摘要：3GPP LTE （长期演进）系统中部署大量femtocell后，在宏小区与femtocell之间将会存在不必要的频繁切换，针对这些不必要的切换，提出一种自适应切换方法。根据用户的位置及切换请求将用户分为四类，对前两种类型用户进行自适应功率控制，第三种类型用户以CAC （呼叫允许控制）算法为基础，自适应选择HOM （切换阈值），进行不同HOM的CAC切换，第四种类型用户进行简单的标准切换即可。通过与CAC算法和标准切换算法进行仿真对比，仿真结果表明，该算法明显降低了掉话率，减少了不必要的切换，提高了用户的平均吞吐量。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/247461.htm
关键词：femtocell；自适应；切换；CAC算法；功率调整
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.007
苏寒松，男，教授，博士，主要研究方向为无线通信、光通信、移动通信、光纤传感；钱鑫，男，硕士生，主要研究方向为无线通信；朱士兵，男，硕士生，主要研究方向为无线通信；刘高华，女，硕士生，主要研究方向为无线通信。
引言
在3 G P P LT E （L o n g Te r m Evolution， 长期演进）系统中，不断增加的高速数据业务需求以及不断上涨的用户数量，给宏基站带来与日俱增的负担和挑战。又因为LTE系统工作在高频段，传播损耗和墙壁穿透损耗都较大，导致室内信号覆盖相对较差。根据日本NTT DoCoMo的调查表明，在宏小区中，超过2/3的数据业务和语音业务发生在室内场所[1]，因此室内覆盖问题成为当前无线移动通信亟待解决的关键问题。为了缓解宏基站的负载及解决室内覆盖问题， femtocell（家庭基站）技术应运而生，给运营商们提供了一个新的平台。
LTE系统中大量部署femtocell，由于femtcoell的安装和用户位置的随意性，导致宏小区与femtocell之间的频繁切换问题尤为突出，成为亟待解决的技术挑战。
针对切换问题，许多相应的切换方案被提出。文献[2]提出一种经典的CAC （Call Admission Control，呼叫允许控制）算法，考虑了接收信号强度和SINR （signal to interference plus noise ratio，信干噪比） ，有效降低了不必要切换的次数和概率。文献[3]提出了一种考虑用户速度和SQ（Speed and Qos，服务质量）算法。将用户速度分为高速（>30km/h）、中速（15～30km/h）和低速（ 1 切换过程
3GPP TS36.300[4]协议中已经详细定义了宏基站之间切换的过程及信令流程，但femtocell与宏小区之间的信令流程还没正式定义，图1为目前研究比较认可的宏小区向femtocell切换信令流程[5]。其中各步骤简要介绍如下：1） 服务宏基站配置并触发用户进行测量，通过发送测量控制消息通知用户需要测量的参数；2） 用户将测量报告发送给服务宏基站；3） 服务宏基站根据测量报告做出切换判决；4） 服务宏基站向MME （mobility management entity， 移动管理实体）发送切换请求， MME再通过FGW （femtocell gate way， femtocell网关）将切换请求发给femtocell；5） 目标femtocell根据服务质量信息、CSG （closed subscriber group， 封闭用户组）鉴权信息等进行接入控制处理；6） 如果接纳该用户的请求，则发送切换响应给FGW，再经过MME发送到服务宏基站；7）服务宏基站向用户发送RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）切换信令；8） 用户执行切换，与原来的服务基站断开连接，与目标femtocell建立同步并接入，服务宏基站向目标femtocell发送与该用户相关的缓冲和传输包；9） 切换确认消息成功执行后，目标femtocell会向MME发送路径转换请求， MME再向S-GW（server gate way， 服务网关）发送用户面更新请求，S-GW转换下行路径信息，向MME发送用户面更新请求响应消息，再由MME向目标femtocell发送路径转换请求确认消息；10） 目标 femtocell收到路径转换确认消息后，通过FGW、MME向服务宏基站发送释放资源响应；11） 服务宏基站释放相关无线控制资源后，目标femtocell就可以传输下行包数据，为用户提供服务。
2 切换算法
2.3 自适应切换算法
结合现有切换算法的优点，从全局网络出发，以CAC算法作为切换的基本方法，提出一种自适应切换方法，在CAC算法的基础上加入了自适应切换阈值，即根据目标负载及CSG列表信息选择不同的切换阈值；考虑到宏基站和femtocell间的下行干扰，通过femtocell的自适应功率调整降低干扰，减少不必要切换次数，降低掉话率。
自适应切换方法流程如图4所示，其中I型用户功率调整如图5所示，II型用户功率调整如图6所示。在功率调整中，用事件A表示用户需发起不必要切换事件，用事件B表示用户发生掉话，在3GPP TS25.133[7]协议中规定，保证用户正常通信的SINR的最低门限值为-20dB，低于此值则用户会发生掉话。
自适应切换方法详细流程如下。
首先根据用户位置及切换请求将用户分为四类：I型用户，位于femtocell内，由femtocell提供服务的授权用户；II型用户，位于femtocell附近且相隔一定的距离，由宏基站提供服务的用户；III型用户，向femtocell发起切换请求且需要切换，由宏基站提供服务的用户，与II型用户有一定的区别；IV型用户，位于femtocell边缘内部，需发起切出femtocell的用户。对四类用户进行以下不同的处理。
