一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法及系统与流程

本发明属于无线蜂窝网络的移动性管理领域，涉及超密集异构网络的小区切换，尤其涉及一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法及系统。

背景技术：

随着移动互联网的快速发展以及移动终端的普及，移动网络的业务数据流量呈现指数增长的趋势，如何满足用户高速增长的数据流量需求，已成为电信运营商所面临的最大挑战之一。

异构蜂窝网络应运而生，其能够进一步提高网络数据流量，一定程度上满足了用户需求。异构蜂窝网络是指在宏基站覆盖的范围内，引入其他通信方式，有针对性地加强特定区域的覆盖，形成两层覆盖的一种网络结构，与通过小区分裂提升频谱利用率相比，异构蜂窝网络建网灵活，维护成本低廉，因而受到了广泛的关注。异构蜂窝网络的形式丰富多样，既包括了引入基于蜂窝通信制式的小型站点，如中继站点、微微蜂窝站点和家庭基站等；也包括其他通信制式的加强覆盖，如无线局域网，Ad hoc网络和用户直连通信等。在第五代移动通信网络的愿景中，尤其采用超密集异构蜂窝网络，利用其灵活的网络部署和高效的频谱复用，进一步提升了通信系统容量。

虽然超密集异构蜂窝网络解决了未来网络的容量需求，但因此形成覆盖范围大面积减小的蜂窝小区，势必将带来更为频繁的小区切换，增大用户掉线的概率，降低通信系统的服务能力；另一方面，高密度部署的接入节点将大幅度地增加同频干扰。从终端侧看，当上行信道受到来自邻用户的干扰增强时，终端将被迫增大其发射功率来满足上行信道的信噪比，增大终端发射功率势必将消耗终端很大一部分电量。另外，现有的网络切换选择方法，多依据3GPP推荐的切换算法，仅仅使用候选基站的信号强度作为小区切换选择的决策属性，选取候选基站中信号强度最大的基站作为切换目标基站，并未对终端能耗进行考量，未能实现终端节能。为了保证移动终端的使用时间和待机时间，在终端通信中采用节能技术显得尤为重要。

技术实现要素：

为克服上述不足，本发明提供一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法及系统，能够较小同频干扰，降低用户掉线的概率，在保证通信服务质量的前提下降低终端能耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法，应用在未来超密集异构蜂窝网络中，降低终端通信过程中产生的能耗，步骤包括：

1)终端根据测量规则对服务基站以及邻基站的信号强度进行测量，当切换触发事件发生时，向服务基站上报测量报告，该测量报告包括候选基站的信号强度；

2)服务基站向邻基站请求获取候选基站的发射功率以及干扰噪声功率；

3)根据预先设置的信道最低信干噪比、所述候选基站的信号强度以及候选基站的发射功率和干扰噪声功率，得到连接候选基站的终端发射功率；

4)根据含上述终端发射功率的切换策略，从候选基站中选出目标切换基站。

进一步地，所述测量规则来自于服务基站，当服务基站启动时进行配置。

进一步地，所述测量报告还包括候选基站所在频段的干扰噪声功率。

进一步地，服务基站向邻基站请求获取候选基站的发射功率以及干扰噪声功率的方法是，通过修改X2AP协议中RESOURCE STATUS相关信令的Report Characteristics字段，从基站接口获取。

进一步地，所述基站之间通过X2接口进行通信。

进一步地，所述切换策略所含参数还包括候选基站下行信道的信干噪比和基站负载。

进一步地，所述预先设置的信道最低信干噪比为3dB，当高于该值时，接收端才能调解出正确的信号。

本发明还提供一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择系统，包括：切换参数管理单元、终端测量单元、邻基站状态信息管理单元、基站切换执行单元以及移动管理单元，其中，

切换参数管理单元：负责切换相关参数的配置与初始化；

终端测量单元：连接于上述切换参数管理单元，负责测量服务基站以及邻基站的相关状态参数；

基站切换执行单元：连接于上述终端测量单元，负责筛选目标切换基站；

邻基站状态信息管理单元：连接于上述基站切换执行单元，负责管理邻基站的状态信息；

移动管理单元：连接于上述基站切换执行单元，负责将终端切换至目标切换基站。

进一步地，基站与终端建立初始连接时，将切换相关参数发送给终端测量单元。

进一步地，所述基站切换执行单元包括互相连接的通信接口模块、切换决策属性计算模块以及目标切换基站筛选模块，其中，

通信接口模块：负责单元之间的通信；

切换决策属性计算模块：负责计算终端发射功率；

目标切换基站筛选模块：负责目标基站的筛选。

进一步地，所述邻基站的状态信息包括邻基站的发射功率以及邻基站检测到的干扰噪声功率。

本发明的有益效果是，利用服务基站X2接口获得的候选基站状态信息，并结合终端上报的测量报告来衡量终端发射功率。同时采用终端发射功率作为切换决策的一个评判指标，对候选小区进行评价，优先选择终端发射功率较小的小区接入。本发明根据预先设置的最低信干噪比能有效降低用户的掉线概率，保证良好的通信服务质量，在此前提下，降低了终端的发射功率，从而降低了终端能耗。本发明对目前的切换信令体系改动较小，具有良好的兼容性。

附图说明

图1为一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法的示意图。

图2为一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择系统的结构示意图。

图3为切换执行单元结构示意图。

图4为实施例的一种网络架构示意图。

图5为实施例的一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法及系统的流程示意图。

图6为实施例与依据3GPP推荐的切换算法的切换选择方法仿真结果对比图。

图7为实施例的RESOURCE STATUS信令传送示意图。

图8为实施例的获取邻基站的发射功率以及干扰噪声功率的流程图。

图9为实施例的Report Characteristics字段示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。需要说明的是，以下描述的具体实施例仅适用于阐述本发明，并不用以限定本发明。

本发明提供一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择方法，其步骤如图1所示，包括：

步骤S1：终端测量并上传测量报告：终端根据测量规则对服务基站以及邻基站的信号强度进行测量，当切换触发事件发生时，向服务基站上报测量报告，该测量报告包括候选基站的信号强度。

步骤S2：获取候选基站状态信息：服务基站向邻基站请求获取候选基站的发射功率以及干扰噪声功率。

步骤S3：计算终端发射功率：根据预先设置的信道最低信干噪比、所述候选基站的信号强度以及候选基站的发射功率和干扰噪声功率，计算连接候选基站的终端发射功率。当信干噪比低于某个值时，接收端将无法解调出正确的信号，该值即为上述预先设置的信道最低信干噪比，该值可为3GPP推荐的3dB。

步骤S4：筛选目标切换基站：以终端发射功率作为切换策略的参数之一，从候选基站中选出目标切换基站。

相应地，还提供一种面向终端节能的异构蜂窝网络切换选择系统，其结构示意图如图2所示。

切换参数管理单元：负责切换相关参数的配置与初始化，所述参数包括切换触发相关参数、测量规则。

终端测量单元：连接于上述切换参数管理单元，基站与终端建立初始连接时，将切换触发相关参数以及测量规则发送给终端测量单元，根据测量规则，对服务基站以及邻基站的相关状态参数进行测量，生成测量报告，并发送给基站切换执行单元。

基站切换执行单元：连接于上述终端测量单元，负责上述测量报告的处理、候选基站决策属性的计算以及目标切换基站的筛选，根据筛选出的目标切换基站生成切换请求，发送给移动管理单元。

邻基站状态信息管理单元：连接于上述基站切换执行单元，负责管理邻基站的状态信息，该状态信息包括邻基站的发射功率以及邻基站检测到的干扰噪声功率。

移动管理单元：连接于上述基站切换执行单元，负责处理服务基站的切换请求，并将终端切换至目标切换基站。

其中，基站切换执行单元的构造如图3所示，由通信接口模块、切换决策属性计算模块以及目标切换基站筛选模块三者相互连接组成：

通信接口模块：负责与所述终端测量单元和移动管理单元之间的通信。

切换决策属性计算模块：负责完成候选基站切换决策属性的计算，根据终端测量单元发送的测量报告，以及邻基站状态信息管理模块获得候选基站状态信息，计算终端发射功率。

目标切换基站筛选模块：主要完成目标基站的筛选，并生成切换请求，由通信接口模块发送给移动管理单元。

结合上述方法及系统，现提供一应用于具体情况的实施例，主要面向宏基站与微基站的异构蜂窝网络，网络架构如图4所示，在宏基站Macro BS覆盖范围内，部署微微基站Pico BS低功率节点，形成多层次的异构蜂窝网络，邻基站之间通过X2接口进行通信。在本实施例中，切换策略所含参数除了包括终端发射功率外，还包括候选基站下行信道的信干噪比，根据此二者进行衡量筛选。其流程如图5所示，包括：

步骤101：切换参数管理单元配置与初始化。在每个基站设置一切换参数管理单元，在基站启动时配置相关参数，其中，该参数主要包括切换触发相关参数、测量规则等，该测量规则需要终端汇报服务基站和邻基站的信号强度测量值，以及终端检测到的邻基站所在频段的干扰噪声功率。

步骤102：服务基站的切换参数管理单元向终端测量单元发送切换触发相关参数以及测量规则。

步骤103：终端测量单元根据所述测量规则对服务基站以及邻基站的信号强度进行测量。当切换触发事件发生时，终端测量单元将测量报告上报至服务基站的切换执行单元，其中，测量报告中包括候选基站的信号强度RSRP_dl(c)以及候选基站所在频段的干扰噪声功率I_tot(u)。

步骤104：计算候选基站下行信道的信干噪比。切换决策属性计算模块通过通信接口模块接收到测量报告后，计算候选基站下行信道的信干噪比：

${\mathrm{SINR}}_{dl}=\frac{{\mathrm{RSRR}}_{dl}\left(c\right)}{I_{tot}\left(u\right)}$

步骤105：计算终端连接候选基站的发射功率。切换决策属性计算模块通过通信接口模块，读取邻基站状态信息管理单元中的候选基站状态信息，获取候选基站的发射功率P_c(c)以及干扰噪声功率I_tot(u)，并计算连接候选基站的终端发射功率，取单位时间内的发射功率平均值作为平均发射功率，该终端发射功率计算公式为：

$P_u\left(c\right)=\frac{P_c\left(c\right)\·{\mathrm{SINR}}_{th}\·I_{tot}\left(c\right)}{{\mathrm{RSRP}}_{dl}\left(c\right)}$

其中，SINR_th为通信过程中的最低信干噪比门限值，在切换参数管理单元中预先设置，当低于门限值时，接收端将无法解调出正确的信号，该门限值的设置可参照3GPP推荐的3dB。

步骤106：筛选目标切换基站。目标基站筛选模块将步骤104得到的候选基站下行信道的信干噪比以及步骤105得到的终端发射功率作为切换决策的两个评判标准，筛选出目标切换基站，并生成切换请求，通过通信接口模块发送给移动管理单元。

步骤107：进行状态转移以及终端接入等相关操作。

图6为本实施例与依据3GPP推荐的切换算法的切换选择方法的仿真结果对比图，本实施例以使用终端每消耗1焦耳所传输的比特数作为能效的评估标准。纵坐标为终端能效(Mean UEEnergy Efficiency(bit/Joule))，横坐标为基站密度(Number ofsublayer-cells)，即一个宏基站覆盖范围中的微微基站的数量。EE-HO曲线为本发明的切换选择方法的仿真结果曲线，SC-HO曲线为依据3GPP推荐的切换算法的切换选择方法的仿真结果曲线。从图中可以看出，随着基站密度的增大，本实施例中的终端能效显著高于依据3GPP推荐的切换算法的切换选择方法，充分验证了本发明的终端节能有效性。

在本实施例中，提出一种获取邻基站发射功率以及干扰噪声功率的实现方式。通过修改X2AP协议中RESOURCE STATUS相关信令的Report Characteristics字段，来实现服务基站通过X2接口获取邻基站的发射功率以及干扰噪声功率，图7为其信令传送示意图，图8为其流程图，该流程包括：

步骤201：服务基站向邻基站发送RESOURCE STATUS REQUEST消息。其中，如图9所示，RESOURCE STATUS REQUEST消息中Report Characteristics字段的前7个比特与3GPP TS 36.423所述一致，第8个比特与第9个比特均值为1(该字段共32比特，其他比特将被接收端忽略)，来请求邻基站的发射功率以及干扰噪声功率。

步骤202：邻基站返回RESOURCE STATUS RESPONSE消息，其中包含REQUEST消息中所请求参数中可检测返回的参数。在本实施例中，RESPONSE消息的Measurement Initiation Result字段中添加基站发射功率以及干扰噪声功率，其余部分与3GPP TS 36.423所述一致。

步骤203：服务基站存储邻基站状态信息，服务基站接收到RESPONSE消息后，读取邻基站状态信息，并将其存储至邻基站状态信息管理单元。

步骤204：邻基站定期发送RESOURCE STATUS UPDATE消息。根据REQUEST消息中设定的报告频率，邻基站向服务基站定期发送RESOURCE STATUS UPDATE消息，其中包含步骤201中所请求的参数值。在本实施例中，UPDATE消息的Cell Measurement Result字段中添加基站发射功率以及干扰噪声功率，其余部分与3GPP TS 36.423所述一致。

步骤205：服务基站更新邻基站状态信息。服务基站接收到UPDATE消息后，更新邻基站状态信息管理单元中的邻基站状态信息。

最后应当说明的是，以上描述的实施例是为了本发明的示例而给出的，仅用以阐述本发明的技术方案而不对其进行限制，所属领域的普通技术人员可以对本发明所阐述的实施例进行改动或者替换，而不脱离本发明的精神和范围。