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1、(10)申请公布号 CN 102946623 A (43)申请公布日 2013.02.27 C N 1 0 2 9 4 6 6 2 3 A *CN102946623A* (21)申请号 201210411770.6 (22)申请日 2012.10.25 H04W 36/00(2009.01) H04W 36/08(2009.01) (71)申请人华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人葛晓虎 吴泽世 韩涛 张靖 潘胜 杨曦 (74)专利代理机构华中科技大学专利中心 42201 代理人李智 (54) 发明名称 一种具有自适应切换门限值的蜂窝网单向切 。
2、换方法 (57) 摘要 本发明公开了一种具有自适应切换门限值的 蜂窝网单向切换方法，属于无线通信的小区切换 领域。本发明包括信号测量、触发切换和切换执 行三个步骤。信号测量步骤获取从源基站和目的 基站接收到的信号强度，触发切换步骤依据信号 强度采取自适应的切换门限单向策略进行切换触 发，切换执行步骤依据触发结果进行相应服务站 的切换。本发明在对切换次数进行了降低的同时， 减少了用户的中断概率，解决现有切换方法在运 用到高速列车场景中时，由于速度过快导致来不 及切换而引起通话中断。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专。
3、利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种具有自适应切换门限值的蜂窝网单向切换方法，列车行驶轨迹中前后两相邻基 站分别称为源基站和目标基站，源基站和目标基站之间所覆盖的重叠区域为切换判定执行 区域，所述切换执行区域划分为M个判决点，ML/(*4*V)，L为切换执行区域距离，为 测量周期，V为列车运动速度；相邻的第K与K+1个判决点之间有N个测量点，该切换方法 包括以下步骤： A测量步骤： 列车进入切换判定执行区域的第K个判决点与第K+1个判决点之间，列车上的移动终 端每隔时间测量一次从源基站接收到的信号强度从目的基站接收到的信号强度 j1,N； B切换触发。
4、阶段： (B1)接收信号取平均： (B2)确定切换门限：第K个判决点处的前向切换判决门限H f_k =(1-K/M)H f_0 ，第K个判 决点处的后向切换判决门限H b_k =(1+K/M)H b_0 ，其中H f_0 和H b_0 分别为前向和后向切换门限初 始值，H f_0 H b_0 ； (B3)判断是否触发切换： 在第K个判决点，如果用户的当前服务基站为源基站，若在判决点K处用户从目的基站 接收到的平均信号强度与从源基站接收到的平均信号强度之差大于K点处的前向切 换门限H f_k ，且同时满足P t_k 维持通信的最低功率要求P min ，则进入步骤（C2），否则进入步 骤（C1）；。
5、在第K个判决点，若在判决点K处用户从源基站接收到的平均信号强度与从目 标基站接收到的平均信号强度之差大于K点处的后向切换门限H b_k ，且同时满足维 持通信的最低功率要求P min ，则进入步骤（C3），否则进入步骤（C1）； C切换执行步骤： (C1)在第K与K+1个判决点之间，若用户从其当前服务基站接收到的信号强度大于维 持通信的最低功率要求P min ，则用户的当前服务基站保持不变，否则通信中断； （C2）在第K与K+1个判决点之间，若用户从目标基站接收到的信号强度满足系统的服 务质量QoS要求，则用户的当前服务基站切换为目标基站，否则通信中断； （C3）在第K与K+1个判决点之间，若。
6、用户从源基站接收到的信号强度满足系统的服务 质量QoS要求，则用户的当前服务基站切换为源基站，否则通信中断。 权 利 要 求 书CN 102946623 A 1/4页 3 一种具有自适应切换门限值的蜂窝网单向切换方法 技术领域 0001 本发明属于高速铁路环境下的无线移动通信领域，具体涉及一种自适应切换门限 的单向切换方法，适用于高铁中的高架桥环境下的单基站覆盖场景。 背景技术 0002 随着中国高铁网络的迅速发展，列车的运行速度逐渐增加，乘坐高铁出行的人群 会越来越多。同时另一方面，手机以及各种移动终端的普及，需要有更广覆盖的无线网络， 当然包括在列车上也能提供可靠的通信服务。而列车的高速运。
7、行，会给列车上移动用户的 通信带来很大的挑战，特别是小区间的切换对系统性能有很大的影响。因此有必要设计好 的算法，尽力改善切换的性能，降低切换导致的中断概率，减少平均切换次数。 0003 单基站覆盖场景指的是基站线性排列在铁路线路一侧，采用双向天线覆盖铁路沿 线，同时考虑算法的应用环境为高架桥环境中。 0004 现有的文献中一方面在讨论改变网络的拓扑结构改善切换性能，如采用分 布式网络结构（见Wang,Jiangzhou;Zhu,Huiling;Gomes,Nathan J.;,“Distributed Antenna Systems for Mobile Communications in 。
8、High Speed Trains,“Selected Areas in Communications,IEEE Journal on,vol.30,no.4,pp.675-683,May 2012）， 如采用在列车车顶布置双天线的结构(见Tian,Lin;Li,Juan;Huang,Yi;,“Seamles s Dual-Link Handover Scheme in Broadband Wireless Communication Systems for High-Speed Rail,“Selected Areas in Communications,IEEE Journal on,vo。
9、l.30,no.4,pp.708-718,May 2012)。另外一方面有讨论通过算法设计改善切换性 能，通过随机开闭后向切换来减少乒乓效应(见Yan Zhang;,“Handoff Performance in Wireless Mobile Networks with Unreliable Fading Channel,“Mobile Computing，IEEE Transactions on,vol.9,no.2,pp.188-200,Feb.2010)；通过模糊理论，将接收功率，SNR等 指标综合考虑，减少切换的误判(Gjergji Mino,Leonard Barolli,;A C。
10、omparison Study of Two Fuzzy-based Handover Systems for Avoiding Ping-Pong Effect in Wireless Cellular Networks;2009 International Conference on Network-Based Information Systems)。但上述传统切换算法中没有考虑切换门限随着列车运动自适应变化，因此容易 由于速度过快导致来不及切换而引起通话中断。 发明内容 0005 本发明提供一种具有自适应切换门限值的蜂窝网单向切换方法，解决现有切换方 法在运用到高速列车场景中时，由于速。
11、度过快导致来不及切换而引起通话中断。 0006 一种具有自适应切换门限值的蜂窝网单向切换方法，列车行驶轨迹中前后两相邻 基站分别称为源基站和目标基站，源基站和目标基站之间所覆盖的重叠区域为切换判定执 行区域，所述切换执行区域划分为M个判决点，ML/(*4*V)，L为切换执行区域距离， 为测量周期，V为列车运动速度；相邻的第K与K+1个判决点之间有N个测量点，该切换方 说 明 书CN 102946623 A 2/4页 4 法包括以下步骤： 0007 A测量步骤： 0008 列车进入切换判定执行区域的第K个判决点与第K+1个判决点之间，列车上的移 动终端每隔时间测量一次从源基站接收到的信号强度从目。
12、的基站接收到的信号 强度j1,N； 0009 B切换触发阶段： 0010 (B1)接收信号取平均： 0011 (B2)确定切换门限：第K个判决点处的前向切换判决门限H f_k =(1-K/M)H f_0 ，第K个 判决点处的后向切换判决门限其中H f_0 和H b_0 分别为前向和后向切换 门限初始值，H f_0 H b_0 ； 0012 (B3)判断是否触发切换： 0013 在第K个判决点，如果用户的当前服务基站为源基站，若在判决点K处用户从目 的基站接收到的平均信号强度与从源基站接收到的平均信号强度之差大于K点处的 前向切换门限H f_k ，且同时满足P t_k 维持通信的最低功率要求P 。
13、min ，则进入步骤（C2），否则 进入步骤（C1）；在第K个判决点，若在判决点K处用户从源基站接收到的平均信号强度 与从目标基站接收到的平均信号强度之差大于K点处的后向切换门限H b_k ，且同时满足 维持通信的最低功率要求P min ，则进入步骤（C3），否则进入步骤（C1）； 0014 C切换执行步骤： 0015 (C1)在第K与K+1个判决点之间，若用户从其当前服务基站接收到的信号强度大 于维持通信的最低功率要求P min ，则用户的当前服务基站保持不变，否则通信中断； 0016 （C2）在第K与K+1个判决点之间，若用户从目标基站接收到的信号强度满足系统 的服务质量QoS要求，则用户。
14、的当前服务基站切换为目标基站，否则通信中断； 0017 （C3）在第K与K+1个判决点之间，若用户从源基站接收到的信号强度满足系统的 服务质量QoS要求，则用户的当前服务基站切换为源基站，否则通信中断。 0018 本发明的技术效果体现在：与非自适应切换算法相比，本发明采取了门限值随列 车自适应变化策略，同时采取了设置后向切换门限大于前向切换门限的单向切换策略，两 种方法共同作用，一方面有效减少了乒乓效应带来的切换次数增减，一方面减少了中断概 率，提高了切换成功率。 附图说明 0019 图1为应用本发明的单基站覆盖场景； 0020 图2判决点测量点示意图； 0021 图3本发明方法流程图； 00。
15、22 图4为本发明与传统非自适应门限算法的切换次数对比示意图； 0023 图5为本发明与传统非自适应门限算法的中断概率对比示意图。 说 明 书CN 102946623 A 3/4页 5 具体实施方式 0024 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0025 如图1所示的基站沿着铁轨一侧线性排列，相邻基站相覆盖的重叠区域，该区域 即为切换执行的区域。如图2所示重叠区域可以划分为M个判决点。每两个判决点之间有 N个测量点。 0026 本发明中，其特征在于前向切换门限值和后向门限值是不一样的，前向的门限会 小于后向的门限，激励用户朝目标基站切换。同时前向门限值是越来越低，靠近源基站时高 可避免过。
16、早切换而引起乒乓效应，靠近目标基站时降低可以使切换更容易发生，避免来不 及切换引起中断。而后向越来越高，抑制后向切换发生，同时允许后向切换，避免源基站信 号变差而引起中断。 0027 具体的实施如下： 0028 A测量阶段： 0029 在列车进入相邻小区重叠区域的第K个判决点与第K+1个判决点之间，列车上的 移动终端每隔0.5时间测量一次从源基站接收到的信号强度P s ，从目的基站接收到的信号 强度P t 。并将上述结果缓存在终端。一共测量4次。 0030 B切换触发阶段 0031 有如下的定义：前向切换，从源基站向目标基站切换；后向切换，由目标基站向源 基站切换。包括下述子步骤： 0032 。
17、（B1）将接收信号取平均：在测量获得4次的测量结果后，分别将4次的P s 和P t 取 平均，其中P t 采取同样的方式平均，通过平均消除掉由于快衰落带来的信号强 度的巨大波动，从而减少切换误判的发生。因此每测量4次做一次判决。 0033 （B2）获得切换门限：采取自适应的门限的单向切换策略，K判决点前向切换门限 H f_k 会小于后向切换门限H b_k ，从而激励前向切换的发生，抑制后向切换的发生。设置前向和 后向的初始切换门限取值范围为2dB4dB，本实施例分别为H f_0 =2dB和H b_0 =2dB。考虑的 判决门限是线性变化的H f_k =(1-K/M)H f_0 ，H b_k =。
18、(1+K/M)H b_0 ,上面的式子中M指的是总共的判 决点的数目，K表示第K个判决点。M计算如下式：ML/(*4*V),其中为测量周期， V为列车运动速度。 0034 （B3）判断是否触发切换：分两种情况考虑，如果用户当前是与源基站连接，则判断 是否能够触发执行前向的切换，切换门限为H f_k ；如果用户在当前的判决点是与目标基站连 接，则判断是否执行后向的切换，切换门限为H b_k 。 0035 具体判断过程：在第K个判决点，如果用户的当前服务基站为源基站，若在判决点 K处用户从目的基站接收到的平均信号强度与从源基站接收到的平均信号强度之差 大于K点处的前向切换门限H f_k ，且同时满。
19、足P t_k 维持通信的最低功率要求P min ，则进入步 骤（C2），否则进入步骤（C1）；在第K个判决点，若在判决点K处用户从源基站接收到的平均 信号强度与从目标基站接收到的平均信号强度之差大于K点处的后向切换门限H b_k ， 且同时满足维持通信的最低功率要求P min ，则进入步骤（C3），否则进入步骤（C1）； 0036 本实施例维持通信的最低功率要求P min =-90dB。 0037 C切换执行阶段： 说 明 书CN 102946623 A 4/4页 6 0038 (C1)没有触发切换：用户仍然停留在当前基站，则在下一次切换判决之前 t=4*=2s时间内，从当前服务基站接收到的信。
20、号强度必须满足大于P min =-90dB，否则通 信中断。 0039 （C2）前向切换：在第K与K+1个判决点之间，若用户从目标基站接收到的信号强 度满足系统的服务质量QoS要求，则用户的当前服务基站切换为目标基站，否则通信中断； 0040 （C3）后向切换：在第K与K+1个判决点之间，若用户从源基站接收到的信号强度 满足系统的服务质量QoS要求，则用户的当前服务基站切换为源基站，否则通信中断。判断 是否驶出重叠区域，如果没有驶出重叠区域，那么回到步骤(A1)，继续下一次的切换，如果 在执行完最后一次切换后，用户与目标基站连接，则切换成功，如果不与目标基站连接，那 么说明切换失败，通话中断；。
21、 0041 整个过程中每个切换决策点处停留在源基站的概率为Pr s (k)，停留在目标基站的 概率为Pr t (k)，如下面的算法。最后的中断概率为Pr dropout 0042 Pr s (k)=Pr s (k-1)(1-Pr trigger_k (k-1)+Pr t (k-1)Pr HO_back_succcess (k-1) 0043 Pr t (k)=Pr t (k-1)(1-Pr trigger_back_k (k-1)+Pr s (k-1)Pr HO_succcess (k-1) 0044 判决点发生切换的概率如下： 0045 Pr ho (k)=Pr s (k)Pr trigge。
22、r_k (k-1)+Pr t (k)Pr trigger_back_k (k-1) 0046 发生前向切换的概率 0047 发生后向切换的概率 0048 最后的通话中断概率如下： 0049 Pr dropout =1-Pr t (k) 0050 切换次数如下： 0051 N ho =P ho (k) 0052 图4是本发明方案与非自适应方法的在平均切换次数上的比较，可以发现本发明 方法能在不同的速度下都能降低切换次数，抑制乒乓效应。图5是切换中断概率的比较，本 发明方法也能有效的降低中断概率，为用户提供更好的通信体验，在速度大的时候，相对于 传统方案，改进效果更好。 说 明 书CN 102946623 A 1/2页 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102946623 A 2/2页 8 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102946623 A 。