CN103167570B - 一种室内蜂窝网络网中的切换触发与判决方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的方法及系统，该方法用于确定位于室内的微蜂窝网中的用户是否将其测量的切换结果上报源基站进行切换决策，所述方法包含如下步骤：用于测量目标基站与源基站的导频信号强度及各目标基站的切换延时；将得到导频信号强度依次经过层1滤波和层3滤波处理；根据经过L3滤波后的当前导频信号强度及存储的经层3滤波得到的历史导频信号强度依据下式预测未来某时刻经L3滤波后的输出导频信号强度；依次依据当前经L3滤波输出的导频信号强度及预测的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站。本发明提供的方法和系统能保证切换完成在合适的时刻进行。

Description

一种室内蜂窝网络网中的切换触发与判决方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种室内蜂窝网络网中的切换触发与判决方法及系统。

背景技术

目前70％的移动数据业务发生在室内环境，并且这一比例还将持续增长，室内热点无线覆盖需求巨大。因此，移动通信运营商除了对室外提供宏蜂窝级别的移动覆盖，对室内也提供覆盖半径更小的毫微微蜂窝(Femtocell)与皮蜂窝(Picocell)的覆盖，从而形成多种蜂窝基站重叠覆盖的混合组网网络架构。

由于室内场景中用户的移动以步行速度(即在12km/h内)为主。对于这种用户慢速移动的场景，3GPP LTE-A标准提出了进一步加强这种场景下用户性能的要求。例如，Femtocell覆盖半径通常在50米以内，即使步行用户也能够在30秒以内穿过Femtocell的覆盖范围。如果将Femtocell的覆盖半径与用户移动的速度同时扩大20倍，即可等价于覆盖半径为1000米，用户移动速度为240km/h的场景，此场景相当于用户在宏小区中高速运动，换言之，相对于Femtocell的覆盖半径，即使是步行速度的用户也相当于在Femtocell中“高速”运动。显然，用户相对于小区覆盖半径的移动速度越大，则切换时延占用户正常接受服务的时间的比例就越大，进而对切换用户的感知度影响越大，这种影响对于发生连续切换的用户更严重(例如，Femtocell以开放接入模式覆盖的写字楼与购物中心场景)。对于Picocell同样存在这个问题。因此，对于室内切换场景，相对于室内蜂窝的覆盖半径，切换时用户的步行移动却相当于“高速”移动。

如图1所示，室内无线蜂窝覆盖中用户切换存在3种切换场景，即同网关室内微蜂窝基站间切换、不同网关间室内微蜂窝基站间切换、室内微蜂窝基站向宏蜂窝基站的切换。

切换策略的好坏将直接影响整个系统的性能。对已有切换策略分析可知，移动通信系统(例如，GSM、WCDMA、3GPP LTE/LTE-A等)中一种重要的切换控制方式为移动台辅助切换控制(MAHO：MobileAssisted HandOver)，即用户对源基站及目标基站的导频信号进行测量并将测量结果上报给源基站，由源基站进行切换决策。这种切换方式的主要工作流程如图2(a)所示，主要包括3部分：切换测量与处理，切换决策以及切换执行。切换测量与处理过程由用户终端完成，如图2(b)所示，用户终端对源基站与目标基站的下行导频信号进行测量，然后通过信号处理滤除快衰与阴影衰落的影响。令当前时刻t经过信号处理后信号表示为r_k(t)，k∈[0，N]，其中，k＝0表示源基站，k∈[1，N]表示N个用户切换目标基站中的第k个目标基站。信号处理后的测量信号可根据式(5-1)进行用户切换触发判断。

r_k(t)≥r₀(t)+Δ， $\∀k\∈[1,N]---\left(1\right)$

其中，Δ为切换滞后容限(handover hysteresis)。如果满足式(1)给出的判断条件，则触发用户将测量结果上报给源基站，否则，继续进行切换测量。

切换决策由目标基站根据用户上报的内容进行。切换执行由源基站、目标基站、移动管理单元(MME)以及其它网元共同参与完成，由于切换执行过程中需要不同网元间交互大量的信令以及用户数据，必然产生一定的切换时延。随着移动通信网络的IP化以及网络的异构化，切换时延所带来的影响愈来愈受到业界重视。

切换时延问题是影响室内无线蜂窝覆盖实现无缝切换的重要因素之一，尤其对于采用硬切换(HH：Hard Handover)的3GPP LTE/LTE-A标准。

为了解决切换时延问题，切换预测的方法是研究热点方法之一，但是其在实际应用中存在一些问题：1)现有切换预测算法未充分考虑其复杂性与可操作性，因此，尽管大量文献验证了预测切换算法在降低切换时延、提高切换效率方面的有效性，但至今切换预测算法仍未能在移动通信标准中体现；2)已有研究多是根据用户习惯性运动模式预测用户未来的位置，由于全球定位系统(GPS)无法在室内环境应用，室内基站无法利用GPS有效获取用户当前的运动模式，因此，基于用户历史移动规律与当前位置、移动速度等参数的预测切换无法很好的应用于主要提供室内覆盖的蜂窝网络中。

目前70％的移动数据业务发生在室内环境，并且这一比例还将持续增长，室内热点无线覆盖需求巨大。因此，移动通信运营商除了对室外提供宏蜂窝级别的移动覆盖，对室内也提供覆盖半径更小的毫微微蜂窝(Femtocell)与皮蜂窝(Picocell)的覆盖，从而形成多种蜂窝基站重叠覆盖的混合组网网络架构。切换策略的好坏将直接影响整个系统的性能。切换决策由目标基站根据用户上报的内容进行。切换执行由源基站、目标基站、移动管理单元(MME)以及其它网元共同参与完成，由于切换执行过程中需要不同网元间交互大量的信令以及用户数据，必然产生一定的切换时延。随着移动通信网络的IP化以及网络的异构化，切换时延所带来的影响愈来愈受到业界重视。且现有技术存在如下问题：1)现有切换预测算法未充分考虑其复杂性与可操作性，因此，尽管大量文献验证了预测切换算法在降低切换延时、提高切换效率方面的有效性，但至今切换预测算法仍未能在移动通信标准中体现；2)已有研究多是根据用户习惯性运动模式预测用户未来的位置。由于全球定位系统(GPS)无法在室内环境应用，室内基站无法利用GPS有效获取用户当前的运动模式，因此，基于用户历史移动规律与当前位置、移动速度等参数的预测切换无法很好的应用于主要提供室内覆盖的蜂窝网络中。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术在室内蜂窝网络网中的切换触发与判决策略中存在的延时很大的问题，从而提供一种室内蜂窝网络网中的切换触发与判决方法及系统

本发明要解决的技术问题是：如何为无线混合组网蜂窝网络中室内用户终端一种有效的切换预测触发判决方法，以降低切换时延对用户服务感知度的影响。

为克服上述问题，本发明提供了一种决策室内蜂窝中终端上报切换测量信息的方法，该方法用于确定位于室内的微蜂窝网中的用户是否将其测量的切换结果上报源基站进行切换决策，所述方法包含如下步骤：

步骤101)用于测量目标基站与源基站的导频信号强度及各目标基站的切换延时；

步骤102)将得到导频信号强度依次经过层1滤波和层3滤波处理；

步骤103)根据经过L3滤波后的当前导频信号强度及存储的经层3滤波得到的历史导频信号强度依据下式预测未来某时刻经L3滤波后的输出导频信号强度；

其中，为预测第K_i个时刻的层3滤波后的输出导频信号强度，i为正整数，表示定义的第i种切换场景，且定义的切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中； ${\hat{r}}_k\left(n\right)=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{-{\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1})\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right)=B\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right),$ e(n)为当前时刻误差因子， $B=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{{-\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1}),$ q^-1为单位滞后算子，满足关系式q^-1e(n)＝e(n-1)，b_i(i∈[1，p])为自回归参数，n表示当前时刻；k为自然数，表示当前用户切换目标基站集合中的第k个目标基站；E表示求数学期望；

步骤104)依据当前经L3滤波输出的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站，如果是则将向源基站上报测量信息，如果否进入下步；

步骤105)依据步骤103)预测的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站，如果是则将向源基站上报测量信息，如果否返回步骤101)。

优化的，所述步骤102)之后和步骤103)之间还包含：

用于存储经层3滤波得到的历史导频信号强度的步骤。

进一步优化的，所述测量切换延时的步骤进一步包含：

步骤101-1)识别各目标切换基站的切换场景；

步骤101-2)根据得到的切换场景测量切换时延；

其中，所述切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中。

所述步骤101-1)基于物理小区标识识别目标基站的切换场景，具体包含如下子步骤：

规划室内微基站网关所分配的PCI，即同一宏蜂窝覆盖范围内不同室内微基站网关分配不同的PCI集合；

如果用户终端探测的PCI与服务小区PCI分属于两个相同的微基站网关PCI段属于第一切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属于两个不同的微基站网关PCI段，则属于第二切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属宏基站段和微基站网关段，则属于第三切换场景。

可选的，所述步骤105)进一步包含如下步骤：

步骤105-1)将预测的某个目标基站的导频信号强度与源基站的导频信号强度值进行比较如果前者大于等于后者与切换滞后容限之和则进入下步；否则执行步骤105-3)

步骤105-2)将目标基站的标识赋值给满足切换触发判决条件的目标基站的集合；

步骤105-3)将目标基站的标识增加1；

步骤105-4)将目标基站的标识与终端目标基站总数进行比较，如果目标基站的标识大于终端目标基站总数则执行下步；否则执行步骤105-1)；

步骤105-5)将目标基站的集合与空集合进行比较，如果目标基站的集合等于空集合则执行切换测量；否则将目标基站的集合中的最大的预测层3导频信号值所对应的目标切换基站标号赋值给源基站。

基于上述方法本发明还提供一种决策室内蜂窝中终端上报切换测量信息的系统，该系统用于确定位于室内的微蜂窝网中的用户是否将其测量的切换结果上报源基站进行切换决策，所述系统包含：

切换测量模块，用于测量目标基站与源基站的导频信号强度及各目标基站的切换延时；

信号处理模块，用于将得到导频信号强度依次经过层1滤波和层3滤波处理；

层3预测模块，用于根据经过L3滤波后的当前导频信号强度及存储的经层3滤波得到的历史导频信号强度依据下式预测未来某时刻经L3滤波后的输出导频信号强度；

其中，为第K_i个时刻的层3滤波后的输出导频信号强度，i为正整数，表示定义的第i种切换场景，且定义的切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中； ${\hat{r}}_k\left(n\right)=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{-{\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1})\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right)=B\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right),$ e(n)为当前时刻误差因子， $B=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{{-\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1}),$ q^-1为单位滞后算子，满足关系式q^-1e(n)＝e(n-1)，b_i(i∈[1，p])为自回归参数，n表示当前时刻；k为自然数，表示当前用户切换目标基站集合中的第k个目标基站；E表示求数学期望；

层3初步判断决策模块，用于依据当前经L3滤波输出的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站；和

层3再次判断决策模块，用于依据预测模块预测的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站。

优化的，所述系统还包含一存储单元，用于存储经层3滤波得到的若干历史导频信号强度。

进一步优化的，所述切换测量模块进一步包含：

场景识别模块，用于识别各目标切换基站的切换场景；

切换延时测量模块，用于根据得到的切换场景测量切换时延；

其中，所述切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中。

所述场景识别模块基于物理小区标识识别目标基站的切换场景，该场景识别模块进一步包含如下子模块：

规划子模块，用于将同一宏蜂窝覆盖范围内不同室内微基站网关分配不同的PCI集合；和

场景判断模块，用于判断如果用户终端探测的PCI与服务小区PCI分属于两个相同的微基站网关PCI段属于第一切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属于两个不同的微基站网关PCI段，则属于第二切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属宏基站段和微基站网关段，则属于第三切换场景。

可选的，所述初步判断决策模块进一步包含如下子模块：

第一判断子模块，用于将预测的某个目标基站的导频信号强度与源基站的导频信号强度值进行大小比较判断，如果前者较大则将启动第一赋值子模块，否则直接启动累加子模块；

第一赋值子模块，用于将目标基站的标识赋值给满足切换触发判决条件的目标基站的集合，再启动累加子模块；

累加子模块，用于将目标基站的标识累加1；

第二判断子模块，用于将目标基站的标识与终端目标基站总数进行大小比较判断，如果目标基站的标识值较大则启动第三判断子模块，如果终端目标基站总数较大则直接启动第二赋值子模块；

第三判断子模块，用于将目标基站的集合与空集合进行相等比较判断，如果标基站的集合不是空集则启动第二赋值模块，如果是空集则返回切换测量模块；和

第二赋值子模块，用于将目标基站的集合中的最大的预测层3导频信号值所对应的目标切换基站标号赋值给源基站，切换触发报告向源基站提前上报切换测量信息。

采用上述的技术方案后，本发明具有以下优点：本发明提供了一种混合组网室内覆盖中，用户终端根据测量得到的目标切换基站的切换时延，预测未来各目标切换基站的接收导频信号强度(或者称为参考信号强度)，并使用预测信号强度提前触发并判决是否向源基站上报切换测量结果的方法，保证切换完成在合适的时刻，可适用于LTE、LTE-A等各种蜂窝通信系统中室内用户的切换，降低室内用户的切换时延，提高室内用户的服务感知度。

附图说明

图1是现有技术的室内无线蜂窝覆盖中用户切换存在3种切换场景；

图2-a是现有技术的用户终端在切换过程中工作流程，(a)切换主要流程(b)切换中用户辅助部分流程图；

图2-b是现有技术的用户终端在切换过程中用户辅助部分流程图；

图3本发明的预测切换触发策略；

图4是本发明的预测切换触发策略时序示意图

图5是本发明的切换触发判决流程图；

图6是本发明的方法包含的预测及切换触发判断的流程图；

图7-a是本发明的切换系统的示意图；

图7-b是本发明的切换系统包含的用户辅助部分的详细的测量切换流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。

1、首先，用户终端改进了切换测量测量各目标切换基站的切换延时的策略，即先确定目标切换基站与源基站的场景，然后依据确定的场景有区别的测量目标切换基站的延时，所述策略具体描述如下：

由于切换时延由层2(L2：Layer 2)与层3(L3：Layer 3)切换准备时间，以及网关等网元之间信令与用户数据的交互时间组成，而这些影响因素与图1所描述的3种切换场景直接相关。

以t_c，i表示测量得到的不同目标切换基站的切换时延，下面阐述方案时，以图1中3种场景下的最大切换时延作为每种场景的切换时延为例，即3种不同切换场景的切换时延分别为：

$t_{c,i}=\left\{\begin{array}{cc}{t}_{c,1}& ,i=1\\ t_{c,2}& ,i=2\\ t_{c,3}& ,i=3\end{array}\right.,---\left(2\right)$

其中i∈{1，2，3}表示3种切换场景的标识。

为了使切换用户在切换测量过程中快速获取不同场景的切换时延，本发明采用了一种基于物理小区标识(PCI)的用户终端切换场景识别方法。

物理小区标识用于用户终端在物理层辨识不同的小区，这个标识实质上是通过伪随机码实现的，尽管一定长度的伪随机码数量有限(例如，3GPP LTE系统中PCI只有504个)，但是一个小区的PCI不需要在整个系统内唯一，只需要在每个用户可接收信号的范围内唯一即可，因此PCI在整个系统内是复用的。另外，由于每个室内微基站网关允许接入大量的室内微基站，因此在同一宏小区覆盖范围内只需一个或几个室内微基站网关。

基于上述分析，本发明对室内微基站网关所分配的PCI做进一步规划，即同一宏蜂窝覆盖范围内不同室内微基站网关(MGW)使用不同的PCI集合。例如，设宏小区有3个室内微基站网关，如表1所示，同一宏小区中PCI规划为4个相互正交的PCI段，MGW1～3与宏基站(MBS)占用相互正交的PCI段。

表1，PCI规划实例

基于上述PCI规划，用户终端自主辨识切换场景方法描述如下。

室内切换用户终端在切换测量过程中读取物理小区标识(PCI)之后：

1)如果其探测的PCI与服务小区PCI分属于两个相同的MGW PCI段，则切换场景1可确定，从而相应的切换时延t_c，1也可获知；

2)如果其探测的PCI与服务小区PCI分属于两个不同的MGW PCI段，则切换场景2可确定，从而相应的切换时延t_c，2也可获知；

3)如果其探测的PCI与服务小区PCI分属宏基站段和MGW段，则切换场景3可确定，从而相应的切换时延t_c，3也可获知。

2、基于改进的切换延时的测量方法或采用现有技术的测量方法测量切换延时后，连同各个基站(包含源基站和目标切换基站)发送的导频信号或参考信号同时发送至信号处理子系统中。

本发明改进了现有技术的信号处理子系统，在现有信号处理子系统包含的层1滤波和L3(层3)滤波处理后增加L3(层3)预测模块，并改进了与L3(层3)预测模块输出端相连的L3(层3)切换触发判决模块，具体介绍如下：

如图4所示，现有技术的切换通常基于下行导频信号或者参考信号的测量，这些信号在用户接收端必然受到路径损耗、阴影衰落与多径衰落的影响。切换触发判决应尽可能消除多径衰落的影响，并一定程度上避免阴影衰落的影响。因此，用户终端接收到参考信号后，首先通过L1滤波模块与L3滤波模块减小多径衰落与阴影衰落的影响。基于L1滤波与L3滤波后的当前数据与历史数据，L3预测对信号强度进行预测。最后，L3切换触发判断模块根据L3滤波模块与L3预测模块的输出数据进行切换触发判决。下面将结合如图5所示的预测切换触发策略时序示意图对各模块进行详细分析。

如图6所示，该图为本发明的方法中的改进的切换触发与判决策略，具体包括以下步骤：

S1、根据经过层3(L3)滤波后的当前与历史导频信号预测未来L3滤波后的输出；

S2、根据当前的L3滤波输出进行正常切换触发判断，并根据预测L3滤波输出进行未来切换触发判决。

即现有技术中仅仅采用上步骤中根据经过层3(L3)滤波后的当前输出进行正常切换触发判断，导致切换延时较大。

如图7-a与图2-a对比，图2-b和图7-b对比，可知本发明改进的技术方案与现有技术之间的关系，本发明完善和改进了现有技术的用户辅助切换流程的步骤，将用户终端经过滤波信号处理后再进行预测处理，依据预测处理得到的未来导频信号强度确定是否提前触发并判决向源基站上报切换测量结果的操作，即进行未来切换触发判决，如果是则向源基站提前上用户终端测量得到的切换信息，即相对于现有技术的切换策略本发明在形成正常切换触发判决得到不上报切换测量信息的条件下再次启动预测切换判断部分进行进一步判断，这样的策略有可能导致用户终端依据预测切换判断结果提前向源基站上报其测量得到的切换信息。

具体实施例：

如图4与图5所示，用户每隔时间t_w测量一次参考信号，t_w由η_w个发送时间间隔(TTI：Transmission Time Interval)组成，即t_w＝η_w·TTI，其中η_w为正整数。在第n个t_w，用户测量得到第k个基站的参考信号功率可表示为：

$s_k\left(n\right)=p_{\mathrm{RS}}\·{\mathrm{\Σ}}_{j\∈{\mathrm{\ζ}}_k}{g}_{\mathrm{kj}}\left(n\right)---\left(3\right)$

其中，ζ_k为基站k的参考信号集合，在LTE系统中参考信号时频位置图谱由基站的PCI决定；p_RS为每个资源粒子(RE：Resource Element)参考信号的发射功率；k∈[0，N]表示用户终端所测量的基站标号，k＝0表示源基站，k∈[1，N]表示目标基站；g_kj为基站k的资源粒子参考信号j到切换用户的链路增益。

L3滤波模块用以平滑阴影衰落对切换用户接收到的参考信号的影响，如图5所示，L3滤波模块对t_m时间内的s_k(n)进行滤波，其中t_m＝η_m·t_w＝η_m·η_w·TTI，η_m为正整数。L3滤波器表示为：

$r_k\left(n\right)=[1-\frac{1}{{\mathrm{\η}}_m}]\×r_k(n-1)+\frac{1}{{\mathrm{\η}}_m}\×s_k\left(n\right)---\left(4\right)$

其中，r_k(n)为用户终端在第n个t_w根据式(4)的滤波输出值。式(4)实质上是使用一阶无限冲击响应滤波器(IIR：Infinite Impulse Response)对时间窗η_m·t_w内的信号进行滤波，并且η_m的取值越大则r_k(n)越平滑。

本发明在L3预测模块中基于AR模型对未来信号进行预测。

设时间窗t_m内n个时刻的L3滤波器已知输出为{r_k(n)，r_k(n-1)，…，r_k(n-η_m+1)}。定义时间窗t_m内r_k(n)的平均值为λ，并表示为：

$\mathrm{\λ}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{l=0}^{{\mathrm{\η}}_m-1}{r}_k(n-l)}{{\mathrm{\η}}_m}---\left(5\right)$

另外，定义 ${\hat{r}}_k(n-l)=r_k(n-l)-\mathrm{\λ},$ $\∀l\∈[0,{\mathrm{\η}}_m-1].$ 那么，利用AR(η_m-1)模型，的值可表示为时间窗t_m内...，与非相关白噪声的线性方程：

${\hat{r}}_k\left(n\right)=b_1{\hat{r}}_k(n-1)+b_2{\hat{r}}_k(n-2)+...+b_{{\mathrm{\η}}_m-1}{\hat{r}}_k(n-{\mathrm{\η}}_m+1)+e\left(n\right)---\left(6\right)$

其中，e(n)为白噪声，其均值为0，方差为b₁，…，为AR模型中的系数。

定义单位滞后算子表示为q^-1，并满足关系式q^-1e(n)＝e(n-1)，将单位滞后算子q^-1代入式(6)有：

${\hat{r}}_k\left(n\right)=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{-{\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1})\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right)---\left(7\right)$

$=B\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right)$

b₁，…，可通过式(8)的线性方程组求解：

$\left(\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ .\\ .\\ .\\ b_{{\mathrm{\η}}_m-1}\end{array}\right)={\left(\begin{array}{cccc}1& {\mathrm{\θ}}_1& ...& {\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{\η}}_m-2}\\ {\mathrm{\θ}}_1& 1& ...& {\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{\η}}_m-3}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ {\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{\η}}_m-2}& {\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{\η}}_m-3}& ...& 1\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{\η}}_m-1}\end{array}\right)---\left(8\right)$

其中，为滞后i的自相关函数。

由图5可知t_c，i＝K_i·t_w，i∈{1，2，3}，其中K_i正整数。则根据式(7)有当前时刻后的K_i个t_w时刻的预测值，表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{r}}_k(n+K_i)=B\·{\hat{r}}_k(n+K_i-1)+e(n+K_i)\\ {\hat{r}}_k(n+K_i-1)=B\·{\hat{r}}_k(n+K_i-2)+e(n+K_i-1)\\ .\\ .\\ .\\ {\hat{r}}_k(n+2)=B\·{\hat{r}}_k(n+1)+e(n+2)\\ {\hat{r}}_k(n+1)=B\·{\hat{r}}_k\left(n\right)+e(n+1)\end{array}\right.---\left(9\right)$

由式(9)可递推得到当前时刻后第K_i个t_w时刻的预测值为：

${\hat{r}}_k(n+K_i)=B^{K_i}\·{\hat{r}}_k\left(n\right)+{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{K_i}{B}^{K_i-j}\·e(n+j)---\left(10\right)$

根据时间序列理论，在保证最小均方误差的条件下，预测开始时间点之后的的最优预测值可由下式计算得到：

利用L3滤波模块与L3预测模块的输出，L3切换触发判断模块采用下式对当前时刻以及所预测的信号进行判断：

r_k(n)≥r₀(n)+Δ，k∈[1，N]                   (12)

$\stackrel{\‾}{r_k}(n+K_i)\≥\stackrel{\‾}{r_0}(n+K_i)+\mathrm{\Δ},$ k∈[1，N]                         (13)

为了避免用户测量起始时刻的滞后性以及预测突发性错误引起切换预测触发失效，预测切换触发策略保留了对当前时刻L3滤波输出信号的切换判断。

定义S_H为切换用户目标基站集合，|S_H|表示目标基站集合的基数，S_{H_t}为满足切换触发判决条件的目标基站的集合。L3切换判断流程如图6所示，整个流程分为两部分：正常切换触发判断部分与预测切换判断部分，为了保证切换触发的鲁棒性，因此，前者的优先级高于后者。

由于基站切换决策与切换执行过程超出本发明所涉及范围，相关内容可参考相关文献。

总之，本发明提供了一种混合组网室内覆盖中，用户终端根据测量得到的目标切换基站的切换时延，预测未来各目标切换基站的接收导频信号强度(或者称为参考信号强度)，并使用预测信号强度提前触发并判决是否向源基站上报切换测量结果的方法，保证切换完成在合适的时刻，从而降低室内用户的切换时延，提高室内用户的服务感知度。

本发明专利所提出的方法基于现有移动通信标准中的切换过程，特别是3GPPLTE/LTE-A系统，与移动通信标准具有良好的兼容性，因此，具有良好实用价值。

以上所述仅为本发明的一个具体实施方式，并非用于限定本发明的保护范围，本领域的技术人员应当理解，在不脱离发明原理的前提下，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围中。

Claims (10)

1.一种室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的方法，该方法用于确定位于室内的微蜂窝网中的用户是否将其测量的切换结果上报源基站进行切换决策，所述方法包含如下步骤：

步骤101)用于测量目标基站与源基站的导频信号强度及各目标基站的切换延时；

步骤102)将得到导频信号强度依次经过层1滤波和层3滤波处理；

步骤103)根据经过L3滤波后的当前导频信号强度及存储的经层3滤波得到的历史导频信号强度和切换延时，依据下式预测未来某时刻经L3滤波后的输出导频信号强度；

其中，为预测的第K_i个时刻的层3滤波后的输出导频信号强度，i取值为正整数，对应于定义的第i种切换场景，且定义的切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中； ${\hat{r}}_k\left(n\right)=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{-{\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1})\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right)=B\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right),$ e(n)为当前时刻误差因子，q^-1为单位滞后算子，满足关系式q^-1e(n)＝e(n-1)，b_i(i∈[1,p])为自回归参数，n表示当前时刻；k为自然数，表示当前用户切换目标基站集合中的第k个目标基站；E表示求数学期望；

步骤104)依据当前经L3滤波输出的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站，如果是则将向源基站上报测量信息，如果否进入下步；

步骤105)依据步骤103)预测的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站，如果是则将向源基站上报测量信息，如果否返回步骤101)。

2.根据权利要求1所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的方法，其特征在于，所述步骤102)之后和步骤103)之间还包含：

用于存储经层3滤波得到的历史导频信号强度的步骤。

3.根据权利要求1所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的方法，其特征在于，所述测量切换延时的步骤进一步包含：

步骤101-1)识别各目标切换基站的切换场景；

步骤101-2)根据得到的切换场景测量切换时延。

4.根据权利要求3所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的方法，其特征在于，所述步骤101-1)能基于物理小区标识PCI识别目标基站的切换场景，具体包含如下子步骤：

规划室内微基站网关所分配的PCI，即同一宏蜂窝覆盖范围内不同室内微基站网关分配不同的PCI集合；

如果用户终端探测的PCI与服务小区PCI分属于两个相同的微基站网关PCI段属于第一切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属于两个不同的微基站网关PCI段，则属于第二切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属宏基站段和微基站网关段，则属于第三切换场景。

5.根据权利要求1所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的方法，其特征在于，所述步骤105)进一步包含如下步骤：

步骤105-1)将预测的某个目标基站的导频信号强度与源基站的导频信号强度值进行比较，如果前者大于等于后者与切换滞后容限之和则进入下步；否则执行步骤105-3)；

步骤105-2)将目标基站的标识赋值给满足切换触发判决条件的目标基站的集合；

步骤105-3)将目标基站的标识增加1；

步骤105-4)将目标基站的标识与终端目标基站总数进行比较，如果目标基站的标识大于终端目标基站总数则执行下步；否则执行步骤105-1)；

步骤105-5)将目标基站的集合与空集合进行比较，如果目标基站的集合等于空集合则执行切换测量；否则将目标基站的集合中的最大的预测层3导频信号值所对应的目标切换基站标号赋值给源基站。

6.一种室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的系统，该系统用于确定位于室内的微蜂窝网中的用户是否将其测量的切换结果上报源基站进行切换决策，所述系统包含：

切换测量模块，用于测量目标基站与源基站的导频信号强度及各目标基站的切换延时；

信号处理模块，用于将得到导频信号强度依次经过层1滤波和层3滤波处理；

层3预测模块，用于根据经过L3滤波后的当前导频信号强度及存储的经层3滤波得到的历史导频信号强度依据下式预测未来某时刻经L3滤波后的输出导频信号强度；

其中，为预测的第K_i个时刻的层3滤波后的输出导频信号强度，i为正整数，表示第i种切换场景，且定义的切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中； ${\hat{r}}_k\left(n\right)=(b_1+q^{-1}{b}_2+...+q^{-{\mathrm{\η}}_m+2}{b}_{{\mathrm{\η}}_m-1})\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right)=B\·{\hat{r}}_k(n-1)+e\left(n\right),$ e(n)为当前时刻误差因子，q^-1为单位滞后算子，满足关系式q^-1e(n)＝e(n-1)，b_i(i∈[1,p])为自回归参数，n表示当前时刻；k为自然数，表示当前用户切换目标基站集合中的第k个目标基站；E表示求数学期望；

层3初步判断决策模块，用于依据当前经L3滤波输出的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站；和

层3再次判断决策模块，用于依据预测模块预测的导频信号强度，确定是否将用户终端测量的切换信息上报源基站。

7.根据权利要求6所述室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的系统，其特征在于，所述系统还包含一存储单元，用于存储经层3滤波得到的若干历史导频信号强度。

8.根据权利要求6所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的系统，其特征在于，所述切换测量模块进一步包含：

场景识别模块，用于识别各目标切换基站的切换场景；和

切换延时测量模块，用于根据得到的切换场景测量切换时延；

其中，所述切换场景包含：第一切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的同一网关中；第二切换场景，源基站与目标切换基站位于微微蜂窝中的不同网关中；第三切换场景，源基站与目标切换基站各自位于不同类型蜂窝中的网关中。

9.根据权利要求8所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的系统，其特征在于，所述场景识别模块基于物理小区标识PCI识别目标基站的切换场景，该场景识别模块进一步包含如下子模块：

规划子模块，用于将同一宏蜂窝覆盖范围内不同室内微基站网关分配不同的PCI集合；和

场景判断模块，用于判断如果用户终端探测的PCI与服务小区PCI分属于两个相同的微基站网关PCI段属于第一切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属于两个不同的微基站网关PCI段，则属于第二切换场景；如果探测的PCI与服务小区PCI分属宏基站段和微基站网关段，则属于第三切换场景。

10.根据权利要求6所述的室内蜂窝网中的终端上报切换测量信息的系统，其特征在于，所述初步判断决策模块进一步包含如下子模块：

第一判断子模块，用于将预测的某个目标基站的导频信号强度与源基站的导频信号强度值进行大小比较判断，如果前者较大则将启动第一赋值子模块，否则直接启动累加子模块；

第一赋值子模块，用于将目标基站的标识赋值给满足切换触发判决条件的目标基站的集合，再启动累加子模块；

累加子模块，用于将目标基站的标识累加1；

第二判断子模块，用于将目标基站的标识与终端目标基站总数进行大小比较判断，如果目标基站的标识值较大则启动第三判断子模块，如果终端目标基站总数较大则直接启动第二赋值子模块；

第三判断子模块，用于将目标基站的集合与空集合进行相等比较判断，如果标基站的集合不是空集则启动第二赋值模块，如果是空集则返回切换测量模块；和

第二赋值子模块，用于将目标基站的集合中的最大的预测层3导频信号值所对应的目标切换基站标号赋值给源基站，切换触发报告向源基站提前上报切换测量信息。