[发明专利]一种超密集网络中基于预测门限滞后余量可调的切换方法

摘要

在第五代(5G)移动系统中，大规模MIMO天线和超密集部署网络实现高吞吐量的两种方式。针对超密集网络切换频繁的问题，本发明基于超密集网络分簇的思想提出了根据终端设备运动情况的滞后余量自动调节的切换管理方法，在该发明中，小基站分簇化管理，用户设备在小区间切换分为预切换和正式切换两个阶段，并根据设备的速度调节相应的切换门限滞后余量，完成设备在小区间的切换流程。该方法可以有效降低设备的切换时延和切换失败率。

主权项

1.一种超密集网络中基于预测门限滞后余量可调的切换方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、移动终端周期性的监测小区基站的信号质量，包括宏基站和小基站；B、检测源基站的无线信号强度是否大于预切换门限，若满足预切换条件，执行步骤C；否则执行步骤A；C、源基站不断测量所述移动终端的运动速度，若所述移动终端的速度大于门限速度，执行步骤D；否则执行步骤E；D、向宏基站控制器报告，所述移动终端预切换小区为宏小区，执行步骤F；E、向对应小小区簇的基站控制器报告，所述移动终端预切换小区优先选择小小区，执行步骤F；F、源基站监测所述移动终端的源小区无线信号强度，控制器根据所述移动终端的运动情况，选择最佳小区，并根据所述移动终端的速度计算滞后余量的数值，执行步骤G；G、源基站的无线信号强度是否达到正式切换的门限，若满足正式切换的条件，所述移动终端开始进行切换操作，结束本流程；若未满足，执行步骤F；所述步骤A中，定义时间T为监测周期，实现周期性监测并更新位置信息；若小区基站的信号质量，包括宏基站或者小基站，满足预切换条件时，移动终端将会准备进行预切换；若小区基站的信号质量不满足预切换条件时，移动终端将会继续对小区基站信号进行监测；在保证最优网络信号的前提下最大限度地利用小区的网络资源；所述步骤B中，设备在小区内移动时，设备周期性上传自己的测量报告给本地控制器，包括设备的业务情况以及源基站和周边基站的无线信号强度值；本地控制器根据设备上传的信息，判断设备的状态是否到达预切换阶段；当源小区的无线信号强度值到达预切换门限时，此时预切换事件触发，设备开始向基站发送自己的状态信息，包括设备的位置，速度，业务信息以及源基站和周边基站的无线信号强度值；基站接收设备的上报信息，上传到本地控制器；本地控制器对设备上传的数据进行分析，为设备切换选取候选基站；若未达到预切换条件，则继续监测所述终端上传的信息；所述步骤C中，本地控制器监测设备的速度，若设备的移动速度大于能够成功切换到小基站所允许的最大速度，则向宏基站控制器通知，设备将切换到相应的宏小区内；若设备的移动速度小于所允许的最大速度，则向周边的控制器告知，设备将切换到小小区中；本地控制器记录设备的信息，并通过对移动设备相对于每一个候选基站的速度变化率的跟踪测量，选取最佳目标候选基站；同时，通知相邻的小小区的控制器，告知设备预切换的最优目标小区；所述步骤D中，所述移动终端的移动速度大于能够成功切换到小基站所允许的最大速度，则向宏基站控制器通知，设备将切换到相应的宏小区内；本地控制器记录设备的信息，并通过对移动设备相对于每一个候选基站的速度变化率的跟踪测量，选取最佳目标候选基站；所述步骤E中，所述移动终端的移动速度小于所允许的最大速度，则向周边的控制器告知，设备将切换到小小区中；本地控制器记录设备的信息，并通过对移动设备相对于每一个候选基站的速度变化率的跟踪测量，选取最佳目标候选基站，同时，通知相邻的小小区的控制器，告知设备预切换的最优目标小区；所述步骤F中，源基站监测所述移动终端的源小区无线信号强度，控制器根据所述移动终端的运动情况，选择小区；假设设备进入小区的角度是任意的，设备进入小区的位置为B点，O点为小区的中心，建立坐标系，OX为x轴，OB与OX的夹角是β；设备离开小区的位置为E点，OE与OX的夹角为γ，因此，知道β的概率密度函数为：同理，γ的概率密度函数为：假设设备在小区内正常接入的最小运动距离是l，即设备如果运动距离如果小于l，那么设备将不能切换成功，于是有：l＝vt_i    (3)其中，v标识设备移动速度，t_i设备移动时间；假设d为设备从进入小区到离开小区的直线距离，即BE的长度，R为标识小区半径，求得：α为设备从进入小区点和中心的连线与离开小区点和中心的连线的夹角，即OB与OE的夹角，于是有：α＝|β‑γ|   (5)因此α的范围是：0≤α≤2π，β与γ是相互独立的，因此它们的联合概率密度函数为：由(5)(6)得到α的概率分布函数式是：F_α(x)＝P(α＜x)＝P(|β‑λ|＜x)＝P(‑x＜β‑λ＜x)   (7)当x＜0时，F_α(x)＝0；当x＞2π时，F_α(x)＝1；当0≤α≤2π时，所以根据概率知识有α的概率密度函数为：由(4)式的由概率知识得到d的概率分布函数为：所以根据概率知识，得d有着如下的概率分布函数：假如设备的切换时间t_i为一固定值，d_mini为设备成功切换进入小区的最短运动距离，那么当设备的速度不同时，将会影响d_mini的值；要想切换到小区中，d_mini的最大值为2R；当d≤d_mini时，设备切换失败，所以切换失败的概率是当d＞d_mini时，设备将会成功切换，此时设备切换失败的概率是：P_hf＝0   (13)所以切换失败的概率是：考虑到设备未来切换出小区的时间是t_o，有d_mini＝vt_i，d_mino＝vt_o，其中d_mini为成功切换进入小区的最短运动距离，d_mino为成功切换出小区的最短运动距离；如果设备在小区内的停留时间t＜t_i+t_o，那么设备只能成功切换进入小区，而未来不能成功切换出小区，其发生的越区切换就是不必要的切换，因此不必要的切换的概率是：根据路径损耗模型可以知道：RSS＝E_t‑P_L+ξ   (16)其中，E_t为基站的发射功率，P_L是路径损耗模型，ξ是服从零均值、标准差为σ的阴影衰落，RSS表示设备接收到的基站的信号强度；因此，得到设备在预切换的RSS值与位置的关系是：RSS_th0＝E_t‑P_L1+ξ   (17)其中，P_L1是预切换时的路径损耗，同时得到设备在切换开始时的RSS值与位置的关系是：RSS_th1＝E_t‑P_L2+ξ   (18)其中，P_L2是切换时的路径损耗；根据式(17)和(18)可以得到设备移动中RSS的变化量ΔRSS是：其中，l₀表示预切换的移动距离，l₁表示切换的移动距离， β根据不同路径损耗模型情况下的常数；假设设备从预切换阶段到正式切换阶段所走的路程是l_AA'，假设设备从预切换阶段到正式切换阶段所走的时间是t_p，设备的移动速度为v，那么就会有：l_AA'＝vt_p   (20)根据式(19)，得到从预切换到正式切换的无线信号强度变化值为：其中，l_AB表示设备从预切换到切换的移动距离；当设备移动速度是v时，根据所述移动终端的速度，通过根据设备的速度调节滞后余量的数值；a＜0，其中a为常数；当v增长时，ΔRSS趋向于ΔRSS不断减小；当设备速度越快时，方法中的滞后余量越小，设备切换时间越提前；所述步骤G中，源基站的无线信号强度是否达到正式切换的门限，若满足正式切换的条件，所述移动终端开始进行切换操作；若未达到条件，基站控制器记录设备的无线信号强度的变化率；在设备移动的过程中，如果源基站的无线信号强度的变化率由负数变为正数，并且持续一段时间t，判断出设备已经反向运动，开始远离切换边界；当源小区的无线信号强度大于预切换门限时，本地控制器取消预切换准备，对设备进行常态监控。