CN103857015A - Lte下基于ue离开方式的小区搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种LTE下基于UE离开方式的小区搜索方法，具体采用的基于UE离开服务基站的方式确定TTT值，相比较于一般情况下TTT所采用的经验值的好处在于能够灵活、简单地配置TTT值从而能够更好的符合实际的应用场景；本发明的方法在UE离开服务基站比较紧迫的情况下能够减少掉话率；UE在离开服务基站不紧迫的情况下能够使用更多的时间用来搜索基站，从而能够搜索到信号质量更好以及信号更稳定的目标基站。本发明适用于终端高速移动以及终端需要节能的环境。

Description

LTE下基于UE离开方式的小区搜索方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及LTE下连接态终端UE小区搜索方法。

背景技术

LTE（Long Term Evolution）是3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进。LTE系统中引入了OFDM和MIMO等关键技术，显著地提高了频谱效率和数据传输速率，峰值速率上行能够达到50Mbps，下行能够达到100Mbps，并支持多种宽带分配方式，与此同时LTE网络IP化以及架构设计趋于扁平化，相比3G技术减少了系统时延。

LTE系统中，小区搜索是一个非常关键的环节，因为它是用户终端（UE，User Equipment）与基站建立通信链路的前提。无论用户终端是在开机后接入小区，还是在通信过程中进行小区切换，都需要依靠小区搜索过程与基站建立连接。小区搜索是让用户终端和小区取得时间和频率同步，并检测小区标识(ID，Identity)的过程。

LTE根据用户终端和基站的连接状况可将切换分为两种，一种是idle态的小区选择和小区重选(idle态值指的是UE和基站没有进行上行同步，UE和基站不能进行正常的交互，UE只能接受基站下发的广播信息)；另一种是connect态的小区切换(connect态指的是UE和基站已经完成了上下行同步，可以正常的和基站进行信令和信息地交互)，其中，connect态的小区切换流程如图1所示：连接态的小区切换主要分成切换准备、切换执行和切换完成3个阶段，具体如下：

切换准备阶段：源基站根据网络信息配置UE的测量过程并通过RRC重配置过程发送给UE，此时UE获得了当自己的信息质量下降后何时启动测量以及测量哪些临近基站等信息；当UE接收到服务基站的信号质量下降而需要进行小区切换时候，它就需要测量过程并给服务基站上报测量信息。

切换执行阶段：源基站根据UE的测量报告以及基站的切换算法选出目标基站，然后就向目标基站发起网络侧的连接请求，如果目标基站条件就会准备资源并答应源基站的切换请求。源基站将网络的决定通过RRC连接重配置告诉给UE，UE此时就明白自己要不要切换以及要切换到那个目标基站。

切换完成阶段：UE根据切换配置切换到目标基站，网络侧更新相关资源。

当连接态的UE信号质量下降到一定的门限时，UE就会执行切换算法流程中的切换准备工作，具体流程如图2所示：

当UE的信号质量下降到切换门限的时候，UE就会根据网络配置信息搜索周围的同频或者异频基站，当某个相邻基站的信号质量比服务小区的基站信号质量高出HOM(HandoverHysteresis Margin)，并且在TTT(Time To Tiger)时间内一直保持这种状况，那么这个相邻的基站就可以上报给网络侧成为备选的目标基站。目前TTT值的设置一般采取经验值，但是在实际中很有可能导致过多切换以及当UE移动速度过快时掉话现象明显。

发明内容

为了克服LTE标准中TTT使用经验值所带来的不足，本发明提供了一种LTE下基于UE离开方式的小区搜索方法。

本发明的技术方案为：一种LTE下基于UE离开方式的小区搜索方法，包括如下步骤：

S1.确定用户终端UE离开时间t_leave；

S2：引入速度方向准确因子

用来评估事先已知的速度和方向的准确程度；

S3.用户终端UE根据S1计算出来的离开时间t_leave和S2计算出来的速度方向准确因子

得到修正后的离开时间t_fix,t_fix减去系统开销t_sys得到t_decision；

S4.用户终端UE依据网络侧在RRC连接重配置过程中下发的配置信息的中的TTT默认值和预先定义的紧迫等级

确定不同的紧迫等级所对应的TTT_i值，其中，i为紧迫等级，然后根据步骤S3得到的t_decision和系统默认的TTT确定TTT_new；

S5.根据步骤S4确定的TTT_new取代网络下发的默认的TTT值进行网络搜索过程。

进一步的，步骤S1所述的确定用户终端UE离开时间t_leave的具体估算过程在用户终端进行，最低信号强度由用户终端的硬件条件决定，估算的过程采用以基站为圆心，最低信号强度估算出来的l_distance为半径算出边界条件，然后根据运动轨迹估算出t_leave。

更进一步的，t_leave的估算过程如下：

Loss_total=Loss_pathloss+Loss_shadow   （1）

Rsrp_ue=P_channel+p_antenna-gain-Loss_total   （2）

其中，Loss_pathloss表示路径损耗，Loss_shadow表示阴影效应损耗，Loss_total表示总的损耗，P_channel表示信道功率，p_antenna-gain表示天线增益，Rsrp_ue表示UE接收到的信号强度，单位为dBm，结合式(1)、(2)以及Loss_pathloss和距离的相关性，计算得到l_distance；

l_distance ²=（x-x_a）²+（y-y_b）²   (3)

y=k(x-x_ue)+y_ue   (4)

其中，式(3)为圆的方程，式(4)为UE的运动轨迹的估计方程，x_a、y_b表示基站的横坐标和纵坐标，x_ue、y_ue表示UE的横坐标和纵坐标，结合式(3)、（4）计算出来UE的运动轨迹和圆的交点x_crossp、y_crossp；

l_leave=sqrt((x_ue-x_crossp)²+(y_ue-y_crossp)²)   (5)

t_leave=l_leave/V_ue   (6)

通过式(5)、(6)计算出来t_leave，其中，l_leave为UE从坐标x_ue、y_ue沿估计运动轨迹能正常接收信号的最大距离，V_ue表示UE的运动速度。

进一步的，步骤S3所述的t_fix具体计算公式为：

进一步的，步骤S4所述的TTT_i具体计算过程为：

TTT_i=TTT*(1+i*Step)，其中，TTT为网络侧下发的默认搜索时间，step为调整时间尺度，单位为1。

进一步的，步骤S4所述的确定TTT_new具体过程为：设事先确定的紧迫等级

n、m根据实际的网络场景进行调整，进而得到m-(-n)=m+n个等级区间[TTT_-n,TTT_-n+1]、[TTT_-n+1,TTT_-n+2]、……、[TTT_i,TTT_j]、……、[TTT_m-1,TTT_m]，如果t_decision大于最大的TTT_m或者小于最小的TTT_-n时,TTT_new分别取对应的端点值TTT_m或TTT_-n；否则，如果t_decision落在区间[TTT_i,TTT_j]，TTT_new取该区间的TTT_i。

本发明的有益效果：本发明的方法采用的基于UE离开服务基站的方式确定TTT值的相比较于一般情况下TTT所采用的经验值的好处在于能够灵活、简单地配置TTT值从而能够更好的符合实际的应用场景；本发明的方法在UE离开服务基站比较紧迫的情况下能够减少掉话率；UE在离开服务基站不紧迫的情况下能够使用更多的时间用来搜索基站，从而能够搜索到信号质量更好以及信号更稳定的目标基站。本发明适用于终端高速移动以及终端需要节能的环境。

附图说明

图1为LTE连接态切换流程示意图。

图2为LTE搜索算法示意图。

图3为UE离开服务基站方式示意图。

图4为估算离开时间示意图。

图5为实例应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。

由于UE离开服务小区的方式不同，相应的UE对切换时机的要求也不尽相同。如图3示当UE的信号质量下降到了切换门限，如果UE的速度固定，它以三种不同的方式离开服务基站，方式1离开源基站所需要的时间较长，方式2次之，而方式3则会较快的离开服务基站。如果这三种不同的方式都使用固定的基于经验的TTT显然不是很合理，对于方式1就有可能出现过早地切换到了目标基站，这样会加重系统开销同时选择的目标基站并一定是最合适的，而方式3就有可能由于设置的经验值不合理而造成掉话现象。

因此当服务基站下面的UE进行小区搜索时，TTT的设置如果采用网络侧下发而不考量UE的运动状态，那么就会出现两种不合理的现象：一种是当UE要离开服务基站，并且在很短的时间之后就不能正常地接收服务基站信号，如果采用默认的TTT，这时UE将出现掉话现象，本发明中将这种现象归并为UE离开服务小区的紧迫程度高(紧迫程度衡量的是UE还有多久将不能正常地接受到服务基站的信息,紧迫程度高包括UE的移动速度比较快并且UE离开时运动轨迹较少的被包换在服务小区的情况)；另一种是当UE要离开服务基站，但是UE仍然能够在较长的时间内接收到服务基站的信号并且能够满足实际的业务需要，如果采用默认的TTT，那么就有可能搜索到的目标基站并不是事实上最好的而且系统相应的切换发生的总数会加大，本发明中将这种现象归并为UE离开服务小区的紧迫程度低（包括UE的移动速度比较缓慢以及UE离开时运动轨迹较多的被包换在服务小区的情况），本发明的主要目的是改善TTT值设置不合理的现象。

本发明所采用的技术方案主要基于如下构思：在事先已知UE的速度和方向的基础之上，估算出要离开服务基站的UE还能在多长的时间内，正常地接收服务小区的信号而不会出现掉话的现象，从而根据估算出来的时间将UE归并到不同的紧迫等级中，考虑到不同的估算方法的准确程度不同，本发明加入了速度方向准确因子来进一步调整UE应该属于哪个紧迫等级，在得到UE的紧迫等级后，UE选择合理的TTT进行小区搜索，

本发明是优化LTE连接态终端小区搜索过程，本发明相比一般情况下使用的基于经验值的TTT，采取基于UE离开服务基站的方式而灵活方便地调准TTT值，不仅可以减少UE在离开服务基站紧迫程度很高的情况下出现掉话率现象，也可以提高UE在离开服务基站紧迫程度不高的时候搜索到更加合适的基站。本发明中UE如何调整TTT值将通过以下5个具体的步骤予以说明：

步骤1.当UE获得服务基站发送的系统信息，系统信息包括基站类型（例如宏基站、微基站）等，UE根据自身存储的关于宏基站、微基站的参数（基站发射功率、天线增益、路径损耗、阴影效应、信道带宽等）以及结合自身的信号接收能力计算出，当UE距离服务基站的距离多远将不能正常地接收服务基站的信号，本发明中定义这个距离为l_distance，然后结合UE的位置、方向和速度就可以进一步求出离开时间t_leave：

Loss_total=Loss_pathloss+Loss_shadow   (7)

Rsrp_ue=P_channel+p_antenna-gain-Loss_total   (8)

Loss_pathloss表示路径损耗，Loss_shadow表示阴影效应损耗，Loss_total表示总的损耗，P_channel表示信道功率，p_antenna-gain表示天线增益，Rsrp_ue表示UE的信号接收能力，强度单位为dBm。结合公式(7)、(8)以及Loss_pathloss和距离的相关性(具体查看3GPP信道模型，这里不再详细说明)，就可以计算出l_distance。

l_distance ²=（x-x_a）²+（y-y_b）²   (9)

y=k(x-x_ue)+y_ue   (10)

x_a、x_b表示基站的坐标，x_ue、y_ue表示UE的坐标，k表示直线斜率。结合公式(9)、（10）可以计算出来UE的运动轨迹和圆的交点x_crossp、y_crossp，其中，公式(9)为圆的方程，公式(10)为UE的运动轨迹的估计方程。

l_leave=sqrt((x_ue-x_crossp)²+(y_ue-y_crossp)²)   (11)

t_leave=l_leave/V_ue   (12)

V_ue表示UE的运动速度，通过公式(11)、(12)可以计算出来t_leave，其中，l_leave为UE从坐标x_ue、y_ue沿估计运动轨迹能正常接收信号的最大距离。

步骤2.不同估算速度和方向的精确度不同，因此本发明中引入速度方向准确因子其中 $\∂\∈\left(\mathrm{0,1}\right).$

越接近1表示速度和方向估算的越准确，相应的离开时间的可信度就要更高。

接近0表示速度和方向估算的不够准确，相应的离开时间的可信度就要多打些折扣。

步骤3.UE根据步骤1计算出来的离开时间t_leave和步骤2计算出来的速度方向准确因子

确定UE的修正离开时间t_fix并根据系统开销t_sys计算t_decision。

$t_{\mathrm{fix}}=t_{\mathrm{leave}}*\∂---\left(13\right)$

t_decision=t_fix-t_sys   (14)

步骤4.本发明将RRC连接重配置（RRC Connection Reconfiguration）下发的TTT依据事先确定的紧迫等级

其中，

当

取负值时，表示UE离开基站的紧迫程度较高，搜索时间如果设置不合理就会出现掉话现象；当

取正值时，表示UE离开基站的紧迫程度不高，那么相应的搜索时间可以延长，其中，n、m根据实际的网络场景进行调整；计算系统的TTT_i，然后根据t_decision时间落在哪个等级区间确定最终的TTT_new，具体操作如下：

首先得到m-(-n)=m+n个等级区间[TTT_-n,TTT_-n+1]、[TTT_-n+1,TTT_-n+2]、……、[TTT_i,TTT_j]、……、[TTT_m-1,TTT_m]，如果t_decision大于最大的TTT_m或者小于最小的TTT_-n时,TTT_new分别取对应的端点值TTT_m或TTT_-n；否则，如果t_decision落在区间[TTT_i,TTT_j]，TTT_new取该区间的TTT_i。其中，TTT_i计算公式为：

TTT_i=TTT*(1+i*Step)   (9)

TTT为网络侧下发的默认搜索时间，

为系统设置的紧迫等级，step为调整时间尺度，单位为1。

步骤5.根据步骤4确定的TTT_new取代网络下发的默认的TTT值进行网络搜索。

下面通过一个实例进行进一步的说明：

此实例的仿真场景如图5所示，UE具体参数信息如表1所示:

表1

步骤一.本场景中UE的信号低于-110dBm将不能正常接收信号，基站的位置位于坐标(0,0)、UE的坐标为(0,100)、信号质量为-103dBm、速度为100km/h。

通过公式(1)、(2)可计算出来l_distance=120.2586(m)

通过公式(3)、(4)可计算出来x_crossp=0，y_crossp=120.2586

通过公式(5)、(6)可以计算出来l_leave和t_leave分别为20.2586(m)、0.728(s)。

步骤二.为了简单起见本场景设置

而在实际场景中根据速度、方向算法本身进行进一步调整。

步骤三.根据公式(7)求出t_fix为0.728(s),系统开销t_sys取0.4s,根据公式(8)得t_decision=0.328(s)，

步骤四.本场景中Step=20%，默认的TTT取0.512s，依据公式TTT_i=TTT*(1+i*Step)

那么相应的TTT_i如表2所示：

表2

表2将TTT划分为3个区间它们分别是[0.409,0.512)、[0.512,0.6144)、[0.6144,0.7163]

依据TTT_new取值准则和步骤三中计算出来的t_decision，本场景中TTT_new为0.409(s)

步骤五.使用步骤四计算出来的TTT_new取代默认的TTT进行小区搜索。

本发明的方法根据终端(UE)离开服务基站的紧迫程度来决定触发事件(TTT)，相比较实际场景中一般使用基于经验值的TTT或者仅考虑UE的移动速度，本发明可以缓解当UE离开服务基站紧迫而出现的掉话现象，以及当UE离开服务基站不紧迫而不能搜索到更合适的基站的现象。

本发明所采用的基于UE离开方式确定TTT的方法相较于一般情况TTT仅考虑UE的运动速度的好处在于，仅考虑运动速度并不能反映真实的反应UE还能在多长的时间内接收到服务基站的信息，而UE还有多长时间能接收到服务基站的信息，对于小区搜索以及后面的切换则是非常重要的。

此外本发明的方法可以在最少改变标准的情况下进行，LTE在RRC ConnectionReconfiguration重配置阶段只需附加一些额外的信息如基站坐标等信息，而不需要修改或者增加额外的流程。

Claims (6)

1.一种LTE下基于UE离开方式的小区搜索方法，包括如下步骤：

S1.确定用户终端UE离开时间t_leave；

S2：引入速度方向准确因子用来评估事先已知的速度和方向的准确程度；

S3.用户终端UE根据S1计算出来的离开时间t_leave和S2计算出来的速度方向准确因子

得到修正后的离开时间t_fix,t_fix减去系统开销t_sys得到t_decision；

S4.用户终端UE依据网络侧在RRC连接重配置过程中下发的配置信息的中的TTT默认值和预先定义的紧迫等级

确定不同的紧迫等级所对应的TTT_i值，其中，i为紧迫等级，然后根据步骤S3得到的t_decision和系统默认的TTT确定TTT_new；

S5.根据步骤S4确定的TTT_new取代网络下发的默认的TTT值进行网络搜索过程。

2.根据权利要求1所述的小区搜索方法，其特征在于，步骤S1所述的确定用户终端UE离开时间t_leave的具体估算过程在用户终端进行，最低信号强度由用户终端的硬件条件决定，估算的过程采用以基站为圆心，最低信号强度估算出来的l_distance为半径算出边界条件，然后根据运动轨迹估算出t_leave。

3.根据权利要求2所述的小区搜索方法，其特征在于，t_leave的估算过程如下：

Loss_total=Loss_pathloss+Loss_shadow   （1）

Rsrp_ue=P_channel+p_antenna-gain-Loss_total   （2）

其中，Loss_pathloss表示路径损耗，Loss_shadow表示阴影效应损耗，Loss_total表示总的损耗，P_channel表示信道功率，p_antenna-gain表示天线增益，Rsrp_ue表示UE接收到的信号强度，单位为dBm，结合式(1)、(2)以及Loss_pathloss和距离的相关性，计算得到l_distance；

l_distance ²=（x-x_a）²+（y-y_b）²   (3)

y=k(x-x_ue)+y_ue   (4)

其中，式(3)为圆的方程，式(4)为UE的运动轨迹的估计方程，x_a、y_b表示基站的横坐标和纵坐标，x_ue、y_ue表示UE的横坐标和纵坐标，结合式(3)、（4）计算出来UE的运动轨迹和圆的交点x_crossp、y_crossp；

l_leave=sqrt((x_ue-x_crossp)²+(y_ue-y_crossp)²)   (5)

t_leave=l_leave/V_ue   (6)

通过式(5)、(6)计算出来t_leave，其中，l_leave为UE从坐标x_ue、y_ue沿估计运动轨迹能正常接收信号的最大距离，V_ue表示UE的运动速度。

4.根据权利要求2或3所述的小区搜索方法，其特征在于，步骤S3所述的t_fix具体计算公式为： $t_{\mathrm{fix}}=t_{\mathrm{leave}}*\∂.$

5.根据权利要求2至4任一项权利要求所述的小区搜索方法，其特征在于，步骤S4所述的TTT_i具体计算过程为：

TTT_i=TTT*(1+i*Step)，其中，TTT为网络侧下发的默认搜索时间，step为调整时间尺度，单位为1。

6.根据权利要求5所述的小区搜索方法，其特征在于，步骤S4所述的确定TTT_new具体过程为：设事先确定的紧迫等级

n、m根据实际的网络场景进行调整，进而得到m-(-n)=m+n个等级区间[TTT_-n,TTT_-n+1]、[TTT_-n+1,TTT_-n+2]、……、[TTT_i,TTT_j]、……、[TTT_m-1,TTT_m]，如果t_decision大于最大的TTT_m或者小于最小的TTT_-n时,TTT_new分别取对应的端点值TTT_m或TTT_-n；否则，如果t_decision落在区间[TTT_i,TTT_j]，TTT_new取该区间的TTT_i。

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