CN101184331B - 无线通信系统中一种基于统计路径的切换方法 - Google Patents

Abstract

一种在无线通信系统中，提高切换、重选成功率，减少不必要的切换，提高无线网络性能的技术。可以通过以下6个步骤实现：(1)移动台开始移动，无线系统判断是否有统计路径信息，如果没有统计路径，则进入标准的切换流程，并在移动过程完成后记录移动路径，作为建立形成统计路径的原始信息；如果有统计路径，则系统开始基于移动统计路径的切换流程；(2)移动台在测量和测量报告上报时，优先选择统计路径上的小区；(3)无线网络系统进行切换决策决定目标小区时，如果其他判断条件都相同或相似，优先考虑移动统计路径上的下一个小区为目标小区；(4)根据当前移动路径与统计路径的符合程度，来调整考虑统计路径上小区的优先性；(5)如果路径符合程度低于门限值，就不再考虑基于移动统计路径的切换流程，而进入标准切换流程；(6)移动台完成一次移动过程，记录切换移动路径，系统对移动台移动路线进行统计、分析，建立或者修正统计路径。

Description

无线通信系统中一种基于统计路径的切换方法

技术领域

切换是移动通信系统中一项非常重要的技术，切换失败会导致通话失败，影响网络的运行质量。因此，切换成功率是网络考核的一项重要指标，关系到对用户提供的服务质量(QoS)。如何提高切换成功率、降低切换失败率是网络优化和算法研究的重点工作之一。

本发明是一种基于移动路径统计的无线网络切换方法，适用于各种蜂窝无线通信系统的切换和重选环境，适用于TDD、FDD方式的无线系统；能解决电磁信号复杂和用户高速移动情况下切换、重选失败率较高问题，整体提高无线系统的性能。

背景知识

当前无线通信市场迅猛发展，各种无线制式和系统同时为越来越多的用户提供无线通信服务，相互之间产生的电磁干扰越来越严重。在复杂的电磁环境、楼群密集的市区，存在切换和重选成功率较低的问题。目前在2G和3G系统中使用的是移动台辅助切换方式，由移动台测量当前小区和邻小区的信号强度，把测量结果发给无线网络系统；系统进行分析处理，根据切换判断算法和资源分配算法策略来决定切换的目标小区。

目前的切换算法中，没有利用用户移动路线的规律性。根据分析研究认为，大部分人群在一定时间段，移动的路径是非常相近的，是有规律可循的。工作人群上、下班时间的移动路线，学生上学、放学时间的移动路线是有规律的。因此，如果能充分利用用户移动路径的规律性，将有可能提高切换成功率，降低无线网络负荷，提高无线网络性能。

发明内容

因此，本发明提出基于移动统计路径的切换方法，即对用户日常生活中移动路线进行统计、分析，得出移动台用户在某一时间段最佳的、最有可能的移动路线；统计路径信息包括时间点、位置信息。在进行切换测量和切换决策时，调用移动统计路径算法，查询移动统计路径信息，利用统计路径信息，提高切换和重选的成功率。

本发明的特征如下：

特征1，是一种基于移动统计路径的无线网络切换方法，与现有标准切换算法策略兼容，对现有标准切换算法策略进行了增强和优化。

特征2，动态的优先级和加权算法，引入描述当前移动路径与统计路径相符合程度的动态参数——符合因子。

特征3，统计路径的不断更新和优化，保持统计路径的有效性。

本发明的目的如下：

目的1，提高切换、重选成功率。减少切换次数，降低不必要的切换和重选，降低无线网络负载。

目的2，对移动台用户进行提前预切换，分散在边界处大量的切换需求，减少切换时的相互干扰，提高切换和重选成功率。

目的3，提高电磁信号复杂和用户高速移动等情况下的切换和重选成功率。提高了切换成功率和减少干扰后的切换过程，将有益于数据流量的平稳。

本发明通过以下6个步骤实现：

(1)移动台开始移动，无线系统判断是否有统计路径信息，如果没有统计路径，则进入标准的切换流程，并在移动过程完成后记录移动路径，作为建立形成统计路径的原始信息；如果有统计路径，则系统开始基于移动统计路径的切换流程。

(2)移动台在测量和测量报告上报时，优先选择统计路径上的小区。

无线网络系统调用统计路径信息，根据相应时间段、相应地点的统计路径，确定下一个小区，移动台对统计路径上的小区信号进行优先测量。

有以下三个策略作为可选项；第一个策略是：增加对统计路径上的下一个小区的测量频率和上报次数；第二个策略是：在移动台优先测量到的统计路径上的下一小区的信号足以满足当前移动台的业务需求时，就停止对其他邻小区的测量；如果暂时不能满足业务需求，则同时测量非统计路径上的邻小区的信号强度；第三个策略是：当测量到的统计路径上的下一个小区的信号强度已经满足业务需求，提前触发切换申请，提交测量报告；提前预切换能够分散在边界处大量的切换，减少大量切换时的相互干扰，提高切换成功率。

(3)无线网络系统进行切换决策，决定目标小区时，如果其他判断条件都相同或相似，优先选择移动统计路径上的下一个小区为目标小区。

(4)根据当前移动路径与统计路径的符合程度，来调整考虑统计路径上小区的优先性。

移动台用户移动过程中，当前移动路径越接近于统计路径，切换和重选时选择统计路径上小区的优先级越高，加权值越大，符合因子取值越大；当前移动路径越偏离统计路径，切换、重选时选择统计路径上小区的优先级越低，加权值越小，符合因子取值越小。如果当前路径偏离大于一定范围后，加权值为0，就不再考虑此统计路径；符合因子取值为0。

进一步的，路径符合程度增加速度因素能够提高判决准确度。

(5)如果路径符合程度低于门限值，就不再考虑基于移动统计路径的切换流程，而进入标准切换流程。

(6)移动台完成一次移动过程，记录切换移动路径，系统对移动台移动路线进行统计、分析，建立或者修正统计路径。

移动台整个移动过程中，反复运行以上步骤的全部或者部分，直到移动台用户完成这次移动过程，到达移动统计路径上的目的地，进入相对静止的状态。无线系统将此次移动的路径与以前形成的统计路径进行比较，修正统计路径数据，形成新的统计路径。

统计路径的信息包括时间段、位置信息；进一步的，位置信息包括小区ID、LAI、GPS定位系统获得的位置坐标、实际地理名称。

本方法进一步包括位置信息是位置区识别码(LAI Location Area Identity)的方法。目前在移动通信系统中广泛利用位置区(LA Location Area)来进行移动台定位，即将网络中的若干小区定义为一个位置区，并且分配唯一的位置区识别码(LAI Location AreaIdentity)。

本方法进一步包括位置信息是GPS定位系统获得的位置坐标的方法。路径信息中的位置信息是真实的地理信息，包括经纬度、地点名称。

本方法进一步包括统计路径的存储和加密功能。移动统计路径信息有两种存储方法：第一种方法：存储在网络侧，系统对统计路径信息进行加密处理，支持用户查询功能；第二种方法：存储在移动台，支持用户查询功能。

本方法进一步包括在网络结构发生变化后，移动统计路径的自动更新功能。当有小区增加或者减少时，系统将重新建立统计路径信息

本方法进一步包括这样的策略：在切换过程中增加了移动路径统计算法后，无线网络系统根据移动统计路径信息将移动台用户分配到宏峰窝小区，即网络分层小区的高层次小区，而不必驻留在移动过程中经过的微小区，大大减少切换和重选次数。

总之，当移动台进行切换时，不但以移动台和小区测量到的信号强度作为切换依据，而且利用了用户的统计路径信息，优化了现有切换算法和策略，提高了切换的成功率，提升了无线系统的性能；同时，对于WCDMA这样干扰受限的移动通信系统，还将有利于提高系统的容量。

附图说明

图1是切换路线示例图

图2是移动台测量值图

图3是切换处理步骤流程图

具体实施方式

下面结合图1至图2对本发明进行说明。

如图1所示，通过引入本发明算法前后的切换情况来说明本算法的作用。

以前的切换技术下：

1、当用户从如图所示的S点向E点移动，移动路线如图中虚线所示。经过区域1时，由于是多个小区的交界处，各小区的信号在此互相影响交叠，可能出现频繁切换，例如A2-＞B1-＞E1-＞E2-＞B3。频繁的切换和重选，增加了无线网络的负载，而且过多耗费了移动台的电量。

2、当用户从如图所示的S点向E点移动，移动路线如图中虚线所示。经过区域2时，这里是小区B2和B3的交界点，应该发生B3-＞B2的切换。假设存在物体遮挡情况，造成在交界区域2上小区B2的信号强度起伏变化，但实际是符合业务要求；仍然会触发两小区之间的乒乓切换。

使用本发明情况下：

1、当用户从如图所示的S点向E点移动，移动路线如图中虚线所示。经过区域1时，虽然存在多个信号交叠的情况，但是强度都相差不大，使用本发明算法，系统获知用户下一步最可能进入的小区是B3小区，那么在进行切换判断时就优选B3小区，减少了不必要的切换。

2、当用户从如图所示的S点向E点移动，移动路线如图中虚线所示。经过区域2时，因为距基站较近，B2和B3的信号都很强；实际上在整个区域2，B2是统计路径中的下一个小区，那么切换目标小区应该优选B2小区，这样能够减少切换过程中的乒乓切换。如果增加提前切换控制流程，还可以减少在交界处的各移动台之间的切换干扰。

如图2所示，是移动台移动过程中测量到的信号强度图；当前无线系统组网中经常见到类似的电磁环境。

假设移动台用户从小区1向小区3，移动台不断测量小区1、2、3的广播信道信号强度。

移动系统调用移动统计路径的切换算法，按照对应的时间段和当前所在地点，查询系统中的统计路径信息，发现统计路径上的下一小区为小区3。

在T1时刻，小区2的信号强度比小区1大一定的值，并且经过延迟时间ΔT；满足某些事件触发条件，触发移动台上报测量报告；测量报告中包含测量到的邻小区的信号强度，还包括切换的目标小区为小区2。

当无线网络控制器收到测量报告后，进行切换决策，同时调用基于移动统计路径的切换算法，比较小区2和小区3的各种测量指标以及信道状况和容量。在各类其他条件都相同或者相近的情况下，优先选择小区3为切换目标小区，无线网络控制器向移动台下发切换命令，命令其向小区3切换。

移动台收到切换命令，向小区3切换，这样小区3成为移动台的服务小区。减少了向小区2的切换，避免了在T2时刻小区2信号强度陡降时发生切换失败的问题。

下面说明本发明算法在3G移动通信系统的切换流程中的具体实施方式。在本发明的说明过程中，主要以3G移动通信系统为例讲述，但是本发明的思想方法适用于存在切换流程的蜂窝无线通信系统。

一、切换具体过程分为信号强度的测量、切换的决策和切换的执行三部分。

1、信号强度的测量：移动台不断测量当前小区和邻小区广播信道的强度，当符合一定的规则时，移动台将通过NODE B向RNC发送测量报告，提出切换请求，由其来启动切换处理进程。

测量哪些邻小区的命令是由网络侧下发的测量控制消息决定的，在测量控制消息中指定优先测量移动统计路径上的下一个小区；或者增加对统计路径上下一个小区的测量频率和上报次数。能够提高测量的准确度和实时性，这对于提高切换成功率非常有意义。

测量报告由事件触发上报或者周期性上报。在移动台上报测量报告时，如果其他条件都相同或者相似，则优先上报统计路径上的下一个小区为切换的目标小区。

2、切换的决策：RNC收到NODE B发提交的由移动台发出的切换请求，根据NODE B测量结果和移动台测量报告，与预先定义的阀值比较，以决定是否切换；除此之外，还要查询切换目标小区的信道状况和容量，以及接纳控制。在进行决策时，同时调用基于移动统计路径的切换算法，确定哪个小区为切换目标小区。

标准切换算法中，当符合下面的准则时，就启动切换，目标小区为小区n：

RXLEV_DL/UL(n)＞RXLEV_DL/UL+hoM arg inLev(n)/Qual(n)

RxLev_DL/UL＜hoThresholdsLevDL/UL

其中：RXLEV_DL/UL(n)为移动台接收到的监测集中小区n的信号强度测量值；RXLEV_DL/UL为移动台接收当前服务小区的信号强度的测量值；hoM arg inLev(n)/Qual(n)分别为小区n的电平和质量的切换储备；hoThresholdsLevDL/UL为服务小区的信号强度门限。

在本发明中，还要考虑优先选择统计路径上的小区的问题，优先地使用下面的判决准则。如果测量报告中存在两个小区k和l，它们测量值相差不大，都可以作为目标小区，小区k是移动统计路径上的小区。当以下公式成立，则选择小区k为切换目标小区：

RXLEV_DL/UL(k)+StatisticalLevel×β_k＞RXLEV_DL/UL(l)

其中：StatisticalLevel为移动统计路径上的小区的增益值，大小根据仿真确定，在网络优化过程中还需进行调整；β_k为k用户当前路径与统计路径符合因子，取值区间为[0，1]。

3、切换的执行：RNC通过NODE B向移动台下发切换命令，开始执行切换操作。

另外，WCDMA和CDMA2000标准中的导频集维护过程调用基于移动统计路径的切换算法，优先增加统计路径上的下一小区进入候选集等。

二、对于重选，本发明的方法同样适用。当服务小区的信号强度高于某一阀值时，只测量服务小区的信号强度；当服务小区的信号强度低于某一阀值时，才开始测量邻小区的信号强度。在满足某一事件时，上报测量报告，准备重选。无线网络系统收到测量报告，进行重选判决，选择在哪个小区驻留时，同样按照基于移动统计路径算法的流程步骤进行处理。

移动台将驻留在当前服务小区中，服务小区的系统消息下发给移动台小区重选优先级列表，即小区重选监测集合。移动台根据监测集合提供的小区信息，对小区进行监测。在系统信息中，指定优先测量移动统计路径上的下一个小区；或者增加对统计路径上下一个小区的测量频率和上报次数。可以提高测量的准确度和实时性，对于提高重选成功率非常有意义。

小区重选过程在一定情况下才会触发，例如发现更好的小区，或者小区选择参数S_rxlev≤0；

标准小区重选算法中的R标准如下式：

R_s＝Q_meas，s+Q_hysts

R_n＝Q_meas，n-Q_offsets，n

其中式中，Q_meas：接收信号质量的测量值，TD-SCD-MA中就是主公共控制信道的RSCP；Q_hysts：小区重选时，接收信号质量的滞后量；Q_offsets，n：小区重选时，两小区接收信号质量所要求的差值。

小区重选判决准则规定：如果不断测得的R_n和R_s能够在监测时间内，都保持R_n＞R_s，则判为需要进行重选；否则，不发生重选。即在监测时间内满足以下公式，才会发生重选：

Q_meas，n＞Q_meas，s+Q_offsets，n+Q_hysts

引入基于统计路径的切换算法后，优先地使用下面的判决准则。对于统计路径上的小区n，重选判决公式改进为：

Q_meas，n＞Q_meas，s+Q_offsets，n+Q_hysts-Q_statistical×β_k

其中Q_statistical表示统计路径上的小区的增益量，大小根据仿真确定，在网络优化过程中还需进行调整；β_k表示k用户当前路径与统计路径符合因子，取值区间为[0，1]。

这样，如果存在两个小区e和f，它们测量值相差不大，而小区e是移动统计路径上的小区时。那么小区e就会提前满足重选判决公式，而重选小区e。

本发明的切换方法直接兼容了标准切换方法，当无线网络以从移动台传送来的信道测量结果和基站测量值为根据决定切换时，可以通过网络侧的设置，决定是否启用本方法。

显然本领域的技术人员可以根据本发明的思想进行技术变形和改动。如果本发明的变形和改动属于本发明的权力要求及其等同的技术范围之列，则本发明也意图包含这些变形和改动。

Claims (7)

1.一种在无线通信系统中，提高切换、重选成功率，减少不必要的切换，提高无线网络性能的方法；通过以下步骤实现：(1)移动台开始移动，无线系统判断是否有统计路径信息，如果没有统计路径，则进入标准的切换流程，并在移动过程完成后记录移动路径，作为建立形成统计路径的原始信息；如果有统计路径，则系统开始基于移动统计路径的切换流程；(2)移动台在测量和测量报告上报时，优先选择统计路径上的小区；(3)无线网络系统进行切换决策决定目标小区时，如果其他判断条件都相同或相似，优先考虑移动统计路径上的下一个小区为目标小区；(4)根据当前移动路径与统计路径的符合程度，来调整考虑统计路径上小区的优先性；(5)如果路径符合程度低于门限值，就不再考虑基于移动统计路径的切换流程，而进入标准切换流程；(6)移动台完成一次移动过程，记录切换移动路径，系统对移动台移动路线进行统计、分析，建立或者修正统计路径。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统的切换方法，其中步骤(2)中，有以下三个策略作为可选项；第一个策略是：增加对统计路径上的下一个小区的测量频率和上报次数；第二个策略是：在移动台优先测量到的统计路径上的下一小区的信号足以满足当前移动台的业务需求时，就停止对其他邻小区的测量，如果暂时不能满足业务需求，则同时测量非统计路径上的邻小区的信号强度；第三个策略是：当测量到的统计路径上的下一个小区的信号强度已经满足业务需求，提前触发切换申请，提交测量报告；提前预切换能够分散在边界处大量的切换，减少大量切换时的相互干扰，提高切换成功率。

3.根据权利要求1所述的无线通信系统的切换方法，其中步骤(4)中，移动台用户移动过程中，当前移动路径越接近于统计路径，切换、重选时选择统计路径上小区的优先级越高，加权值越大，符合因子取值越大；当前移动路径越偏离统计路径，切换、重选时选择统计路径上小区的优先级越低，加权值越小，符合因子取值越小；如果当前路径偏离大于一定范围后，加权值为0，就不再考虑此统计路径；符合因子取值为0；进一步的，路径符合程度增加速度因素能够提高判决准确度。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统的切换方法，其中步骤(6)无线网络系统对移动台用户在日常生活中移动的路线进行存储，然后不断比较、统计各个时间点的移动信息，得出有规律的路径信息；然后再对路径信息优化、分析，形成针对地点和时段的最佳的统计路径；统计路径的信息包括时间段、位置信息；进一步的，位置信息包括小区ID、LAI、GPS定位系统获得的位置坐标、实际地理名称。

5.根据权利要求1所述的无线通信系统的切换方法，移动统计路径信息有两种存储方法：第一种方法：存储在网络侧，系统对统计路径信息进行加密处理，支持用户查询功能；第二种方法：存储在移动台，支持用户查询功能。

6.根据权利要求1所述的无线通信系统的切换方法，WCDMA和CDMA2000标准中的导频集维护过程调用基于移动统计路径的切换算法，优先增加统计路径上的下一小区进入候选集。

7.根据权利要求1所述的无线通信系统的切换方法，在切换过程中增加了移动路径统计算法后，无线网络系统根据移动统计路径信息将移动台用户分配到宏峰窝小区，即分层网络的高层次小区，而不必驻留在移动过程中经过的微小区，大大减少切换和重选次数。

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