高速移动场景下蜂窝无线通信网络群切换策略研究

摘要

在蜂窝移动通信系统中，移动台穿越小区时，很可能有大量用户几乎在同一时刻发起切换，这将导致目标基站的可用接入资源急速减少，从而引起网络拥塞及切换中断，这种现象也被称为群切换。在发生多用户越区群切换时，如何将有限的系统资源高效地分配给移动用户至关重要，尤其是在高移动场景下。因此，研究高速移动场景下蜂窝无线网络的群切换机制，对于合理设计切换流程、优化无线资源分配具有重要的实用价值。
　　本文首先研究了蜂窝无线通信网络的典型越区切换策略。从用户的角度来看，正在进行的实时通信被强制中断要远比新产生的业务请求被系统阻塞影响大。因此，为了尽量减少已有实时通信业务被强制中断，前人提出了许多基于资源预留和优先权分配的方案，例如，GCM-FIFO（基于先进先出的预留信道方案）、GCM（预留信道方案）、DPQ（动态优先级排队方案）。本文中对这三种方案的性能进行了理论分析，给出了各自的适用场景。
　　在高铁场景下，由于用户快速穿越小区重叠区域，要求切换流程更短、时延更小。另一方面，由于列车车厢内有大量旅客，大大增加了同一时间发起切换请求的用户数目，在资源不足的情况下切换用户排队等待将导致时延的倍增。因此，在穿越小区重叠区时可能有大量用户不能及时完成切换，导致通信服务的中断。本文从切换过程中随机接入资源分配的角度出发，分析了LTE/LTE-A网络下制约群切换性能的主要因素是前导码不足，采用了用户分组的方案来减少同一时刻发起切换请求的用户数目。仿真研究表明，本方案可显著改善系统的切换性能。
　　在高铁场景的越区切换过程中，由于切换用户众多，并且在这一过程中仍有新用户接入，即使应用了用户分组方案，也不能保证所有切换用户都能及时获得所需的随机接入资源。因此需要首先保证切换用户（而不是新接入用户），尤其是具有高优先级的切换用户获得接入资源。为此，本文根据QCI(QoS Class Identifier)标准，定义了4类不同业务类型的切换用户优先级，然后提出了预留前导码方案(GPM，Guard PreambleMethod)，以便在前导码资源紧张时，优先为切换用户提供接入，并为不同优先级的切换用户预留了不同数目的前导码。研究表明，GPM方案和用户分组方案的结合能够较好地提升高铁场景下LTE网络的切换性能，并且能够兼顾系统的公平性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容和组织结构

第二章 蜂窝无线网络典型群切换方案

2．1 背景概述

2．2 蜂窝网络中典型的多用户切换方案

2．2．1 基于先进先出策略的预留信道方案(GCM-FIFO)

2．2．2 预留信道方案(GCM)

2．2．3 基于动态优先级调节的切换方案(DPQ)

2．3 性能分析以及适用场景比较

2．4 本章小结

第三章 高速移动场景下LTE-A切换技术

3．1 LTE-A系统概述

3．2 LTE-A切换机制

3．2．1 LTE-A的切换流程

3．2．2 LTE-A切换判决算法

3．3 高移动性下影响切换性能的主要因素

3．3．1 多普勒频偏

3．3．2 车体损耗

3．3．3 频繁切换

3．3．4 群切换

3．4 本章小结

第四章 基于随机接入资源分配的群切换方案

4．1 LTE／LTE-A系统越区切换机制分析

4．1．1 切换中的随机接入过程

4．1．2 切换过程中的资源映射与分配

4．2 制约群切换性能因素分析

4．2．1 PDCCH资源分析

4．2．2 PRACH资源分析

4．3 解决方案与性能分析

4．4 本章小结

第五章 基于用户分组的群切换方案

5．1 背景概述

5．2 用户分组标准

5．3 小组头重选算法

5．3．1 算法流程描述

5．3．2 算法的简化

5．4 结合预留前导码(GPM)的用户分组切换方案

5．5 性能仿真与分析

5．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文