（通信与信息系统专业论文）lte系统中的切换与切换自优化方法研究.pdf

摘要 3 g p pl t e 是基于o f d m 和m i m o 技术对当前3 g 系统的中长期演进，对现 有3 g 系统的网络结构和无线接入方式都有较大的改进。切换是移动性管理的重要 组成部分，论文重点研究l t e 系统中的切换技术。 论文概述了l t e 系统的网络架构与接入网体系结构，详细介绍了l t e 系统中 的切换过程，提出并设计了针对同频、异频和异系统情况下的切换算法，通过 o p n e t 软件仿真，得出了不同参数设置下的切换基本性能，仿真结果表明，提出 的切换算法是可行的，并验证了参数设置的合理性。但是，由于实际中网络环境 是多变的，最佳的参数设置也会随之改变，因此，论文对切换失败、乒乓效应与 参数设置之间的关系进行了研究，在此基础上提出并设计了切换自优化算法，从 而降低人为修改切换参数的复杂性，使得网络的运行维护更加自动化。 关键词：l t e 切换算法自优化 a b s t r a c t 3 g p pl t eb a s e do nt h et e c h n o l o g yo fo f d ma n dm i m oi s t h el o n gt e r m e v o l u t i o no f3 gs y s t e m ，a n di th a sm a d eg r e a ti m p r o v e m e n to nt h en e ts t r u c t u r ea n d r a d i oa c c e s s h a n d o v e ri so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta s p e c t si nm o b i l em a n a g e m e n t t h i sp a p e rf o c u s e so l lt h eh a n d o v e rt e c h n o l o g yi nl t e t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h en e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n da c c e s sn e t w o r ks t r u c t u r eo f l t es y s t e m ，t h ep r o c e s so fh a n d o v e ri nl t e i sd e s c r i b e di nd e t a i l ，h a n d o v e ra l g o r i t h m s b a s e do ni n t r a f r e q u e n c y , i n t e r - f r e q u e n c ya n di n t e r - r a ta r ep r o v i d e di nt h i sp a p e r u s i n g o p n e tf o rs i m u l a t i o n ，w eg e tt h ep e r f o r m a n c e so fh a n d o v e ru n d e rd i f f e r e n ts e t t i n go f h a n d o v e rp a r 锄e t e r s ，t h er e s u l t ss h o wt h eh a n d o v e ra l g o r i t h m sa r ef e a s i b l e ，a n dw ef i n d t h es i g n i f i c a n c eo fa p p r o p r i a t es e t t i n go fh a n d o v e rp a r a m e t e r s h o w e v e r , t h em o s t s u i t a b l es e r i n go fh a n d o v e rp a r a m e t e r sa r ec h a n g e dd u et ot h ev a r i e t yo fn e t w o r k e n v i r o n m e n ti nr e a l i t y , s ot h i sp a p e ra n a l y s i st h er e l a t i o nb e t w e e nh a n d o v e rf a i l u r ea n d p a r a m e t e rs e t t i n g ，s od o e sp i n gp a n ge f f e c t ，as e l f - o p t i m i z a t i o nm e t h o do fh a n d o v e r p a r 锄e t e r si sb r o u g h tf o r w a r d ，h e n c e ，t h ec o s ta n dc o m p l e x i t yo n c ep a i do nm a n u a l m o d i f y i n g c a nb er e d u c e d a n di tm a k e so p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c eo f n e t w o r kb e c o m e a u t o m a t i c a l l y k e y w o r d ：l t eh a n d o v e r a l g o r i t h ms e l f - o p t i m i z a t i o n 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：绌堑日期孽：至：! 兰 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：幽盔垒 导师签名：斗她 1 日期印、多弦 日期望：至：! 兰 日期? p 卫l 一 第一章绪论 1 1 1l t e 系统发展背景 第一章绪论 1 1l t e 系统的应用与发展 个人通信的迅猛发展极大地促进了个人通信设备的微型化和多样化，结合多 媒体信息、在线游戏、视频点播、音乐下载和移动电视等数据业务的能力，大大 满足了个人通信和娱乐的需求。业务的整合以及多业务终端的发展对无线传输效 率和速率都提出了更高的要求。w c d m a h s d p a 与g p r s e d g e 相比，虽然无线 性能大大提高，但是，在i p r 的制肘、应对市场挑战和满足用户需求等领域，还 是有很多局限。用户期望运营商提供任何时间任何地点不低于1 m b p s 的无线接入 速度，小于2 0 m s 的低系统传输延迟，在高移动速率环境下的全网无缝覆盖，真正 达到“移动带宽 接入【l 】。业界有一种观点认为：2 0 0 2 2 0 0 6 年固定宽带( d s l ) 经历了一个快速增长期，2 0 0 6 2 0 1 0 年移动宽带有可能复制d s l 增长。对无线接 入网络还有很重要的一点是能被广大用户负担得起的廉价终端设备和网络服务。 这些要求已远远超出了现有网络的能力，寻找突破性的空中接口技术和网络结构 看来是势在必行。与w i f i 和w i m a x 等无线接入方案相比，w c d m a h s d p a 空 中接v i 和网络结构过于复杂，虽然在支持移动性和q o s 方面有较大优势，但在每 比特成本、无线频谱利用率和传输时延等能力方面明显落后。 根据3 g p p 标准组织原先的时间表，4 g 最早要在2 0 1 5 年才能正式商用，在这 期间传统电信设备商和运营商将面临前所未有的挑战。用户的需求、市场的挑战 和i p r 的制肘共同推动了3 g p p 组织在4 g 出现之前加速制定新的空中接口和无线 接入网络标准【2 j 。 由于上述的市场因素，3 g p p 在2 0 0 4 年底启动了长期演进( l t e ) 技术的标准 化工作，基本可以分为两个阶段：s i 和w i 。2 0 0 5 年3 月到2 0 0 6 年6 月为s i ( s t u d y i t e m ) 阶段，主要完成目标需求的定义，明确l t e 的概念，完成可行性研究报告； 2 0 0 6 年6 月到2 0 0 7 年6 月为w i ( w o r ki t e m ) 阶段，完成核心技术的规范工作， 同时l t e 相配合的s a e 项目s i 也开始进行。在2 0 0 7 年中期完成相关标准制定 ( 3 g p pr 7 ) ，预计在2 0 0 8 年或2 0 0 9 年推出商用产品。但是目前由于会议进度原 因，3 g p p 的工作时间表比原定时间推迟了约半年，研究阶段推迟到2 0 0 6 年9 月 才结束f 3 1 。 2 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 1 1 2l t e 系统主要性能目标 3 g p p 从“系统性能要求 、“网络部署场景”、“网络架构”、“业务支持 能力等方面对l t e 进行了详细的描述。与3 g 相比，l t e 的主要性能目标有： 1 ) 增加峰值速率，下行速率为1 0 0 m b p s 、上行为5 0 m b p s , 2 ) 提高频谱效率，下行链路5 b p s h z ( r 6 的3 4 倍) ；下行链路2 5 b p s h z ( r 6 的2 3 倍) ； 3 ) 以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上基于分组交换； 4 ) q o s 保证，通过系统设计和严格的q o s 机制，保证实时业务( 如v o l p ) 的服 务质量； 5 ) 灵活的带宽配置，能够支持1 2 5 2 0 m h z 间的多种系统带宽，并支持“对称” 和“非对称 的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性； 6 ) 降低无线网络时延，子帧长度o 5 m s 和0 6 7 5 m s ，解决了向下兼容的问题并降 低了网络时延，使控制面时延小于l o o m s ，用户面时延小于5 m s ； 7 ) 增加小区边缘用户比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边 界比特速率。如多媒体广播和组播业务( m b m s ) 在小区边界可提供l b p s h z 的数据速率； 8 ) 强调向下兼容，支持已有的3 g 系统和非3 g p p 系统的协同运作。 与3 g 相比，l t e 更具技术优势，具体体现在：高速率、分组传送、低时延、 覆盖广和向下兼容。 1 2l t e 系统切换的研究现状 1 、l t e 系统切换 切换是系统移动性管理中的重要功能，目前3 g p pl t e 的相关协议仍在进一步 制定中，在移动性方面，文献 4 中将l t e 系统中u e 的状态划分为了r r ci d l e ( 类似开机无业务) 和r r cc o n n e c t e d ( 类似开机有业务) 两种，其中 r r ci d l e 状态下对应的移动性行为为小区选择重选，而r r cc o n n e c t e d 状 态下对应的移动性行为即为切换。与w c d m a 系统中相同，切换的过程主要包括 测量、判决和执行三个过程。 1 1 测量方面 l t e 中的测量被分为g a p a s s i s t e d 和n o n - g a p a s s i s t e d 两种【4 】，可以根据测量目 标小区与原服务小区的带宽、载波频率关系选择不同的测量种类。在切换中，也 需根据具体的切换算法要求来开启或关闭不同的测量方式。 第一章绪论 测量的开启，是通过向u e 下发测量控制消息进行的，文献 5 】中规定了具体 的测量控制消息类型及消息携带内容信息，同时，文献 6 】中规定了l t e 系统中的 测量量类型( 如r s r p 、r s r q 等) 。 2 ) 判决方面 切换判决是针对u e 上报的测量报告进行的，文献 5 】中规定了l t e 系统中的， 7 种事件报告类型，共分为两类：l t e 系统内和l t e 系统间。可以根据实际情况， 选取不同的事件报告组合，构造不同的切换算法。 3 ) 执行方面 考虑到l t e 系统的向下兼容性，其不仅支持系统内切换，还应同时支持系统 间切换。对于系统内切换，文献 4 】中规范了其切换流程，对于不同系统间( 如到 w c d m a 系统、g s m 系统等) 的切换，协议仍在进一步完善之中。 2 、l t e 系统切换自优化 切换自优化概念来源于s o n ( s e l f - o r g a n i s i n gn e t w o r k s 自组织网络) 【9 】。所 谓s o n 是网络运行维护模式的新概念，也是运营商在无线网络运行维护方面诉求 的理想目标。s o n 通过让网络运行维护活动更多自动化，让运营商人工干预尽量 少，从而降低运营商维护网络的难度和减少人力投入【l0 1 。另外，保障网络运行在 高质量、高性能状态也是s o n 的目标之一。 在最近的3 g p pr a n 2 r a n 3 会议中，在s o n 方面都有做讨论，其中针对切 换优化，各厂商提出了不同的建议，主要分为两个方面：一是针对切换信令的优 化【1 2 州】；二是针对切换控制参数的优化【1 5 郴】。如文献 1 3 中提议在l t e 系统基站 间增加负载交互消息，作为一个公共测量，用于在切换判决时选取最优的目标小 区，增大切换成功的概率；文献 1 5 中提议在系统中增加多个计数器，用于统计基 站间的移动性数据，进而分析调整移动性参数。但在切换自优化问题方面，目前 并没有完整的解决方案。 如今，对于s o n 的研究仍处于起步阶段，切换自优化方面的研究才刚刚开始， 但可以肯定的是，网络运行维护自动化将是下一代通信网络需要实现的理想目标， 因此，论文所研究的切换自优化具有重要的现实意义。 1 3 论文研究主要内容 l t e 标准的制定是依据用户需求来进行的，其中一项重要的用户需求就是系 统能够提供良好的越区切换性能。切换技术为用户的自由移动提供了可能、同时 使得不同网络系统间的兼容工作成为可能。论文的目标就是研究l t e 系统中的切 4 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 换问题，同时在研究切换算法的基础上提出了切换自优化算法，使得系统可以随 时适应多变的环境，让网络的运行维护变得更加自动化。 论文的具体内容安排如下： 第二章：l t e 移动通信系统中的切换过程 简要说明了l t e 接入网体系结构及无线接口协议架构，介绍l t e 系统的切换 分类，详细介绍了l t e 系统的切换过程，包括切换测量过程、切换判决过程和切 换执行过程。 第三章：l t e 系统切换研究 重点介绍了l t e 系统的切换判决过程，提出了同频、异频和异系统的切换算 法，并通过o p n e t 的仿真，得出了不同切换参数设置下的切换基本性能。 第四章：l t e 系统切换自优化研究 在前一章切换基本性能仿真结果的基础上，通过部分仿真和理论结合，提出 了切换自优化算法。 第五章：结束语 为整个论文的总结，在简要回顾论文工作的基础上，提出了作者未来研究方 向的设想。 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 21 1 接入网体系结构 2 1l t e 系统架构 3 g p p l t e 在接入网体系结构方面，设计的主要目标是满足低时延、低复杂度、 低成本的要求，从而提供更高的用户容量、系统吞吐量和端到端的服务质量保证。 考虑到最终将要实现所有业务通过分组域传输如何保证各种分组业务，特别是 实时性要求较高的分组业务的服务质量，原有的网络结构显然已无法满足要求， 需要进行调整与演进。 l t e ( r 8 版本) 中的网络结构如图2l 所示： 舀二。二舀 西 酬2 jl t e 刚络架构 接入网e u t r a n 由e n o d e b ( 后面简称e n b ) 组成，提供到终端u e 的e u t r a 用户面( p d c p ，r l c a c ，p h y ) 和控制面( r r c ) 协议。e n o d e b 山r 6 的n o d e b 、 r n c 、s g s n 、g g s n 四个+ 要网元演进而柬，e n o d e b 之间的交互通过x 2 接口。 e n o d e b 通过s 1 接口与e p c ( e v o l v e dp a c k e t c o r e ) 连接，具体与m m e ( m o b i l i t y m a n a g e m e n te n t i l y ) 连接的为s 1 - m m e ，与服务网关s - g w ( s e r v i n gg a t e w a y ) 连 接的为s 1 一u 。s l 接口支持多对多的m m e s g w 和e n o d e b 连接关系1 4 j 。 这种结构类似于典型的i p 宽带网络结构，采用两层扁平网络架构，支持i m s 、 v o l p 、s i p 、m o b i l ei p 等各种先进技术。通过图21 可以看出l t e 网络结构极大降 低了系统复杂性。系统内部相应的交忆操作随之减少，系统时延叮以明显降低。 6 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 2 1 2 无线接口协议架构4 】 图2 2 给出了e u t r a n 的架构全景。其中浅灰色部分代表逻辑节点，白色部 分代表控制面功能实体，深灰色部分则代表用户面功能实体。 d y n a m i c r e s o u r c e a l l o c a t i o n ( s c h e d u l e r ) 匿亟銮里至圜 医至互巫匠圈 s 1 m m e ， n a s s e c u n t y 匿 鬈 ? ，旧k 隧ate i o h a n d l i n g 帅陲 s a eb e a r e rc o n t m ii： 图2 2 接入网协议栈结构与功能划分 e u t r a n 结构中，e n o d e b 是在n o d e b 原有功能基础上，增加了r n c 的物 理层、m a c 层、r r c 、调度、接入控制、承载控制、移动性管理和相邻小区无线 资源管理等功能。 各网元的具体功能如下： 1 ) e n o d e b 的主要功能 ( 1 ) 无线资源管理功能( r r m ) ：无线承载控制( r b ) 、无线准入控制、连 接移动性控制、u e 的上下行资源动态分配( 调度) ； ( 2 ) 用户数据流的i p 头压缩和加密； ( 3 ) 当u e 附着时，u e 所提供的信息中，不包含确定的向某m m e 路由信息时， 为之选择一个m m e ： ( 4 ) 负责向s g w 路由用户面数据； ( 5 ) 寻呼消息的调度和发送( 来自m m e ) ； ( 6 ) 广播消息的调度和发送( 来自m m e 或o & m ) ； ( 7 ) 移动性和调度中的测量和测量报告配置 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 7 2 ) m m e 的主要功能 ( 1 ) n a s 层信令交互； ( 2 ) n a s 层信令加密； ( 3 ) a s 层加密控制； ( 4 ) 在不同核心网节点信令间与3 g 接入网的移动性管理； ( 5 ) i d l e 状态下u e 的交互( 包括寻呼消息的控制与执行) ； ( 6 ) t r a c k i n ga r e a 列表管理( u e 在i d l e 或a c t i v e 状态) ； ( 7 ) p d ng w 和s g w 的选择； ( 8 ) 基于m m e 更新切换时的m m e 选择； ( 9 ) 向2 g 或3 g 接入网切换时的s g s n 选择； ( 1 0 ) 网络漫游功能； ( 1 1 ) 用户鉴权功能； ( 1 2 ) 业务承载管理功能，包括专用业务承载建立 3 ) s g w 的主要功能 ( 1 ) e n b 内切换本地移动性位置接入点； ( 2 ) 与3 g 异系统移动性的移动性位置接入； ( 3 ) 负责e u t r a n 空闲模式下行包缓存和负责产生网络触发的业务请求流 程； ( 4 ) 数据的合法侦听拦截； ( 5 ) 数据包路由和转发； ( 6 ) 上下行传输层数据报文标记 1 、无线接口用户面协议栈 l t e 无线接口在网络侧终结于e n o d e b 。用户面协议栈如2 3 图所示，可以看 到在网络侧由p d c p 、r l c 、m a c 子层共同完成如下用户面功能：头压缩、加密、 调度、a r q 和a r q 重传机制等。 一一一一一一一一_-，一一一一一一_-。 ：u e 图2 3 用户面协议栈 2 、无线接口控制面协议栈 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) 尢线接口控制面协议栈如图2 4 所示： f 。、! 一一1r 一1 u e e n b m m e i 堕 十- + + 互l i 亘二 + 斗 圈 | 堕 h _ 圃i 巫二卜+ 习i | 亟二卜瓤互|； ； 巫二 + 斗 妇l 图2 4 控制面协议栈 可以看到： p d c p 子层( 在网络侧终结于e n b ) 实现加密和完整性保护等功能； r l c 和m a c 子层( 在网络侧终结于e n b ) 实现与用户面对应子层同样功能； r r c ( 在网络侧终结于e n b ) 功能 ( 1 ) 广播； ( 2 ) 寻呼； ( 3 ) r r c 连接管理； ( 4 ) r b 控制； ( 5 ) 移动性管理； ( 6 ) u e 测量报告及测量控制 n a s 控制协议( 网络侧终结于m m e ) 功能 ( 1 ) e p s 承载管理； ( 2 ) 鉴权； ( 3 ) e c m i d l e 移动性处理； ( 4 ) e c m i d l e 状态下的寻呼发起； ( 5 ) 安全控制 2 2l t e 系统中切换的分类 按照切换目标小区和源小区的归属位置关系，可将切换划分为： 1 ) l t e 接入系统内切换 ( 1 ) e n b 内切换； ( 2 ) e n b 间通过x 2 接口切换； ( 3 ) e n b 间通过s 1 接口切换； 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 9 ( 4 ) m m e 间切换 2 ) i n t e r - r a t 切换 ( 1 ) l t e 与g e r a n 系统之间的切换； ( 2 ) l t e 与u t r a n 系统之间的切换； ( 3 ) l t e 与c d m a 系统之间的切换； ( 4 ) l t e 与w i m a x 系统之间的切换 按照目标小区与源小区的频率关系，又可将切换划分为：同频切换和异频切 换。 l t e 系统切换分类如图2 5 所示： 图2 5l t e 切换分类 2 3l t e 系统中的切换过程 通常，l t e 系统中的切换过程划分为以下三个步骤： 1 ) 切换测量( 包括测量滤波、算法触发测量报告) ； 2 ) 切换判决( 切换算法) ； 3 ) 切换执行 切换测量由u e 和e n b 完成；切换判决在e n b 中进行；切换执行在u e 、e n b 和m m e 共同协作下完成。具体过程如图2 6 所示： 口 口 过 过 通 通 一 丁 一一一一 换 换 影 系 渤 烈 切 切 m 州 壕 内 问 姨 m 们 似 m m 碰 m 强 叭，量 l o l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 2 3 1 切换测量过程 不 满足 p 、r s r q 图2 6l t e 系统切换过程 1 、切换测量过程描述 在l t e 系统中，切换测量通过e u t r a n 与u e 间的“测量控制”和“测量 报告信令交互来完成，如图2 7 所示( 括号中为文献 7 中定义的具体承载消息名 称) 。测量控制，是e u t r a n 下发给u e 的测量要求；测量报告，是u e 按照其 测量要求进行测量后，上报给e u t r a n 的测量结果。 u e 测量控制 ( r r cc o n n e c t i o nr e c o n f i g u r a t i o n ) 测量报告 ( m e a s u r e m e n tr e p o r t ) 图2 7 切换测量过程 其中，测量控制消息中包含以下信息【5 】： 1 ) 测量标识：e u t r a n 建立、修改、释放测量和u e 进行测量报告时使用的参 考序号，用户标识不同的测量过程。 2 1 测量命令 ( 1 ) 建立：建立一个新的测量； ( 2 ) 修改：修改先前配置的一个测量； 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 ( 3 ) 释放：停止一个测量，并且删除先前的测量配置 3 ) 测量类型 ( 1 ) 同频测量：测量服务小区下行载频； ( 2 ) 异频测量：测量不同于服务小区下行载频的异频； ( 3 ) 异系统测量：测量其它不同于e u t r a n 的无线接入技术，如u t r a n 、 g s m ： ( 4 ) 其它测量类型：如业务量测量、质量测量、u e 内部测量和u e 位置测量 ( f f s ) 4 ) 测量对象：u e 应该完成的测量对象，如一个载频或一个邻区列表。测量对象 还可能包括附加信息，如应用于特定小区的参数。 5 ) 测量量：u e 测量的具体量，如r s r p ；同时还有相关滤波参数，如层3 滤波 系数。 6 ) 报告量：u e 在上报的测量报告中所需包含的内容。 7 ) 测量报告准则：测量报告的触发准则，如周期上报或事件上报。 8 ) 测量间隙：u e 执行测量的时间间隙。在这段时间内没有上下行数据传输。用 于g a p a s s i s t e d 测量。 u e 测量和报告的小区类型包括： 1 ) 服务小区； 2 ) 监测集小区：e u t r a n 指定的邻区列表中的部分小区； 3 ) 检测集小区：e u t r a n 没有指定的，由u e 检测到的小区，但是由e u t r a n 指定了载频 在u e 侧，当r r c 层接收到e u t r a n 的测量控制消息后，就通过测量原语 要求层1 进行测量。层1 和r r c 层对测量结果进行平滑滤波，当为事件测量时， r r c 层会根据事件触发准则进行事件评估，当e u t r a n 要求的测量报告准则满 足时，u e 将向e u t r a n 发送测量报告消息；当为周期测量时，u e 会按照 e u t r a n 的要求，周期上报测量量。具体过程如图2 8 所示： 层3 过滤参数事件触发准则 图2 8 切换测量结果的过滤和报告 1 2 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 图2 8 中： a 点为物理层采样值； b 点为物理层和高层接口； c 点为高层滤波后结果； d 点为标准接口的测量报告消息 u e 进行测量的测量量在“物理层切换测量指标 中介绍，u e 在层3 根据事 件触发准则进行事件评估前，需要对测量量进行层1 滤波和层3 滤波，滤波可以 滤除基于用户中断速率的信道中的快衰落成分，降低信道中快衰落对于接收信号 的影响。 u e 物理层会按照e u t r a n 要求的测量量，周期性进行采样，层1 滤波，即 将物理层测量周期内采样值进行线性平均。层3 滤波在r r c 层进行，由网络侧控 制。r r c 层根据以下公式对物理层报上来的测量结果进行加权平均处理，将来自 物理层的m 。变换为c ，并将e 作为测量报告中的测量值。 c = ( 1 一口) 只一l + 口m 。， a = 1 2 川 式( 2 1 ) 中： e一更新后的已经过平滑滤波的测量结果；初始值f o = m 。； e 一。一更新前的测量结果； m 。一最新的物理层测量结果； k 一滤波系数，由e u t r a n 通过测量控制消息下发给u e 。当k = 0 时， 表示不需要层3 滤波。 对于事件触发准则，将在“测量报告评估准则中详细介绍。 2 、物理层切换测量指标【6 】 1 ) r s s i ( 接收信号强度指示) e u t r a 承载接收信号强度指示，包含u e 从所有资源测量到的接收带宽总功 率，包括联合信道服务和非服务小区、邻道干扰、白噪声等。 2 ) r s r p ( 参考信号接收功率) 参考信号接收功率( r s r p ) 指的是对于一个特定小区资源块的功率( 单位： w ) 大小的线性均值。该资源块在测量过程的频率带宽内，承载了该小区的参考 信号。对于r s r p ，基于小区的参考信号以及r l ( 如果可用) 将会被使用。 如果u e 支持差异化接收，那么上报值就应该等于所有支路功率的线性均值。 3 ) r s r q ( 参考信号接收质量) 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 1 3 参考信号接收质量( r s r q ) 的定义为n x r s r p ( e u t r ac a r r i e rr s s i ) ，其中 n 为e - u t r a 承载r s s i 测量带宽内的r b 数目。该测量指标的分子和分母应该取 自于同一个资源块集。 4 ) u 1 r i 乙c p i c hr s c p 接收信号码功率，对于一个码元的接收功率的测量过程在主c p i c h 上完成。 5 ) u t r af d dc a r r i e rr s s i 接收带宽功率，包括白噪声和接收噪声，存在于经过接收脉冲修正滤波器获 取到的特定带宽内。 6 ) u t r a f d dc p i c he e n o 由带宽上的功率谱密度划分出的单个码片上的接收能量。c p i c he c n o 等于 c p i c hr s c p u t r ac a r r i e rr s s i 。测量过程在主c p i c h 信道上完成。 7 ) g s m c a r r i e rr s s i g s m 承载的接收信号强度指示，在对应信道带宽内的宽带接收功率，测量过 程在g s m 的b c c h 信道上完成。 8 ) u t r a t d dc a r d e rr s s i u t r at d d 模式承载的接收信号强度指示，包括白噪声和接收噪声，存在于 经过接收脉冲修正滤波器获取到的特定带宽内，t d d 模式下在一个指定的时间槽 内。 9 ) u t r at d dp - c c p c hr s c p u t r at d d 模式p c c p c h 接收信号码功率，u e 所测量到的一个u t r at d d 邻区的p c c p c h 上的接收功率。 在l t e 系统中，测量信号量一般选取参考信号接收功率( r s r p ) 和参考信号 接收质量( r s r q ) 。 3 、测量报告评估准则 u e 层3 根据事件触发准则进行事件评估，当测量结果满足报告事件的触发条 件，u e 将向网络侧上报测量结果( 标准口r r c 消息) 。l t e 系统中包括a 1 、a 2 、 a 3 、a 4 、a 5 、b 1 、b 2 共7 种不同的测量报告事件，其中前5 种用于l t e 系统内 测量，后两种用于异系统测量。 1 ) l t e 系统内测量 ( 1 ) a 1 事件( 服务小区质量高于指定的绝对门限) a l 事件用于异频、异系统测量的停止。当下列公式满足时触发a 1 事件，当 触发后满足延迟触发时长t i m et ot r i g g e r ，u e 向e u t r a n 上报a 1 事件测量报告。 e v e n ta 1 触发条件： 1 4 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 m 。t h d a 1 + h y s t a 1 2 e v e n ta 1 取消触发条件： m 一 m 为服务小区的导频测量质量； t h da 1 为绝对质量门限； h y s ta 1 为a 1 事件迟滞 ( 2 ) a 2 事件( 服务小区质量低于指定的绝对门限) a 2 事件用于异频、异系统测量的启动。当下列公式满足时触发a 2 事件，当 触发后满足延迟触发时长t i m et ot r i g g e r ，u e 向e u t r a n 上报a 2 事件测量报告。 e v e n ta 2 触发条件( 服务小区质量低于指定的绝对门限) ： m 。t h d a 2 - h y s t a 2 2 式( 2 4 ) e v e n ta 2 取消触发条件： m 。 t h d a 2 + h y s t a 2 2 其中： m 一为服务小区的导频测量质量； t h da 2 为绝对质量门限； h y s ta 2 为a 2 事件迟滞 ( 3 ) a 3 事件( 相邻小区质量好于服务小区，且差值超过指定门限) a 3 事件用于同频切换，当下列公式满足时触发a 3 事件，当触发后满足延迟 触发时长t i m et ot r i g g e r ，u e 向e - u t r a n 上报a 3 事件测量报告。 e v e n ta 3 触发条件： m 。m ，。，+ c i o s 。，一。+ h y s t a 3 2 式( 2 - 6 ) e v e n ta 3 取消触发条件： m 。 m 。为新d , n 的导频测量质量； 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 弘。为服务小区的导频测量质量； c i o , 。一一为新小区对于服务小区的小区特定偏置，配置为c e l li n d i v i d u a l o 行s e t ： h y s ta 3 为a 3 事件迟滞 ( 4 ) a 4 事件( 邻区小区质量高于指定的绝对门限) e v e n ta 4 触发条件( 邻区小区质量高于指定的绝对门限) ： m t 删 _ t h d a 4 + h y s t a 4 2 式( 2 8 ) e v e n ta 4 取消触发条件： m ，。曙酣 m 岫“为测量目标小区的导频测量质量； t h da 4 为绝对质量门限； h y s ta 4 为a 4 事件迟滞 ( 5 ) a 5 事件( 服务小区质量低于指定的绝对门限l ，同时相邻小区的小区质量 高于指定的绝对门限2 ) 2 ) 异系统测量 ( 1 ) b 1 事件( 异系统邻区小区质量高于指定的绝对门限) b 1 事件用于异系统切换，当下列公式满足时触发b 1 事件，当触发后满足延 迟触发时长t i m et ot r i g g e r ，u e 向e - u t r a n 上报b 1 事件测量报告。 e v e n tb 1 触发条件： m 。t h d b 1 + h y s t b 1 2 式( 2 - 1 0 ) e v e n tb 1 取消触发条件： m 。 m 为异系统小区的测量质量； t h db 1 为绝对质量门限； h y s tb 1 为b 1 事件迟滞 ( 2 ) b 2 事件( 服务小区质量低于指定的绝对门限1 ，同时异系统相邻小区的小 区质量高于指定的绝对门限2 ) 1 6 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 2 3 2 切换判决过程 u e 将被检测小区的测量结果经物理层平滑滤波后触发报告事件，作为切换算 法的基本输入。e n b 接收到测量报告事件，并根据切换算法决定是否需要进行小 区切换、开启或关闭异频异系统测量，控制u e 的服务小区更新行为。 在l t e 规范中没有限定切换的具体算法，网络侧可以根据需要定义输入的报 告事件组合以实现不同的切换算法。 l t e 系统切换判决过程的切换算法设计在第三章l t e 系统切换研究中作详细 讨论。 2 3 3 切换执行过程 当选定了目标小区后，便可向目标小区发起切换过程，按照前面介绍的切换 分类，对于不同类型的切换，执行的流程也存在差异，在论文中，重点关注“同 一m m e 内”的切换行为，其中又分为同一e n b 下不同小区间的切换( 简称e n b 内切换) 和不同e n b 下不同小区间的切换( 简称e n b 间切换) 。 1 、e n b 内切换 对于e n b 内切换，由于源小区和目的小区归属于同一e n b ，所以在切换过程 中，无需跟m m e 交互。 1 ) 流程图 其切换执行流程如图2 9 所示。 注：图2 9 中注明的s o u r c e c e l l 和t a r g e t c e l l 用于更清晰的表示消息的走向( 即 消息是从哪个小区发下去或收上来的) ，并不是收到消息后再做消息转发。 2 ) 流程说明 e n b 收到u e 发送的测量报告消息； e n b 根据测量报告消息内容，判决满足切换准则，同时根据测量报告消息 中的目标小区信息，判断出是同一e n b 内不同小区间的切换，发起e n b 内切换流 程； e n b 进行目标小区资源准入判断，准入成功后为该u e 在新小区申请空口 资源； 资源申请成功后，发送切换命令消息r r cc o n n e c t i o nr e c o n f i g u r a t i o n 到 u e ，消息中包含为u e 在新小区分配的资源信息； u e 按照新配置接入到目标小区，同时回复切换完成消息r r cc o n n e c t i o n r e c o n f i g u r a t i o nc o m p l e t e 到目标e n b ； 第二章l t e 移动通信系统中的切换过程 1 7 e n b 收到u e 的重配置完成消息，标识切换过程完成，释放用户在源小区 占用的资源，流程中止。 u es o u r c ec e l i t a r g e tc e l l e n b m e a s u r e m e n tr e p o r t m e a s u r d mb m r e p o r t eh o d e c i s i o n ) ( a d m i s s i o nt o n e wc e l l h a n d o v e rc o m m a n d h a n d o v e rc ：o m m a n d ( 1l r cc o n n e c t i o nr e c o n f i g u r a t i oi ) d e t a c hf 如mo i dc e l la n d 、 s y n c h r o n i z et on e w c e l l ， h a n d o v e r；o n f i r m ( r r cc o n n e c t i o nr e c o ff i g u r a t i o nc o m p l e t e ) h a n d o v e rc o n f i r m ( r e l e a s e r e s o u r c e 图2 9e n b 内切换流程 2 、e n b 间切换 对于e n b 间切换，按照切换请求消息下发方式的不同，又可将切换分为基于 x 2 接口的切换和基于s 1 接口的切换，通常情况下，跨e n b 间的切换都是通过x 2 后进行的，但存在下列原因之一时，会通过s l 口发起切换： ( 1 ) 源e n b 和目标e n b 之间不存在x 2 接口； ( 2 ) 为了能使某e p c 节点改变( m m e 与或s g w ) ，源e n b 被配置为向特定 目标e n b 切换时通过s 1 接口进行； ( 3 ) 源e n b 通过x 2 接口尝试某e n b 间切换时遭到目标e n b 特定原因的拒绝。 1 ) 基于x 2 接口的e n b 间切换 ( 1 ) 流程图 基于x 2 接口的切换执行流程如图2 1 0 所示。 ( 2 ) 流程说明 e n b 收到u e 发送的测量报告消息，并根据测量报告消息内容，判决满足 切换准则，同时根据测量报告消息中的目标小区信息，判断出是不同e n b 问的小 区切换，发起e n b 间切换流程； coi_霉母口巴lj詈。口cm工 gqjoo)(山19o口c西卜| co一面ldeoo1m，o寸c工 1 8 l t e 系统中的切换与切换自优化方法研究 图2 1 0 基于二x 2 接口的e n b 间切换流程 源e n b 向目标小区所在e n b 发送切换请求消息h a n d o v e rr e q u e s t ，消息中 携带u e 在源e n b 的上下文信息，要求目标小区建立一条无线链路； 目标e n b 收到h a n d o v e rr e q u e s t 消息后，进行目标小区资源准入判断，准 入成功后为该u e 在新小区申请空口资源，若资源分配成功，则回复应答消息 h a n d o v e rr e q u e s ta c k 到源