基于
LTE
系统的
VoIP
自适应调度算法
宁祥峰,张春业,李婧卿,万 伟,李仁波
(山东大学信息科学与工程学院,济南 250100)
摘 要:提出一种基于 LTE 系统的 Vo I P 服务的自适应上行调度算法,该算法采用自适应多速率语音编码器,利用传统 MAC 通用报头中
的 2 个比特将语音编码的模式告知 eNB,eNB 根据 UE 的语音状态转换和语音编码速率动态分配上行链路资源。从系统容量、吞吐量和时
延方面对比分析该算法和传统算法的性能。理论分析和仿真结果表明,在时延满足要求的前提下,该算法比传统算法具有更高的系统容量
和吞吐量。
关键词:LTE 系统;上行调度算法;IP 语音业务;自适应多速率语音编码器;MAC 报头
VoIP Adaptive Schedule Algorithm Based on LTE System
NING Xiang-feng, ZHANG Chun-ye, LI Jing-qing, WAN Wei, LI Ren-bo
(College of Information Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China)
【Abstract】This paper proposes an efficient adaptive uplink schedule algorithm for Voice over Internet Protocol(VoIP) services with Adaptive
Multi-Rate(AMR) speech codec in LTE systems. In the proposed algorithm, the eNode B adapts uplink resources assignment according to the two
reserved bits in the generic MAC header, which is utilized to indicate the mode transition of next frame. The performances of the proposed algorithm
in terms of system capacity, throughput, delay of system are analyzed compared with traditional algorithms. Theoretical analysis and simulation
results show that the average access delay increases but still meet the VoIP real-time requirements and the algorithm can support much more voice
users than the conventional algorithms.
【Key words】LTE system; uplink schedule algorithm; voice over IP services; adaptive multi-rate speech codec; MAC header
DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2011.04.041
计 算 机 工 程
Computer Engineering
第 37 卷 第 4 期
Vol.37 No.4
2011 年 2 月
February 2011
·网络与通信·
文章编号:1000—3428(2011)04—0116—03
文献标识码:A
中图分类号:TP393
1
概述
3GPP
长期演进
(LTE)
项目是近年来
3GPP
启动的最大的
新技术研发项目,这种以
OFDM
为核心的技术可以被看作
“准
4G
”技术。
LTE
系统可以显著提高用户吞吐量和扇区容量,
降低用户可感知的时延,从而大幅提升用户的移动通信体验
[1]
。
由于语音业务对时延的要求比较高,在目前的
3G
及其
以前的系统中,都通过电路域承载,利用专用资源,但是语
音业务通过
IP
承载已经成为发展趋势。
LTE
系统采用了扁平
化的架构设计,降低了链路时延,使其提供与电路承载相当
的语音质量成为可能。在
LTE
系统中只存在分组域,语音业
务必须通过
Vo IP
承载。由于
Vo IP
业务的一些特性,如小数
据量、定时产生、严格时延要求等,普通的动态调度方法并
不适合
Vo IP
的调度,因此如何利用
Vo IP
业务的特点进行有
效的调度,保证
QoS
,最大程度地减少信令开销,是亟需研
究的问题。
本文借用与
LTE
十分相似的
WiMAX
系统的业务类型来
说明,其中,适合
Vo I P
业务的类型有主动授予服务
(UGS)
和
实时查询服务
rtPS
。
UGS
算法主要是针对周期性定长分组的
实时服务流来设计的,
eNB(eNode B
演进型基站
)
实时周期性
地向携带该业务的
UE(User Equipment)
提供固定带宽授予。
UGS
算法可以最小化信令负荷和上行链路接入时延,然而由
于语音流模型存在
off
状态,但是
eNB
总是分配给
UE
固定
的带宽,导致了上行链路资源的浪费,从而减小了系统对
Vo IP
服务的用户容量
[2]
。
rtPS
算法是为了支持周期性变长分
组的实时服务流而设计的,
eNB
分配给
UE
足够用于发送带
宽请求的上行链路资源。
eNB
周期性地对
UE
进行单播轮询,
UE
说明需要传送的比特数来实现可变速率数据分组的传输。
但是带宽请求过程导致了信令负荷和接入时延的增大,这对
实时性要求非常高的
Vo I P
服务是十分不利的。文献
[3]
提出
了一种有效的上行链路带宽调度机制
(
以下简称
Lee
算法
)
,
Lee
算法是一种基于语音活动检测的
Vo I P
服务调度算法,
eNB
根据
UE
的语音状态转换来分配上行链路资源,但是
Lee
算法也存在在静默期浪费带宽和不能有效传输
SID(Silence
Descriptor)
等缺点。基于
Lee
算法的不足,文献
[4]
改进了
Lee
算法,提出了新的上行调度算法
(
以下简称
Oh
算法
)
,
Oh
算
法基于
AMR
语音编码器,在语音静默期不再授予固定的带
宽,而只是采用每隔
160 ms
通过随机接入申请带宽来传输
SID
帧,在
off
状态转换到
on
状态时也是通过随机接入信道
申请带宽。
Oh
算法虽然考虑了语音静默期的特点,但是在语
音静默期采用随机接入机制申请带宽,还需要发送专门的信
令消息,影响系统的容量和资源效率。
为克服传统算法的不足,本文提出一种改进的
Vo I P
服务
的自适应上行调度算法
(
以下简称
Proposed
算法
)
,本算法采
用
AMR
编码器,利用传统
MAC
通用报头中的
2
个比特将语
音编码的模式告知
eNB
,
eNB
根据
UE
的语音状态转换和语
音编码速率来动态自适应地分配上行链路资源。
2
语音模型
任何一个语音流都可以用一个指数分布的
on-off
模型来
表示,其中处于
on
状态的平均时间为
on
1/T
=
,处于
off
状
态的平均时间为
off
1/T
=
,
和
均为指数分布的参数。基
作者简介:宁祥峰(1987-),男,硕士研究生,主研方向:第四代移
动通信技术;张春业,副教授;李婧卿、万 伟、李仁波,硕士研
究生
收稿日期:2010-07-10 E-mail:ningxiangfeng@163.com