一种基于高速铁路定点切换算法的最佳切换参考点选取方法
【专利摘要】针对高速铁路定点切换算法最佳切换参考点的选取问题，提出一种最佳切换参考点选取方法。此方法首先利用参考信号接收功率(RSRP)以及由RSRP计算所得的误块率(BLER)进行切换参考点初步选取。然后根据大量测量所得的切换参考点记录，建立概率统计模型，分析得到最佳切换参考点。此算法能够解决高速移动环境下的快速切换问题，降低通信掉话次数，提高切换成功率，增强高速宽带移动业务的服务质量，推动高速铁路列车内多媒体宽带移动互联服务的开展，满足旅客日益增长的移动通信服务的需求。
【专利说明】一种基于高速铁路定点切换算法的最佳切换参考点选取方法
【技术领域】:
[0001]本发明针对高速铁路时分双工长期演进技术(Time-Division Duplex Long TermEvolution, TDD-LTE或TD-LTE)通信系统的小区切换频繁，切换时间短，切换成功率高的要求，在现有的基于地理位置信息的快速切换算法的基础上，提出了一种基于对源和目标小区参考信号的功率差值及误块率的最佳切换参考点的确定方法。该方法可应用于TD-LTE、频分双工长期演进技术(Frequency-Division Duplex Long Term Evolution, FDD-LTE 或FD-LTE)通信系统在高铁环境下的基于地理位置信息的快速切换算法中。
【背景技术】:
[0002]通常，LTE系统中的切换过程划分为以下三个步骤:
[0003]1.切换测量(包括测量滤波、算法触发测量报告)；
[0004]2.切换判决(切换算法)；
[0005]3.切换执行；
[0006]切换测量由用户终端(User Equipment, UE)和LTE基站，称为演进型节点B(Evolved Node B，基站)完成，切换判决在基站基站中进行，切换执行在用户终端UE、基站基站和移动管理实体(Mobility Management entity, MME)共同协作下完成。对于高速铁路TD-LTE组网部署，目前采用的是同频组网方案，即相邻小区采用的中心频点是相同的。LTE系统同频切换判决事件准则采用A3事件，即当测量的邻小区质量高于服务小区质量，且差值超过一定门限，此状态持续一段触发时间(Trigger to Time，TTT)后，用户终端UE向网络侧上报A3事件报告，网络侧收到该报告后，进行切换判决，判决成功后对邻小区执行切换命令，由于同一时刻可能有多个邻小区同时满足A3事件报告，因此，A3报告中可同时包含多个小区质量符合切换条件的邻区。目前对于宏蜂窝组网采用此判决准则可以完全满足系统的需求。
[0007]当列车时速达到350公里/小时，10公里的基站间距，基站间切换的时间间隔降低至100秒，导致了小区的频繁穿越。由于移动速度提高势必抬升接收机接收门限。为保证可靠传输和一定的传输效率，一般情况下都需要通过缩小基站间距、提高覆盖场强来予以解决。但这不是唯一的方法，如能有效抑制高速下接收门限的抬升程度，尽量保持住6-10公里的现有基站间距，通过布设射频拉远单元(Radio Remote Unit, RRU)将最大程度有效利用现有资源，减少大量工程投入，并利于维护。但对基站的资源管理，切换时间和质量提出更高的要求。
[0008]但另一方面，高速铁路列车宽带通信链路有其自身特点:
[0009]由于铁路线条状分布，所以基站的分布有别于一般蜂窝通信的平面覆盖特点。从而导致基站分布的可预知性，列车运行线路的可以预知，列车位置可以预知，列车穿越小区的时间可以预知等许多对系统设计有帮助的可预知信息，这些信息可以用来提高系统的性能，降低系统设计和运行的复杂性，并且可以有助于降低一些算法的复杂性，获得比一般蜂窝通信在同等条件下更高的频谱效率和传输质量，提高小区切换的平滑性。
[0010]影响高速铁路覆盖的另一个因素是快速切换。假设切换区大小不变，那么移动速度越高穿越切换区的时间越短。当用户终端UE移动速度足够快，以至于穿越切换区的时间小于系统处理切换的最小时延，则切换流程无法完成，导致掉话。
[0011]由于高速铁路信道环境和组网方式的特殊性，上述的A3切换判决准则已经无法适应高速铁路环境，由于列车高速行驶，切换时间较短；另外，复杂的地形和高速铁路周边电气设备等因素对信道环境也会造成较大的影响，采用A3切换判决准则会造成切换的频繁失败，切换成功率降低，通信质量下降，客户体验较差，因此必须考虑采用适应高速铁路环境的判决准则。
[0012]基于地理位置信息的快速切换算法是针对上述高速铁路信道环境和组网方式的特殊性而提出的，以缩短切换时延，保证用户终端UE在合理的位置进行切换，满足高速条件下快速切换的要求。基于地理位置信息的快速切换算法在工程实践中关键的一步是确定最佳切换参考点的位置。切换参考点位置选取直接影响用户在切换过程中的掉话率。
【发明内容】
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[0013]本发明旨在针对高速铁路TD-LTE通信系统的基于地理位置信息的快速切换算法的要求，提出了一种基于对源和目标小区参考信号的功率差值及误块率的最佳切换参考点的确定方法，解决在高速移动环境下的快速切换问题，降低通信掉话次数，提高切换成功率，增强高速宽带移动业务的服务质量。
[0014]本发明实现了基于地理位置信息的快速切换算法中最佳切换参考点的选取，具体步骤如下:
[0015]1、根据列车运行位置、速度和方向，在网络规划完成后，预先生成一份邻小区列表，并预先设定好每个切换带的切换位置，即经纬度位置信息。
[0016]2、应用目标小区指定法，屏蔽处于列车运行后方的小区，向列车报告的邻小区只包含唯一的邻小区频点信息，即列车运行前方小区。
[0017]3、列车按照测量配置向源小区基站周期性上报测量信息。在列车进入相邻小区的切换带时，时列车开始测量源小区基站和目标小区基站的参考信号功率RSSs和RSSt，并和列车此时的速度、位置信息一起上报给源小区基站。
[0018]4、源小区基站根据用户终端上报的测量信息，提取出列车接收到的源和目标小区的参考信号功率值，并计算列车对于目标小区参考功率和源小区的参考功率差值A P。
[0019]当功率差值A P大于功率差下限值Tl，并且小于功率差的上限值T2时，即满足:
[0020]Tl ( RSSt-RSSs ( T2
[0021]则执行下一步，否则继续等待用户终端上报测量信息。
[0022]5、利用一般较为常用的EESM算法可以算出UE在每个子信道的有效信噪比:
[0023]Jeff = -(3 In --^exp -f-
V Nsb ?=\ \ P J J
[0024]其中0为调整系数，Nsb为每个子信道上的子载波个数，Xn为每个子载波上的SINR。根据有效信噪比就可以算出UE在目标小区每个子信道上的误块率(Block Error
【权利要求】
1.一种用于高速铁路定点切换算法过程中的最佳切换参考点的选择方法，适用于高速铁路定点切换中对最佳参考切换点的选择和确定，提出了一种基于对源和目的小区参考信号的功率差值及误块率的最佳切换参考点的确定方法，以实现高速铁路中相邻小区的快速切换功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其思想为:在列车进入两个小区覆盖重叠区时，即切换带时列车开始测量源小区基站和目的小区基站的参考信号功率大小分别为RSSs和RSSt并上报给源小区基站，当源小区基站计算到列车对于目的小区参考信号功率和源小区的参考信号功率差值大于某一个功率差下限值并且小于功率差上限值。
3.源小区基站利用接收到的RSRP测量报告计算列车对于源小区和目的小区的误块率，当源和目的小区的误块率均小于某一个误块率的门限值时，确定此点为最佳切换参考点的候选点。
4.根据权利要求2、3所述思想，其特征在于列车进行最佳切换点的选择时，每一趟经过切换带，列车根据权利要求2所述方法能够得到很多个符合要求的最佳切换参考点候选点，对这些最佳切换参考点候选点应进一步从这些符合要求的候选点中选取最佳切换参考点，进一步包含以下步骤: 列车重复从源小区运行到目的小区多次，将每次得到的多个最佳候选点存入最佳切换参考点候选点表中，然后对最佳切换参考点表进行概率统计分析，能得到最佳切换参考点候选点的位置概率统计分布近似为高斯分布，用计算机对得到的概率统计分布进行高斯曲线拟合，得到此高斯分布的平均值，将平均值的位置设为本切换带的最佳切换参考点。
5.根据权利要求4所述，每两个不同的切换小区由于无线链路传播环境不同，最佳切换参考点候选点的概率统计分布所服从的高斯分布也将不同，对于不同的无线传播环境最佳切换参考点的位置也将不同，对不同的小区切换带，最佳切换参考点应重新进行测量选取。
6.根据权利要求5所述，其工程具体实践为: 高速铁路沿线网络规划完毕后，得到一份高速铁路的小区规划表，预先计算出铁路沿线各个小区的切换带位置，对每一对相邻小区的切换带根据权利1、2、3、4所述权利方法，得到所有相邻小区切换带的最佳切换参考点，生成一份全网的最佳切换参考点列表。 进一步在每个相邻小区切换带的最佳切换参考点处(或范围)设立切换标杆(或传感器)，并预先在列车上安装全球定位系统(GPS)和相应的传感器，当列车运行到最佳切换点范围，感知到标杆的存在，向源基站发出切换请求，启动定点切换信令流程，直到切换到目标小区。 全网的最佳切换参考点列表可以定时的进行更新和修正，列车投入运营后，每次经过相邻小区切换带就启动权利要求1、2、3进行最佳切换参考点候选点的确定并记录，每隔一段时间或者当无线链路传播环境发生了较大改变导致早先生成的最佳切换参考点列表不够精确时就重新利用新记录的最佳切换参考点候选点进行最佳切换参考点的更新和修正。
【文档编号】H04W36/08GK103491581SQ201310447323
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】武穆清, 张瑞, 葛顺明, 徐春秀, 万俊杰, 王华景, 张逸帆, 缪伟忠, 周攀峰, 邸士萍, 曾祥兵, 葛淑云, 刘仲伟 申请人:北京邮电大学