CN106792938B - 一种面向5g用户为中心网络的基于双连接设计的移动性增强方案 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种面向5G用户为中心网络的基于双连接设计的移动性增强方案。本发明的移动性增强方案由宏蜂窝作为MeNB提供控制功能，小站作为SeNB提供数据服务，MeNB和SeNB使用双连接设计，提供UE‑centric的高质量服务。首先，用户将测量的能够接收到的Small Cells的RSRP信息上报给宏蜂窝，宏蜂窝作为MeNB触发SeNBs监听SRS。SeNBs将上行监听情况反馈给MeNB,用于MeNB辅助做添加/释放/修改SeNB判决。本发明使用SRS监听取代下行测量，即SeNB监听用户上行SRS，取代PSS/SSS，用于上行信道估计。本发明基于上行SRS监听的增强的小区发现机制和测量机制可以减少UCN中公共系统消息和小区级控制信令，并且降低了来自SeNB的干扰，更多的资源可以用于传输数据业务。

Description

一种面向5G用户为中心网络的基于双连接设计的移动性增强 方案
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及第五代移动通信系统(5G)中超密集网络场景下以用户为中心网络(UCN,User Centric Network)组成和用户移动性研究。
背景技术
由于小站(Small cell)易于部署、功率小等特点，在3GPP LTE R12(the 3rdGeneration Partnership Project Long Term Evolution Release12)中，Small cell增强备受关注。5G网络中为了实现10Gbps的高数据速率和任何时间任何地点的无处不在的服务，大量的small cell被灵活的部署在服务区内，从而形成超密集网络(UDN，Ultra-DenseNetwork)提供无缝覆盖和现有宏基站的业务泄流，提升系统容量。基于small cell超密集部署的密集网络被认为是5G蜂窝网络实现10Gbps的高数据速率最主要的特点。
密集部署small cell是解决网络覆盖和容量问题的重要方法：一方面，这可以在热点区域实现对宏基站的高速分流；另一方面，对有大量业务分布的室内，通过small cell覆盖比宏蜂窝更为有效。大量的部署使得small cell密度急剧增长，甚至可以达到和用户设备同等的密度。在3GPP TR36.392中，3GPP提出了小小区增强的场景和要求，具体定义了小小区节点的部署场景、频谱使用、业务属性，小小区场景的系统、移动性、覆盖性能要求，与核心网相关、花销和能耗以及安全性方面的要求等。
在RAN#58会议工作上，提出了对小小区增强的高层研究工作。研究的目标就是针对TR36.932中提到的场景和要求找出合理的解决方案，双连接技术在这个时期被提出。在小小区增强工作组提出的新场景中带来的主要挑战有：1)非理想回程会使得宏基站和小基站间协调时延增大，因此无法达到最高的数据峰值速率和最优的资源利用。2)小基站的密集部署将导致切换次数增加，频繁的切换会造成无线网络方面和核心网信令负担的增加。3)干扰增加造成切换失败率增加。4)不同基站发射功率不同，会带来功率不均衡现象，尤其是在同频部署的情况下。
UDN下由于基站部署很密集，基站间距离很小，如果使用传统的切换算法会导致切换测量过多，并且切换的命中率很低，不满足用户移动性的需求。造成切换失败(HOF，Handover Failure)的原因可能是在用户(UE，User Equipment)执行切换时和服务小区失去了同步。比如，SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信干噪比)在给定的T310(Timer310，时钟310)时间内低于阈值。在UDN下，由于小站更小的覆盖和切换(HO，Handover)过程造成的时延会使失败率更高。尤其是对于高速移动的用户而言，如果仍然采用之前的切换的准则，使得切换发生的时刻是在目标小站的中心区域，目标站会对用户造成很大的干扰，用户和原有小站失去同步。
因此我们提出一种UCN(User Centric Network)中基于SRS(Sounding ReferenceSignal)增强设计的双连接移动性增强发明。由宏蜂窝作为MeNB(Master eNodeB)提供控制功能，小站作为SeNB提供数据服务。MeNB转发核心网数据至SeNB(Slave eNodeB),为MUE(Master User Equipment)提供服务，或者MeNB和SeNB一起为SUE(Slave User Equipment)服务。其中，SeNB提供数据传输，接收MeNB下发的数据，为SUE提供服务。本发明使用增强的小区发现机制，上行参考信号SRS取代主同步信号(PSS,Primary SynchronizationSignal)/辅同步信号(SSS,Secondary Synchronization Signal)，用于上行信道估计。下行参考信号方面由宏基站周期性发送小区参考信号CRS(Cell Reference Signal)，用于时频同步和下行信道估计。
发明内容
本发明从如下几个方面增强UCN的移动性。
上下行信道设计。对于下行信道而言，物理广播信道PBCH(Physical BroadcastChannel)由MeNB辅助的PBCH广播取代，用于系统信息承载。物理下行控制信道PDCCH(Physical Downlink Control Channel)由增强型物理下行控制信道ePDCCH(EnhancedPhysical Downlink Control Channel)取代用于帧控制，物理下行共享信道PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)用于数据信息承载。对于上行信道而言，MeNB辅助的增强物理上行控制信道PUCCH(Physical Downlink Shared Channel)做上行控制，物理随机接入信道PRACH(Physical Random Access Channel)由MeNB辅助的随机接入取代，物理上行共享信道(PUSCH,Physical Upl ink Shared Channel)做信息承载。
上下行参考信令设计。上行参考信号SRS取代下行参考信号PSS/SSS，用于上行信道估计。宏蜂窝通知SeNBs进行上行SRS监听，同时由宏基站周期性发送小区参考信号CRS，用于时频同步和下行信道估计。解调参考信号(DMRS，Demodulation Reference Signal)用于PUCCH和PUSCH的相关解调。
双连接设计。由MeNB和SeNB一起为用户提供双连接服务，随着用户的移动，SeNB快速转换，包含SeNB添加、删除、修改三个过程，为用户提供连续、稳定的服务，改变原有的切换流程，增强移动鲁棒性。本发明的切换过程由宏蜂窝辅助执行。用户将测量信息报告给宏蜂窝，由宏蜂窝触发SeNB监听SRS，SeNB将监听情况反馈给MeNB,用于MeNB做添加/释放/修改SeNB判决。
有益效果
基于SRS监听的移动性方案由于公共系统消息，小区级控制信令的减少从而减少了UCN中的信令消耗。
增强的小区发现机制和测量机制降低了来自SeNB的干扰，更多的资源可以用于传输数据业务。
MeNB和SeNB采用3C架构，借用双连接设计，提供UE-centric的服务
附图说明
图1是本发明的借助于C/U(C-plane/U-plane，控制面/业务面)分离的双连接设计；
图2是MeNB辅助的SeNB转换服务流程图；
图3是本发明的算法实施流程图；
图4是切换失败率随SeNB添加释放阈值的变化趋势
图5是不同TTT(Time to Trigger)和Offset参数配置下本方案与LTE系统切换失败率对比图
具体实施方式
本发明实施案例结合附图做详细说明。
本发明主要应用于密集小站部署的异构网络中，即在LTE网络中部署大量的小站。通常情况下，考虑在单一的宏基站覆盖范围内，多个小站分布的情况，而且小站的位置具有随机性。考虑到实际的应用，小站密集分布的场景大多出现在人流量较大，业务需求较多的地方，例如密集街区。
附图1是实例应用的系统架构和场景，在小站密集场景中，我们将网络分为两层。第一层是宏小区从核心网获得数据用来提供覆盖，第二层由Small Cell组成，通过自回程链路从第一层宏小区获得数据，用于提高UCN网络的覆盖，实现传输节点的无规划部署，进一步提高UCN网络的容量。
附图2是MeNB辅助的SeNB转换服务过程。本发明的切换过程由宏蜂窝辅助执行。用户将测量信息报告给宏蜂窝，由宏蜂窝触发SeNB监听SRS，SeNB将监听情况反馈给MeNB,用于MeNB做判决。
附图3是本发明的算法实施流程图
算法步骤如下：
S200，用户周期性将测量信息上报给宏蜂窝。
这里，用户上报的测量信息包括用户能够接收到的Small Cell的下行链路RSRP(Reference Signal Received Power，参考信号接收功率)信息。用户将测量的能够接收到的Small Cell的RSRP信息周期性上报给宏蜂窝。
S210，MeNB触发SeNBs监听SRS。SeNBs对用户进行上行监听并把监听结果反馈给MeNB。
S220，宏蜂窝协助选择SeNB提供双连接服务，或释放/修改不满足判决条件的SeNB。
SeNB添加过程：MeNB触发SeNB添加过程，为用户进行双连接。判决准则如下：
RSRPu,s>RSRPu,M+ηth1
其中RSRPu,s是SeNB接收到的来自UE u的信号强度，RSRPu,M是MeNB接收到来自UE u的信号强度，ηth1是添加SeNB的偏移量。
SeNB释放过程：释放在SeNB的UE context，该释放请求不能被驳回。
RSRPu,s<RSRPu,M+ηth2
其中，ηth2是SeNB释放的偏移量。
SeNB修改过程：由于SeNB的资源使用情况随着时间变化，SeNB接收到的来自用户的RSRP也在不断变化。需要更新新的SeNB为用户提供双连接
RSRPu,s'>RSRPu,s+ηth3
其中，RSRPu,s'是新的要添加进来的SeNB接收到来自UE u的信号强
度,ηth3是SeNB修改的偏移量。
当在触发时间期间内切换准则一直满足后，SeNB添加、删除、修改被执行。由于UCN下，传统的切换参数值，如TTT为320ms，Offset为3dB对于中高速移动用户而言并不能满足其移动性，切换时延容易带来很大的切换失败率，在SeNB转化过程中仿真过程中取了较小值10ms，用于降低切换失败率，观察偏移量的对切换性能的影响。
本发明中用于切换性能的评估的关键技术指标(KPIs，Key PerformanceIndicators)，定义如下：
切换失败率(HOF Rate，Handover Failure Rate)：如果已经触发切换，但在获得切换命令前发生了无线链路失败则认为切换失败了，表达式如下：
Figure BDA0001174867530000061
其中，NHOF表示发生切换失败的次数，Ntotal_HO_attempts为总的切换次数。
UCN下切换参数对切换性能的影响如图4所示，以用户速度为3km/h为例。从仿真结果可以得出，随着ηth1、ηth2的增长，切换失败率随之增长，这是因为在UDN中等待触发时间内更容易造成RLF(Radio Link Failure，无线链路失败)
图5是不同TTT和Offset参数配置下本方案与LTE系统切换失败率对比图。仿真中偏移量ηth1、ηth2均设为-1dB,ηth3(图中Offset)从0到1dB变化。从两者的对比中可以看出，本方案与LTE系统下传统的切换方案相比，有着较为明显的切换失败率方面的改善。首先，切换失败率随着TTT和Offset的增大而升高的趋势得以控制，此外，在最差情况下，本方案的切换失败率依然属于一个可接受的范围之内。本方案与LTE系统对比，在某些TTT和Offset设置下，切换失败率最大可降低约50％，最少可降低超过20％。

Claims (1)

1.本发明提出一种面向5G用户为中心网络的基于双连接设计的移动性增强方法，其特征在于，包括：在用户为中心的网络架构下，由宏蜂窝辅助执行切换过程，MeNB提供控制功能,协助选择SeNB提供双连接服务，或释放/修改不满足判决条件的SeNB,其中SeNB的判决方法为:
随着用户移动，当用户为中心的虚拟小区内，SeNB的RSRP大于MeNB,将触发SeNB添加，其判决准则如下：
RSRPu,s＞RSRPu,M+ηth1，
其中RSRPu,s是SeNB接收到的来自UEu的信号强度，RSRPu,M是MeNB接收到来自UEu的信号强度，ηth1是添加SeNB的偏移量；
由于SeNB的资源使用情况随着时间变化，SeNB接收到的来自用户的RSRP也在不断变化，当虚拟小区内存在新的SeNB的RSRP大于当前服务SeNB的RSRP时，将触发SeNB修改，其判决准则如下：
RSRPu,s'＞RSRPu,s+ηth3，
其中，RSRPu,s'是新的要添加进来的SeNB接收到来自UEu的信号强度,ηth3是SeNB修改的偏移量；
而当用户移动到MeNB的物理覆盖区域内，即，MeNB的RSRP大于SeNB的RSRP时，将触发SeNB的释放，此时将释放在SeNB的UE context，该释放请求不能被驳回，并由所述MeNB为用户提供数据传输，其中，判决准则为：
RSRPu,s＜RSRPu,M+ηth2，
其中，ηth2是SeNB释放的偏移量。
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