CN101631346A - 基于信号强度和负载估计的区间切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号强度和负载估计的切换方法，主要解决候选小区的负载强度过大导致的切换失败问题。其切换步骤包括：(1)基站周期性的向移动终端发送测量控制信息，同时测量本小区内的负载信息和资源信息；(2)基站根据移动终端测量报告中信号强度大小，决定是否触发切换程序，如果当前小区信号强度小于周围小区信号强度，基站之间建立连接交互所测量得到的信息；否则，继续进行步骤(1)；(3)基站对各个候选目标小区的信号强度和负载进行单位归一化并加权，选择最优的小区作为目标切换小区。本发明具有切换成功率高，切换总时延低的优点，可用在无线网络中移动节点从一个服务小区移动到另一个服务小区的切换。

Description

基于信号强度和负载估计的区间切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及到了第三代移动通信长期演进***，具体的说是一种负载估计的切换方法。用于在无线网络中移动节点从一个服务小区移动到另一个服务小区的切换。

背景技术

伴随着未来移动通信***的载波频率的增高，移动用户数目的不断的增大和新的电信业务的要求发生了变化，无线小区的覆盖范围将进一步缩小，切换也会相应的变得较以往更加频繁，宏小区，微小区，微微小区，以及不同***的不同小区将会对一个物理区域进行重叠覆盖，而他们各自的负载情况，资源和服务速率等都可能不相同，特别是在网路融合的环境下，这种负载，资源和服务速率等因素对切换的影响更加明显。

在先进的长期演进***LTE-Advanced中，移动性包括连接状态下的移动性和空闲状态下的移动性，保证移动用户的通话质量和服务质量QoS要求是研究的重点，而连接状态下的移动性主要指的是切换，切换的成功与否直接影响着用户的切换时间和数据丢失等重要参数，特别是对实时业务尤其重要。

在第二代移动通信***中切换决策主要取决于导频信道接收的信号强度，以接收信号强度的大小来决定将要切换到的目标小区。但是随着业务种类的越来越多和用户需求的不断增长，在一些情况下切换决策仅考虑信号强度时，会导致一种潜在的切换失败，比如选定的目标小区的信号强度最优，但是负载已经过载的情况或者是负载可能将过载的情况。这样就会在准入时被目标小区阻塞而导致切换的失败，从而给用户带来更大的切换时延甚至产生掉话现象。

发明内容

本发明主要是针对上面所提到的由于在切换决策时只考虑目标小区的信号强度所带来的切换失败问题，提出了一种基于信号强度和负载估计的切换方法，以提高切换成功的概率，降低切换时延，进而减少因切换失败而导致的掉话现象。

实现本发明目的的技术方案是：综合考虑目标小区的信号强度，总资源，服务速率，预估切换到达率，新呼叫到达率和当前负载等来做出切换决策。从信号强度和剩余资源考虑，选择一个信号强度和资源最优的目标小区。当预测到目标小区资源缺乏时，使用户直接切换到另一个信号强度次优的小区，以此来减少切换失败概率。同时使相邻小区的负载得到了均衡，提高无线资源的利用率。具体步骤包括如下：

(1)基站周期性的向移动终端发送信号强度测量控制信息，移动终端根据测量控制信息发送测量报告给基站，同时基站周期性的测量本小区一段时间内的负载信息和资源信息；

(2)当移动终端的测量报告到达基站后，基站根据汇报的当前小区和周围小区的信号强度大小，决定是否触发切换程序，如果终端接收到的当前小区信号强度小于周围小区信号强度，基站与相邻基站通过建立连接交互各小区所测量到的信息，确定候选小区数；否则，继续进行步骤(1)；

(3)当基站与相邻基站之间的链接建立后，基站对各个侯选目标小区的信号强度和通过基站之间的接口所获得的信息进行单位归一化并加权，按照所得结果的大小对候选小区列表进行排队，首选最优的小区作为目标切换小区。

所述的负载信息，包括小区的新呼叫到达率、呼叫失败概率、切换失败概率和本小区当前负载；

所述的资源信息，包括小区的服务速率和小区总资源信息。

所述的基站与相邻基站，包括相邻小区的基站和重叠覆盖小区的基站，以及相邻的异构网络下小区的基站。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明由于在测量信号强度的同时测量了小区内的负载信息和资源信息，决策时加入了目标小区的负载信息和资源信息这些可能会导致切换失败的因素，以此来预测各侯选小区的准入控制情况，从而来减少在切换决策后，可能因目标小区的负载过满，无可用资源而导致的切换失败，大大提高了切换成功的概率；

2)本发明由于在决策时加入了小区的负载信息和资源信息，提高了切换成功概率，降低因切换失败而带来的切换时延，有效的避免用户最不能容忍的调话现象；

3)本发明由于在决策时考虑了目标小区的负载信息和资源信息，避免使终端切换到负载比较重的小区，使相邻小区的负载得到了均衡，提高了无线资源的利用率。

仿真结果表明，本发明的切换决策方法要比现有的切换决策方法有更好的性能。特别是随着小区内负载强度的不断变大，现有的切换方法的性能会急剧降低，而本发明在切换成功率和减少时延方面都有着比较好的性能。

附图说明

图1是本发明区间切换的流程图；

图2是曼哈顿模型环境下的小区分布和UE移动图；

图3是平均负载强度占小区总资源2/3时，采用两种切换方法的切换成功率的结果仿真图；

图4是平均负载强度占小区总资源2/3时，新的切换方法所能减少的时延仿真图；

图5是采用本发明与现有切换方法在不同平均负载强度下的切换成功概率图；

具体实施方式

参照图1，本发明的具体实施步骤如下：

步骤1，基站向移动终端发送测量控制信息，并测量本小区相关信息。

1a)基站周期性的向移动终端发送信号强度测量控制信息，移动终端根据测量控制信息，去测量从当前服务小区接收的信号强度和从相邻小区接收到的信号强度，以及所对应的小区列表，然后发送测量报告给基站；

1b)基站周期性的测量本小区一段时间内的呼叫到达率、呼叫阻塞概率、切换失败概率、当前负载、服务速率和小区总资源等信息。

步骤2，根据步骤1中测量的信号强度来决定是否触发切换程序，并交互基站之间的测量信息。

2a)当移动终端的测量报告到达基站后，基站根据测量报告中的当前小区和周围小区的信号强度大小，决定是否触发切换程序，如果终端接收到的当前小区信号强度小于周围小区信号强度或者低于最低接收门限值，启动切换程序；

2b)同时本小区的基站与它所相邻的所有小区的基站，包括同一个网络下的相邻小区的基站、或者是重叠覆盖小区下的基站，或者是相邻的异构网络小区下的基站，建立基站之间的连接，交互各小区所测量到的信息，使各个小区都拥有相邻小区的负载信息和资源信息，确定候选小区数；否则，继续进行步骤(1)。

步骤3，将从基站之间交互所得到的新呼叫到达率、发起呼叫阻塞概率、切换失败概率通过下式转化为小区的预估切换到达率λ_{pre_i} ^k：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pre}\_i}^k=\mathrm{\α}{\mathrm{\λ}}_{H\_i}+(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pre}\_i}^{k-1}$

λ_{H_i}＝P_h(1-B_o)λ_o

其中，λ_{pre_i} ^k为第i个小区在k时刻的预估切换到达率，λ_{H_i}为第i个小区的测量切换到达率，λ_{pre_i} ^k-1为第i个小区在k-1时刻的预估切换到达率，α为加权因子，λ_o为本小区内新呼叫的到达率，B_o本小区内为发起呼叫的阻塞概率，P_h为本小区内发起切换请求的概率；

步骤4，将预估切换到达率和小区的新呼叫到达率分别转化为负载。

4a)将所得到的预估切换到达率通过下式转换成带宽数：

$W_{\mathrm{pre}}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{pre}}^k*{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{pre}}$

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{pre}}^k=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pre}\_i}^k$

其中，W_pre为预估切换呼叫所占用的带宽，λ_pre ^k为所有相邻小区到达本小区的平均切换请求到达率，λ_{pre_i} ^k为第i个小区在k时刻的预估切换到达率，ω_pre为预估切换呼叫平均占用的带宽数，n为相邻小区的个数。

4b)将直接从基站之间的接口所获得的小区的新呼叫到达率通过下式转换成带宽数：

$W_o={\mathrm{\λ}}_o^n*{\mathrm{\ω}}_o$

其中，W_o为新呼叫所占用的带宽，λ_o ⁿ为在n时刻的新呼叫到达率，ω_o为新呼叫平均占用的带宽数。

步骤5，基站对从移动终端的测量报告中所获得的信号强度，通过基站与基站之间的交互所获得的资源信息和步骤4得到的负载通过下式进行归一化加权得到效用函数Y：

Y＝βq_i/Q+(1-β)(1-L_i/S_i)

L_i＝l_i+W_pre+W_o

其中，q_i为第i个小区的信号强度，Q为整个候选小区的最大信号强度，S_i为第i个小区的总资源，β为加权系数，L_i为第i个小区的总负载强度，l_i为第i个小区的当前负载强度。

本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明：

1)仿真条件：构建曼哈顿环境下的仿真模型，这个曼哈顿模型包括72个基站，每个基站下有一个小区，各建筑块的大小为200m×200m，移动终端沿着街道以36km/h的速度移动，向各个方向的移动是等概率的，终端初始化时随机的从某个十字路口上开始移动，统计在一段时间内用户在这段随机移动路线上所经过的小区中的切换成功概率。

2)仿真结果：

2a)将采用本发明方法和原切换方法的切换成功概率进行仿真，其结果如图2所示。在图2中，原切换决策只考虑信号强度大小，当小区内的负载强度过重时，会因为对目标小区的负载情况和空闲资源的未知，而导致切换的失败；而本发明方法由于考虑目标小区的信号强度时兼顾了目标小区的负载信息和资源信息，从而减少因为目标小区负载过满而导致切换请求被阻塞的现象，提高了切换成功的概率。由图2中可以看出，本发明方法在平均负载强度占小区总资源2/3时，随着时间的变化基本保持着接近100％的换成功率。

2b)对本发明方法在平均负载强度占小区总资源2/3时减少的切换时延进行仿真，其结果如图3所示。由图3中可以看出，本发明方法在平均负载强度占小区总资源2/3时，较原切换方法可以减少接近20％的总切换时延，避免了用户因时延过大而导致的切换失败或掉话现象。

2c)对在不同负载强度下本发明方法和原切换方法的的切换成功概率进行仿真，其结果如图4所示。由图4中可以看出，当负载较轻时原切换方法的成功概率和本发明方法接近；随着负载强度的变大，原切换方法的成功概率就会逐渐减低，因为目标小区的负载信息对切换请求的准入影响变大，这时因切换失败带来的切换时延和用户掉话的现象将会变大；而采用本发明方法，在切换决策时对目标小区的信号强度、负载信息和资源信息进行综合考虑，大大的提高切换的成功概率，并且随着负载强度的增强切换成功的概率始终保持在90％以上。可以将终端切换到负载比较轻且信号强度较优的小区，使相邻小区的负载得到了均衡，提高了无线资源的利用率。

2d)对在不同负载强度下本发明方法减少的切换时延进行仿真，其结果如图5所示。由图5中可以看出，随着负载强度的增强本发明方法所减少的切换时延也随之变大，由于本发明考虑了目标小区的负载信息和资源信息，减少了切换失败的概率，有效的降低因切换失败所带来的时延，减少用户不能容忍的掉话现象。特别是在高负载情况下，可大大减少因切换失败带来的时延。

仿真结果表明，本发明方法比原切换方法在切换成功概率和时延方面都有着更好的性能，可有效的降低用户因切换失败带来的时延，尽可能的避免用户不能容忍的掉话现象，特别适合现在的无线小区日趋微型化，切换日趋频繁化的情况。且随着负载强度的增加，本发明方法的性能要远远优于原切换方法。

Claims (6)

1.一种基于信号强度和负载估计的区间切换方法，包括如下步骤：

(1)基站周期性的向移动终端发送信号强度测量控制信息，移动终端根据测量控制信息发送测量报告给基站，同时基站周期性的测量本小区一段时间内的负载信息和资源信息；

(2)当移动终端的测量报告到达基站后，基站根据汇报的当前小区和周围小区的信号强度大小，决定是否触发切换程序，如果终端接收到的当前小区信号强度小于周围小区信号强度，基站与相邻基站通过建立连接交互各小区所测量到的信息，确定候选小区数；否则，继续进行步骤(1)；

(3)当基站与相邻基站之间的链接建立后，基站对各个侯选目标小区的信号强度和通过基站之间的接口所获得的信息进行单位归一化并加权，按照所得结果的大小对候选小区列表进行排队，选择最优的小区作为目标切换小区。

2.根据权利要求1所述区间切换方法，其中步骤(1)所述的负载信息，包括小区的新呼叫到达率、发起呼叫阻塞概率、切换失败概率和本小区当前负载；所述的资源信息，包括小区的服务速率和小区总资源信息。

3.根据权利要求1所述区间切换方法，其中步骤(2)所述的基站与相邻基站，包括相邻小区的基站和重叠覆盖小区的基站，以及相邻的异构网络下小区的基站。

4.根据权利要求1所述区间切换方法，其中步骤(3)所述的基站对各个侯选目标小区的信号强度和通过基站之间的接口所获得的信息进行单位归一化并加权，按如下步骤进行：

(4a)通过下式得到第i个小区在k时刻的预估切换到达率λ_{pre_i} ^k：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pre}\_i}^k={\mathrm{\α\λ}}_{H\_i}+(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pre}\_i}^{k-1}$

λ_{H_i}＝P_h(1-B_o)λ_o

其中，λ_{H_i}为第i个小区的测量切换到达率，λ_{pre_i} ^k-1为第i个小区在k-1时刻的预估切换到达率，α为加权因子，λ_o为本小区内新呼叫的到达率，B_o本小区内为发起呼叫的阻塞概率，P_h为本小区内发起切换请求的概率；

(4b)将预估切换到达率和从基站之间的接口所获得的小区的新呼叫到达率均转化为负载；

(4c)通过下式对信号强度和负载进行归一化加权得到效用函数Y：

Y＝βq_i/Q+(1-β)(1-L_i/S_i)

L_i＝l_i+W_pre+W_o

其中，q_i为第i个小区的信号强度，Q为整个候选小区的最大信号强度，S_i为第i个小区的总资源，β为加权系数，L_i为第i个小区的总负载强度，l_i为第i个小区的当前负载强度，W_pre预估切换呼叫所占用的带宽，W_o为新呼叫所占用的带宽。

5.根据权利要求4所述区间切换方法，其中其中步骤(4b)所述的将预估切换到达率转化为负载，是通过下式转换成带宽数：

$W_{\mathrm{pre}}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{pre}}^k*{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{pre}}$

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{pre}}^k=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pre}\_i}^k$

其中，W_pre为预估切换呼叫所占用的带宽，λ_pre ^k为所有相邻小区到达本小区的平均切换请求到达率，λ_{pre_i} ^k为第i个小区在k时刻的预估切换到达率，ω_pre为预估切换呼叫平均占用的带宽数，n为相邻小区的个数。

6.根据权利要求4所述区间切换方法，其中其中步骤(4b)所述的将小区的新呼叫到达率转化为负载，是通过下式转换成带宽数：

$W_o={\mathrm{\λ}}_o^n*{\mathrm{\ω}}_o$

其中，W_o为新呼叫所占用的带宽，λ_o ⁿ为在n时刻的新呼叫到达率，ω_o为新呼叫平均占用的带宽数。

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