高速铁路TD-LTE系统切换过程及算法研究
|
摘要
本文针对在高速铁路TD-LTE系统下发生小区切换时存在掉话频繁,信号质量差等问题展开研究,着眼于切换过程中切换测量和切换判决阶段参数的选择和计算,提出适合高速环境的参数优化算法,并搭建LTE仿真平台进行验证。首先从理论上对LTE系统的架构、协议以及切换过程进行详细的分析,搭建了基于高速山地环境切换过程的仿真平台,以便对后续优化的算法进行验证。针对切换测量过程,提出测量参数优化算法,搭建物理层链路级仿真平台,对优化算法进行验证,得到不同的信道环境对切换测量参数RSRP和RSRQ的影响,提出不同的测量参数组合方案以适应不同的信道环境。为了减小信道环境中阴影衰落的影响,实现了滤波过程,结合LTE系统级仿真平台对不同速度下的滤波参数进行确定。最后,基于LTE协议标准中的A3事件,提出适合高速山地环境的自适应切换算法,根据前面提供的系统参数对优化算法进行仿真,得到不同速度下的最优控制参数HO_Hyst和TTT的组合,验证了自适应算法的性能,该算法可以使发生乒乓切换和链路连接失败的概率降到最低,大大提高用户体验。
The purpose of this paper is to research on the problem of frequent dropping calls and poor signal quality of TD-LTE system in high-speed railway environment. The paper mainly discusses the parameters of handover measurement and handover decision in the handover process. The handover algorithms are proposed and the simulator is used to perform this process and illustrate algorithms and results. Firstly LTE system architecture, protocols, and handover process are analysed as a theoretical basis. In order to verify optimized algorithms, a simulation platform in a high-speed hilly environment is set up. For handover measurement process, a optimized algorithm about measurement parameter is proposed and verified in physical layer downlink level simulation platform. Moreover the simulation result is to evaluate the impact of channel environment and bandwidth on the RSRP and RSRQ measurement. To reduce the impact of the Shadow fading environment, the filter process is utilized. The filter parameters for the different speeds are determined by LTE system level simulation platform. Finally, the adaptive handover algorithm is proposed for high-speed hilly environment. The optimal combination of control parameters HO_Hyst and TTT under different speeds are achieved. In that condition the performance of the algorithm is verified. The algorithm can minimize the probability ping-pong handover and radio link failure, greatly improving the user experience.
The purpose of this paper is to research on the problem of frequent dropping calls and poor signal quality of TD-LTE system in high-speed railway environment. The paper mainly discusses the parameters of handover measurement and handover decision in the handover process. The handover algorithms are proposed and the simulator is used to perform this process and illustrate algorithms and results. Firstly LTE system architecture, protocols, and handover process are analysed as a theoretical basis. In order to verify optimized algorithms, a simulation platform in a high-speed hilly environment is set up. For handover measurement process, a optimized algorithm about measurement parameter is proposed and verified in physical layer downlink level simulation platform. Moreover the simulation result is to evaluate the impact of channel environment and bandwidth on the RSRP and RSRQ measurement. To reduce the impact of the Shadow fading environment, the filter process is utilized. The filter parameters for the different speeds are determined by LTE system level simulation platform. Finally, the adaptive handover algorithm is proposed for high-speed hilly environment. The optimal combination of control parameters HO_Hyst and TTT under different speeds are achieved. In that condition the performance of the algorithm is verified. The algorithm can minimize the probability ping-pong handover and radio link failure, greatly improving the user experience.
引文
[1]Cheng Peng, Tao Meixia, Zhang Wenjun, A new SLNR-hased linear precoding for downlink multi-user multi-stream MIMO systems. IEEE Communications,14(11),2010, pp.1008-1010.
[2]Jiang Yi, Li Jian, Hager W.W., Joint transceiver design for MIMO communications using Geometric Mean Decomposition. IEEE Transactions on Signal Processing,53(10),2005, pp.3791-3803.
[3]Lin Shaowei, Ho W.W.L., Liang Ying-chang, Block diagonal geometric mean decomposition (BD-GMD) for MIMO broadcast channels. IEEE Transactions on Wireless Communications,7(7),2008, pp.2778-2789.
[4]沈嘉,索士强,全海洋,赵训威,胡海静,姜怡华等.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计.北京：人民邮电出版社,2008.10-30
[5]李明明.LTE中的切换算法的研究.[学位论文].北京邮电大学图书馆.北京邮电大学：2010年
[6][意]Stefania Sesia,[摩洛哥] Issam Toufik,[英]Matthew Baker. LTE-UMTS长期演进理论与实践.人民邮电出版社.2009年12月：1-83,232-243
[7]杨士强,张春业,张波等.下一代无线网络标准——LTE.信息技术与标准化.2010年Z1期
[8]刘静.LTE系统的切换与切换自优化方法的研究.[学位论文].西安电子科技大学图书馆.西安电子科技大学：2009年
[9]3GPP TS 36.300 V9.5.0 (2010-09).Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); (Release 9).
[10]3GPP TS 36.323 V9.5.0 (2010-09).Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification (Release 9).
[11]3GPP TS 36.322 V9.5.0 (2010-09).Radio Link Control (RLC) protocol specification n (Release 9).
[12]3GPP TS 36.323 V9.5.0 (2010-09).Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification (Release 9).
[13]秦夏鸿.移动通信系统中的切换技术研究.[学位论文].北京邮电大学图书馆.北京邮电大学：2007年
[14]3GPP TS 36.331 V9.5.0 (2010-09).Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio Resource Control (RRC) (Release 9).
[15]王晓伟.LTE系统的切换技术研究.[学位论文].西安电子科技大学.西安电子科技大学：2009年
[16]华为公司 . 高速铁路覆盖解决方案http://wenku.baidu.com/view/05279b707fd 5360cbal adb82.html
[17]田丹等.高速铁路场景下的TD-SCDMA覆盖方案.科技创新导报.2011NO.16
[18]魏珍珍,徐晓,张健等.LTE中基于移动性的切换优化.Communication Technology.43期(总第277期).2010年11月：134-138
[19]Andras Racz, Andras Temesvary and Norbert Reider. Handover Performance in 3GPP Long Term Evolution (LTE) Systems.Proc. of Mobile and Wireless Communications Summit,2007.16th IST, July 2007.
[20]章鹏.高速铁路旅客Internet无线宽带接入技术研究.[学位论文].北京交通大学图书馆.北京交通大学：2009年
[21]吴吴,谷勇浩,钟章队.一种应用于高速铁路的GSM-R'快速切换算法研究.铁道工程学报.第1期.2009年01月
[22]宽带高速移动通信系统技术研究.[学位论文].南京邮电大学图书馆.南京邮电大学：2010年
[23]杨大成.移动传播环境.机械工业出版社.2003年8月：38-60,182-225
[24]姚红艳.异构网络中垂直切换实现与研究北京邮电大学图书馆.北京邮电大学：2011年
[25]赵训威,林辉等.3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范.人民邮电出版社.2010年1月：9-16
[26]徐晓,戎璐,王平等.基于业务自适应的切换优化机制.Application Research of Computers.第26卷(11期).2009年11月：4240-4243
[27]Y.Yang, "Optimization of Handover Algorithms within 3GPP LTE," MSc Thesis Report, KTH, February 2009.
[28]Jihai Han,Bingyang Wu. Handover in the 3GPP long term evolution (LTE) systems. Mobile Congress (GMC).2010
[29]Jani Puttonen, Janne Kurjenniemi, Olli Alanen. Radio problem detection assisted rescue handover for LTE. Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC).2010 IEEE 21st
[30]Peter Legg, Gao Hui, Johan Johansson. A Simulation Study of LTE Intra-Frequency Handover Performance. Vehicular Technology Conference Fall(VTC 2010-Fall).2010 IEEE 72nd
[31]张晓.3GPP LTE部分关键技术研究及系统级仿真验证.[学位论文].武汉理工大学图书馆.武汉理工大学：2008年
[32]王财香,张棠棣,李小文.LTE系统过程切换的实现.VIDEO ENGINEERING.第34卷.2010年12月：69-70
[33]刘强,余建国.3GPP LTE系统中的切换算法研究.电信科学.第11A期.2010年,10月：243-246
[2]Jiang Yi, Li Jian, Hager W.W., Joint transceiver design for MIMO communications using Geometric Mean Decomposition. IEEE Transactions on Signal Processing,53(10),2005, pp.3791-3803.
[3]Lin Shaowei, Ho W.W.L., Liang Ying-chang, Block diagonal geometric mean decomposition (BD-GMD) for MIMO broadcast channels. IEEE Transactions on Wireless Communications,7(7),2008, pp.2778-2789.
[4]沈嘉,索士强,全海洋,赵训威,胡海静,姜怡华等.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计.北京：人民邮电出版社,2008.10-30
[5]李明明.LTE中的切换算法的研究.[学位论文].北京邮电大学图书馆.北京邮电大学：2010年
[6][意]Stefania Sesia,[摩洛哥] Issam Toufik,[英]Matthew Baker. LTE-UMTS长期演进理论与实践.人民邮电出版社.2009年12月：1-83,232-243
[7]杨士强,张春业,张波等.下一代无线网络标准——LTE.信息技术与标准化.2010年Z1期
[8]刘静.LTE系统的切换与切换自优化方法的研究.[学位论文].西安电子科技大学图书馆.西安电子科技大学：2009年
[9]3GPP TS 36.300 V9.5.0 (2010-09).Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); (Release 9).
[10]3GPP TS 36.323 V9.5.0 (2010-09).Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification (Release 9).
[11]3GPP TS 36.322 V9.5.0 (2010-09).Radio Link Control (RLC) protocol specification n (Release 9).
[12]3GPP TS 36.323 V9.5.0 (2010-09).Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification (Release 9).
[13]秦夏鸿.移动通信系统中的切换技术研究.[学位论文].北京邮电大学图书馆.北京邮电大学：2007年
[14]3GPP TS 36.331 V9.5.0 (2010-09).Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio Resource Control (RRC) (Release 9).
[15]王晓伟.LTE系统的切换技术研究.[学位论文].西安电子科技大学.西安电子科技大学：2009年
[16]华为公司 . 高速铁路覆盖解决方案http://wenku.baidu.com/view/05279b707fd 5360cbal adb82.html
[17]田丹等.高速铁路场景下的TD-SCDMA覆盖方案.科技创新导报.2011NO.16
[18]魏珍珍,徐晓,张健等.LTE中基于移动性的切换优化.Communication Technology.43期(总第277期).2010年11月：134-138
[19]Andras Racz, Andras Temesvary and Norbert Reider. Handover Performance in 3GPP Long Term Evolution (LTE) Systems.Proc. of Mobile and Wireless Communications Summit,2007.16th IST, July 2007.
[20]章鹏.高速铁路旅客Internet无线宽带接入技术研究.[学位论文].北京交通大学图书馆.北京交通大学：2009年
[21]吴吴,谷勇浩,钟章队.一种应用于高速铁路的GSM-R'快速切换算法研究.铁道工程学报.第1期.2009年01月
[22]宽带高速移动通信系统技术研究.[学位论文].南京邮电大学图书馆.南京邮电大学：2010年
[23]杨大成.移动传播环境.机械工业出版社.2003年8月：38-60,182-225
[24]姚红艳.异构网络中垂直切换实现与研究北京邮电大学图书馆.北京邮电大学：2011年
[25]赵训威,林辉等.3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范.人民邮电出版社.2010年1月：9-16
[26]徐晓,戎璐,王平等.基于业务自适应的切换优化机制.Application Research of Computers.第26卷(11期).2009年11月：4240-4243
[27]Y.Yang, "Optimization of Handover Algorithms within 3GPP LTE," MSc Thesis Report, KTH, February 2009.
[28]Jihai Han,Bingyang Wu. Handover in the 3GPP long term evolution (LTE) systems. Mobile Congress (GMC).2010
[29]Jani Puttonen, Janne Kurjenniemi, Olli Alanen. Radio problem detection assisted rescue handover for LTE. Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC).2010 IEEE 21st
[30]Peter Legg, Gao Hui, Johan Johansson. A Simulation Study of LTE Intra-Frequency Handover Performance. Vehicular Technology Conference Fall(VTC 2010-Fall).2010 IEEE 72nd
[31]张晓.3GPP LTE部分关键技术研究及系统级仿真验证.[学位论文].武汉理工大学图书馆.武汉理工大学：2008年
[32]王财香,张棠棣,李小文.LTE系统过程切换的实现.VIDEO ENGINEERING.第34卷.2010年12月：69-70
[33]刘强,余建国.3GPP LTE系统中的切换算法研究.电信科学.第11A期.2010年,10月：243-246