CN103237324B

CN103237324B - 一种地理位置信息辅助lte系统快速切换判决方法

Info

Publication number: CN103237324B
Application number: CN201310137047.8A
Authority: CN
Inventors: 范平志; 费明
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103237324A

Abstract

本发明公开了一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其做法主要是，根据GPS得到的用户地理位置信息结合源基站和相邻基站的位置，当前小区和相邻小区的天线模式，利用路径衰落模型和天线增益公式，计算用户与各小区之间的大尺度衰落，选定大尺度衰落最小的小区为最优小区。当最优小区连续多次为同一小区时，将该小区作为目标小区进行切换；或者计算出最优小区后，再对各小区的参考信号接收强度进行测量，并对最优小区的参考信号接收强度进行加强修正，再进行比较得出目标小区。该方法判决计算简单，快速，能有效的提高系统的切换成功率，减低切换频率，适用于高移动性场景下的LTE-A通信系统。

Description

一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法

技术领域

本发明针对高移动条件下的长期演进技术(LTE)及其后续演进(LTE-A)的通信系统，提出一种用户地理位置信息辅助的快速切换判决方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

通常，在LTE及其LTE-A系统中，切换流程由切换测量和判决，切换准备，切换执行三个步骤组成，整个切换流程由用户和LTE-A基站即演进型节点B(EvolvedNodeB，eNodeB)协作完成。切换测量由用户执行，测量当前服务小区和相邻小区的参考信号接收强度(ReferenceSignalReceivingPower，RSRP)或者参考信号接收质量(ReferenceSignalReceivingQuality，RSRQ)，并经过物理层L1滤波器和网络层L3滤波器的处理，如果满足切换判决准则，则形成测量报告发送给当前服务基站，即源基站。对目前应用最普遍的同频组网方案，LTE-A系统的切换判决事件准则采用A3事件，即当测量的邻小区RSRP高于服务小区RSRP一定的门限，且此状态持续一段触发时间(TimetoTrigger，TTT)后，用户终端向服务基站上报测量报告。源基站根据接收到的测量报告，决定切换的目标基站和目标小区，并与目标基站进行切换准备工作，最后通知用户执行切换，与目标小区建立连接。当前这种切换方案对于较低移动性场景下的LTE-A系统是可以满足系统需求的。

当用户处于高移动性场景下，例如速度达到350公里/小时的高速列车，会有一些问题导致LTE-A当前的切换方案不能达到理想的性能。首先，用户快速的移动，会导致频繁的小区穿越，使切换频率增加。为了避免频繁的越区切换，组网的时候会设计较大的小区半径和基站覆盖的范围，这样就导致在小区边缘区域信号强度弱，切换成功率低。其次，高速移动的用户经过相邻小区的重叠区域时间将大大降低，用户需要在很短的时间内完成切换流程，对快速切换方案提出了要求。

从文献的检索结果来看，对于高移动性下LTE-A系统切换算法的性能和利用位置信息辅助切换的方案已经有部分研究。专利“一种基于地理位置信息的TD-LTE通信系统的快速切换方法”(CN102300274A)通过实验和统计得到的最优的切换参考点，当用户移动到预先设定的切换参考点时，即触发切换，并且该方法能够根据用户终端UE的移动速度，动态地调整切换方法，降低通话掉话次数，提高切换成功率。该专利只考虑了高速铁路场景下线性网络，提出的方法只适用于各小区线性部署在铁路沿线的情况，在普通的蜂窝网中无法使用。另外该专利中的方法在进行切换判决时，只利用了位置信息而没有考虑到信号质量的变化，在地理条件较复杂的环境中，难以达到较好的性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种地理位置信息辅助LTE-A快速切换判决方法，该方法判决计算简单，快速，能有效的提高系统的切换成功率，减低切换频率，适用于高移动性场景下的LTE-A通信系统。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其步骤依次是：

1)用户从当前所连接的源基站处获取相邻小区列表，源基站和相邻基站位置及路径衰落模型，当前小区和相邻小区天线模式；

2)用户获取自身位置信息：利用GPS无线定位技术，用户周期性的获取自身位置信息；

3)选择最优小区：用户根据当前自身位置，源基站和相邻基站的位置，当前小区和相邻小区的天线模式，利用路径衰落模型和天线增益公式，计算用户与各小区之间的大尺度衰落，选定大尺度衰落最小的小区为最优小区；

4)切换判决：

用户记录每个周期计算得到的最优小区，如果某个相邻小区被连续选择为最优小区，且连续次数大于设定的阈值N，则判定该小区为目标小区，并上报源基站，由源基站进行当前小区向目标小区的切换操作。

或者，用户测量当前小区和相邻小区的参考信号接收强度，并进行物理层和网络层滤波，得到滤波后的参考信号接收强度；对最优小区的滤波后的参考信号接收强度再叠加一个正的偏置值得到最优小区的修正参考信号接收强度；在最优小区的修正参考信号接收强度和其余相邻小区的参考信号接收强度中选出最大值，如该最大值大过当前小区的参考信号接收强度设定的门限，且此状态持续80-160ms，则判定所述最大值对应的小区即为目标小区，用户即将判定的目标小区上报源基站，由源基站进行当前小区向目标小区的切换操作。

与现有技术相比，本发明的有益结果是：

(一)、本发明的第一种方法根据GPS得到的用户地理位置信息结合源基站和相邻基站的位置，当前小区和相邻小区的天线模式，利用路径衰落模型和天线增益公式，计算用户与各小区之间的大尺度衰落，选定大尺度衰落最小的小区为最优小区，由于利用用户位置信息及获取的各小区已有信息计算出最优小区进行切换，不用测量信号强度，计算简单、迅速，切换判决的时间短；使用户即时切换到较当前小区更优的最优小区，切换成功率高，切换次数少。既适用线状网络，也适用于常见的蜂窝状网络布局中，尤其适用于两种网络中的高移动性场合。

并且需最优小区连续多次为同一小区时，才将该小区作为目标小区进行切换，可避免用户低速移动时偶然事件的干扰，而产生误判，进一步保证了切换成功率；而在用户高速移动时则减少连续多次以满足实时快速切换的要求，同时，该方法也不需要进行历史测量与试验，所需人工投入少，成本低、便于实施。

(二)、本发明的第二种方法是根据GPS得到的用户地理位置信息及相关信息计算出最优小区后，再对各小区的参考信号接收强度进行测量，并对最优小区的参考信号接收强度进行加强修正，再进行比较得出目标小区；综合考虑了地理位置信息的计算结果和信号强度的测量结果，更加准确、可靠的选出信号最优小区作为目标小区进行切换。并且由于对位置信息计算出的最优小区进行了加强修正，在通常情况下，该最优小区也能在第一时间的信号接收强度的比较中胜出；其目标小区的切换判决时间短，切换成功率高，切换次数少，既适用线状网络，也适用于常见的蜂窝状网络布局中，尤其适用于两种网络中的高移动性场合。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例一的仿真实验的切换成功率曲线。

图中横坐标为定位周期T，纵坐标为切换成功率。图中菱形、方块和三角形实线分别代表阈值N取1、3、5时的切换成功率曲线。

图2本发明实施例一的仿真实验的总切换次数曲线。图中横坐标为定位周期T，纵坐标为总切换次数。图中菱形、方块和三角形实线分别代表N取1、3、5时的切换成功率曲线。

图3为实施例二的仿真实验的和LTE-A系统现有切换方法仿真实验的成功率比较曲线。图中横坐标为触发时间，纵坐标为切换成功率。图中方块和三角实线分别代表LTE-A现有切换方法和实施例二的方法的切换成功率曲线。

图4为实施例二的仿真实验和LTE-A系统现有切换方法仿真实验的切换频率比较曲线。图中横坐标为触发时间，纵坐标为总切换次数。图中方块和三角实线分别代表LTE-A现有切换方法和实施例二的方法的切换频率曲线。

具体实施方式

实施例一

一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其步骤依次是：

1)获取小区信息：用户从当前所连接的源基站处获取相邻小区列表，源基站和相邻基站位置及路径衰落模型，当前小区和相邻小区天线模式；

2)获取位置信息：利用GPS无线定位技术，用户周期性的获取自身位置信息；

本例中用户周期性的获取自身位置信息的周期1～2秒；

4)切换判决：

本例中的连续次数的阈值N为1～3。

仿真实验：

仿真建模中，设LTE-A系统小区，包含19个基站和57个小区以蜂窝形式组网，每个基站有3个小区。覆盖区域内的信道建模包括路径衰落，阴影衰落，和瑞利衰落。用户移动速度为350km/h，移动方向仿真开始时随机产生。

基站与用户发送功率等切换参数、HARQ重传设定等相关参数的详细信息见表1。

表1

仿真模型中选定的各小区路径衰落模型和天线模式公式为：

路径衰落(Pathloss)计算公式：

Pathloss＝128.1+37.6log(R)

式中R为用户和基站的距离，单位为km。

天线增益A_V(θ)计算公式：

A_V(θ)＝-min[12(θ/θ_3dB)²，20]

式中，θ为用户所在方向与天线最大辐射方向夹角，θ_3dB为半功率角度，min为取最小运算。

大尺度衰落Fading_large-scale计算公式：

Fading_large-scale＝Pathloss-A_v(θ)

图1为以上仿真实验的切换成功率曲线。图中横坐标为定位周期T，纵坐标为切换成功率。图中菱形、方块和三角形实线分别代表阈值N取1、3、5时的切换成功率曲线。

从图1中可以看到，N＝1时，切换成功率较高。这是因为用户处于350km/h的高速移动状态，减少连续次数，能减少判决时间、更好的适应高速移动时的快速切换要求。

图2为以上仿真实验的的总切换次数曲线。图中横坐标为定位周期T，纵坐标为总切换次数。图中菱形、方块和三角形实线分别代表阈值N取1、3、5时的切换成功率曲线。

从图2中可以看到，连续次数的阈值N较大时，切换判决时间更长，总切换次数减少。

实施例二

本例中用户周期性的获取自身位置信息的周期1～2秒；

4)切换判决：

用户测量当前小区和相邻小区的参考信号接收强度，并进行物理层和网络层滤波，得到滤波后的参考信号接收强度；对最优小区的滤波后的参考信号接收强度再叠加一个正的偏置值3～5dB，得到最优小区的修正参考信号接收强度；在最优小区的修正参考信号接收强度和其余相邻小区的参考信号接收强度中选出最大值，如该最大值大过当前小区的参考信号接收强度设定的门限(通常该门限的值可取3-5dB)，且此状态持续80-160ms，则判定所述最大值对应的小区即为目标小区，用户即将判定的目标小区上报源基站，由源基站进行当前小区向目标小区的切换操作。

仿真实验：

仿真模型中选定的各小区路径衰落模型和天线模式公式为：

路径衰落(Pathloss)计算公式：

Pathloss＝128.1+37.6log(R)

式中R为用户和基站的距离，单位为km。

天线增益A_V(θ)计算公式：

A_V(θ)＝-min[12(θ/θ_3dB)²，20]

大尺度衰落Fading_large-scale计算公式：

Fading_large-scale＝Pathloss-A_v(θ)

图3为本例的以上仿真实验的和LTE-A系统现有切换方法仿真实验的成功率比较曲线。图中横坐标为触发时间，纵坐标为切换成功率。图中方块和三角实线分别代表LTE-A现有切换方法和实施例二的方法的切换成功率曲线。

从图3可以看出，在触发时间较小时，现有方法与本例方法的切换成功率接近；在触发时间较大时，与LTE-A现有方法相比，本例方法可以明显的提高切换成功率。

图4为本例的以上仿真实验和LTE-A系统现有切换方法仿真实验的切换频率比较曲线。图中横坐标为触发时间，纵坐标为总切换次数。图中方块和三角实线分别代表LTE-A现有切换方法和实施例二的方法的切换频率曲线。

从图4可以看到，在触发时间较小时，与现有切换方法相比，本例方法可以显著的减少总切换次数。在触发时间较大时，总切换次数差不多。

结合图3、图4，可以得出结论：本例的方法在触发时间较大时，可以明显的提高切换成功率，而并不增加切换次数；在触发时间较小时，可以明显的减少切换次数，而比不降低切换成功率。

Claims

1.一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其步骤依次是：

所述的路径衰落模型(Pathloss)的计算公式为：Pathloss＝128.1+37.6log(R)，式中R为用户和基站的距离，单位为km；

所述的天线增益A_V(θ)计算公式为：A_V(θ)＝-min[12(θ/θ_3dB)²,20]，式中，θ为用户所在方向与天线最大辐射方向夹角，θ_3dB为半功率角度，min为取最小运算；

所述的大尺度衰落Fading_large-scale计算公式为：Fading_large-scale＝Pathloss-A_v(θ)；

4)切换判决：

用户记录每个周期计算得到的最优小区，如果某个相邻小区被连续选择为最优小区，且连续次数大于设定的阈值N，则判定该小区为目标小区，并上报源基站，由源基站进行当前小区向目标小区的切换操作；

2.如权利要求1所述的一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其特征在于：所述的2)步中用户周期性的获取自身位置信息的周期1～2秒。

3.如权利要求1所述的一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其特征在于：所述的连续次数的阈值N为1～3。

4.如权利要求1所述的一种地理位置信息辅助LTE系统快速切换判决方法，其特征在于：所述的4)步中的正的偏置值为3～5dB。