调度的基本概念与目标
在LTE中,调度是指基站侧的调度器在每一毫秒（即每个TTI，Transmission Time Interval）动态地决定：
- 谁可以获得无线资源？（用户/业务选择）
- 获得多少资源？（资源块分配）
- 使用什么物理资源信道？（如PDSCH, PUSCH）
- 采用什么传输模式？（如MIMO模式、编码调制方式）
调度的核心目标是实现系统整体性能的最大化和公平性之间的平衡,具体包括：
- 最大化系统吞吐量：充分利用所有可用资源，不让任何资源空闲。
- 保证用户公平性：避免某些用户被“饿死”，确保所有用户都能获得可接受的服务质量。
- 满足业务QoS需求：为不同业务（如语音、视频、网页浏览）提供差异化的服务，保证低时延、高可靠性等。
- 提高频谱效率：通过先进的调度算法和MIMO技术，在有限的频谱资源上传输更多数据。
核心调度算法
调度算法是实现调度目标的“大脑”，LTE并没有强制规定必须使用哪种算法，但业界主流和3GPP标准中讨论最多的主要有以下几种：
轮询
- 原理：最简单的公平调度算法，调度器以轮询的方式，依次为每个激活的用户分配一个或多个资源块，不考虑用户的信道条件或数据队列状态。
- 优点：绝对公平，实现简单。
- 缺点：完全无视信道质量，会导致系统总吞吐量非常低，当某个用户信道很差时，分配给他的资源很可能被浪费，而信道好的用户却无法获得更多资源。
- 适用场景：对公平性要求极高，但对速率要求不低的对称业务环境（如早期的某些数据业务）。
最大载干比
- 原理：调度器总是将资源块分配给当前信道质量最好的用户，因为LTE是同频组网，干扰是主要限制因素，信道质量越好，意味着信干噪比越高，能支持更高的调制编码方案，从而获得更高的速率。
- 优点：能最大化系统瞬时吞吐量，频谱效率最高。
- 缺点：非常不公平，信道差的用户可能永远无法获得资源，造成“饿死”现象。
- 适用场景：对系统总吞吐量要求极高，且用户对公平性不敏感的场景。
比例公平
- 原理：这是LTE中最常用、最核心的调度算法，它在“瞬时吞吐量”和“历史平均吞吐量”之间进行权衡。
- 计算每个用户的优先级：
Priority = (R_i / T_i)R_i：用户i的瞬时速率（由其当前信道质量CQI决定）。T_i：用户i的历史平均吞吐量（一个滑动窗口内的平均值）。
- 调度器总是将资源分配给优先级最高的用户。
- 计算每个用户的优先级：
- 优点：
- 兼顾效率与公平：信道好的用户（
R_i高）优先获得资源，保证了效率；但历史吞吐量低的用户（T_i小）其优先级会自动提高，保证了公平性。 - 自适应：能动态调整，避免“饿死”用户，同时最大化系统总吞吐量。
- 兼顾效率与公平：信道好的用户（
- 缺点：算法相对复杂，需要维护每个用户的历史吞吐量记录。
- 适用场景：绝大多数LTE数据业务场景，是运营商部署的默认或首选算法。
基于QoS的调度
- 原理：LTE为不同业务定义了不同的QoS等级标识，如语音（GBR，保证比特率）、视频（MBR，最大比特率）、网页浏览（Non-GBR，非保证比特率），调度器会根据业务的QoS等级来分配资源。
- 会优先保证GBR业务的资源,然后再为Non-GBR业务分配剩余资源。
- 在GBR业务内部,可能还会使用PF算法来保证公平性。
- 优点：能够为不同业务提供差异化的服务，保证关键业务的用户体验。
- 缺点：实现复杂，需要精细的QoS策略配置。
LTE调度的关键技术
除了算法本身,LTE的调度能力还依赖于以下关键技术：
信道状态信息
调度器做决策的依据是用户上报的CSI,CSI是调度效率的“眼睛”。
- CQI (Channel Quality Indicator)：信道质量指示，告诉基站“我的信道现在怎么样？”，基站根据CQI选择合适的MCS（调制编码方案），以在保证误码率的前提下最大化传输速率。
- PMI (Precoding Matrix Indicator)：预编码矩阵指示，主要用于下行MU-MIMO场景，告诉基站“用哪个波束方向给我发信号最好？”。
- RI (Rank Indicator)：秩指示，告诉基站“我的信道空间上有几个流可以并行传输？”，决定了MIMO的层数。
调度过程：基站通过PDCCH（物理下行控制信道）向用户发送调度授权，用户在PDSCH（物理下行共享信道）上接收数据，并通过PUCCH（物理上行控制信道）向基站反馈CSI，基站根据CSI进行下一次调度。
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 技术
MIMO技术极大地提升了调度系统的容量和可靠性,是LTE调度的重要手段。
- SU-MIMO (Single-User MIMO)：将一个用户的所有RBs分配给他，并使用多天线技术（如空间复用）为他提供多个数据流，从而大幅提升单个用户的峰值速率。
- MU-MIMO (Multi-User MIMO)：将不同的RBs分配给信道空间上正交的不同用户，让他们在同一时间、同一频段上并行传输，调度器通过用户的PMI信息来判断哪些用户可以被“配对”进行MU-MIMO传输，这被称为“空间复用”或“虚拟MIMO”，是提升系统容量的关键。
自适应调制编码
调度器根据用户上报的CQI,动态地为每个用户分配最合适的MCS等级，信道好时，使用高阶调制（如64QAM）和高码率；信道差时，使用低阶调制（如QPSK）和低码率，这是实现“机会主义通信”的核心。
动态资源分配
LTE的调度器是时隙级（1ms）动态调度的，这意味着资源块可以非常灵活地分配给不同用户，能够快速适应信道变化和业务流量的波动，最大化资源利用率。
5G NR对LTE调度技术的增强
作为LTE的演进,5G NR在调度技术上做了大量增强，可以看作是LTE调度技术的“升级版”。
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更灵活的调度粒度：
- LTE的最小调度单位是PRB (Physical Resource Block)，包含12个子载波。
- NR引入了灵活的 numerology，支持不同的子载波间隔（如15kHz, 30kHz, 60kHz...），最小调度单位变为RBG (Resource Block Group)，其大小和数量随子载波间隔变化，能更好地匹配不同时延和带宽的业务需求。
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更精细的调度单位：
- 除了RBG,NR还支持时隙和迷你时隙作为调度单位，迷你时隙包含的OFDM符号更少（如2、4个），可以用于极低时延的场景，实现更快速的调度和HARQ重传。
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基于时延的调度：
- NR引入了URLLC (超高可靠低时延通信)业务，对时延要求极其苛刻（如1ms），调度器需要根据业务的时延预算，优先处理那些即将过期的数据包，确保其及时发送。
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多TRP调度：
- NR支持通过多个传输接收点为同一个用户服务，调度器可以协调来自不同TRP的数据，实现波束赋形和空间分集，进一步提升覆盖和容量。
| 技术层面 | 目的 | |
|---|---|---|
| 基本目标 | 效率、公平性、QoS保障 | 系统性能最大化 |
| 核心算法 | 轮询、Max C/I、比例公平、QoS调度 | 在效率和公平间做决策 |
| 关键技术 | CSI反馈、MIMO (SU/MU)、AMC、动态资源分配 | 提供决策依据和实现手段 |
| 演进增强 (5G) | 灵活Numerology、迷你时隙、低时延调度、多TRP | 满足eMBB和URLLC等多样化需求 |
LTE的调度技术是一个以比例公平算法为核心，以信道状态信息为依据，充分利用MIMO和动态资源分配等先进技术，在每一毫秒进行智能决策的复杂系统，它的成功是LTE能够提供高速率、低时延数据服务的关键，而5G NR则在此基础上，通过更灵活的框架和更精细的控制，进一步增强了调度的能力，以应对未来更丰富的业务场景。
