38.211V15.4.0中6.4.1Referencesignals定義了PUSCHDMRS的相關定義，包括DMRS符號數、DMRS配置類型、DMRSport端口、CDMgroup分組等內容，用于確定用戶的DMRS發送資源。

1、DMRS種類

FrontLoaded(FL)DMRS：前置DMRS符號，支持1個或2個符號。

Additional(Add)DMRS：附加DMRS符號，協議中支持0、1、2和3組，當前版本僅支持0、1和2組。由參數NRDUCellPusch.UlAdditionalDmrsPos配置附加DMRS符號的有無和符號組數，而附加DMRS符號的時域位置由協議根據PUSCH的符號配置來確定，不需要特別指示。

2、DMRS配置類型

DMRS的配置類型由參數NRDUCellPusch.UlDmrsType來配置，可以配置為“TYPE1”和“TYPE2”。由于支持“TYPE2”的DMRS類型是UE的可選能力，因此建議將DMRS類型配置為“TYPE1”，詳細請參見3GPPTS38.306V15.4.0中4.2.7.10Phy-Parameters。

當配置為“TYPE1”時，DMRS示意圖如圖4-4所示。