CN105282806A - 基于高速铁路环境的lte通信系统优化切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换方法。在蜂窝式移动通信系统中，切换是保证移动用户在移动状态下，实现不间断通信的重要保证，是无线资源管理的一个重要功能。本发明提出一种基于高速铁路环境下的LTE系统优化切换算法，包括以下步骤：1)同时测量LTE物理层参考信号接收功率(RSRP)和参考信号接收质量(RSRQ)，并测量小区资源变化率；2)将测量报告数据发送给基站，根据新的算法进行判决；3)判断满足触发条件的测量报告值是否满足高速环境下的切换触发统计值，若满足，则将满足条件的小区添加到小区列表，若不满足，继续等待测量报告的到来，搜索完所有临近小区后，选择最优小区触发切换，并重置N。

Description

基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换方法。

背景技术

LTE(LongTermEvolution)是指3GPP为了应对全球微波接入互操作技术的竞争和移动通信与宽带无线接入技术的融合，长期保证3GPP的竞争力所采取的演进方案。在移动通信中，切换是一个重要的无线资源管理功能，是蜂窝系统中独有的功能和关键特征，它可以认为是蜂窝通信中最复杂和最重要的过程之一，是属于移动性管理的一部分。所谓切换就是指在移动台通信期间，由于位置发生改变，而将动态把和网络之间的通信链路从当期那基站转移到目标基站。在移动通信系统中，对于正在通信中的移动台，当他从一个基站的覆盖区域移动到另外的一个基站的覆盖区域时，为了保证通信的连续性，网络控制会启动切换过程，以保证用户业务的连续传输。用户在移动过程中，由于受到外界因素的影响，需要从源小区切换到目标小区，切换失败或过于频繁的切换会导致业务的中断，引起用户的反感，因此切换性能对于评估无线资源管理机制的优劣以及整个移动通信系统的性能具有非常重要的意义。随着高铁建设与运营的快速发展，列车运行速度提高后，对铁路的移动通信网络的性能提出了挑战。根据京津城际铁路、武广高铁的实际运行经验，中国移动公司、中国联通公司和中国电信公司的高铁覆盖网络均不能有效满足旅客的通信需要，因此这种场景下的无线切换算法越来越成为重视的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是：在高速铁路环境下，降低切换次数，提高切换成功率，从而改善LTE通信系统的性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换方法，包括以下具体步骤：

S1、同时测量LTE物理层参考信号接收功率(RSRP)和参考信号接收质量(RSRQ)，并测量小区资源变化率；

S2、将测量报告数据发送给基站，根据新的算法进行判决；

S3、判断满足触发条件的测量报告值是否满足高速环境下的切换触发统计值，若满足，则将满足条件的小区添加到小区列表，若不满足，继续等待测量报告的到来，搜索完所有临近小区后，选择最优小区触发切换，并重置N。

上述技术方案具有如下优点：本发明在基于A3事件算法的基础上提出了一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换算法，A3算法能满足低速简单环境下的切换性能，该算法在其基础上，从统计的角度出发，同时测量RSRP和RSRQ，并考虑小区资源变化率，综合考虑进行切换判决，减少切换次数，提高切换成功率，保证通信性能。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是使用了本发明的方法的LTE通信系统的结构框图；

图3是本发明方法中基于A3事件的传统切换框图；

图4是本发明方法中优化切换算法的设计框图；

图5是本发明仿真参数列表；

图6是本发明方法中RSRP、RSRQ的仿真图；

图7是本发明与传统算法对比效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明。

本发明针对LTE通信系传统切换算法难以满足高速状态下的切换，提出了一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换算法，在高速铁路环境情况下，本发明的改进算法与传统A3算法相比，改进的切换算法能够更好的适应高速铁路的环境，切换次数减少可达47％，同时提高0.5％～13.9％的切换成功率，保证通信网络的服务质量。

本发明提供了一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换算法，包括以下步骤：

S1、同时测量LTE物理层参考信号接收功率(RSRP)和参考信号接收质量(RSRQ)，并测量小区资源变化率；

S2、将测量报告数据发送给基站，根据新的算法进行判决；

S3、判断满足触发条件的测量报告值是否满足高速环境下的切换触发统计值，若满足，则将满足条件的小区添加到小区列表，若不满足，继续等待测量报告的到来，搜索完所有临近小区后，选择最优小区触发切换，并重置N。

图2给出了LTE通信系统的结构框图，它包括基站eNodeB、移动性管理实体MME、服务网关S-GW这三部分。接入网E-UTRAN由eNodeB组成，提供到终端UE的E-UTRA的用户面和控制面协议。eNodeB之间的交互通过X2接口，eNodeB通过S1接口与MME/S-GW连接。S1的具体实施步骤如下：

步骤a1RSRP定义为在测量频宽内承载参考信号的所有RE(ResourceElement)功率的线性平均值。它表征UE处对基站发送的导频信号接收功率大小，为切换触发和判决过程中的一个基本的测量值。其测量公式为

RSRP_s，ue＝P_s-PL_ue-L_fad

其中，P_s为源基站的发射功率，PL_ue为路径损耗，L_fad为阴影衰落。

步骤a2RSRQ(参考信号接收质量)：判断信号质量的一个测量值，公式其中N为资源块RB的数目，RSSI为Symbol内接收到的所有信号(包括导频信号和数据信号、干扰信号、噪音信号等)功率的平均值，RSRQ也可由UE直接测量得出。

步骤a3资源的变化率体现出小区的资源动态变化快慢的状态，可用资源的大小并不能完全体现出小区的使用资源情况。在可用资源较大并且资源变化率也较大时，如果选择该小区切换也容易造成其他用户的切换失败或者呼叫阻塞。为了合理地利用资源，当小区的可用资源相差不大时，尽量选择资源变化率较小的小区，这样可以提高系统的稳定度和切换成功率并且降低系统的阻塞率。本文资源变化率为资源周期性的变化统计，当用户发生切换时根据如下公式得出资源变化率预测值

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{pre}}^k=\mathrm{\ω}\×{\mathrm{\α}}^k+(1-\mathrm{\ω})\×{\mathrm{\α}}^{k-1}$

其中，表示k时刻小区资源变化率预测值，α^k为当前时刻资源变化率，α^k-1为k-1时刻小区资源变化率，ω为加权因子。

图3给出了基于A3事件的传统切换框图，其具体内容如下：

LTE中的标准硬切换算法也称为功率分配(PowerBudget，PBGT)算法，该算法使用切换域值(HandoverMargin，HOM)和触发时间(TimeToTrigger，TTT)做出切换决策，用户监测所有被探测到的蜂窝的滤波后的RSRP值。当条件(1)在TTT时间段内被持续满足，用户则给服务蜂窝的eNodeB发送测量报告。

RSRP_T＞RSRP_s+HOM(1)

其中，表示目标小区的参考信号接收功率，表示源小区的参考信号接收功率。

传统的切换算法一般只考虑RSRP或RSRQ这一单一因素作为切换的触发判决条件，它有很多的不足。随着网络和用户对切换的要求越来越高，需要更加有效的切换算法，因此需要对现有切换算法做出可能改进。

图4给出了基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换算法的设计框图，S2的具体实施步骤如下：

步骤1用户设备(UE)的物理层不断进行测量，并周期性的向无线资源控制(RRC)层发送测量报告，用户设备(UE)的层三收到物理层的测量报告后，首先对速度进行判断，当UE速度小于120km/h，采用传统算法进行判决，反之则进行新算法的参数进行后面的判断处理；

步骤2比较RSRP值是否满足高速环境下的切换触发条件，若满足，则使满足触发条件的测量报告值加1(N＝N+1)；若不满足则进行下一步判断处理；

步骤3比较RSRQ值是否满足高速环境下的切换触发条件，若满足，则使满足触发条件的测量报告值加1(N＝N+1)；若不满足则继续等待下一个测量报告的到来；

步骤4判断满足触发条件的测量报告值是否满足高速环境下的切换触发统计值，若满足，则将满足条件的小区添加到小区列表，若不满足，继续等待测量报告的到来；

步骤5测量出小区列表中的小区资源变化率，判断周围小区是否都搜索完毕，若搜索完，比较各小区的资源变化率，选择最优小区触发切换，并重置N。

图5给出了该算法的仿真参数列表。

图6显示了本发明方法中RSRP、RSRQ的仿真图，如图(6a)所示，当发射功率一定时，随着SNR的增大，噪声减小，信号强度RSRP变化不大，所以经过优化的参考信号测量算法能很好的反应信号的强度。如图(6b)所示，随着噪声的减小，信道环境变好，RSRQ的值增大，所以RSRQ也能很好的反应信号强度与噪声的关系，反应信号的质量情况。若测量时仅考虑RSRP，如图(6a)所示，RSRP能很好的反应信号的强度大小，若是在信道环境比较好的情况下，可以通过它进行切换的判决；但若信道环境恶劣，即使信号强度很大，噪声也很大，这样会导致频繁切换的发生，大大降低系统性能，所以该算法适合信道环境比较好的情况。若综合考虑RSRP和RSRQ，前者反应信号强度，后者反应信道环境，两者的结合适用于信道环境恶劣的情况。

图7显示出了改进后的优化切换算法有更好的切换性能，如图(7a)所示，切换次数随着速度的增加而愈加频繁，频繁的切换会引起用户的反感，降低用户服务质量，从图中可以看出，当UE速度在30m/s、60m/s、100m/s时，A3算法和优化算法的切换次数分别达到8、17、34和5、11、18，由此可以看出改进后的切换算法大大减少了切换次数。如图(7b)所示，切换成功率随着速度的增加而迅速降低，当速度低于30m/s时，两种算法的切换成功率相差无几，当速度高于30m/s时，改进的优化算法的切换成功率开始明显高于A3算法，由此可以看出在高速情况下改进后的切换算法大大提高了切换成功率。

由以上实施例可以看出，本发明的方案通过首先采用同时测量RSRP和RSRQ，并同时考虑小区资源变化率，然后从统计的角度来触发切换。在高速铁路环境下，本发明的改进算法与传统A3算法相比，改进的切换算法能够更好的适应高速铁路的环境，切换次数减少可达47％，同时提高0.5％～13.9％的切换成功率，保证通信网络的服务质量。

Claims (7)

1.一种基于高速铁路环境的LTE通信系统优化切换方法，其特征在于，包括以下步骤：1)同时测量LTE物理层参考信号接收功率(RSRP)和参考信号接收质量(RSRQ)，并测量小区资源变化率；2)将测量报告数据发送给基站，根据新的算法进行判决；3)判断满足触发条件的测量报告值是否满足高速环境下的切换触发统计值，若满足，则将满足条件的小区添加到小区列表，若不满足，继续等待测量报告的到来，搜索完所有临近小区后，选择最优小区触发切换，并重置N。

2.根据权利要求1所述的优化切换方法，其特征在于，传统的切换算法一般只考虑RSRP或RSRQ这一单一因素作为切换的触发判决条件，它有很多的不足，随着网络和用户对切换的要求越来越高，需要更加有效的切换算法，新算法综合考虑多种因素进行切换，包括RSRP、RSRQ和小区资源变化率。

3.根据权利要求2所述的优化切换方法，其特征在于，所述步骤1)中同时测量RSRP和RSRQ的值。

4.根据权利要求3所述的优化切换方法，其特征在于，判断RSRP值是否满足高速环境下的切换触发条件，若满足，则使满足触发条件的测量报告值加1(N＝N+1)；若不满足则进行下一步判断处理。

5.根据权利要求4所述的优化切换方法，其特征在于，判断RSRQ值是否满足高速环境下的切换触发条件，若满足，则使满足触发条件的测量报告值加1(N＝N+1)；若不满足则继续等待下一个测量报告的到来。

6.根据权利要求5所述的优化切换方法，其特征在于，判断满足触发条件的测量报告值是否满足高速环境下的切换触发统计值，若满足，则将满足条件的小区添加到小区列表，若不满足，继续等待测量报告的到来。

7.根据权利要求6所述的优化切换方法，其特征在于，测量出小区列表中的小区资源变化率，判断周围小区是否都搜索完毕，若搜索完，比较各小区的资源变化率，选择最优小区触发切换，并重置N。