一种5G系统中基于成簇的超密集小网络移动性管理办法技术方案

本发明专利技术提供了一种5G系统中基于成簇的超密集小网络移动性管理办法，本发明专利技术中超密集小区被分为若干个微小区簇，每个微小区簇拥有共同的导频。利用生灭模型预测出小区的信道情况，根据接收到的小区信号的质量，综合考虑用户终端的业务情况和移动状态选择合适的基站作为切换目标，可以得出设备新呼叫和切换的阻塞率，制定正确的切换策略，提高切换成功率，减少用户终端的掉话率和呼叫的阻塞率。当设备处于空闲状态下，用户终端处于低速时，切换至微小区的导频基站上；用户终端处于中高速时，切换至宏基站上；当设备处于连接状态下时，即有业务服务的时候，如果用户终端处于低速时，切换至微小区的小基站上；用户终端处于中高速时，切换至宏基站上。

【技术实现步骤摘要】
一种5G系统中基于成簇的超密集小网络移动性管理办法
本专利技术涉及移动通信
，特别是涉及5G系统中一种基于成簇的超密集小网络的移动性管理办法。
技术介绍
在未来的移动网络中，将会部署传统大功率的宏基站和大量低功率的小基站s。在理论上，整体上的网络能力和单位面积的cells的数量有关。在密集部署的网络中，有用信号和信号干扰都会加强，移动社的移动性管理中切换会很频繁。在未来无线网络中，有两种方式实现高吞吐量，包括大量的MIMO天线和超密集网络部署。大量的MIMO天线是在基站上使用大量的天线，MIMO的性能由于空间的限制会被限制，系统会饱和。TDD系统比较适合大量MIMO，但是TDD中由于有限的信道相干时间，正交轴的数量会有限制，而且部署成本也较高。超密集网络部署中的小基站的部署成本比宏基站小，通过智能切换，达到最好的连接。在远距离地方，只需要部署无线单元，而不用部署有着很多天线的宏基站。小基站同时支持多种无线技术。小基站的切换不像宏基站那样好，尤其在宏基站和小基站的混合部署的移动网络中，设备的移动性管理更加复杂。在这种混合接入下，超密集网络部署需要更好的移动性管理模型和性能分析模型。面对如此庞大和复杂的移动网络，小区切换在设备移动性管理和性能分析中显得越来越突出。如今随着移动网络的发展，业务种类多样化，用户设备的移动复杂性的增加，原来的小区切换机制，不再能很好的适应复杂的网络环境。如何在设备的不同状态下和网络的密集部署的环境中进行高效的小区切换，以及给予用户更好的网络体验，成为小区切换研究的一个重要问题。
技术实现思路
技术问题：本专利技术针对用户终端移动的复杂化和业务的多样化的特点，提出了一种5G系统中基于成簇的超密集小网络移动性管理办法，并根据用户终端的移动速度情况和业务类型选择不同的切换策略，在密集网络部署的环境中进行高效的小区切换，提高用户的网络体验。技术方案：本专利技术提供的是5G系统中一种基于成簇的超密集小网络的移动性管理办法，包括以下步骤：A、移动终端周期性的监测小区基站的信号质量，包括宏基站和小基站。B、利用生灭模型得出各个小区平稳时的信道占用情况，可以得出设备新呼叫和切换的阻塞率，制定正确的切换策略，提高切换成功率，减少用户终端的掉话率和呼叫的阻塞率。C、所述移动终端判断目标基站无可用信道和信道质量是否可用，若满足切换条件，执行步骤D；否则执行步骤A。D、所述移动终端根据自身的业务情况判断切换条件。若移动终端无业务进行，执行步骤E；若移动终端有业务进行，执行步骤F。E、所述移动终端根据自身的移动情况判断切换条件。若移动终端处于低速移动或者静止中，执行步骤G；若移动终端处于中高速移动中，执行步骤H。F、所述移动终端根据自身的业务情况判断切换条件。若有语音业务进行，且目标基站信道可用，执行步骤I；若移动终端有数据业务进行，执行步骤J。G、所述移动终端切换到目标微小区簇的导频基站上，结束本流程。H、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程。I、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程。J、所述移动终端低速移动或静止中，且信道可用，执行步骤K；若移动终端中高速速移动中，且信道可用，执行步骤L。K、所述移动终端切换到目标微小区簇里的小基站上，结束本流程。L、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程。本专利技术的步骤A中，定义时间T为监测周期，实现周期性监测并更新位置信息。若小区基站的信号质量(包括宏基站或者小基站)满足切换条件时，移动终端将会准备进行切换。若小区基站的信号质量不满足切换条件时，移动终端将会继续对小区基站信号进行监测。在保证最优网络信号的前提下最大限度地利用小区的网络资源。本专利技术的步骤B中，生灭过程模型的工作原理是小区呼叫到达，包括新增和切换呼叫服从参数为λ的指数分布，单个设备服务时间即信道占用时间服从参数为μ的指数分布，小区的总信道数为C，其中保护信道数为Cp；在很短的时间h内，系统的状态只能从状态i转移到状态i-1或i+1或保持不变；状态由i变到i+1，一个新呼叫或者切换呼叫到来，即小区内增加一个服务设备，其概率是λh；状态由i变到i-1，一个呼叫或者业务结束，即小区内减少一个服务设备，其概率为μh；小区内所服务得设备不增不减，其概率是1-(λ+μ)h；生灭过程模型具体应用如下：假设λa是单位面积新增的话务数量，S表示基站覆盖面积，那么S面积上的话务数量λn为：λn＝λa×S(1)所以新增的话务数量服从泊松分布，参数为λn；当采用保护信道作为接入优先级分配机制时，若Cp为保护信道数，C为当前小区中总的信道数，即当当前小区中通时被占用的信道数超过C-Cp时，本小区新增呼叫将被阻塞，因此，总的呼叫的到达率λi为：其中，λn是本小区的新增呼叫到达率，λh为切换呼叫到达率，用v表示设备的速度，S表示基站的覆盖面积，则移动设备的停留时间服从的指数参数分布的参数μs是可以证明，如果设备在小区的停留时间t服从参数为μ1的指数分布，通话持续时间服从μ0的指数分布，那么信道持续时间的切换呼叫服从参数为μ＝μ1+μ0的指数分布，所以信道持续时间的切换呼叫服从的指数参数分布的参数μ是μ＝μ1+μ0(4)用ts来表示设备的停留时间，tm表示设备第m次成功切换后的呼叫剩余时间，tc表示呼叫的持续时间，t1来表示一个呼叫初始化时刻和呼叫未完成的情况下移动出小区的时刻的时间间隔；ts服从指数分布，参数为μs，用t表示时间，因此设备停留时间ts的概率密度函数fs(t)为：fs(t)对应的拉氏变换为：同理tc服从参数为μc的指数分布，t表示时间，其概率密度函数fc(t)为：fc(t)对应的拉氏变换为：当tc＞ts，即呼叫持续时间大于设备的停留时间，会发生切换，可得发生切换的概率P(tc＞ts)是：所以由公式(9)设备切换的概率Ph为：所以信道持续时间的数学期望是所以信道持续时间的切换呼叫服从的指数参数分布的参数μ是μ＝μc+μs(11)根据剩余寿命论，可知设备第m次成功切换后的呼叫剩余时间的拉氏变换fl1(s)与设备停留时间的拉氏变换fls(s)相同，即：以λh表示切换呼叫的到达率，如果Pbn，Pbh分别表示新呼叫的阻塞率和切换呼叫的阻塞率，X是一次呼叫的切换次数，则它的期望即切换率E(X)是：每一个未阻塞的呼叫都会产生E(X)个切换呼叫，因此切换呼叫的达到率λh为：若Cp为保护信道数，C为当前小区中总的信道数，当前小区中被占用的信道数超过C-Cp时，本小区的新增呼叫将会被阻塞。因此可得j个信道在服务设备的概率Pj是：其中信道空闲的概率P0为由此我们可以求得新呼叫阻塞的概率，即所有C-Cp的信道都被占用的概率Pbn为：切换失败的概率Pbh维：Pbh＝Pj|j＝C(18)由此可以得到小区内设备的平均数量n，也即信道的占用情况：此时，我们可以得到小区稳定时候的连接的用户终端的设备数量，可以与当前小区的用户终端的连接数量来进行比较，可以得出设备新呼叫和切换的阻塞率，制定正确的切换策略，提高切换成功率，减少用户终端的掉话率和呼叫的阻塞率。本专利技术的步骤C中，所述移动终端判断目标基站无可用信道和信道质量是否可用，若有信道可用，则认为满足切换条件，；否则继续监测小区基站的信号质量。本专利技术的步骤D中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种5G系统中基于成簇的超密集小网络移动性管理办法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、移动终端周期性的监测小区基站的信号质量，包括宏基站和小基站；B、利用生灭模型得出各个小区平稳时的信道占用情况，得出设备新呼叫和切换的阻塞率；C、所述移动终端判断目标基站无可用信道和信道质量是否可用，若满足切换条件，执行步骤D；否则执行步骤A；D、所述移动终端根据自身的业务情况判断切换条件；若移动终端无业务进行，执行步骤E；若移动终端有业务进行，执行步骤F；E、所述移动终端根据自身的移动情况判断切换条件；若移动终端处于低速移动或者静止中，执行步骤G；若移动终端处于中高速移动中，执行步骤H；F、所述移动终端根据自身的业务情况判断切换条件；若有语音业务进行，且目标基站信道可用，执行步骤I；若移动终端有数据业务进行，执行步骤J；G、所述移动终端切换到目标微小区簇的导频基站上，结束本流程；H、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程；I、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程；J、所述移动终端低速移动或静止中，且信道可用，执行步骤K；若移动终端中高速速移动中，且信道可用，执行步骤L；K、所述移动终端切换到目标微小区簇里的小基站上，结束本流程；L、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程。...

【技术特征摘要】
1.一种5G系统中基于成簇的超密集小网络移动性管理办法，其特征在于，包括以下步骤：A、移动终端周期性的监测小区基站的信号质量，包括宏基站和小基站；B、利用生灭模型得出各个小区平稳时的信道占用情况，得出设备新呼叫和切换的阻塞率；所述步骤B中，生灭过程模型的工作方法是小区呼叫到达，包括新增和切换呼叫服从参数为的指数分布，单个设备服务时间即信道占用时间服从参数为的指数分布，小区的总信道数为C，其中保护信道数为；在很短的时间h内，系统的状态只能从状态i转移到状态i-1或i+1或保持不变；状态由i变到i+1，一个新呼叫或者切换呼叫到来，即小区内增加一个服务设备，其概率是λh；状态由i变到i-1，一个呼叫或者业务结束，即小区内减少一个服务设备，其概率为μh；小区内所服务得设备不增不减，其概率是1-(λ+μ)h；生灭过程模型具体应用如下：假设是单位面积新增的话务数量，S表示基站覆盖面积，那么S面积上的话务数量为：（1）所以新增的话务数量服从泊松分布，参数为；当采用保护信道作为接入优先级分配机制时，若为保护信道数，C为当前小区中总的信道数，即当当前小区中通时被占用的信道数超过时，本小区新增呼叫将被阻塞，因此，总的呼叫的到达率为：（2）其中，是本小区的新增呼叫到达率，为切换呼叫到达率，用v表示设备的速度，S表示基站的覆盖面积，则移动设备的停留时间服从的指数参数分布的参数是（3）如果设备在小区的停留时间t服从参数为的指数分布，通话持续时间服从的指数分布，那么信道持续时间的切换呼叫服从参数为的指数分布，所以信道持续时间的切换呼叫服从的指数参数分布的参数是（4）用来表示设备的停留时间，表示设备第m次成功切换后的呼叫剩余时间，表示呼叫的持续时间，来表示一个呼叫初始化时刻和呼叫未完成的情况下移动出小区的时刻的时间间隔；服从指数分布，参数为，用t表示时间，因此设备停留时间的概率密度函数为：（5）对应的拉氏变换为：（6）同理服从参数为的指数分布，t表示时间，其概率密度函数为：（7）对应的拉氏变换为：（8）当，即呼叫持续时间大于设备的停留时间，会发生切换，可得发生切换的概率P()是：（9）所以由公式（9）设备切换的概率为：（10）所以信道持续时间的数学期望是所以信道持续时间的切换呼叫服从的指数参数分布的参数是（11）根据剩余寿命论，可知设备第m次成功切换后的呼叫剩余时间的拉氏变换与设备停留时间的拉氏变换相同，即：（12）以表示切换呼叫的到达率，如果分别表示新呼叫的阻塞率和切换呼叫的阻塞率，X是一次呼叫的切换次数，则它的期望即切换率E(X)是：（13）每一个未阻塞的呼叫都会产生个切换呼叫，因此切换呼叫的达到率为：（14）若为保护信道数，C为当前小区中总的信道数，当前小区中被占用的信道数超过时，本小区的新增呼叫将会被阻塞；因此可得j个信道在服务设备的概率是：（15）其中信道空闲的概率为（16）由此求得新呼叫阻塞的概率，即所有的信道都被占用的概率为：（17）切换失败的概率维：（18）由此可以得到小区内设备的平均数量n，也即信道的占用情况：（19）此时，得到小区稳定时候的连接的用户终端的设备数量，与当前小区的用户终端的连接数量来进行比较，得出设备新呼叫和切换的阻塞率；C、所述移动终端判断目标基站无可用信道和信道质量是否可用，若满足切换条件，执行步骤D；否则执行步骤A；D、所述移动终端根据自身的业务情况判断切换条件；若移动终端无业务进行，执行步骤E；若移动终端有业务进行，执行步骤F；E、所述移动终端根据自身的移动情况判断切换条件；若移动终端处于低速移动或者静止中，执行步骤G；若移动终端处于中高速移动中，执行步骤H；F、所述移动终端根据自身的业务情况判断切换条件；若有语音业务进行，且目标基站信道可用，执行步骤I；若移动终端有数据业务进行，执行步骤J；G、所述移动终端切换到目标微小区簇的导频基站上，结束本流程；H、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程；I、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程；J、所述移动终端低速移动或静止中，且信道可用，执行步骤K；若移动终端中高速速移动中，且信道可用，执行步骤L；K、所述移动终端切换到目标微小区簇里的小基站上，结束本流程；L、所述移动终端切换到目标小区所在宏基站上，结束本流程。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓荣，张涛，赵夙，杨龙祥，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32