LTE系統中宏小區與femtocell的切換方法

　　引言

　　在3GPP LTE (Long Term Evolution， 長(cháng)期演進(jìn))系統中，不斷增加的高速數據業(yè)務(wù)需求以及不斷上漲的用戶(hù)數量，給宏基站帶來(lái)與日俱增的負擔和挑戰。又因為LTE系統工作在高頻段，傳播損耗和墻壁穿透損耗都較大，導致室內信號覆蓋相對較差。根據日本NTT DoCoMo的調查表明，在宏小區中，超過(guò)2/3的數據業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)發(fā)生在室內場(chǎng)所[1]，因此室內覆蓋問(wèn)題成為當前無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為了緩解宏基站的負載及解決室內覆蓋問(wèn)題，femtocell(家庭基站)技術(shù)應運而生，給運營(yíng)商們提供了一個(gè)新的平臺。

　　LTE系統中大量部署femtocell，由于femtcoell的安裝和用戶(hù)位置的隨意性，導致宏小區與femtocell之間的頻繁切換問(wèn)題尤為突出，成為亟待解決的技術(shù)挑戰。

　　針對切換問(wèn)題，許多相應的切換方案被提出。文獻[2]提出一種經(jīng)典的CAC (Call Admission Control， 呼叫允許控制)算法，考慮了接收信號強度和SINR (signal to interference plus noise ratio，信干噪比) ，有效降低了不必要切換的次數和概率。文獻[3]提出了一種考慮用戶(hù)速度和SQ(Speed and Qos，服務(wù)質(zhì)量)算法。將用戶(hù)速度分為高速(>30km/h)、中速(15~30km/h)和低速(<15km/h)3個(gè)級別，并分情況執行切換。本文根據用戶(hù)的位置和切換請求將用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)，對不同類(lèi)型用戶(hù)進(jìn)行不同處理，從而降低掉話(huà)率和減少不必要切換，提高吞吐量。

　　1 切換過(guò)程

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

　　2 切換算法

　　2.1 標準切換算法

　　LTE標準硬切換算法只考慮HOM (Handover Margin，切換閾值)、TTT (Time to Trigger，觸發(fā)時(shí)間)以及RSS (Received Signal Strength，接收信號強)三個(gè)因素，其中RSS用 RSRP (Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率)表示。如圖2所示，當接收到的目標小區RSS大于源小區RSS與HOM之和，即 ，并且持續時(shí)間TTT，則觸發(fā)越區切換[6]。