LTE系統(tǒng)中宏小區(qū)與femtocell的切換方法

　　引言

　　在3GPP LTE (Long Term Evolution， 長期演進(jìn))系統(tǒng)中，不斷增加的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求以及不斷上漲的用戶數(shù)量，給宏基站帶來與日俱增的負(fù)擔(dān)和挑戰(zhàn)。又因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/LTE">LTE系統(tǒng)工作在高頻段，傳播損耗和墻壁穿透損耗都較大，導(dǎo)致室內(nèi)信號(hào)覆蓋相對(duì)較差。根據(jù)日本NTT DoCoMo的調(diào)查表明，在宏小區(qū)中，超過2/3的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)場所[1]，因此室內(nèi)覆蓋問題成為當(dāng)前無線移動(dòng)通信亟待解決的關(guān)鍵問題。為了緩解宏基站的負(fù)載及解決室內(nèi)覆蓋問題，femtocell(家庭基站)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，給運(yùn)營商們提供了一個(gè)新的平臺(tái)。

　　LTE系統(tǒng)中大量部署femtocell，由于femtcoell的安裝和用戶位置的隨意性，導(dǎo)致宏小區(qū)與femtocell之間的頻繁切換問題尤為突出，成為亟待解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　針對(duì)切換問題，許多相應(yīng)的切換方案被提出。文獻(xiàn)[2]提出一種經(jīng)典的CAC (Call Admission Control， 呼叫允許控制)算法，考慮了接收信號(hào)強(qiáng)度和SINR (signal to interference plus noise ratio，信干噪比) ，有效降低了不必要切換的次數(shù)和概率。文獻(xiàn)[3]提出了一種考慮用戶速度和SQ(Speed and Qos，服務(wù)質(zhì)量)算法。將用戶速度分為高速(>30km/h)、中速(15~30km/h)和低速(<15km/h)3個(gè)級(jí)別，并分情況執(zhí)行切換。本文根據(jù)用戶的位置和切換請(qǐng)求將用戶進(jìn)行分類，對(duì)不同類型用戶進(jìn)行不同處理，從而降低掉話率和減少不必要切換，提高吞吐量。

　　1 切換過程

　　3GPP TS36.300[4]協(xié)議中已經(jīng)詳細(xì)定義了宏基站之間切換的過程及信令流程，但femtocell與宏小區(qū)之間的信令流程還沒正式定義，圖1為目前研究比較認(rèn)可的宏小區(qū)向femtocell切換信令流程[5]。其中各步驟簡要介紹如下：1) 服務(wù)宏基站配置并觸發(fā)用戶進(jìn)行測量，通過發(fā)送測量控制消息通知用戶需要測量的參數(shù);2) 用戶將測量報(bào)告發(fā)送給服務(wù)宏基站;3) 服務(wù)宏基站根據(jù)測量報(bào)告做出切換判決;4) 服務(wù)宏基站向MME (mobility management entity， 移動(dòng)管理實(shí)體)發(fā)送切換請(qǐng)求， MME再通過FGW (femtocell gate way， femtocell網(wǎng)關(guān))將切換請(qǐng)求發(fā)給femtocell;5) 目標(biāo)femtocell根據(jù)服務(wù)質(zhì)量信息、CSG (closed subscriber group， 封閉用戶組)鑒權(quán)信息等進(jìn)行接入控制處理;6) 如果接納該用戶的請(qǐng)求，則發(fā)送切換響應(yīng)給FGW，再經(jīng)過MME發(fā)送到服務(wù)宏基站;7) 服務(wù)宏基站向用戶發(fā)送RRC(Radio Resource Control，無線資源控制)切換信令;8) 用戶執(zhí)行切換，與原來的服務(wù)基站斷開連接，與目標(biāo)femtocell建立同步并接入，服務(wù)宏基站向目標(biāo)femtocell發(fā)送與該用戶相關(guān)的緩沖和傳輸包;9) 切換確認(rèn)消息成功執(zhí)行后，目標(biāo)femtocell會(huì)向MME發(fā)送路徑轉(zhuǎn)換請(qǐng)求， MME再向S-GW (server gate way， 服務(wù)網(wǎng)關(guān))發(fā)送用戶面更新請(qǐng)求，S-GW轉(zhuǎn)換下行路徑信息，向MME發(fā)送用戶面更新請(qǐng)求響應(yīng)消息，再由MME向目標(biāo)femtocell發(fā)送路徑轉(zhuǎn)換請(qǐng)求確認(rèn)消息;10) 目標(biāo)femtocell收到路徑轉(zhuǎn)換確認(rèn)消息后，通過FGW、MME向服務(wù)宏基站發(fā)送釋放資源響應(yīng);11) 服務(wù)宏基站釋放相關(guān)無線控制資源后，目標(biāo)femtocell就可以傳輸下行包數(shù)據(jù)，為用戶提供服務(wù)。

　　2 切換算法

　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)切換算法

　　LTE標(biāo)準(zhǔn)硬切換算法只考慮HOM (Handover Margin，切換閾值)、TTT (Time to Trigger，觸發(fā)時(shí)間)以及RSS (Received Signal Strength，接收信號(hào)強(qiáng))三個(gè)因素，其中RSS用 RSRP (Reference Signal Receiving Power，參考信號(hào)接收功率)表示。如圖2所示，當(dāng)接收到的目標(biāo)小區(qū)RSS大于源小區(qū)RSS與HOM之和，即 ，并且持續(xù)時(shí)間TTT，則觸發(fā)越區(qū)切換[6]。