CDMA2000 1x EVDO的前向始終以最大功率發(fā)射,，當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時,，前向僅發(fā)射導(dǎo)頻和MAC信道,，而當(dāng)系統(tǒng)中的用戶有數(shù)據(jù)需要傳輸時，業(yè)務(wù)信道以時隙為單位在不同用戶之間通過調(diào)度分配使用,。同一時刻,，系統(tǒng)只向一個用戶發(fā)射數(shù)據(jù)，避免了小區(qū)內(nèi)的多用戶干擾,，而且采用了自適應(yīng)調(diào)制編碼以適應(yīng)時變的信道，表1列出了Rlease 0系統(tǒng)前向采用的可變數(shù)據(jù)速率集,。CDMA2000 1x EVDO在反向引入數(shù)據(jù)速率控制信道(DRC),，移動臺根據(jù)測量的載干比來向基站申請能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)可靠接收的最大前向傳輸速率；基站中的調(diào)度程序根據(jù)終端申請的速率以及一段時間內(nèi)時隙分配的情況來決定下一個時隙給哪一個移動臺使用,。一般當(dāng)移動臺處于深衰落狀態(tài)時,，調(diào)度程序就不給它分配傳輸時隙或少分配傳輸時隙，而更多地為申請高傳輸速率的移動臺服務(wù),，從而實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量的提高,，這個過程就是本文將要重點(diǎn)研究的多用戶調(diào)度。多用戶調(diào)度作為CDMA2000 1x EVDO關(guān)鍵技術(shù)之一直接影響到系統(tǒng)性能和業(yè)務(wù)及用戶的QoS要求,，因此對調(diào)度算法的研究勢在必行,。系統(tǒng)前向分組發(fā)送調(diào)度的示意見圖2。

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　　圖2中,，用戶信息模塊一般保存有用戶的權(quán)限,、業(yè)務(wù)的QoS需求等相關(guān)信息；信道狀態(tài)信息模塊從反向的邏輯信道中提取各用戶上報的狀態(tài)信息（如DRC）,；用戶隊列一般采用先進(jìn)先出原則緩存發(fā)送到用戶的數(shù)據(jù)分組,，并將分組排隊信息反饋到調(diào)度模塊；分組模塊綜合利用業(yè)務(wù)的QoS需求,、分組隊列信息以及用戶信道狀態(tài)信息等來決定傳輸時隙的分配,。
2 基于回播緩存的調(diào)度
　　參考文獻(xiàn)[2]結(jié)合了視頻流自身的業(yè)務(wù)特性， 在M-LWDF,、EXP算法基礎(chǔ)上,，提出了PB-M-LWDF、PB-EXP算法,。該算法考慮了接收端回播緩存（Play—Buffer）空間的大?。寒?dāng)緩存數(shù)據(jù)量小于某個門限值時，增加優(yōu)先權(quán),，反之降低優(yōu)先權(quán),。具體數(shù)學(xué)描述如下。
　　(1) M-LWDF算法調(diào)度準(zhǔn)則^[3]：
　　
　　(2) EXP算法調(diào)度準(zhǔn)則[4]：
　　
　　(3)以上兩種算法的Wi權(quán)重兼指用戶i隊列頭部數(shù)據(jù)分組(HOL)的最大時延,，而Karina Gribanova等學(xué)者不僅考慮了HOL時延,，還加入了視頻回播參數(shù)， 如下：????????????????????????????????????????????????????????????????????????

　　
　　式(3)中l(wèi)(t)為回播緩存數(shù)據(jù)量，R_d(t)為回播速率,，于是可以得出在W_i(t)及R_d(t)相等的情況下,，當(dāng)緩存數(shù)據(jù)多時就會相應(yīng)地降低優(yōu)先權(quán)，反之增加優(yōu)先權(quán),。最后得到PB-M-LWDF,、PB-EXP調(diào)度準(zhǔn)則。
　　
　　參考文獻(xiàn)[2]仿真驗證了PB-M-LWDF,、PB-EXP調(diào)度準(zhǔn)則,，與M-LWDF及EXP算法相比改善了丟包率。
3 基于發(fā)送緩存的調(diào)度算法
　　基于回播緩存,，顧名思義,，基站需要得到接收端的緩存信息，而CDMA2000 1x EVDO標(biāo)準(zhǔn)沒有此項開銷消息的配置,，更改規(guī)范也是不合理的,，因此該算法在實際應(yīng)用中不可能實施，針對該缺點(diǎn),，本節(jié)提出一種基于發(fā)送緩存的調(diào)度算法,。
　　一般地，基站發(fā)送緩存量與終端回播緩存量存在一定的關(guān)系^[5]：當(dāng)發(fā)送緩存較少時,，接收端的回播緩存一般較多,，而不需要立即發(fā)送；換個角度來說就是,，如果發(fā)送緩存較大,，就意味著接收緩存很少，需立即發(fā)送數(shù)據(jù)以避免出現(xiàn)回播緩存的餓死現(xiàn)象,。但數(shù)據(jù)發(fā)送并不僅僅與緩存量有關(guān),，還與用戶數(shù)據(jù)之前是否被調(diào)度的歷史信息有關(guān)。例如,，有兩用戶數(shù)據(jù),，其中一個用戶被連續(xù)調(diào)度，而另一用戶則被間斷調(diào)度,，但發(fā)送緩存量相等,，這時該調(diào)度哪個分組數(shù)據(jù)就成了問題。
3.1 優(yōu)先權(quán)函數(shù)
　　(1) 最能體現(xiàn)用戶被調(diào)度狀況的就是用戶的平均吞吐量,，其更新過程如下：???
　　
　　優(yōu)先權(quán)與該值成反比,。

　　很明顯i用戶t+1時隙的信道平均狀態(tài)與t時隙是否分配給i用戶無關(guān)，因此其更新較為簡單,，式中β是平滑因子,。DRC(t)/表征信道當(dāng)前狀態(tài)與平均狀態(tài)的比值,，優(yōu)先權(quán)與該值成正比。

? 同樣i用戶t+1時隙發(fā)送緩存的平均存儲量也與t時隙是否分配給i用戶無關(guān),，因此其更新也較為簡單,，式中b_i(t)為i用戶n時隙緩存量，λ是平滑因子,。

??? (5)根據(jù)當(dāng)前緩存量給出用戶權(quán)重因子w_i(t),，更新如下：

3.2 算法流程
　　假設(shè)系統(tǒng)僅支持后臺類及視頻流業(yè)務(wù)，根據(jù)經(jīng)典PF算法及(11)式給出的優(yōu)先權(quán)函數(shù),，算法流程如下：
　　(1)給每個用戶分別設(shè)立后臺類及視頻流業(yè)務(wù)兩隊列,，對每個分組按業(yè)務(wù)及用戶輸入相應(yīng)的隊列，如圖3所示,。

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　　(2) 將不同業(yè)務(wù)類型的用戶根據(jù)不同的調(diào)度準(zhǔn)則，對權(quán)值進(jìn)行比較,。
　　后臺類業(yè)務(wù)調(diào)度準(zhǔn)則,，PF算法：
　　
　　(3) 比較(12)、(13)式權(quán)值大小,，將時隙分配給權(quán)值最高的用戶,。
?　 (4) 根據(jù)式(6)、(7),、(8),、(9)、(10)更新各參數(shù)值,，進(jìn)行下一時隙的權(quán)值比較,。
3.3 仿真驗證
　　小區(qū)采用單扇區(qū)配置，多用戶在小區(qū)內(nèi)均勻分布,，仿真時用戶數(shù)量為8,，信道模型為瑞利衰落，路損指數(shù)為4,，用戶移動速度為3km/h,，基站發(fā)射功率為20W，小區(qū)半徑為1km,；分組發(fā)送規(guī)格及速率集以CDMA2000 1x EVDO Rlease 0 技術(shù)規(guī)范為準(zhǔn),，見表1，傳輸速率與信噪比的對應(yīng)關(guān)系見表2,，分組大小為128bit,，且在仿真過程中不考慮分組到達(dá)過程的影響，并假定用戶的數(shù)據(jù)緩存足夠大且用戶數(shù)據(jù)隊列中有足夠多的分組以供下載,。

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　　調(diào)度器的調(diào)度周期為一個時隙,，并假設(shè)用戶的DRC在一個時隙內(nèi)是不變的,。時隙長是1.667ms。仿真時所用的用戶權(quán)重因子w_i(t)更新參數(shù)：b_i^max=32KB,，b_i^high=0.5,，b_i^low=0.2；各參數(shù)更新的平滑因子α,、β,、λ固定為0.001，而μ為0.01,。假設(shè)所有用戶僅接受后臺類及視頻流業(yè)務(wù)服務(wù),，與EXP指數(shù)算法、參考文獻(xiàn)[2]提出的PB算法的性能進(jìn)行比較,。
　　(1)將時隙分配概率作為仿真結(jié)果進(jìn)行比較,，如圖4。

　　由仿真結(jié)果可以看出,，在滿足視頻流業(yè)務(wù)QoS的前提下,，系統(tǒng)為后臺類業(yè)務(wù)提供了更高的吞吐率，而且比PB算法的資源利用率還有效,。
　　(2)將系統(tǒng)吞吐量作為仿真結(jié)果進(jìn)行比較,，如圖5。

　　由仿真結(jié)果可以看出,，隨著視頻流業(yè)務(wù)的增多,，系統(tǒng)吞吐量呈下降趨勢，本文提出的基于發(fā)送緩存的調(diào)度算法與PB算法具有相似的系統(tǒng)吞吐量,。
4 算法的硬件實現(xiàn)
　　仿真結(jié)果表明,，本文的調(diào)度算法具有比PB算法更高的系統(tǒng)性能，由此本文根據(jù)該算法設(shè)計出一高速可行的調(diào)度器,。在硬件設(shè)計中,，根據(jù)扇區(qū)內(nèi)的激活用戶數(shù)來設(shè)計FPGA模塊，給每個用戶分配 PF權(quán)值計算和基于發(fā)送緩存的權(quán)值計算模塊各一塊,，將計算結(jié)果送入頂層的權(quán)值比較器,，由比較結(jié)果來控制最終的發(fā)送分組。圖6給出了頂層設(shè)計模塊圖,。

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4.1 算法模塊FPGA實現(xiàn)
　　本文的硬件實現(xiàn)方法是基于DSPbuilder的建模方式^[6],，在建模時也盡量采納庫里包含的計算模塊。
　　(1) PF算法比較簡單,，其結(jié)構(gòu)框圖如圖7,。
　　PF算法的缺點(diǎn)是：DSPbuilder庫里的除法器運(yùn)算結(jié)果是商和余數(shù)，將該值送入權(quán)值比較器會出現(xiàn)比較錯誤,，因此考慮將除數(shù)擴(kuò)大1 024倍來近似消除余數(shù)的影響,，而只將商送入權(quán)值比較器,。
　　(2)基于發(fā)送緩存的算法，其結(jié)構(gòu)框圖如圖8,。

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????為降低運(yùn)算流程的復(fù)雜度,，設(shè)計緩存監(jiān)視模塊時，考慮隊列緩存直接使用DSPbuilder庫里的FIFO模塊,，再利用查表方式得到緩存利用率,，從而提高運(yùn)算速度，對于除法運(yùn)算的設(shè)計技巧同樣采用方式(1),。
4.2 調(diào)度器功能仿真
　　用QuartusII綜合由DSPbuilder編譯完成工程項目,，并對該項目進(jìn)行波形功能仿真。由于QuartusII庫I/O資源有限,，因此只對兩個用戶的業(yè)務(wù)分組調(diào)度進(jìn)行波形仿真,，結(jié)果如圖9。

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　　仿真結(jié)果與理論結(jié)果完全一致,，圖9中Input,、Input2分別為用戶1、用戶2的DRC輸入,；Input1、 Input7分別為用戶1,、用戶2的數(shù)據(jù)源,，包含后臺類及視頻流兩種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用第一比特的0,、1區(qū)別,，0表示視頻流，1表示后臺類業(yè)務(wù),；Output1,、Output7分別為用戶1、用戶2的被調(diào)分組的輸出,。
　　本文針對視頻流這一主流多媒體業(yè)務(wù),，提出一種基于發(fā)送緩存的調(diào)度算法，該算法克服了PF的固有缺點(diǎn)（基站側(cè)要有終端回播緩存的反饋信息）,，在理論上也有比PF算法較好的系統(tǒng)性能,，通過功能仿真也證明了設(shè)計的調(diào)度器的可行性。

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[6]?DSP Builder Reference Manual. http://www.altera.com.