CN104486784A - 超密集无线网络中减少切换失败的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，属于无线通信中的移动性优化技术，该方法通过对不同速度的用户设备(UE)配置不同的初始切换参数，然后根据切换历史记录来自动调整切换参数，通过给定时间窗口长度内计算切换失败次数和成功次数，给出了一种新的动态调整切换参数的方法。在超密集网络中，区域内密集部署微微小区(Pico Cell)的情况下，根据这个方法能够实现自适应调整切换参数，在UE穿过Pico Cell密集部署的区域时有效减小切换失败率，并且能实现减小切换失败率和减小乒乓率的平衡。

Description

超密集无线网络中减少切换失败的方法

技术领域

本发明属于无线通信中的移动性优化技术领域，具体涉及LTE-A(Long TimeEvolution-Advanced)超密集无线网络中的减少切换失败(Handover Failure,HOF)的方法。

背景技术

LTE-A是LTE项目向4G的平滑演进，2010年10月被国际电信联盟正式批准为第四代移动通信(IMT-Advanced)国际标准。为满足第四代移动通信系统的性能要求，解决传统同构蜂窝网“重蜂窝组网、轻孤立热点”以及边界用户性能差等问题，LTE-A在蜂窝网拓扑的宏小区(Macro Cell)基础上部署小小区(SmallCell)，比如毫微微小区(FemtoCell)、微微小区(PicoCell)以及中继(Relay)，对室内、热点场景以及小区边界进行优化。这些Small Cell由低功率节点(LowPower Node,LPN，又称小站)实现覆盖。由于Small Cell完全处在Macro Cell的覆盖之下，在现有蜂窝拓扑之上形成另一层的拓扑，构成了分层的同质异构网络(HetNet,Heterogeneous Network)。在HetNet的基础上，发展了小小区增强(Small Cell Enhancement,SCE)场景，在SCE场景中，宏站中的Small Cell集中分布于热点区域而形成簇(Cluster)，在簇中Small Cell的密度很大，Macro Cell与Small Cell之间、簇内Small Cell之间的干扰场景非常复杂，从而影响UE(UserEquipment)的移动性。

移动性是蜂窝移动通信系统必备的机制，能够辅助LTE/LTE-A系统实现负载均衡、提供更好的用户体验以及提高系统整体性能。该功能主要分为两大类：空闲状态的移动性管理和连接状态(Radio Resource Control Connected,RRCConnected)的移动性管理。在LTE/LTE-A系统中，空闲状态的移动性管理主要通过UE的小区选择/重选过程来实现；连接状态的移动性管理主要通过切换过程来实现，切换过程完全是由网络控制而进行的。

切换分为硬切换和软切换，LTE中仅支持硬切换，导致切换会造成一定时间的服务中断。衡量切换性能的好坏主要有切换失败率(Handover Failure Rate,HOFR)、乒乓率(Ping Pang Rate,PPR)无线链路失败率(Radio Link Failure,RLF)等指标。影响切换性能的主要因素是切换过早和切换过晚。

由于小站的引入改变了网络的拓扑结构，且小站部署的数目和位置灵活，不同小站的发射功率不同，使得网络拓扑具有多样性和多变性，使得异构网络中的技术研究也面临巨大的挑战。在异构网络中，网络结构非常复杂。例如当UE在宏站内移动时，可能多次发生进入Small Cell和离开Small Cell的情况，不同速度UE穿过不同目标小区的切换性能会不同，不仅过高速度的UE会导致切换失败，而且随着目标小区的不同，切换参数也要随之修改。因此在HetNet特别是SCE中，Small Cell部署密集，RRC Connected状态下UE切换的次数大大增加，将会产生新的切换问题，HOFR会大大增加，因此需要设计更有效的切换算法以减小HOFR。

发明内容

本发明的目的是提供一种超密集网络中减少HOFR的方法，通过对不同速度的UE配置不同的初始切换参数，然后根据切换历史记录来自动调整切换参数。根据这个方法，能有效减低UE穿过Small Cell密集部署的区域时减小HOFR，并且能实现减小HOFR和减小PPR的平衡。

本发明的技术方案：首先根据UE的速度，对UE进行分类，对不同类别设置不同的切换参数，然后根据UE在某一时间窗口中的切换失败次数和切换成功次数，动态调整切换参数，从而减小HOFR。

一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据UE的移动速度对UE进行分类；

根据UE接收到的Pico Cell邻小区的RSRP判断UE是否在簇Cluster中；

根据UE是否在Pico Cell部署密集的簇中以及UE速度，设定初始的触发时间参数值TTT和A3事件偏置A3offset；

根据UE速度以及切换历史记录，调节触发时间参数TTT和A3事件偏置A3offset；

根据调整后的触发时间参数TTT和A3事件偏置参数A3offset，重新配置用户设备UE测量参数，以便发起切换流程。

优选地，UE的移动速度估计根据移动状态估计MSE来确定，分为低速、中低速、中高速和高速四组。

优选地，当UE速度低于第一预设速度门限时，将该UE归为低速组UE；当UE速度高于第一预设速度门限而低于第二预设速度门限时，将该UE归为中低速组UE；当UE速度高于第二预设速度门限而低于第三预设速度门限时，将该UE归为中高速组UE；当UE速度高于第三预设速度门限时，将该UE归为高速组UE。

优选地，UE根据接收到的Pico Cell邻小区的RSRP判断该邻小区是否为强干扰邻小区，再根据强干扰邻小区的个数判断UE是否在簇中。

优选地，该方法包括：

当UE接收到Pico Cell邻小区的RSRP大于预设RSRP门限值时，则判断该邻小区为强干扰小区，否则为非强干扰小区；

当UE的邻小区列表中强干扰邻小区数目大于预设数目门限值时，则判断该UE在簇中，否则不在簇中。

优选地，该方法包括：

当UE在簇中且为低速时，按照第一预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset；

当UE在簇中且为中低速时，按照第二预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset；

当UE在簇中且为中高速时，按照第三预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset；

当UE在簇中且为高速时，按照第四预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset。

优选地，所述切换历史记录包括一段预设时间窗口内UE的切换成功次数和失败次数。

优选地，根据切换历史记录调节切换参数方法包括：

确定一段预设时间窗口长度；

统计该时间窗口内切换成功的次数和切换失败的次数；

根据所述切换成功次数和切换失败次数调节触发时间TTT和A3事件偏置A3offset。

优选地，切换失败包括：

UE未接收到源小区的切换命令而产生了无线链路失败RLF，失去了与源小区的连接；

UE接收到源小区切换命令，在与源小区断开连接后，无法与目标小区进行重连接；

UE接收到源小区的切换命令，与源小区断开连接，但在与目标小区进行重连接时发生RLF。

优选地，所述的方法还包括：

当预定时间窗口长度内发生切换失败的次数大于预设的门限值时，所述触发时间TTT和A3事件偏置A3offset按照各自预设系数进行调整具体包括：将触发时间参数TTT和A3事件偏置A3offset按照各自的预设系数缩小；

当预定时间窗口长度内发生切换失败的次数小于预设的门限值并且切换成功的次数大于预设的门限值时，所述触发时间TTT和A3事件偏置A3offset按照各自预设系数进行调整具体包括：将触发时间参数TTT和A3事件偏置A3offset按照各自的预设系数放大。

本发明具有如下有益的技术效果：基于UE切换历史记录，通过给定时间窗口长度内计算切换失败次数和成功次数，给出了一种新的动态调整切换参数的方法。在超密集网络中，区域内密集部署Pico Cell的情况下，能够实现自适应调整切换参数，取得比较低的HOFR。

基于本发明的切换参数自适应调整方法具有如下优点：

1.本方法根据UE速度将UE分成四组，比现行的三个分组的方式更精确。

2.本方法基于UE的切换历史记录(一段预设时间窗口长度内切换成功次数和失败次数)，简单可操作，不会增加UE端的复杂度。

3.能实现动态调整切换参数，实现比较低的HOFR，减少RLF。

4.本方法能结合站点部署情况以及切换记录，调整各个门限，从而能更灵活快速调整，在HOFR和PPR中取得平衡。

附图说明

图1是UE穿越Cluster示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明在超密集网络中自适应调整切换参数的实施方式作进一步介绍：

1LTE-A切换过程

LTE-A中为硬切换，即在切换时UE先断开与服务小区的RRC连接，然后再重新接入目标小区，这时目标小区则成为新的服务小区。

切换过程主要分为三个阶段：切换准备、切换执行和切换完成。切换准备阶段主要负责在目标小区准备好所需资源；切换执行阶段主要为UE中断与源小区的链接，并在目标小区执行随机接入；切换完成阶段主要是负责用户平面路径的转换和源小区资源的释放。

UE需要维护一张邻小区列表，周期性或者事件触发性地对邻小区列表上的小区进行RSRP的测量。测量在层1(L1)每50ms采样一次，每4个样本进行L1层线性平均滤波后向层3(L3)汇报，L3层再滤波，以进一步消除快衰落等造成的信号波动，之后将滤波后的RSRP上报给RRC层。

L3滤波用来滤除L1滤波后的残留误差，进一步消除信号随机波动的影响。L3滤波为滑动滤波，滤波公式如下：

F_n＝(1-a)*F_n-1+a*M_n         [1]

其中M_n是当前时刻物理层上报的测量结果，F_n是当前时刻滑动滤波的输出，F_n-1是上一时刻滑动滤波的输出。初始值F₀为L3第一次接收的物理层上报M₁，a＝1/2^(k/4)，滤波系数K由测量配置信息设定。

根据测量配置信息，UE可以周期性地或事件触发地上传测量报告。LTE中定义了A1～A6等事件的触发准则。一般切换中采用的是A3事件，其触发条件为：邻区的信号强度(Receive Signal Reference Power,RSRP)比服务小区高一个绝对门限，并保持TTT(Time To Trigger)时长，如下公式所示。

M_n+O_fn+O_cn-Hys>M_s+O_fs+O_cs+Off      [2]

其中M_n是邻区的RSRP测量结果，O_fn是邻区与载波频率相关的偏置，O_cn是邻区特定的偏置，M_s是服务小区的测量结果，O_fs是服务小区与载波频率相关的偏置，O_cs是服务小区的特定偏置，Hys是迟滞，Off是触发事件的偏置。另外，CRE的偏置即为O_cn-O_cs(或者叫CIO)。对于同频部署，有O_fn＝O_fs。如果令A3offset＝Off+Hys，则上式可以改写为

M_n+CRE＞M_s+A3offset         [3]

如果M_n为small cell而M_s为Macro，则CRE≥0，如果M_n为Macro而M_s为smallcell，则CRE≤0，其余情况则CRE＝0。

2切换性能评价指标

(1)切换失败率(HOFR)

切换失败率是指切换失败次数N_HOF与切换总次数(N_HOF+N_HOsuccess)之比。切换总次数为切换失败次数与切换成功次数N_HOsuccess之和，如下式所示。

$\mathrm{HOFR}=\frac{N_{\mathrm{HOF}}}{N_{\mathrm{HOF}}+N_{\mathrm{HOsuccess}}}---\left[4\right]$

(2)乒乓切换率(PPR)

乒乓切换是指一个成功切换到目标小区的UE在某一段很短的时间内又切换回到源小区。一般认为当UE在目标小区停留时间小于1s即为乒乓切换。PPR是指产生乒乓的切换次数N_HOPP与切换成功次数N_HOsuccess之比，如下式所示：

$\mathrm{PPR}=\frac{N_{\mathrm{HOPP}}}{N_{\mathrm{HOsuccess}}}---\left[5\right]$

3自适应调整切换参数的方法

如图1所示，当UE穿越Cluster时，可能发生多次切换，可以通过本方法自适应调整切换参数。本方法的主要步骤分两步：

第一步，根据UE的移动速度对UE进行分类。根据上面的分析，基于UE的移动速度V，可将UE分为四类：高速、中高速、中低速、低速。设定三个UE速度门限，即V_th1、V_th2和V_th3，具体门限值由运营商依据当地无线网络中小站部署的具体情形(小站的数目、密度、交通情况和地理环境等)确定。当0≤V＜V_th1时为低速UE，当V_th1≤V＜V_th2时为中低速UE，当V_th2≤V＜V_th3为中高速UE，当V≥V_th3时为高速UE。再根据UE接收到的邻小区的RSRP判断UE是否在Cluster中。设SN_i是对UE_i有强干扰的Pico个数，SN_th是其门限(具体门限值由运营商依据当地无线网络中小站部署的具体情形确定)，φ_ij表示Pico j是否对UE_i造成强干扰，φ_ij＝1表示强干扰，而φ_ij＝0表示不是强干扰。如果SN_i＞SN_th，则表示UE处于Cluster中，反之UE不在Cluster中。根据UE是否在Cluster中以及UE速度，设定初始的切换参数值TTT和A3offset，初始值根据部署的网络场景及运营网络的历史数据设定。由于UE速度估计存在偏差，设定的初始参数不一定是最优的参数，因此还需要在第二步中进行动态调整。

第二步，根据UE速度以及切换历史记录(一段时间窗口内切换成功次数和失败次数)调节切换参数TTT和A3offset，缩放系数分别为α_m和β_m(m＝1,2)，系数的值根据运营商对调节参数快慢的要求设定。设C_i是UE_i的邻小区列表中所有Pico，V_i和RSRP_ij分别是UE_i的速度和从Pico j接收到的功率，N_HOS和N_HOF分别是一段时间窗口内UE的切换成功和失败次数，而N_HOSth和N_HOFth分别是对应门限(门限值根据运营商检测网络的历史运行记录设定)。如果在设定时间窗口长度内N_HOF＞N_HOFth，说明切换失败次数过多，而涉及Small Cell的切换失败很重要的一个原因是A3offset和TTT过大，导致来不及切换，故应该减小A3offset和TTT，以减小切换失败。如果在设定时间窗口长度内N_HOF＜N_HOFth而且N_HOS＞N_HOSth，说明此时基本上切换都能成功，因此保证在HOFR足够低的情况下，可以增大A3offset和TTT，以减小PPR。

根据本发明的实施方式，处理流程如下：

(1)网络侧初始化UE速度门限V_th1，V_th2，V_th3，门限SN_th，N_HOFth和N_HOSth，以及缩放系数α_m和β_m(m＝1,2)。

(2)UE估计UE_i速度V_i，测量RSRP_ij，并将结果上报网络侧。

(3)UE计算并判断UE是否在Cluster中，此处 ${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& {\mathrm{RSRP}}_{\mathrm{ij}}>{\mathrm{RSRP}}_{\mathrm{th}}\\ 0,& \mathrm{otherwise}& \end{array}\right...$

(4)网络侧根据UE上报的速度对UE进行分组。如果V_i＜V_th1，则UE_i为低速组；否则如果V_i＜V_th2，则UE_i为中低速组；否则如果V_i＜V_th3，则UE_i为中高速组；否则UE_i高速组。

(5)网络侧根据UE_i所在分组以及是否在Cluster中设定初始切换参数。

(6)如果UE进入Pico密集区域，UE计算一段时间窗口长度内的N_HOF和N_HOS上报网络侧，网络侧根据上报记录调整切换参数。如果N_HOF＞N_HOFth，则 $\begin{array}{c}\mathrm{TTT}\←{\mathrm{\α}}_1\mathrm{TTT}\\ A3\mathrm{offset}\←{\mathrm{\β}}_{1}A3\mathrm{offset}\end{array},$ 此处0＜α₁，β₁＜1；否则如果N_HOS＞N_HOSth，则 $\begin{array}{c}\mathrm{TTT}\←{\mathrm{\α}}_2\mathrm{TTT}\\ A3\mathrm{offset}\←{\mathrm{\β}}_{2}A3\mathrm{offset}\end{array},$ 此处α₂，β₂＞1。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据UE的移动速度对UE进行分类；

根据UE接收到的Pico Cell邻小区的RSRP判断UE是否在簇Cluster中；

根据UE是否在Pico Cell部署密集的簇中以及UE速度，设定初始的触发时间参数值TTT和A3事件偏置A3offset；

根据UE速度以及切换历史记录，调节触发时间参数TTT和A3事件偏置A3offset；

根据调整后的触发时间参数TTT和A3事件偏置参数A3offset，重新配置用户设备UE测量参数，以便发起切换流程。

2.根据权利要求1所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，UE的移动速度估计根据移动状态估计MSE来确定，分为低速、中低速、中高速和高速四组。

3.根据权利要求2所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，当UE速度低于第一预设速度门限时，将该UE归为低速组UE；当UE速度高于第一预设速度门限而低于第二预设速度门限时，将该UE归为中低速组UE；当UE速度高于第二预设速度门限而低于第三预设速度门限时，将该UE归为中高速组UE；当UE速度高于第三预设速度门限时，将该UE归为高速组UE。

4.根据权利要求1所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，UE根据接收到的Pico Cell邻小区的RSRP判断该邻小区是否为强干扰邻小区，再根据强干扰邻小区的个数判断UE是否在簇中。

5.根据权利要求4所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，该方法包括：

当UE接收到Pico Cell邻小区的RSRP大于预设RSRP门限值时，则判断该邻小区为强干扰小区，否则为非强干扰小区；

当UE的邻小区列表中强干扰邻小区数目大于预设数目门限值时，则判断该UE在簇中，否则不在簇中。

6.根据权利要求1所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，该方法包括：

当UE在簇中且为低速时，按照第一预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset；

当UE在簇中且为中低速时，按照第二预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset；

当UE在簇中且为中高速时，按照第三预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset；

当UE在簇中且为高速时，按照第四预设切换参数门限设定UE触发时间参数TTT和切换A3事件参数A3offset。

7.根据权利要求1所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，所述切换历史记录包括一段预设时间窗口内UE的切换成功次数和失败次数。

8.根据权利要求7所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，根据切换历史记录调节切换参数方法包括：

确定一段预设时间窗口长度；

统计该时间窗口内切换成功的次数和切换失败的次数；

根据所述切换成功次数和切换失败次数调节触发时间TTT和A3事件偏置A3offset。

9.根据权利要求8所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，切换失败包括：

UE未接收到源小区的切换命令而产生了无线链路失败RLF，失去了与源小区的连接；

UE接收到源小区切换命令，在与源小区断开连接后，无法与目标小区进行重连接；

UE接收到源小区的切换命令，与源小区断开连接，但在与目标小区进行重连接时发生RLF。

10.根据权利要求8所述的一种超密集无线网络中减少切换失败的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

当预定时间窗口长度内发生切换失败的次数大于预设的门限值时，所述触发时间TTT和A3事件偏置A3offset按照各自预设系数进行调整具体包括：将触发时间参数TTT和A3事件偏置A3offset按照各自的预设系数缩小；

当预定时间窗口长度内发生切换失败的次数小于预设的门限值并且切换成功的次数大于预设的门限值时，所述触发时间TTT和A3事件偏置A3offset按照各自预设系数进行调整具体包括：将触发时间参数TTT和A3事件偏置A3offset按照各自的预设系数放大。