基于同步质量监测的主动型切换方法
2022-06-09
【论文摘 要】针对Small Cell实际应用场景，Femto基站空口同步质量稳定性差，易形成“孤岛”小区，造成用户掉话率提升、用户体验差的问题，设计了一种周期性监测基站空口同步状态，对“孤岛”小区形成进行预判，在“孤岛”小区形成前，将满足设定条件的UE主动切换到Femto基站的最佳邻小区的方法。实验结果表明，该方法在实际应用场景中很大程度上降低了用户掉话率，提升了用户对移动通信网络的感知度。
【论文关键词】微基站 主动型切换 孤岛 最佳小区 同步质量监测
[Abstract] According to actual application scenarios of Small Cell， the bad stability of the air interface synchronization state of Femto base station tends to form “island” cell resulting in increased call dropping rate and bad user experience. A method was designed which periodically monitors the synchronization state of base station air interface and forecasts “island” cell. Before “island” cell forms， it can actively switch a UE satisfying the predefined conditions to the best cell of the Femto base station. Experimental results show that the method highly reduces call dropping rate and improve the user perception to mobile communication network in practical application scenarios.
[Key words]small cell active handover island best cell synchronization state monitoring
1引言
随着移动通信技术领域的飞速发展，过去仅宏蜂窝（俗称宏网）覆盖的移动通信网络已逐步被以SmallCell[1-2]和宏蜂窝混合组网[3-5]为核心的新的移动通信网络所取代，其中SmallCell是以Femto基站（又称家庭基站或毫微微基站）为原型的。因Femto基站在实际应用场景中与周围其它基站相比空口同步质量的稳定性较差，导致用户移动到Femto基站切换带区域时，无法成功切换到周围其它基站，造成用户直接掉话的现象，使用户对移动通信网络的体验较差，直接影响用户对网络的认可度。用户掉话率一直以来都是移动通信网络研究的热点问题，因此研究和解决这一问题就显得尤为重要。
2传统切换方法及其存在的问题
切换技术[6-7]是移动通信系统中已被广泛应用的关键技术之一，指移动用户在通话过程中，从一个基站覆盖范围移动到另一个基站覆盖范围，或因外界干扰等原因致通话质量下降时，从当前信道转换到另一条质量较好的信道上，用以保证移动用户的正常通信。传统切换技术主要包括三个阶段：测量控制、网络判断和系统执行，其主要包含硬切换、软切换、无缝切换和接力切换等。
典型网络覆盖示意图如图1（a）、（b）所示是Femto基站和宏网共同组网的新的移动通信系统的两种常见示例图。图1（a）是Femto基站D的覆盖范围在宏基站C的覆盖范围内的场景，斜线区域A为切换带区域;图1（b）是Femto基站D的覆盖范围分别与周围的宏基站C1、C2和C3的覆盖范围重叠的场景，其中，A1、A2、A3分别是相应的切换带区域（斜线区域），B1、B2、B3分别是重叠的非切换带区域。
传统切换技术在空口同步质量比较稳定的时候，一般能够保证基站下的用户移动到切换带区域时，可以成功切换到周边的基站。宏基站因其同步技术的成熟性，空口同步质量一般都能够得到保证，但Femto基站因受到技术、成本等因素的制约，常因外界信号强干扰、晶振长时间工作后稳定性变差、自然环境突然恶化等原因造成空口同步质量稳定性变差，甚至与周边的基站失去同步的情况，形成“孤岛”小区[8-9]。此时，即使用户移动到切换带区域也将无法成功切换到周边的基站，反而会因为用户处于所属基站的边缘，信号质量衰弱而造成链路失步、直接掉话的现象。如图1（a）所示，若Femto基站D与宏基站C失去同步，则基站D下的用户移动到其覆盖切换带区域时，将因切换失败而直接掉话;同理，如图1（b）所示，C1、C2、C3均为宏基站，Femto基站D下的用户移动到切换带A1、A2、A3时，因切换失败而直接掉话，同时，B1、B2、B3区域的移动用户也将存在因移动到切换带区域时无法成功切换而直接掉话的风险。
3主动型切换方法原理与内涵
针对传统切换技术在以Femto基站和宏基站共同组网的新的移动通信网络中存在的问题，有厂家利用各种SON（Self-OrganizedNetwork，自组织网络）算法[10-12]重新同步周边基站，也有厂家不做相应处理，更有厂家直接重启设备。总之，各厂家处理“孤岛”小区的方式不尽相同，但都在一定程度上增加了移动用户直接掉话的可能性，故本文研究并设计了一种周期性监测同步质量的主动型切换方法，分别从其应用场景、模块组成及算法流程方面加以介绍。
3.1方法应用场景
针对传统切换方法及其在新的移动通信网络中面临的问题，可知本文所述方法主要适用于时分同步码分多址接入系统（TD-SCDMA）、时分同步的长期演进系统（TD-LTE）等与SmallCell概念相关的通信设备，但不局限于Femto基站形式，尤其适用于图1（a）、（b）所示网络覆盖场景中的设备。同时，对处于外界环境复杂、多变的应用场景中的SmallCell设备或宏基站设备也都是适用的。
3.2方法原理设计
本文所述方法的模块设计如图2所示，主要包含4个单元，即监测单元、获取单元、判断单元和切换单元，结合模块设计对其原理进行阐述如下：
（1）监测单元
该单元主要负责对周边基站进行同步状态监测。若Femto基站与周边的基站处于同步状态，则启动对空口同步质量的周期性监测。否则，则Femto基站与周边的基站处于失步状态，即已形成“孤岛”小区。
（2）获取单元
该单元主要负责对空口同步质量相关指标值的收集和存储。与空口同步质量相关的指标主要有RSCP（ReceivedSignalCodePower，接收信号码功率）、ISCP（InterferenceSignalCodePower，干扰信号码功率）、FO（FrequencyOffset，频偏）、RSSI（ReceivedSignalStrengthIndication，接收信号强度指示）等。在实际应用场景中可根据具体情况增加其它需求指标值的收集、存储。
【论文关键词】微基站 主动型切换 孤岛 最佳小区 同步质量监测
[Abstract] According to actual application scenarios of Small Cell， the bad stability of the air interface synchronization state of Femto base station tends to form “island” cell resulting in increased call dropping rate and bad user experience. A method was designed which periodically monitors the synchronization state of base station air interface and forecasts “island” cell. Before “island” cell forms， it can actively switch a UE satisfying the predefined conditions to the best cell of the Femto base station. Experimental results show that the method highly reduces call dropping rate and improve the user perception to mobile communication network in practical application scenarios.
[Key words]small cell active handover island best cell synchronization state monitoring
1引言
随着移动通信技术领域的飞速发展，过去仅宏蜂窝（俗称宏网）覆盖的移动通信网络已逐步被以SmallCell[1-2]和宏蜂窝混合组网[3-5]为核心的新的移动通信网络所取代，其中SmallCell是以Femto基站（又称家庭基站或毫微微基站）为原型的。因Femto基站在实际应用场景中与周围其它基站相比空口同步质量的稳定性较差，导致用户移动到Femto基站切换带区域时，无法成功切换到周围其它基站，造成用户直接掉话的现象，使用户对移动通信网络的体验较差，直接影响用户对网络的认可度。用户掉话率一直以来都是移动通信网络研究的热点问题，因此研究和解决这一问题就显得尤为重要。
2传统切换方法及其存在的问题
切换技术[6-7]是移动通信系统中已被广泛应用的关键技术之一，指移动用户在通话过程中，从一个基站覆盖范围移动到另一个基站覆盖范围，或因外界干扰等原因致通话质量下降时，从当前信道转换到另一条质量较好的信道上，用以保证移动用户的正常通信。传统切换技术主要包括三个阶段：测量控制、网络判断和系统执行，其主要包含硬切换、软切换、无缝切换和接力切换等。
典型网络覆盖示意图如图1（a）、（b）所示是Femto基站和宏网共同组网的新的移动通信系统的两种常见示例图。图1（a）是Femto基站D的覆盖范围在宏基站C的覆盖范围内的场景，斜线区域A为切换带区域;图1（b）是Femto基站D的覆盖范围分别与周围的宏基站C1、C2和C3的覆盖范围重叠的场景，其中，A1、A2、A3分别是相应的切换带区域（斜线区域），B1、B2、B3分别是重叠的非切换带区域。
传统切换技术在空口同步质量比较稳定的时候，一般能够保证基站下的用户移动到切换带区域时，可以成功切换到周边的基站。宏基站因其同步技术的成熟性，空口同步质量一般都能够得到保证，但Femto基站因受到技术、成本等因素的制约，常因外界信号强干扰、晶振长时间工作后稳定性变差、自然环境突然恶化等原因造成空口同步质量稳定性变差，甚至与周边的基站失去同步的情况，形成“孤岛”小区[8-9]。此时，即使用户移动到切换带区域也将无法成功切换到周边的基站，反而会因为用户处于所属基站的边缘，信号质量衰弱而造成链路失步、直接掉话的现象。如图1（a）所示，若Femto基站D与宏基站C失去同步，则基站D下的用户移动到其覆盖切换带区域时，将因切换失败而直接掉话;同理，如图1（b）所示，C1、C2、C3均为宏基站，Femto基站D下的用户移动到切换带A1、A2、A3时，因切换失败而直接掉话，同时，B1、B2、B3区域的移动用户也将存在因移动到切换带区域时无法成功切换而直接掉话的风险。
3主动型切换方法原理与内涵
针对传统切换技术在以Femto基站和宏基站共同组网的新的移动通信网络中存在的问题，有厂家利用各种SON（Self-OrganizedNetwork，自组织网络）算法[10-12]重新同步周边基站，也有厂家不做相应处理，更有厂家直接重启设备。总之，各厂家处理“孤岛”小区的方式不尽相同，但都在一定程度上增加了移动用户直接掉话的可能性，故本文研究并设计了一种周期性监测同步质量的主动型切换方法，分别从其应用场景、模块组成及算法流程方面加以介绍。
3.1方法应用场景
针对传统切换方法及其在新的移动通信网络中面临的问题，可知本文所述方法主要适用于时分同步码分多址接入系统（TD-SCDMA）、时分同步的长期演进系统（TD-LTE）等与SmallCell概念相关的通信设备，但不局限于Femto基站形式，尤其适用于图1（a）、（b）所示网络覆盖场景中的设备。同时，对处于外界环境复杂、多变的应用场景中的SmallCell设备或宏基站设备也都是适用的。
3.2方法原理设计
本文所述方法的模块设计如图2所示，主要包含4个单元，即监测单元、获取单元、判断单元和切换单元，结合模块设计对其原理进行阐述如下：
（1）监测单元
该单元主要负责对周边基站进行同步状态监测。若Femto基站与周边的基站处于同步状态，则启动对空口同步质量的周期性监测。否则，则Femto基站与周边的基站处于失步状态，即已形成“孤岛”小区。
（2）获取单元
该单元主要负责对空口同步质量相关指标值的收集和存储。与空口同步质量相关的指标主要有RSCP（ReceivedSignalCodePower，接收信号码功率）、ISCP（InterferenceSignalCodePower，干扰信号码功率）、FO（FrequencyOffset，频偏）、RSSI（ReceivedSignalStrengthIndication，接收信号强度指示）等。在实际应用场景中可根据具体情况增加其它需求指标值的收集、存储。