LTE系統(tǒng)中宏小區(qū)與femtocell的切換方法

　　引言

　　在3GPP LTE (Long Term Evolution， 長期演進)系統(tǒng)中，不斷增加的高速數(shù)據(jù)業(yè)務需求以及不斷上漲的用戶數(shù)量，給宏基站帶來與日俱增的負擔和挑戰(zhàn)。又因為LTE系統(tǒng)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(jù)日本NTT DoCoMo的調查表明，在宏小區(qū)中，超過2/3的數(shù)據(jù)業(yè)務和語音業(yè)務發(fā)生在室內場所[1]，因此室內覆蓋問題成為當前無線移動通信亟待解決的關鍵問題。為了緩解宏基站的負載及解決室內覆蓋問題，femtocell(家庭基站)技術應運而生，給運營商們提供了一個新的平臺。

　　LTE系統(tǒng)中大量部署femtocell，由于femtcoell的安裝和用戶位置的隨意性，導致宏小區(qū)與femtocell之間的頻繁切換問題尤為突出，成為亟待解決的技術挑戰(zhàn)。

　　針對切換問題，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(shù)和概率。文獻[3]提出了一種考慮用戶速度和SQ(Speed and Qos，服務質量)算法。將用戶速度分為高速(>30km/h)、中速(15~30km/h)和低速(<15km/h)3個級別，并分情況執(zhí)行切換。本文根據(jù)用戶的位置和切換請求將用戶進行分類，對不同類型用戶進行不同處理，從而降低掉話率和減少不必要切換，提高吞吐量。

　　1 切換過程

　　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程及信令流程，但femtocell與宏小區(qū)之間的信令流程還沒正式定義，圖1為目前研究比較認可的宏小區(qū)向femtocell切換信令流程[5]。其中各步驟簡要介紹如下：1) 服務宏基站配置并觸發(fā)用戶進行測量，通過發(fā)送測量控制消息通知用戶需要測量的參數(shù);2) 用戶將測量報告發(fā)送給服務宏基站;3) 服務宏基站根據(jù)測量報告做出切換判決;4) 服務宏基站向MME (mobility management entity， 移動管理實體)發(fā)送切換請求， MME再通過FGW (femtocell gate way， femtocell網(wǎng)關)將切換請求發(fā)給femtocell;5) 目標femtocell根據(jù)服務質量信息、CSG (closed subscriber group， 封閉用戶組)鑒權信息等進行接入控制處理;6) 如果接納該用戶的請求，則發(fā)送切換響應給FGW，再經(jīng)過MME發(fā)送到服務宏基站;7) 服務宏基站向用戶發(fā)送RRC(Radio Resource Control，無線資源控制)切換信令;8) 用戶執(zhí)行切換，與原來的服務基站斷開連接，與目標femtocell建立同步并接入，服務宏基站向目標femtocell發(fā)送與該用戶相關的緩沖和傳輸包;9) 切換確認消息成功執(zhí)行后，目標femtocell會向MME發(fā)送路徑轉換請求， MME再向S-GW (server gate way， 服務網(wǎng)關)發(fā)送用戶面更新請求，S-GW轉換下行路徑信息，向MME發(fā)送用戶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FGW、MME向服務宏基站發(fā)送釋放資源響應;11) 服務宏基站釋放相關無線控制資源后，目標femtocell就可以傳輸下行包數(shù)據(jù)，為用戶提供服務。

　　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)時間)以及RSS (Received Signal Strength，接收信號強)三個因素，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(qū)RSS大于源小區(qū)RSS與HOM之和，即 ，并且持續(xù)時間TTT，則觸發(fā)越區(qū)切換[6]。