CN1231085C - 一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，所述分层小区系统分为不少于两层以上小区，预先对每层小区确定第一门限值和第二门限值，其中第一门限值大于第二门限值；测量本层小区中移动终端的移动速度，进行相应切换；然后判断不同层次的小区中终端分布状况；并根据判断结果，调整所述第一门限值或第二门限值；重复以上步骤。本发明能够根据分层小区中移动终端移动的速度变化情况，自适应调整参数的设置，从而达到移动终端在分层小区中的合理调度，最终优化分层小区的系统性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信系统，尤其涉及到具有分层小区结构的通信系统的移动终端切换方法。
技术背景
在移动通信系统中，例如GSM和CDMA系统，最大的特点之一是移动终端能够在移动过程中保持通信的连续性，这是通过在小区间进行切换来实现的。
如图1所示，移动终端U1沿着虚线从A点运动到C点的过程中，和它通信的小区也随着移动终端所处的位置而发生变化。在位置A的时候，因为小区Ba能够提供良好的通信质量，移动终端仅仅和小区Ba进行通信。当移动到软切换区域附近，例如B点时，由于小区Bb也能提供满足要求的通信质量，在CDMA系统中，在软切换支持的情况下，移动终端会同时和小区Bb建立连接并进行通信，即软切换；在GSM系统中，如果小区Bb提供的通信质量比小区Ba好，则移动终端U1会断开和小区Ba的通信，而转到和小区Bb通信，即硬切换。最后当移动终端离开软切换区，向C点运动时，由于这时小区Ba不能提供满足要求的通信质量，移动终端将断开和小区Ba的通信，只和小区Bb进行通信。
要实现这样的切换过程，需要在移动终端和网络进行多条信令的交互，主要包括：测量控制，测量报告，切换命令，确认等。在通常情况下，切换发生的频率不高，因此切换过程引起的信令对整个系统来说影响不是很大。
但在分层小区系统中，如图2所示，由于小区半径变的更小，情况就发生了很大的变化，需要经常发生切换。
如图3所示，一个移动终端UE从小区边缘以随机的角度穿越圆形小区，小区半径为R，穿越角度a1pha从0到90度随机变化。
通过简单计算就可得到，移动终端UE穿越小区时经过的平均距离为：4R/p。
如果移动终端的速度为V，则平均穿越时间为：4R/pV。
如果进行一次通话的时间为Tcall，则在通话过程中进行的平均切换次数为：
也就是说，移动终端在通话过程中发生的切换次数和终端移动的速度成正比，和小区半径成反比。对比一个半径为200米的微小区和一个半径为1200米的宏小区，同样的移动终端，在同样的通话时间发生的切换次数为它们的半径之比，即1∶6。
假设小区半径为200米，该移动终端进行的是语音通话，一次通话的持续时间为90秒，则在不同移动速率下，在通话过程中进行的切换次数如下表所示。
表1通话时间内的平均切换次数
| 移动速度(公里/小时) | 10 | 40 | 70 | 120 |
| 平均切换次数/通话 | 1 | 4 | 7 | 12 |
不难看出，如果一个终端以70公里/小时的速度移动，如果该终端保持和微小区基站通信，则在90秒的通话时间内需要执行多达7次的切换，而如果它在高速移动时保持和宏小区基站通信，则在整个通话过程中最多只要执行一次切换。
显而易见，如果分层小区中很多快速移动的终端在进行通信时都保持和微小区的连接，则对于整个系统来说，频繁的切换信令将导致信令负载的急剧上升，甚至可能导致信令的拥塞，严重影响系统内的其它功能和整体性能。同时，过多的切换对通信中的终端来说，也会产生一定的影响，例如通信质量的下降，掉话率的提高等等。
解决这个问题的一般的方法是根据终端的移动速度对终端进行调度：首先设置两个速度的门限A和B，其中A大于B。当终端的移动速度大于门限A时，则该终端被认为是高速移动终端，当终端的速度小于门限B时，则该终端被当作是低速移动终端。然后根据速度判决结果，将系统中高速移动的终端分配到具有更大小区半径的高层小区中，将低速移动的终端分配到具有小区半径较小的低层小区中。这样，分层小区在提供大容量大覆盖的同时，也能同时把系统内的切换信令限制在合理的范围内。
但是，由于在实际环境中，要达到合理的调度，在配置各种参数时，一定的先验知识是必需的，例如小区地理环境特征，小区内移动终端的速率分布情况等等。这就需要针对不同的小区分别进行长时间的观察和分析以获得相应的数据，显然这样做的可行性不高；另一方面，即使获得了这些数据，这些数据也不是固定不变的，例如移动终端的速度分布，会随着时间的不同而发生很大的变化，在上班高峰时期由于交通拥挤移动终端的速度普遍比较低，而在交通空闲的时候，高速移动终端的比例要大的多。如果在系统中简单的设置几个参数，在高速移动终端比较少的时候，大部分移动终端都集中在低层的小区形成负载拥塞，导致不可接受的过高的掉话率和电话打不通的概率，而高层小区内移动终端数很少，形成容量的浪费，最终的结果是系统性能的下降；反之，在高速移动终端比较多的时候，大部分移动终端都和高层的小区保持通信，由于移动终端过多，高层小区内移动终端的通信质量不能得到有效保证，同时低层小区的移动终端却远远小于小区所能提供的容量，低层小区的大容量优势不能被充分利用，分层小区也就失去了其应有的作用。
发明内容
本发明的目的就是提出一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，能够根据分层小区中移动终端移动的速度变化情况，自适应调整参数的设置，从而达到移动终端在分层小区中的合理调度，最终优化分层小区的系统性能。
一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，所述分层小区系统分为不少于两层以上小区，所述调度方法包括以下步骤：
a、预先对每层小区确定两个速度门限值：第一门限值和第二门限值，其中第一门限值大于第二门限值；
b、测量本层小区中移动终端的移动速度，如果所述终端的速度大于第一门限值，则将该终端切换到更高一层的小区中，如果所述终端的速度小于第二门限值，则将该终端切换到更低一层的小区中；
c、判断不同层次的小区中终端分布状况是否合理，当判断结果为分布不合理时，则调整所述第一门限值或第二门限值，使移动终端分布合理；当判断结果为分布合理时，则不需调整所述第一门限值和第二门限值。
所述步骤a中每层小区的两个速度门限值根据小区的属性进行确定。
所述步骤b中所述移动终端的移动速度可以根据其进行的切换次数测量，也可以使用全球定位系统进行测量。
所述步骤c中可以通过不同层小区的终端的通信质量来判断分布状况；也可以通过不同层小区的相对负载来判断分布状况。
所述步骤c的判断结果为分布不合理时，如果更高一层小区分布移动终端多，则提高本层小区的第一门限值；如果更高一层小区分布移动终端少，则降低本层小区的第一门限值。
所述步骤c的判断结果为分布不合理时，如果更低一层小区分布移动终端多，则降低本层小区的第二门限值；如果更低一层小区分布移动终端少，则提高本层小区的第二门限值。
所述步骤c的判断结果为分布不合理时，如果本层小区分布移动终端多，则降低本层小区的第一门限值，或者提高本层小区的第二门限值，或者同时降低本层小区的第一门限值和提高本层小区的第二门限值；如果本层小区分布移动终端少，则提高本层小区的第一门限值，或者降低本层小区的第二门限值，或者同时提高本层小区的第一门限值和降低本层小区的第二门限值。
所述步骤c中的判断不同层次的小区中终端分布状况是否合理可以周期性进行；也可以连续性进行。
采用本发明，能够有效克服实际环境中因各种原因造成的移动终端移动速度分布情况的变化而对移动终端调度带来的困难，能够根据系统中移动终端具体的速度分布情况灵活调整参数设置，达到移动终端在不同层小区之间的合理调度。
附图说明
图1是移动终端在通信过程中切换示意图；
图2是分层小区的结构示意图；
图3是移动终端穿越小区示意图；
图4是本发明移动终端调度流程图；
图5是不同时间段同一小区内移动终端速度分布示意图；
图6是不同地理环境的不同小区内移动终端速度分布示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。
在移动通信系统中，为了能够在热点地区或业务繁忙地区提供足够的容量，通常在宏小区内建立微小区来达到以较少的成本满足大容量和大覆盖的要求，这就是所谓的分层小区结构(HCS)，在这种系统中，宏小区主要满足覆盖，微小区主要提供容量。
如图4所示，首先为所有层小区设置两个速度门限值A和B，其中A＞B，针对不同的小区，设置的门限值A和B的大小也应该不同，特别是不同层的小区。
获得小区中移动终端的移动速度。获得移动终端速度大小的方法有很多，例如通过统计移动终端的切换次数，通过全球定位系统，以及其它信号处理方法等。相应地，门限值A和B的物理意义和大小也需要根据表示移动终端速度的方法来确定。
根据移动终端的速度在不同层次的小区间进行调度：如果V＞A，则把该移动终端切换到更高一层的小区中，如果V＜B，则把该移动终端切换到更低一层的小区。
判断移动终端在分层小区的不同小区之间的分布是否合理，其方法也有很多：
方法一、判断不同层小区内移动终端的通信质量，例如掉话率，MoS分，呼损率，以及移动终端的功率消耗等，如果某小区的掉话率高，呼损率高，或者MoS分低，则可以认为有过多的移动中断分布在本小区；如果通信质量符合期望的值，则可以认为移动终端的分布基本合理。
方法二、判断不同层小区之间的相对负载。如果相邻两层小区之间的负载相差大于一个预先设定的值，则可以认为具有高的负载的那层小区吸收了过多的移动终端。
然后根据判断结果进行参数的自适应调整：
以某一层小区为参考，如果有过多的移动终端分布在更高一层的小区，则提高速度门限值A的大小；反之则降低门限值A的大小。
如果有过多的移动终端分布在更低一层的小区，则降低速度门限值B的大小；反之则提高门限值B的大小。
如果有过多的移动终端分布在本层小区，则降低速度门限值A的大小，或者提高门限值B的大小，或者同时降低门限值A和提高门限值B；反之则提高门限值A的大小，或者降低门限值B的大小，或者同时提高门限值A和降低门限值B。
按照一定规则，重复判断。可以是周期性判断，即对每个小区设置一个周期，每个周期内对小区之间的移动终端分布进行判断，当一个新的周期开始时重复判断的规则才成立；也可以是连续性判断，即对小区之间的移动终端分布进行连续的判断，判断规则永远成立。
下面是两个具体实施方式。
第一个实施方式如图5所示，同样一个小区内，在不同的时刻，移动终端的速度分布存在着很大的区别。例如在上午上班高峰时刻，由于交通相对拥挤，移动终端的移动速度受到一定的限制，特别是那些坐车或开车的移动终端，于是呈现出低速终端多高速终端少的特点；同样道理，在上班时间段以及深夜至凌晨时间段内，高速移动的终端所占的比例要高的多。
针对这样的变化情况，移动终端的调度就不能简单基于一个固定不变的参数了。在高速移动终端比较少的上班高峰时刻，本发明的自适应调度方法能够适当降低速度门限值A和B的大小，让更多的移动终端分布到高层的小区，和高层小区进行通信。于是低层小区内移动终端拥塞的现象得以缓解，移动终端通信质量得到提高，高层小区的容量也得到了利用，同时系统的总容量也得到了提高。相反，在高速移动终端比例比较多的时候，本方法就能够觉察到移动终端的速度分布情况，适当提高速度门限值A和B的大小，平衡高层和低层小区之间的移动终端分布，达到优化系统通信质量和通信容量的目的。
移动终端的速度分布在不同小区之间也同样存在差别。第二个实施方式如图6所示，假设小区(一)和小区(二)由于所在地理环境(例如交通，城市规划)的不同，从平均意义上来看，两个小区内移动终端的速度分布存在明显的差异。相对来说，小区(一)内的低速移动终端所占比例比较小，中速移动终端比例比较大；而小区(二)中低速移动终端少而高速移动终端多。对于这样不同的移动终端速度分布，就必须为它们配置不同的速度门限值，但实际上要提前获得移动终端的速度分布是很困难的。在本发明自适应调整算法的控制下，经过一段时间的判决和调整，小区(一)会获得一组相对比较小的速度门限值A和B，而且由于中速移动终端比较多，A和B之间的差距比较小，小区(二)会获得一组比较大的速度门限值A和B，而且A和B之间的差距相对小区(一)来说要大一些。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1、一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，所述分层小区系统分为不少于两层以上小区，所述调度方法的特征在于包括以下步骤：
a、预先对每层小区确定两个速度门限值：第一门限值和第二门限值，其中第一门限值大于第二门限值；
b、测量本层小区中移动终端的移动速度，如果所述终端的速度大于第一门限值，则将该终端切换到更高一层的小区中，如果所述终端的速度小于第二门限值，则将该终端切换到更低一层的小区中；
c、判断不同层次的小区中终端分布状况是否合理，当判断结果为分布不合理时，则调整所述第一门限值或第二门限值，使移动终端分布合理；当判断结果为分布合理时，则不需调整所述第一门限值和第二门限值。
2、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于：步骤a中每层小区的两个速度门限值根据小区的属性进行确定。
3、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于：步骤b中所述移动终端的移动速度根据其进行的切换次数测量，或者使用全球定位系统进行测量。
4、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于：步骤c中通过不同层小区的终端的通信质量来判断分布状况。
5、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于：步骤c中通过不同层小区的相对负载来判断分布状况。
6、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于所述步骤c的判断结果为分布不合理时，如果更高一层小区分布移动终端多，则提高本层小区的第一门限值；如果更高一层小区分布移动终端少，则降低本层小区的第一门限值。
7、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于所述步骤c的判断结果为分布不合理时，如果更低一层小区分布移动终端多，则降低本层小区的第二门限值；如果更低一层小区分布移动终端少，则提高本层小区的第二门限值。
8、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于所述步骤c的判断结果为分布不合理时，如果本层小区分布移动终端多，则降低本层小区的第一门限值，或者提高本层小区的第二门限值，或者同时降低本层小区的第一门限值和提高本层小区的第二门限值；如果本层小区分布移动终端少，则提高本层小区的第一门限值，或者降低本层小区的第二门限值，或者同时提高本层小区的第一门限值和降低本层小区的第二门限值。
9、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于：所述步骤c中的判断不同层次的小区中终端分布状况是否合理周期性进行。
10、如权利要求1所述的一种分层小区系统中自适应移动终端调度方法，其特征在于：所述步骤c中的判断不同层次的小区中终端分布状况是否合理连续性进行。
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