CN103974350B - 一种自适应门限调整的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，用于多层网络LTE‑A系统，包括以下步骤：(1)周期性统计多层网络的数据；(2)采用双门限进行越区切换；(3)每隔周期T，根据步骤(1)中周期性统计的数据，来自适应调整门限。本发明以双门限阈值为基础引入负载均衡约束，在保证用户服务质量的前提下，减少切换总次数，提高用户在宏小区和微小区之间的越区切换成功率，进而减小系统开销，同时达到了负载均衡的效果，使整个LTE‑A系统中多层多小区的切换具有更好的稳定性，提高用户体验质量和网络性能。

Description

一种自适应门限调整的切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及LTE-A系统中一种基于负载均衡的自适应门限调整的切换方法。

背景技术

随着全球手机数量和业务需求急剧增长，更高的无线接入速率、更小的传输延时，以及高速移动下的用户体验都对无线通信产业提出了新的挑战。在LTE系统中，随着数据业务的不断增长，通过简单的小区分裂技术已经难以提高数据容量和小区边缘的频谱效率。随后，3GPP提出LTE-A系统，采用共信道的异构网络进一步提高小区边缘用户的负载和频谱效率。所谓异构网络，是指在传统的LTE宏基站的覆盖区域内，再部署若干高速率、低功耗的微基站。LTE中的基站eNodeB包括宏基站和微基站。这样的网络部署使更多的用户处于宏小区和微小区的边缘，多层小区间的移动性管理和小区资源块的管理变得更加重要。

单层网络以A3事件作为基本的切换方法，其触发准则为UE在当前小区的参考信号接收功率(RSRP)与周边小区的RSRP之差大于预设值Hyst_A3。用户设备(UE)根据这一事件触发准则对测量结果进行评估，如果测量结果满足触发条件，UE向eNodeB上报测量结果，进行切换，即断开与当前小区的连接，完成与目标小区的连接。

多层网络中的切换方法与单层网络类似，但由于在部署微小区时引入了干扰，不能单纯将RSRP作为判决依据，需要结合SINR(信号与干扰加噪声比)作为切换判决的依据。

当前LTE系统中，切换参数的调整周期比较长，并且优化过程主要依靠技术人员人工完成，不仅浪费了时间，而且消耗了很高的人力成本；采用扁平化结构的LTE网络的切换参数调整更加频繁，因此，传统的切换参数调整方式已经不能够满足LTE网络的需求；不合适的切换参数设置会造成乒乓效应、切换失败以及无线链路失败(RLF)，不仅影响用户会话的体验质量，还造成网络资源的浪费；引起无线链路失败的切换失败进而会造成通话失败，带来不良的用户体验，而未引起无线链路失败的切换失败虽然可以在用户没有察觉的情况下通过无线资源管理模块的管理恢复过来，但可能会给整个系统带来额外的资源开销，因此，需通过引入合适的自适应方法来调节切换参数，达到用户体验质量和网络性能提高的目的。

多层网络引入微小区，虽然有效解决了宏小区中用户过多，边缘用户服务质量过低的现象，但是过多用户由宏小区进入微小区，同样也会导致微小区过度负载。如何平衡在多层网络中宏小区和微小区的负载也已经引起了人们极大的关注和讨论。

经对现有文献检索发现，Gang Yang等人在《International Conference onElectronics,on Communications and Control(ICECC),2011》上发表的“Handovercontrol for LTE femtocell networks”中提出了一种基于CAC(呼叫接纳控制)的双门限切换控制方法，该方法考虑了通过两个门限值使UE从宏小区到微小区合理切换的情况。利用时间间隔T防止不必要的切换，同时考虑了不同层小区间的干扰问题。但是该方法只适用于单层网络，在现实应用中具有局限性，同时也缺乏对时间间隔T的详细分析，导致门限值的更新不及时。

另经检索发现，李斌等人的专利号为201210310335.4的中国专利“一种LTE系统的切换过程优化方法及装置”中，提出结合速度调整门限的策略。该方法虽然使系统中不同的速度的UE获得了更好的服务，并且考虑了小区优先级，在优化全局小区用户服务质量的同时重点对局部小区的用户服务质量进行优化。但是，该方法缺乏切换门限值的调整策略，导致切换频率和失败率提高。同时它也没有考虑多层网络和负载均衡的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种自适应方法来调节切换参数的切换方法，达到提高用户体验质量和网络性能的目的；同时考虑用户设备的移动信息、各小区中剩余资源块信息以及服务信号的强度，进一步提高用户体验质量和网络性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，提供一种自适应方法来调节切换参数的切换方法，提高用户体验质量和网络性能；同时考虑用户设备的移动信息、各小区中剩余资源块信息，进一步提高用户体验质量和网络性能。

本发明提供一种自适应门限调整的切换方法，根据宏小区和微小区共存的多层多小区场景，以A3事件为基础，通过动态调整切换两个门限值来提升系统性能。A3事件即用户对服务小区和周边小区的RSRP测量结果大于固定值Hyst_A3，则进行越区切换。根据宏小区和微小区的特点，两种门限值设定不同的切换策略，这样就可以充分利用宏小区和微小区的差异特点，达到系统性能优化的目的；同时引入负载均衡的策略，作为如何切换的判决依据，并以此作为系统切换过程的关键参数来衡量该方法的性能。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，同时考虑了用户移动性信息，不同的用户运动速度对应不同的切换策略。例如当用户运动到微小区的覆盖范围时，如果用户的运动速度过大，切换到微小区之后很快又将离开该微小区的覆盖范围，从该微小区切换到相邻的宏小区，这样会造成频繁切换，给系统资源分配带来压力，因而当用户运动速度过快时，在保证用户服务质量的前提下，可以让用户优先切换到宏小区，通过此种策略可以有效的利用系统资源，减少资源浪费，从而达到优化系统性能的目的。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，是通过综合考虑用户的移动信息，各小区中剩余资源块信息以及服务信号的强度决定用户的切换策略，同时通过一段时间内用户的切换性能指标来动态的调整切换门限达到移动性管理优化的目标。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，用于LTE-A系统，LTE-A系统为多层网络，自适应门限调整的切换方法包括以下步骤：

(1)周期性统计多层网络的数据；

(2)采用双门限进行越区切换；

(3)每隔周期T，根据步骤(1)中周期性统计的数据，自适应调整门限。

与A3事件采用单一固定门限相比，本发明提供的自适应门限调整的切换方法采用双门限的策略，使得宏小区和微小区可以根据自身负载特性来调整门限大小，避免出现小区负载过度的情况。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，根据周期性统计的数据，自适应调整门限，能够自动、及时地调整门限，提高用户体验质量和网络性能。

进一步地，多层网络包括宏基站，宏基站覆盖的区域为宏小区，在宏小区内设置微基站，微基站覆盖的区域为微小区，步骤(2)中多个门限包括第一门限与第二门限，第一门限为宏小区向微小区越区切换的门限；第二门限为微小区或者宏小区向宏小区越区切换的门限。

多层网络中的主要布局是在传统的LTE宏基站的覆盖区域宏小区内，再部署若干小功率的微基站，这类微基站具有高速率、低功耗的特性。这样的同频布局能够有效地利用系统的频率资源，极大的提高系统的频带利用率，从而为进一步提高小区边缘用户的负载和频谱效率提供了可能。

进一步地，步骤(1)中周期性统计的数据包括越区切换的掉话率以及宏小区和微小区的负载之比。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，根据当前网络中越区切换的掉话率与宏小区和微小区的负载之比自适应调整门限，既能保证用户服务质量，又能达到了负载均衡，使得整个LTE-A系统中多层多小区的切换具有更好的稳定性，进一步提高用户体验质量和网络性能。

进一步地，步骤(3)中自适应调整门限为，掉话率大于预设值，当宏小区和微小区的负载之比大于预设值，降低第一门限；当宏小区和微小区的负载之比小于或等于预设值，降低第二门限。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，统计并比较用户的切换成功率以及链路失败情况，若链路失败率过高，说明掉话率过高，UE的服务质量(即通话质量)不能保证，此时需要通过降低门限来保证用户的服务质量。

同时考虑宏小区和微小区的负载比，当负载比大于预设值，即宏小区的负载较大，即整个网络中宏小区中UE过多，则降低第一门限(即宏小区向微小区越区切换的门限)，使得更多的UE连接到微基站；当负载比小于或等于预设值，即微小区负载较大，降低第二门限(即微小区或者宏小区向微小区越区切换的门限)，使得更多的UE连接到宏基站，UE获得正常的服务质量，同时整个网络负载更加均衡，提高用户体验质量和网络性能。

进一步地，步骤(3)中自适应调整门限为，掉话率小于或等于预设值，当宏小区和微小区的负载之比大于预设值，提高第二门限；当宏小区和微小区的负载之比小于或等于预设值，提高第一门限。

掉话率小于或等于预设值，UE的服务质量(即通话质量)能够保证，此时需要通过提高门限，减少不必要的切换，从而提高网络性能。

当需要提高门限时，比较宏小区和微小区的负载比，若宏小区中的负载高，则提高第二门限(即微小区或者宏小区向宏小区越区切换的门限)，这样可以使更多的用户切换到微小区；反之，提高切换到微小区的门限。

进一步地，步骤(2)中进行越区切换时，当用户设备的速度大于预设值，宏小区向微小区的越区切换不进行切换。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法中，根据UE移动速度的大小调整切换策略，UE速度过快会导致在微小区中UE切换时容易出现乒乓效应。为避免不必要的切换，减少网络负荷，切换执行阶段，在保证用户服务质量的前提下，切换到微小区的UE速度超过预设值则不进行切换。

进一步地，步骤(2)中进行越区切换时，当用户设备的速度大于预设值，优先向宏小区进行越区切换。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法中，根据UE移动速度的大小调整切换策略，UE速度过快会导致在微小区中UE切换时容易出现乒乓效应。为避免不必要的切换，减少网络负荷，在切换时优先向宏小区进行越区切换。

进一步地，步骤(2)中进行越区切换时，检查目标宏基站的剩余资源块或者目标微基站的剩余资源块，如果目标宏基站的剩余资源块或者目标微基站的剩余资源块不满足用户设备的需求，越区切换不进行。

若目标基站不能提供UE所需的资源块，则切换到目标基站UE进入目标基站的等待队列中，降低用户体验质量。这可以避免切换至目标小区后，服务质量过差导致切换失败，此策略有利于提升切换成功率，从而提高系统的切换性能。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法中，进行越区切换时还进行目标基站剩余资源块的检测，如果目标基站剩余资源块能够满足UE所需的资源块，UE直接切换到目标基站；如果目标基站剩余资源块不能满足UE所需的资源块，放弃目标基站，重新进行切换判决。

进一步地，步骤(3)中自适应调整门限时，当掉话率大于0.1％时，则门限的调整步长为2dB；当掉话率在0.1％～0.03％之间时，门限的调整步长为1dB；当掉话率在0.03％～0.01％之间时，门限的调整步长为0.5dB。

在网络服务质量良好的情况下，如果大幅度的调整门限，会使整个网络处于振荡状态，不能达到最佳服务状态；而在网络服务质量远低于用户设备UE的需求时，小幅度的调整门限，会使网络达到良好服务状态的速度过慢，造成用户体验不佳。

因而本发明提供的自适应门限调整的切换方法中，根据掉话率大小确定门限的调整步长，既避免了网络处于振荡状态，又能够使网络迅速达到良好服务状态，，进一步提高用户体验质量和网络性能。

与现有技术相比，本发明提供的自适应门限调整的切换方法具有以下有益效果：

(1)根据周期性统计的数据，自适应调整门限，能够自动、及时地调整门限，提高用户体验质量和网络性能，同时节约了时间，降低了人力成本；

(2)根据当前网络中越区切换的掉话率与宏小区与微小区的负载比自适应调整门限，既能保证用户服务质量，又能达到了负载均衡，使得整个LTE-A系统中多层多小区的切换具有更好的稳定性，进一步提高用户体验质量和网络性能；

(3)根据UE移动速度的大小调整切换策略，避免UE速度过快在切换到微小区时出现乒乓效应，进一步提高网络性能；

(4)进行目标基站剩余资源块的检测，避免UE进入目标基站的等待队列中，降低用户体验质量；

(5)设置合理的门限调整步长，避免网络处于振荡状态，或者改善网络服务质量过慢，进一步提高用户体验质量和网络性能。

附图说明

图1是LTE-A系统示意图；

图2是本发明的一个实施例的自适应门限调整的切换方法的切换流程图；

图3是图2所示的自适应门限调整的切换方法的门限调整流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

本发明的一个实施例的自适应门限调整的切换方法，主要包括切换参数统计阶段，切换判定阶段以及自适应门限调整阶段：

1.切换参数统计阶段

周期性统计用户的切换性能和系统中各小区的负载情况，通过切换总次数、链路失败次数、切换成功次数等参数得到切换性能，以掉话率表示；通过各小区的负载情况得到负载比，利用掉话率与负载比进行门限调整。

2.切换判定阶段

基站收集用户的移动速度信息，用户被服务小区的信道质量以及其他相邻小区的信道质量信息，当基站获取必要的用户切换信息，即可进入切换判定阶段确定用户的切换行为。

此阶段完成判断用户是否需要切换并进行相应的切换来保证用户的服务质量。

对于请求切换用户来说，切换判定阶段根据用户的移动速度，信道质量信息决定用户是否进行切换以及切换的目标小区。

首先，信道质量作为切换触发的条件。以基本的A3事件为基础，若请求切换用户的当前信道质量低于相邻小区的信道质量，且维持了一定的迟滞时间，则触发切换，否则用户不进行切换；

当切换触发成功后，系统会根据目标小区的剩余资源块信息和用户的移动速度信息进一步确定用户的切换方向，若用户移动速度过快，为了避免系统资源的浪费，用户优先切换至宏小区，否则用户根据各小区的信道质量进行切换；

最后，当用户的切换目标小区确定后，系统会检查目标小区的剩余资源块信息，若目标小区的剩余资源块满足用户的服务要求，则用户切换至目标小区，否则，本次切换行为将被禁止，这可以避免切换至目标小区后，服务质量过差导致切换失败，此策略有利于提升切换成功率，从而提高系统的切换性能。

3.自适应门限调整阶段

每隔一定的周期T，系统会根据用户的切换性能和系统中各小区的负载情况调整用户切换至宏小区和微小区中的门限值，从而更新切换门限，提升系统的切换性能。

首先，系统会统计并比较用户的切换成功率以及链路失败情况，若链路失败率过高，说明掉话率过高，此时需要通过降低门限来保证用户的服务质量，反之，若掉话率很低，表明用户的服务质量较高，此时可以通过尝试提高切换门限来降低切换次数，从而减少不必要的切换，提升系统的资源利用率。

其次，系统根据统计到的宏小区和微小区中的负载信息，确定切换门限的调整方向。其中增加或者降低切换门限的方法是当需要提高门限时，比较宏小区与微小区的负载比，若宏小区中的负载高，则增加切换到宏小区的门限，这样可以使更多的用户切换到微小区；反之，增加切换到微小区的门限。与之类似，当需要降低门限时，同样比较宏小区与微小区的负载比，若宏小区中的负载较高，则降低切换到微小区的门限，使更多的用户切换到微小区。反之，降低切换到宏小区的门限。通过这种方式可以控制宏小区和微小区中的用户数目，从而达到负载均衡的目的。

另外，门限值的调整按照如下标准提供决策依据：

当掉话率大于0.1％时，则门限值的调整步长为2dB；

当掉话率在0.1％～0.03％之间时，则门限值的调整步长为1dB；

当掉话率在0.03％～0.01％之间时，则门限值的调整步长为0.5dB。

本实施例中的自适应门限调整的切换方法，适用于如图1所示的LTE-A系统，包括切换策略和调整策略。其中切换策略如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：每个eNodeB通过UE的反馈报告测量UE运动中当前时刻的速度、RSRP(参考接收信号功率值)和RSRQ(参考接收信号质量)，并且记录自己和周围eNodeB的剩余资源块。

步骤2：通过反馈报告发现UE的服务质量(即RSRP值)降低到预设门限值，则测量UE此时接收到的每个eNodeB的RSRP，查找与最优eNodeB连接时(即RSRP最大时)的RSRP和当前连接eNodeB的RSRP，判断其差值是否大于HOM(迟滞量)。如果大于HOM则执行步骤3，否则执行步骤9。

步骤3：判断目标eNodeB是否为微基站，如果是微基站则执行步骤4，否则就是宏基站，执行步骤7。

步骤4：在实际应用中微基站所覆盖的范围相比宏基站较小，所以在UE速度过快的情况不需要对其进行接入微小区的操作，避免乒乓切换和切换带来的不必要开销。判断目标UE速度是否大于预设门限值，如果速度大于预设门限值则执行步骤9，否则执行步骤5。

步骤5：判断目标eNodeB的剩余RB是否满足目标UE需求，如果满足UE需求则执行步骤6，否则执行步骤9。

步骤6：目标UE与当前连接eNodeB断开，与最优微基站连接。

步骤7：判断目标eNodeB的剩余RB是否满足目标UE需求，如果满足UE需求则执行步骤8，否则执行步骤9。

步骤8：目标UE与当前连接eNodeB断开，与最优宏基站连接。

步骤9：目标UE不执行切换。

全网的服务质量和负载均衡是衡量整个网络性能的重要指标之一。因为在微小区中的平均服务质量高于在宏小区中的服务质量，通过调整宏小区到微小区和微小区到宏小区的门限，使得UE更多的接入宏小区和微小区中而改变整个网络的服务质量。在保证服务质量的情况下，实现全网的负载均衡是调整策略的主要内容。调整策略如图3所示，它包括以下步骤：

步骤1：判断当前网络系统的掉话率是否高于预设值，如果掉话率高于预设值则表明当前网络的服务质量较低则执行步骤2，否则执行步骤5.

步骤2：判断当前网络系统中宏小区与微小区的负载比是否大于预设值，如果大于预设值则执行步骤3，否则执行步骤4.

步骤3：当前网络状态表明服务质量差且当前宏小区中的UE数大于微小区中的UE数。为达到正常的服务质量并且调整负载比可以通过降低宏小区到微小区的门限值。

步骤4：当前网络状态表明服务质量差且当前宏小区中的UE数小于微小区中的UE数。为达到正常的服务质量并且调整负载比可以通过降低宏小区/微小区到宏小区的门限值。

步骤5：判断当前网络系统中宏小区与微小区的负载比是否大于预设值，如果大于预设值则执行步骤6，否则执行步骤7.

步骤6：当前网络状态表明服务质量好且当前宏小区中的UE数大于微小区中的UE数。为保证正常的服务质量并且调整负载比可以通过增加宏小区/微小区到宏小区的门限值。

步骤7：当前网络状态表明服务质量好且当前宏小区中的UE数小于微小区中的UE数。为保证正常的服务质量并且调整负载比可以通过增加宏小区到微小区的门限值。

本发明提供的自适应门限调整的切换方法，根据周期性统计的数据，自适应调整门限，能够自动、及时地调整门限，提高用户体验质量和网络性能，同时节约了时间，降低了人力成本；根据当前网络中越区切换的掉话率与宏小区与微小区的负载比自适应调整门限，既能保证用户服务质量，又能达到了负载均衡，使得整个LTE-A系统中多层多小区的切换具有更好的稳定性，进一步提高用户体验质量和网络性能；根据UE移动速度的大小调整切换策略，避免UE速度过快在微小区中UE切换时出现乒乓效应，进一步提高网络性能；进行目标基站剩余资源块的检测，避免UE进入目标基站的等待队列中，降低用户体验质量；设置合理的门限调整步长，避免网络处于振荡状态，或者改善网络服务质量过慢，进一步提高用户体验质量和网络性能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种自适应门限调整的切换方法，用于LTE-A系统，所述LTE-A系统为多层网络，其特征在于，所述自适应门限调整的切换方法包括以下步骤：

(1)周期性统计所述多层网络的数据；

(2)采用双门限进行越区切换；

(3)每隔周期T，根据步骤(1)中周期性统计的所述数据，来自适应调整所述门限；

所述多层网络包括宏基站，所述宏基站覆盖的区域为宏小区，在所述宏小区内设置微基站，所述微基站覆盖的区域为微小区，步骤(2)中所述双门限包括第一门限与第二门限，所述第一门限为所述宏小区向所述微小区越区切换的门限；所述第二门限为所述微小区或者所述宏小区向所述宏小区越区切换的门限；

步骤(1)中周期性统计的所述数据包括越区切换的掉话率以及所述宏小区和所述微小区的负载之比；

步骤(3)中自适应调整所述门限为，所述掉话率大于预设值，当所述宏小区和所述微小区的负载之比大于预设值，降低所述第一门限；当所述宏小区和所述微小区的负载之比小于或等于预设值，降低所述第二门限；

步骤(3)中自适应调整所述门限为，所述掉话率小于或等于预设值，当所述宏小区和所述微小区的负载之比大于预设值，提高所述第二门限；当所述宏小区和所述微小区的负载之比小于或等于预设值，提高所述第一门限；

步骤(2)中进行越区切换时，当用户设备的速度大于预设值，所述宏小区向所述微小区的越区切换不进行切换；

步骤(2)中进行越区切换时，当用户设备的速度大于预设值，优先向所述宏小区进行越区切换；

步骤(2)中进行越区切换时，检查目标宏基站的剩余资源块或者目标微基站的剩余资源块，如果所述目标宏基站的剩余资源块或者所述目标微基站的剩余资源块不满足用户设备的需求，所述越区切换不进行；

步骤(3)中自适应调整所述门限时，当掉话率大于0.1％时，则所述门限的调整步长为2dB；当掉话率在0.1％～0.03％之间时，所述门限的调整步长为1dB；当掉话率在0.03％～0.01％之间时，所述门限的调整步长为0.5dB。