一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体说的一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法。本发明专利技术的方法通过对于小区切换判决的优化，包括采用多种滤波器进行滤波，增加测量的切换参数的平稳性，减少由于测量信号的快速变化带来的频繁切换，从而改变移动用户在高低频混合组网中的用户体验。在判决算法的优化中，改变切换的触发时间，使得移动用户在需要进行小区切换的时候及时进行切换，与信道信息更好的毫米波基站进行传输，提供传输速度，增强用户体验。还有增加基于位置感知的切换判定，使用户切换到正确小区的可能性增加，从而降低频繁的小区切换。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法
本专利技术属于无线通信
，涉及毫米波通信(Millimeter-Wave(mmWave)Communication)，波束选择技术，以及多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术，具体的说是一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法。
技术介绍
作为5G通信的关键技术，毫米波频段通信得到了广泛的关注。相比于传统的低频段通信，毫米波频段由于其波长较短，在覆盖范围和鲁棒性上具有劣势。因此，采用毫米波技术与传统LTE技术结合的混合组网方式成为下一代通信的热点内容。在混合组网系统中，小区切换作为移动用户的移动性管理中重要的组成部分，对用户体验的影响至关重要，因此如何提高移动用户的小区切换的效率，实现无缝切换显得十分重要。为了增强毫米波通信的鲁棒性，可以采用LTE系统和5G毫米波系统相结合的方式。通过LTE系统的覆盖范围较好的特点，来弥补毫米波系统易受环境干扰的特性，而毫米波频段丰富的频段资源也能为用户需要的高速数据传输提供支持。这种4GLTE系统与5G毫米波系统组网的方式，被称为高低频混合组网。在高低频混合组网中，移动设备采用多连接的方式来增加系统健壮性。每一个移动设备(3GPP协议上的用户设备)与多个基站保持连接，包括5G毫米波基站和传统的4G基站。在一条通信链路被遮挡的时候，移动用户还可以寻找到其他的路径与基站连接。在高低频混合组网系统中，由于移动用户同时与多个基站保持连接，则用户的小区切换的过程相较于传统的LTE的小区切换的难度将会大大增加。此外，小区切换作为用户移动性管理中重要的一部分，对用户的体验至关重要，也影响着移动网络的协议栈设计。因此，如何在高低频混合组网系统中实现效率更高、耗时更短的小区切换对于下一代移动通信来说是一个很大的挑战。虽然在目前的3GPP蜂窝系统中提供了多种机制来保障用户在不同小区进行快速路径切换，但是都是在传统的LTE频段。对于毫米波频段，小区切换的特殊性主要有：1、毫米波信道的易变性表明了任何毫米波信道的连接都有可能在极短的时间内发生变化，从而要求更加迅速的链路检测和路由规划。2、由于较高的各向同性的路径损耗，毫米波信号需要以窄波束传输，通常需要采用较高维的天线阵列。在每一个毫米波的连接中，信道质量的检测必须要不断的动态扫描所有的天线方向，这样会极大的增加信道检测的时间。3、5G通信采用毫米波信号的一个重要目的是实现较低的时延[10]，小于1ms。因此，小区切换算法需要将路径切换时候的中断控制在一个极小值。1、高低频组网系统小区切换毫米波通信是无线通信中一个比较新的领域，相对于现在通常采用的微波频段，它可以提供更高的带宽。但是毫米波通信由于波长短，覆盖范围较小，以及易受遮挡的特性，导致毫米波技术不能单独组网。采用毫米波技术的典型场景是在LTE覆盖的热点区域采用毫米波基站进行传输，从而提高容量和传输速率。毫米波通信在传输时，采用较高的方向性波束，能够有效的提高毫米波基站的覆盖范围和避免基站之间的相互干扰。由于毫米波的传输特性，当处理毫米波频段的时候，小区切换算法较传统微波通信频段的切换算法具有更高的要求。随着5G时代的到来，毫米波通信的应用将会越来越广泛，但是由于毫米波通信的局限性，毫米波与LTE系统的混合组网将尤为必要。关于高低频混合组网中，可靠又高效的小区切换算法将成为未来研究的热点。2、地理位置信息辅助的相关研究随着通信技术的发展，5G网络将会成为第一个采用地理位置信息辅助的通信系统。由于毫米波具有波长短、易被遮挡的特点，导致毫米波通信技术在应用上还有很大的障碍。地理位置信息可以在较大程度上解决毫米波系统的部分应用难题。在毫米波系统中，主要的应用难题包括信号波束变窄，导致波束的对准和跟踪变得困难。波束对准对于通信链路的建立至关重要，而小区切换的本质就是断开旧的通信链路，建立新的链路。此外，毫米波波束的对准和跟踪将在时效性和准确性上影响信道质量的测量，而信道参数的测量作为小区切换的首要步骤，将直接影响切换判定的准确性。现在移动设备上基本具有GPS等位置信息模块，因此，系统可以较为容易的得到地理位置信息。对于地理位置信息辅助的毫米波系统，目前的研究主要集中在小区搜索上，对于毫米波系统的小区切换过程，同样存在波束对准与跟踪等过程，因此，针对地理位置辅助在毫米波系统的小区切换的相关研究也尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的，为解决在高低频混合组网中用户的小区切换的过程困难，以及提高移动用户的小区切换的效率的问题，提出了一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法。本专利技术的技术方案如下：高低频混合组网中一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法，该方法采用多种滤波器进行测量的切换参数的滤波，判决算法中改变切换的触发时间，还有增加基于位置感知的切换判定，包括以下步骤：S1、信道信息获得：在小区切换的过程中，首先毫米波基站追踪移动用户的信道信息，研究各个基站接收到的用户信号的信噪比，将毫米波基站接收到的来自用户的导频信号，进行SINR的计算，从而得到最好的SINR的发射波束和接收波束，用这个SINR值代表测量的信道。S2、信道信息滤波：采用卡尔曼滤波器对毫米波基站接收到的来自用户的信道信息，与测量到的SINR值进行滤波平滑处理。S3、动态TTT窗口：采用一种关于毫米波基站间切换的算法，该算法采用动态时间阈值TTT，基于用户周期性的向LTE宏基站上报它与周围毫米波基站的连接状态SINR。当毫米波基站的SINR比当前用户连接的毫米波基站的SINR大时，LTE宏基站将会计算该种状态的TTT时间。如果在TTT时间内，原基站和目标基站的SINR差的增率到达一个临界点β时，马上进行毫米波基站间的切换。如果在TTT时间内，状态不变，则在TTT时间结束时发起切换。在TTT时间内，如果原基站与用户的连接状态SINR变成最好的，则取消切换。在TTT时间内，如果有其他基站的SINR比这两个基站的SINR高于3dB，则改变切换的目标基站。TTT的大小通过最好的毫米波基站和现在连接的毫米波基站的SINR的差△来计算。S4、辅助位置信息：毫米波基站将通信信道参数发送给LTE宏基站，LTE宏基站采用相应的切换判决算法来判定是否进行切换，以及确定切换的目标基站。在高低频混合组网系统中，通过LTE链路提供的辅助地理位置信息，在小区切换的判定上进行了两处优化。一是通过采用地理位置信息，再切换判决前增加一个预测的模块。对于不可能发生的切换不做切换判决，较少切换判定的发生，从而降低信令的开销。二是通过位置信息的辅助，尽量使移动用户切换到当前移动方向上的基站，减少效率低下的小区切换，从而提高切换效率。S5、切换判决执行：在移动方向的确定后，算法检查了切换的判定过程。根据动态触发时间，如果动态TTT时间范围内，候选基站的都比当前连接的毫米波基站的还要大，并且这个候选基站具有最大的权值，则切换到这个候选毫米波基站，或者在动态TTT时间范围内，目标基站与原基站的SINR的差的增率大于预设值β，则也进行切换。当一次切换完成后，所有毫米波基站的权值都重置为0。本专利技术的有益效果是：由于卡尔曼滤波能够在高斯线性系统中提供较好的信号量估计，因此采用卡尔曼滤波可以很好的平滑毫米波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法，该方法用于高低频混合组网系统，其特征在于，包括以下步骤：S1、信道信息获得：在小区切换的过程中，毫米波基站追踪移动用户的信道信息，将毫米波基站接收到的来自用户的导频信号，进行SINR的计算，得到最好的SINR的发射波束和接收波束用于代表测量的信道；S2、信道信息滤波：采用卡尔曼滤波器对毫米波基站接收到的来自用户的信道信息，与测量到的SINR值进行滤波平滑处理；S3、设置动态时间阈值TTT，用户周期性的向LTE宏基站上报它与周围毫米波基站的连接状态SINR，当毫米波基站的SINR比当前用户连接的毫米波基站的SINR大时，LTE宏基站将会计算该种状态的TTT时间；如果在TTT时间内，原基站和目标基站的SINR差的增率到达一个临界点β时，马上进行毫米波基站间的切换；如果在TTT时间内，状态不变，则在TTT时间结束时发起切换；同时在TTT时间内，如果原基站与用户的连接状态SINR变成最好的，则取消切换；在TTT时间内，如果有其他基站的SINR比这两个基站的SINR高于3dB，则改变切换的目标基站；所述TTT的大小通过最好的毫米波基站和现在连接的毫米波基站的SINR的差△来计算；S4、通过LTE链路提供的辅助地理位置信息，对小区切换的判定进行优化：通过采用地理位置信息，在切换判决前增加一个预测的模块，对于不可能发生的切换不做切换判决，减少切换判定的发生，即根据用户与基站的位置关系，如果进行切换后获得的信号强度不如现有小区的信号强度，则不做切换判决；通过位置信息的辅助，尽量使移动用户切换到当前移动方向上的基站，减少效率低下的小区切换，具体为：根据移动用户的移动方向，为每个基站赋予权值，即如果基站在用户移动方向的α角度范围内，则权值加1，α根据实际需要进行预设；S5、切换判决执行：根据动态触发时间，如果动态TTT时间范围内，候选基站的SINR比当前连接的毫米波基站的SINR还要大，并且这个候选基站具有最大的权值，则切换到这个候选毫米波基站，或者在动态TTT时间范围内，目标基站与原基站的SINR的差的增率大于预设值β，则也进行切换；当一次切换完成后，所有毫米波基站的权值都重置为0。...

【技术特征摘要】
1.一种毫米波蜂窝系统小区切换判决方法，该方法用于高低频混合组网系统，其特征在于，包括以下步骤：S1、信道信息获得：在小区切换的过程中，毫米波基站追踪移动用户的信道信息，将毫米波基站接收到的来自用户的导频信号，进行SINR的计算，得到最好的SINR的发射波束和接收波束用于代表测量的信道；S2、信道信息滤波：采用卡尔曼滤波器对毫米波基站接收到的来自用户的信道信息，与测量到的SINR值进行滤波平滑处理；S3、设置动态时间阈值TTT，用户周期性的向LTE宏基站上报它与周围毫米波基站的连接状态SINR，当毫米波基站的SINR比当前用户连接的毫米波基站的SINR大时，LTE宏基站将会计算该种状态的TTT时间；如果在TTT时间内，原基站和目标基站的SINR差的增率到达一个临界点β时，马上进行毫米波基站间的切换；如果在TTT时间内，状态不变，则在TTT时间结束时发起切换；同时在TTT时间内，如果原基站与用户的连接状态SINR变成最好的，则取消切换；在TTT时间内，如果有其他基站的SINR比这两个基站的SINR高于3dB...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，张忠培，胡城中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51