CN106304125A - 一种高铁环境下的复合切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁环境下的复合切换方法，包括切换测量、切换判决和执行切换，在切换判决过程中对触发延迟时间取值门限进行优化判决，并增加位置因素判决，同时满足上述两种判决时基站向终端下达切换命令。本发明对高铁环境下基于A3事件的切换算法进行改进，采用改进的门限计算方法，在不降低切换链路失败概率的情况下，降低了乒乓切换概率，减小了切换占用的系统资源，缓解了高速状态下LTE系统的信令压力，提升了切换性能。

Description

一种高铁环境下的复合切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信中切换方法，特别是一种高铁环境下的复合切换方法。

背景技术

LTE(Long Term Evolution)是由3GPP(The 3rd Generation PartnershipProject)组织制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进。切换是LTE网络系统中的一个重要环节，当终端在基站之间移动时，根据一定的规则和标准，为实现最佳通信质量与最佳数据传输而进行的自主接入调整。随着技术的发展，人们对系统的切换性能要求越来越高，特别是高速环境下的切换性能。一个完整的切换过程是建立在LTE网络下各分支接口协议的基础上的，LTE底层协议定义了切换的判决方法和切换流程，实际中当用户设备状态满足切换要求时，系统就会发出切换指令。切换分为三个阶段：切换测量、切换判决和切换执行。

第一步是切换测量。在执行切换之前，系统需要对可用信道的一系列物理指标进行精确的测量，LTE切换测量过程主要包括：测量配置、测量执行和测量报告。

第二步进行切换判决。当终端测量完基站下达的测量任务，并将测量结果报告给基站之后，基站会对所有上报事件进行集合汇总，并对有效切换小区进行筛选排序，再进行过滤选择，按优先级从高到低排列，确定最终的目标小区进行切换。

第三步执行切换。在基站的控制下，终端与基站一起进行业务数据转发，将业务从源小区切换到目标小区；终端成功进入目标小区网络后会通知基站切换成功；切换完成之后，目标小区所在基站会向源基站发送消息，告知切换已完成。这一过程主要基于X2接口和S1接口，信令交互完成后释放源小区资源，删除相应的链路信息，如果切换失败，则重新进行小区选择，直至切换成功。

切换可按不同标准分为不同的类型，如站内切换和站间切换，硬切换和软切换等等。LTE底层协议设定了一系列的判决门限和判决标准用于切换算法的执行，不同类型的切换调用算法的不同部分，算法的质量以及效率直接影响了LTE的切换性能。研究性能优越的切换算法来解决特定环境下的切换难题，是移动通信业的一项重要任务。

传统的切换机制关注于参考信号接收功率的比较，并且定义了一个恒定的切换门限值作为切换的边界条件，当终端与源基站和目标基站之间参考信号接收功率的差值满足切换门限时，则触发切换。在LTE网络覆盖不断扩大的同时，切换面临的挑战也越来越多，尤其是在高铁技术飞速发展的同时，高速移动场景下切换性能亟需改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铁环境下的复合切换方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种高铁环境下的复合切换方法，包括以下步骤：

切换测量：基站向终端发送测量配置信息，终端根据基站的要求开始对各项指标进行测量，各项指标包括参考信号接收功率、参考信号接收质量和路径损耗；

切换判决：当终端测量完基站下达的测量任务，并将测量结果报告给基站之后，基站对所有上报事件进行集合汇总，对触发延迟时间取值门限进行优化判决，在测量指标满足触发标准时终端进入触发延迟时间，当测量指标在触发延迟时间内均满足触发标准，终端上报测量结果请求切换；对终端进行位置因素判决，并对满足切换判决的切换小区进行排序，按优先级从高到低排列，确定优先级最高的目标小区进行切换；

执行切换：在基站的控制下，终端与基站共同进行业务数据转发，将业务从源小区切换到目标小区；终端成功进入目标小区网络后通知基站切换成功；切换完成之后，目标小区所在基站会向源基站发送消息，告知切换已完成。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明对高铁环境下基于A3事件的切换算法进行改进，采用改进的门限计算方法，在不降低切换链路失败概率的情况下，降低了乒乓切换概率，减小了切换占用的系统资源，缓解了高速状态下LTE系统的信令压力，提升了切换性能。

附图说明

图1是本发明高铁环境下的复合切换方法的设计框图。

图2是基于A3事件的切换算法示意图。

图3是本发明终端位置信息示意图。

图4是TTT门限优化前后的RLF性能对比图。

图5是TTT门限优化前后的PPHO性能对意图。

图6是TTT门限优化算法改进后的复合切换算法PPHO概率对比图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种高铁环境下的复合切换方法，包括以下步骤：

切换测量：基站向终端发送测量配置信息，终端根据基站的要求开始对各项指标进行测量，各项指标包括参考信号接收功率RSRP(Reference Signal Received Power)、参考信号接收质量RSRQ(Reference Singnal Received Quanity)和路径损耗；

切换判决：当终端测量完基站下达的测量任务，并将测量结果报告给基站之后，基站对所有上报事件进行集合汇总，将触发延迟时间取值门限进行优化判决，在测量指标满足触发标准时终端进入触发延迟时间，当测量指标在触发延迟时间内均满足触发标准，终端上报测量结果请求切换；对终端进行位置因素判决，并对满足切换判决的切换小区进行排序，按优先级从高到低排列，确定优先级最高的目标小区进行切换；

执行切换：在基站的控制下，终端与基站共同进行业务数据转发，将业务从源小区切换到目标小区；终端成功进入目标小区网络后通知基站切换成功；切换完成之后，目标小区所在基站会向源基站发送消息，告知切换已完成。

进一步的，将触发延迟时间取值门限进行优化判决的具体过程为：

(1)第一判决门限定义为M，M的取值为：

$\begin{array}{c}M=TTT/T\\ TTT=nT,n=1,2,\mathrm{3...}\end{array}---\left(1\right)$

TTT为触发延迟时间，T为切换判决周期，切换测量周期T_m，T和T_m的比值r＝T_m/T＝1/6保持不变，即一个判决周期内上报6次测量结果；

(2)定义第二判决门限m，m取值如下：

m＝2M-1 (2)

用第二判决门限m代替第一判决门限M，对一个TTT时间内满足功率差值门限的测量次数进行统计，当统计值达到第二判决门限m时，判定为满足切换条件，允许切换，反之拒绝切换。

进一步的，切换判决中对终端进行位置因素判决的具体过程为：

利用终端距基站的位置来判断是否应该进入切换，在优化判决的基础上再建立一个位置判决门限，当位置判决门限与优化判决的门限同时被满足时，触发切换请求；

借助终端距源基站和目标基站之间的距离，以及列车当前时刻的速度，给出终端在基站覆盖区域的相对位置；当终端的位置处于两基站覆盖重叠区域，并且参考信号接收功率测量满足优化判决门限时，基站向终端下达切换命令。

进一步的，以其中一个基站覆盖区域中心为原点，列车中终端位置为X，小区半径为R，基站间距为D，则小区重叠区域长度a为

a＝2R-D (3)

当终端位置X满足

R-a≤X≤R (4)

同时参考信号接收功率测量满足优化判决门限时，执行切换。

下面结合附图和实例，对本发明的具体步骤和方法作进一步具体说明。

实施例

A3事件是LTE标准中定义的邻小区测量值优于服务小区测量值一定门限值时触发事件。A3事件是同频小区间切换时采用的最主要的事件。

基于A3事件的传统切换算法。如图2，当终端接收到的源基站和邻基站的信号功率的差值达到一定的门限之后，便进入A3事件。图中，offset包含的内容很多，包括A3事件的偏移参数、邻区特定偏置、源小区特定偏置，在无偏置的情况下默认为0；两条实曲线分别代表源小区和相邻小区RSRP波动曲线，虚线L2代表考虑所有偏置情况下源小区RSRP的相对波动曲线，虚线L1和L3分别代表加入切换迟滞参数Hys后源小区RSRP的上下边界；Reportinterval为周期性上报间隔。从进入A3时间的时刻起，终端会进入一段延迟时间TTT，以防止短时间内信号功率波动较大而导致切换频繁，也就是乒乓效应。但高速环境下的无线信道环境非常恶劣，RSRP和RSRQ的测量结果的波动会十分剧烈。根据A3算法的设定，只要在TTT时间内某次上报的功率差值达不到规定的切换迟滞Hys，系统就会停止TTT计时，重新开启新一次的测量和判决，这就导致了小区中的信令压力增大并使得切换成功率大幅下降。

本发明基于A3事件的切换算法，提供了一种高铁环境下LTE通信系统复合切换方法。具体通过下述方法实现：

本发明修改优化TTT门限阈值。对TTT进行优化的思想是，重新加入一个判决条件，即采用统计判决的思想，对TTT时间内终端上报的所有功率测量的值与Hys的对比结果进行统计，当测量值高于门限的次数满足一定条件时，判定为满足切换条件，基站随即发出切换指令执行切换，反之则为判决失败，拒绝切换。具体判决步骤为：

(1)第一判决门限定义为M，M的取值与TTT相关，算法中涉及的基本参数有：TTT、切换判决周期T和切换测量周期T_m。M的取值定义为：

M＝TTT/T,(TTT＝nT,n＝1,2,3…) (1)

其中T本质上为LTE层3的滤波周期，可以将其认为是切换的判决周期，T和T_m的取值由LTE底层协议根据小区环境而设定。两者的比值r＝T_m/T＝1/6保持不变，即一个判决周期内上报6次测量结果。根据LTE协议，TTT必须是T的整数倍，然而其取值可以根据无线信道环境的不同而变化。TTT和M的关系如表1所示。

表1

(2)用第一判决门限M代替TTT之后，只需要对一个TTT时间内满足功率差值门限的测量次数进行统计，当统计值达到门限M时，判定为满足切换条件，允许切换，反之拒绝切换。系统只需要增设一个计数器，在测量值满足功率门限Hys时，计数器自加，而测量值不满足门限值，计数器不清零，便可以在一个TTT内实现一个新的判决过程。

(3)在选用第一判决门限M的基础上再做优化，回顾M的定义，假设在V＝350km/h时TTT取值120ms，则M＝4，那么在一个TTT时间内终端会进行12次测量，当计数器内N的值大于4时，切换判决成功。粗略估计执行切换的概率高达0.67，因而提前切换的概率大幅提高，从而导致乒乓切换。定义第二判决门限m，m取值如下：

m＝2M-1 (2)

那么m与TTT之间的对应关系可以更新如表2所示。

表2

在TTT门限优化的基础上再加上位置因素判决，利用终端距基站的位置来判断是否应该进入切换，在原判决标准的基础上再建立一个新的判决门限，当新的门限与传统算法的门限同时被满足时，触发切换请求。借助终端距源基站和目标基站之间的距离，以及列车当前时刻的速度，给出终端在基站覆盖区域的相对位置。当终端的位置处于两基站覆盖重叠区域，并且RSRP测量满足原有门限时，基站向终端下达切换命令，由此来减少由于RSRP测量波动带来的切换中断以及乒乓切换效应。如图3，以基站eNodeB1覆盖区域中心为原点，列车中终端位置为X，小区半径为R，基站间距为D，则小区重叠区域长度a为

a＝2R-D (3)

当终端位置X满足

R-a≤X≤R (4)

时，并且参考信号接收功率测量满足优化判决门限，开启切换判决，进入原有的切换流程。

图1给出了高铁环境下的复合切换方法总的设计框图。

仿真参数如列表3。

表3

图4对时速350km/h时算法TTT门限优化前后的性能进行了对比，图中虚线代表传统算法下的性能曲线，实线代表算法改进后的性能曲线。可见TTT门限优化后高速环境下，链路连接失败(RLF)概率有了明显下降，并且当增大Hys时RLF幅度变化平缓。可见该算法当Hys较高的情况下，改进效果明显，在Hys较低时，RLF也有一定的改善。

图5给出了速度350km/h下第一判决门限M下乒乓切换(PPHO)的概率，作为对比，同时给出了该速度下经典切换算法的PPHO概率，图中虚线代表传统算法下的性能曲线，实线代表算法改进后的性能曲线。

图6是采用第二判决门限m对TTT门限优化算法改进后乒乓切换的概率对比。系统RLF性能与改进前采用第一判决门限M的方法相比，上升了2～5个百分点，结果表明将第一判决门限M改进为第二判决门限m之后，并没有对链路失败概率性能产生较大影响，但是改进后的第二判决门限m可以在一定范围内实现更低水平的乒乓切换概率。

Claims (4)

1.一种高铁环境下的复合切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

切换测量：基站向终端发送测量配置信息，终端根据基站的要求开始对各项指标进行测量，各项指标包括参考信号接收功率、参考信号接收质量和路径损耗；

切换判决：当终端测量完基站下达的测量任务，并将测量结果报告给基站之后，基站对所有上报事件进行集合汇总，对触发延迟时间取值门限进行优化判决，在测量指标满足触发标准时终端进入触发延迟时间，当测量指标在触发延迟时间内均满足触发标准，终端上报测量结果请求切换；对终端进行位置因素判决，并对满足切换判决的切换小区进行排序，按优先级从高到低排列，确定优先级最高的目标小区进行切换；

执行切换：在基站的控制下，终端与基站共同进行业务数据转发，将业务从源小区切换到目标小区；终端成功进入目标小区网络后通知基站切换成功；切换完成之后，目标小区所在基站会向源基站发送消息，告知切换已完成。

2.根据权利要求1所述的高铁环境下的复合切换方法，其特征在于，对触发延迟时间取值门限进行优化判决的具体过程为：

(1)定义第一判决门限M，M的取值为：

$\begin{array}{c}M=TTT/T\\ TTT=nT,n=1,2,\mathrm{3...}\end{array}---\left(1\right)$

TTT为触发延迟时间，T为切换判决周期，切换测量周期T_m，T和T_m的比值r＝T_m/T＝1/6保持不变，即一个判决周期内上报6次测量结果；

(2)定义第二判决门限m，m取值如下：

m＝2M-1 (2)

用第二判决门限m代替第一判决门限M，对一个TTT时间内满足功率差值门限的测量次数进行统计，当统计值达到第二判决门限m时，判定为满足切换条件，允许切换，反之拒绝切换。

3.根据权利要求1所述的高铁环境下的复合切换方法，其特征在于，切换判决中对终端进行位置因素判决的具体过程为：

利用终端距基站的位置来判断是否应该进入切换，在优化判决的基础上再建立一个位置判决门限，当位置判决门限与优化判决的门限同时被满足时，触发切换请求；

借助终端距源基站和目标基站之间的距离，以及列车当前时刻的速度，给出终端在基站覆盖区域的相对位置；当终端的位置处于两基站覆盖重叠区域，并且参考信号接收功率测量满足优化判决门限时，基站向终端下达切换命令。

4.根据权利要求3所述的高铁环境下的复合切换方法，其特征在于，以基站覆盖区域中心为原点，列车中终端位置为X，小区半径为R，基站间距为D，则小区重叠区域长度a为

a＝2R-D (3)

当终端位置X满足

R-a≤X≤R (4)

同时参考信号接收功率测量满足优化判决门限时，执行切换。