CN1997186A - 移动通信网络中分层小区重选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术，公开了一种移动通信网络中分层小区重选方法，使得小区重选频度得到降低。本发明中，各小区广播本小区和与本小区重叠的较高层次小区的速度上限，UE将自身穿越当前小区的穿越速度与各重叠小区的速度上限相比较以选择合适的小区驻留。小区还广播本小区和与本小区重叠的较高层次小区的穿越距离，计算UE穿越速度时，UE将两次重选之间的时间作为穿越时间，将当前小区的穿越距离除以穿越时间获得穿越速度。也可以通过GPS方式获得UE的穿越速度。可以将小区半径近似作为穿越距离。可以以较低的粒度单位广播较高层次小区的穿越距离和速度上限。如果UE长时间停留在较高层次的小区，则将其重选到较低层次的小区。

Description

移动通信网络中分层小区重选方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别涉及移动通信网络中分层小区重选方法。

背景技术

随着以通信技术和计算机技术为标志的高科技的发展，人们的生活发生了日新月异的巨大变化，人与人之间的信息传递越来越密切、方式也越来越多样化。蜂窝移动通信的发展给用户带来极大的便利，目前其发展经历了三代，分别是八十年代初以频分多址(Frequency Division Multiple Access，简称“FDMA”)技术为基础的第一代模拟移动通信系统，九十年代初以时分多址(Time Division Multiple Access，简称“TDMA”)技术为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统，以及目前新一代的移动和个人通信系统，即以码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)技术为基础的第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)系统。3G的研究和发展成为通信领域的一个热点，形成了三个主要的世界标准，其中最具潜力的技术标准之一就是宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)。

在移动通信系统应用初期，由于话务量不大，往往一个小区覆盖较大的区域。随着用户设备(User Equipment，简称“UE”)的日益增多，系统难以满足日益增长的话务量需求，此时往往会在部分地区增加一个不同频率的小区来吸收话务量，这样就出现多个异频小区覆盖相同区域的情况。实际情况下也会在话务量非常高的热点地区对系统进一步的扩容，把其中一个频率的小区分裂成多个更小的小区，从而在一个区域内建立起覆盖区域大小不同的宏小区和微小区，甚至更小的微微小区。

其中，宏小区的覆盖范围包括多个微小区的覆盖范围，一个微小区又覆盖了多个微微小区，这就是所谓的分层小区结构(Hierarchical Cell Structure，简称“HCS”)，如图1所示。

采用HCS的蜂窝网络，往往是由一个上层宏蜂窝网络和多个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统，对应的包括宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。每种蜂窝执行早已定义好的不同功能。

在这种分层结构的蜂窝网络中，宏小区主要用来满足大范围的连续覆盖，但由于宏小区信号衰落大，一般只能提供语音通信等低速业务；微小区由于覆盖范围小，其覆盖半径大约为30m-300m，一般都有直达路径到达UE，信号衰落小，因此主要提供容量，一般能够支持高速的数据传输业务；微微小区用来实现更小范围的覆盖，例如电梯间、商场或办公区等室内区域。

对于蜂窝系统而言，切换是该系统独有的一项支持用户全球漫游的关键技术，它是一个重要的移动性管理功能，并能直接影响整个系统性能。

所谓切换就是当UE在通话过程中，从一个小区移到另一个小区；或因外界干扰造成通话质量下降；或因一个小区内的用户太多，而无法保证所有用户正常使用时，UE必然将通信业务切换转接到新的信道上，继续保持通信。原基站与UE之间的链路将可能由新基站与UE之间的链路来取代。

蜂窝系统之所以采用HCS，是与切换功能有关的。因为在微蜂窝间快速移动的UE，例如高速行驶情况下的车载电话，将会产生频繁切换，加重网络的负担，所以从网络的管理角度出发，将其业务转移到宏蜂窝可以降低切换频率，提高网络效率；而对于慢速移动的UE，例如步行用户所持的移动电话、慢速行驶或塞车情况下的车载电话等，由于它穿过蜂窝边界需花较长的时间，产生切换可能性较小或频率比较低，因此这种情况下的UE业务，采用微蜂窝来处理。

当UE为空闲模式(Idle Mode)，UE会主动选择其驻留的服务小区，一般根据UE在小区内的跃区重选次数来判断其运动的状态。

设在某一层面小区的单位时间的小区重选次数最大门限值N1，当UE在该层面小区的跃区重选次数大于预置的N1，则认为UE处于高速状态(High-Mobility)，将其业务切换到更高层面的小区，如宏小区；否则，如果跃区重选次数小于预置的N2，则认为UE处于低速状态(Low-Mobility)，将其业务切换到更低层面小区，如微小区和微微小区。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：对UE运动速度的估计不太精确，重选频度高，且无法迅速实现非同一层面的小区重选。

造成这种情况的主要原因在于，因为重选次数是相对于某一层面的HCS小区的，所以，得到的UE的运动状态只在该特定层面的小区有指导意义，也因此，只有在多次同层重选后才能实现非同一层面的小区重选，性能较低。

因为无法迅速跨层次重选小区，当为快速启动并维持超高速运动的UE提供服务时，UE的小区重选频度依然较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动通信网络中分层小区重选方法，使得小区重选频度得到降低。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动通信网络中分层小区重选方法，包含以下步骤：

网络中各小区广播本小区和与本小区重叠且覆盖范围更大小区的速度上限，用户设备接收并保存这些小区的速度上限；

当需要进行小区重选时，所述用户设备获取自身穿越当前小区的穿越速度，并根据该穿越速度和各候选小区的速度上限进行小区重选。

其中，网络中各小区还广播本小区和与本小区重叠且覆盖范围更大小区的穿越距离，所述用户设备接收并保存这些小区的穿越距离；

当需要进行小区重选时，所述用户设备计算在当前小区的停留时间作为穿越时间，再以当前小区的穿越距离除以该穿越时间得到穿越速度，并根据该穿越速度和各候选小区的速度上限进行小区重选。

此外在所述方法中，根据所述穿越速度和各候选小区的速度上限进行小区重选的步骤包含以下子步骤：

如果所述穿越速度大于各候选小区中最大的速度上限，则重选到具有最大速度上限的小区，否则在速度上限大于所述穿越速度的小区中选择具有最小速度上限的小区作为重选目标。

此外在所述方法中，所述穿越距离为小区半径。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

所述用户设备测量在当前小区的已停留时间，如果超过了预定门限则重选到与本小区重叠且覆盖范围较小的小区。

此外在所述方法中，所述小区以较低的粒度单位广播覆盖范围较大的小区的穿越距离和速度上限。

此外在所述方法中，根据以下方式计算所述穿越时间：

每当需要进行小区重选时，所述用户设备记录重选时间，并用本次重选时间减去此前最近一次的重选时间，得到本次穿越时间。

此外在所述方法中，根据以下方式计算所述穿越时间：

所述用户设备包含一个计时器，每当需要进行小区重选时，该用户设备读取计时器的当前值并对其清零，将计时器的当前值作为本次穿越时间。

此外在所述方法中，所述用户设备中含有全球定位系统模块，通过该模块获得该用户设备的当前速度作为所述穿越速度。

此外在所述方法中，所述小区还广播是否使用分层小区结构的指示，如果指示使用分层小区结构，则计算穿越时间并据此进行小区重选，如果指示不使用分层小区结构，则将所有小区视为同一层面小区进行小区重选。

此外在所述方法中，所述移动通信网络为以下之一：

长期演进网络、全球移动通信系统网络、码分多址网络、宽带码分多址网络、时分同步码分多址网络、码分多址2000网络、以及集群通信网络。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，各小区广播本小区和与本小区重叠的较高层次(覆盖范围更大)小区的速度上限，UE将自身穿越当前小区的穿越速度与各重叠小区的速度上限相比较以选择合适的小区驻留。小区还广播本小区和与本小区重叠的较高层次小区的穿越距离，计算UE穿越速度时，UE将两次重选之间的时间作为穿越时间，将当前小区的穿越距离除以穿越时间获得穿越速度。也可以通过GPS方式获得UE的穿越速度。

可以将小区半径近似作为穿越距离。可以以较低的粒度单位(绝对精度)广播较高层次小区的穿越距离和速度上限。

如果UE长时间停留在较高层次的小区，则将其重选到较低层次的小区。

各小区还广播是否使用分层小区结构的指示，如果不使用分层小区结构，则将所有小区视为同一层面小区进行小区重选。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即可以为不同速度的UE选择合适覆盖范围的分层小区驻留，从而降低了重选频度，减少了UE因频繁重选而导致的能耗；同时由于各个UE在空闲时已经选择合适覆盖范围的分层小区驻留，从而在进入激活状态后可以处于适合自身速度的小区避免高速UE过频繁的切换信令。

通过为不同层次的小区以不同的粒度单位广播穿越距离和速度上限，可以减少每次广播时需要广播的数据量大小。

在UE速度变慢时，通过将其转入较低层次的小区驻留，可以节约较高层次小区的有限资源以接入真正高速的UE。

通过广播是否使用分层小区结构的指示，可以在特殊场景下，例如高速公路沿线、火车沿线等，在小区重选时不作与分层小区结构相关的计算(包括穿越时间、穿越速度等)，从而进一步地减少UE的能耗。

附图说明

图1是现有技术中蜂窝网络的HCS示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的移动通信网络中分层小区重选方法流程图；

图3是根据本发明第一实施方式的UE所在小区的分层结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式的移动通信网络中分层小区重选方法流程图；

图5是根据本发明第二实施方式的UE所在小区的分层结构示意图；

图6是根据本发明第三实施方式的移动通信网络中分层小区重选方法流程图；

图7是根据本发明第三实施方式的UE所在小区的分层结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

在各个小区的系统消息广播(System Information Broadcast，简称“SIB”)中含有是否支持分层小区的HCS指示和该分层小区的优先级(HCS priority，也即小区的层次)。

UE接收当前小区的广播，获得当前小区的HCS指示和该分层小区的优先级，并获得当前小区以及与当前小区重叠的覆盖范围更大的小区的半径和速度上限。实事上应当广播的是UE在各种路线下穿越小区的平均穿越距离，不过根据经验，这个平均穿越距离一般与该小区的半径相仿。

根据UE在该小区的穿越时间和穿越距离可以计算出UE的运动速度，如果超出了当前小区的速度上限，则选择上一层覆盖范围更大的小区为重选目标；否则，选择同一层面的小区为重选目标。如果UE在当前小区的停留时间较长时，则选择下一层覆盖范围更小的小区为重选目标。可以为不同速度的UE选择合适覆盖范围的分层小区驻留，从而降低了重选频度，减少了UE因频繁重选而导致的能耗。

本发明第一实施方式的移动通信网络中分层小区重选方法如图2所示，UE当前服务小区为B1，UE的运动路线和各个小区层次如图3所示。

在步骤201中，UE高速穿越B1，但仍在C1范围内，UE所接收到小区B1广播，包含B1、C1和D1的小区半径，分别为Rb1(粒度为Pico，表示精确到十米)、Rc1(粒度为Micro，表示精确到百米)和Rd1(粒度为Macro，表示精确到千米)，其中，Rb1＜Rc1＜Rd1，以及它们的速度上限，分别为Vb1、Vc1和Vd1(Vb1＜Vc1＜Vd1)，并以较低的粒度单位广播覆盖范围较大的小区的穿越距离和速度上限，不同层次的小区以不同的粒度单位广播穿越距离和速度上限，这样可以减少每次广播时需要广播的数据量大小。例如，Rd1为5公里，如果以米为粒度单位广播则需要下发4位十进制信息，而以千米为粒度单位广播则只需要下发1位十进制信息。各种小区的粒度单位由UE和网络侧预先约定。另外，UE还收到B1小区广播的使用HCS的指示。

在步骤202中，UE计算当前的穿越速度。由于每当需要进行小区重选时，用户设备会记录重选时间。根据本次重选时间减去此前最近一次的重选时间，求得UE的停留时间，也即穿越时间。再将小区B1的小区半径，也即穿越距离，除以穿越时间，得到UE的穿越速度Vue。

此外，穿越时间还可以根据UE的计时器来获取。在UE中设置一个计时器，每当需要进行小区重选时，该UE读取计时器的当前值并对其清零，将所读取的计时器的当前值作为本次穿越时间。

在步骤203中，再将Vue与各重叠小区的速度上限--Vb1、Vc1、Vd1作比较。

在步骤204中，如果Vue大于最高的重叠小区速度上限Vd1，则转入步骤205；否则，转入步骤206。

在步骤205中，UE重选到具有最高速度上限的小区D1。由于UE的速度太高，只能尽可能地选到具有最高速度上限小区(通常为半径最大的小区)。

在步骤206中，UE重选到速度上限大于UE穿越速度的小区中速度上限最小的小区C1或D1。

本发明第二实施方式的移动通信网络中分层小区重选方法如图4所示。其中，UE的运动路线和各个小区层次如图5所示。

在步骤401中，UE在重选到C1小区时便开始计时，测量在该小区已停留的时间。

在步骤402中，当前UE的服务小区为C1，UE接收小区C1的广播，其中包含C1和D1的小区半径，分别为Rc1和Rd1(Rc1＜Rd1)，以及它们的速度上限，分别为Vc1和Vd1(Vc1＜Vd1)。另外，广播中还指示使用HCS。

在步骤403中，UE计算当前小区C1的停留时间门限值。该门限值的计算方法可以有多种，下面举两例：

一种是将当前小区的小区半径除以较低层小区的速度上限中最小值。例如，小区B1的速度上限为Vb1，小区B2的速度上限为Vb2，小区B3的速度上限为Vb3，小区B4的速度上限为Vb4，其中Vb1＞Vb2＞Vb3＞Vb4，则C1的停留时间门限值＝Rc1/Vb4。

另一种是将当前小区的小区半径除以各较低层小区的速度上限的平均值。例如C1的停留时间门限值＝Rc1/((Vb1+Vb2+Vb3+Vb4)/4)。此处的平均值也可以用中位数来代替。

在步骤404中，如果得到的UE的停留时间大于C1的停留时间门限值，则说明UE的当前速度可能已降得足够低，低于较低层小区的速度上限，此时转入步骤405；否则，转入步骤406。

在步骤405中，UE选择与本小区有重叠的覆盖范围较小的小区B3。在UE速度变慢时，通过将其转入较低层次的小区驻留，可以节约较高层次小区的有限资源以接入真正高速度的UE，该UE也可以享受较低层次小区所能提供的高业务速率。

在步骤406中，因为UE依然可能有较高的速度，所以在与小区C1同一层面小区中进行重选。

本发明第三实施方式的移动通信网络中分层小区重选方法如图6所示，其中，UE的运动路线和各个小区层次如图7所示，UE当前服务小区为C2，以基本恒定的速度运动到小区C3，并将持续该基本恒定的速度运动到小区C4。

在步骤601中，在UE由C2小区进入C3小区时，UE所接收到小区C2的广播，其中指示不使用HCS。因为不使用HCS，所以在该小区的广播中不需要小区半径和速度上限等信息。

在步骤602中，以普通方式进行小区重选，即只考虑小区信号强弱等因素而不考虑小区的分层情况和UE的速度，将所有的小区视为同一平面的小区。

上述的UE运动情况在实际中很常见，例如高速公路沿线、火车沿线等。通过广播是否使用分层小区结构的指示，可以在这些场景下，在小区重选时不作与分层小区结构相关的计算(包括穿越时间、穿越速度等)，从而进一步地减少UE的能耗。

在本发明的第四实施方式中，在UE中内置全球定位系统(Global PositionSystem，简称“GPS”)模块，用于测量UE的位置和移动速度。第四实施方式在小区广播速度上限和根据UE穿越速度和广播的速度上限进行小区重选的方式上与第一实施方式相似，与第一实施方式的区别在于穿越速度的获取方式不同，第四实施方式中使用UE内置的GPS模块所提供的移动速度作为穿越速度。GPS每秒可以更新一次位置和移动速度信息，为了减少偶然因素的影响，可以使用最近一个时间段内的移动速度平均值。

本发明方案适用于各种蜂窝移动通信系统，包括于长期演进(Long TimeEvolution，简称“LTE”)网络、全球移动通信系统(Global System for mobileCommunication，简称“GSM”)网络、CDMA、WCDMA、时分同步码分多址(Time DiVision  Synchronous Code Division Multiple  Access，简称“TD-SCDMA”)网络、CDMA2000网络以及集群通信网络等等。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，包含以下步骤：

网络中各小区广播本小区和与本小区重叠且覆盖范围更大小区的速度上限，用户设备接收并保存这些小区的速度上限；

当需要进行小区重选时，所述用户设备获取自身穿越当前小区的穿越速度，并根据该穿越速度和各候选小区的速度上限进行小区重选。

2.根据权利要求1所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，网络中各小区还广播本小区和与本小区重叠且覆盖范围更大小区的穿越距离，所述用户设备接收并保存这些小区的穿越距离；

当需要进行小区重选时，所述用户设备计算在当前小区的停留时间作为穿越时间，再以当前小区的穿越距离除以该穿越时间得到穿越速度，并根据该穿越速度和各候选小区的速度上限进行小区重选。

3.根据权利要求2所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，根据所述穿越速度和各候选小区的速度上限进行小区重选的步骤包含以下子步骤：

如果所述穿越速度大于各候选小区中最大的速度上限，则重选到具有最大速度上限的小区，否则在速度上限大于所述穿越速度的小区中选择具有最小速度上限的小区作为重选目标。

4.根据权利要求2所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，所述穿越距离为小区半径。

5.根据权利要求2所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述用户设备测量在当前小区的已停留时间，如果超过了预定门限则重选到与本小区重叠且覆盖范围较小的小区。

6.根据权利要求2所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，所述小区以较低的粒度单位广播覆盖范围较大的小区的穿越距离和速度上限。

7.根据权利要求2所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，根据以下方式计算所述穿越时间：

每当需要进行小区重选时，所述用户设备记录重选时间，并用本次重选时间减去此前最近一次的重选时间，得到本次穿越时间。

8.根据权利要求2所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，根据以下方式计算所述穿越时间：

所述用户设备包含一个计时器，每当需要进行小区重选时，该用户设备读取计时器的当前值并对其清零，将计时器的当前值作为本次穿越时间。

9.根据权利要求1所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，所述用户设备中含有全球定位系统模块，通过该模块获得该用户设备的当前速度作为所述穿越速度。

10.根据权利要求1所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，所述小区还广播是否使用分层小区结构的指示，如果指示使用分层小区结构，则计算穿越时间并据此进行小区重选，如果指示不使用分层小区结构，则将所有小区视为同一层面小区进行小区重选。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的移动通信网络中分层小区重选方法，其特征在于，所述移动通信网络为以下之一：

长期演进网络、全球移动通信系统网络、码分多址网络、宽带码分多址网络、时分同步码分多址网络、码分多址2000网络、以及集群通信网络。