高速移动状态下TD—SCDMA用户的小区边缘接入算法

摘要 一个TD—SCDMA用户从发起RRC请求到业务建立成功，信令及业务建立过程要持续一段时间，一般情况下，用户从当前小区发起接入都能成功，但在高速移动出小区的情况下，可能出现用户在当前小区边缘接入后，本小区信号变差，来不及切换到邻小区导致掉话现象。本文将针对此问题提出一种解决方法。

关键词 TD—SCDMA 接入 切换 高速移动状态

1 引言

随着动车组列车的提速，由于受到高速移动过程中的快衰落、多普勒效应、列车材质、小区覆盖等因素的影响，铁路沿线的移动网络质量遇到了巨大的挑战。如何提升高速铁路沿线业务质量成为了高速移动通信的主要问题。原有的一些业务处理算法可能不适合在高速移动状态下执行，比如一个处于空闲状态的用户身处小区边缘并正在向小区外移动的同时发起一次业务建立请求，一般的流程应该是先建立起连接，然后下发测量控制（测量信号质量、负载等），若满足切换条件则再进行切换流程。这在用户处于低速状态时，切换带完全可以满足要求。但当用户处在高速状态时，原有的切换带可能无法保证用户接入网络和小区切换的完整实施，从而导致用户掉话的发生。为保证此类用户能顺利接入网络并进行成功的小区切换，需要对算法进行一定的改进，本文将针对此问题提出一种改进的小区边缘接入算法。

2 传统小区边缘接入算法存在的问题

当UE搜索到合适的小区并成功读取小区的系统消息后就具备了建立业务的基本条件，以建立语音业务为例，建立流程包括：系统广播流程，RRC连接建立流程，NAS信令建立流程，RAB建立流程。在RRC连接建立之后，UE将从空闲状态转移到连接状态，等到RAB建立完成，一个基本的呼叫即建立。

图1是一般用户从发起RRC请求到AMR语音业务建立成功的信令流程（未包括鉴权加密过程）：

从图中可以看到RRC_CONNECT_REQ到RRC_CONNECT_SETUP_CMP时延为530ms，从RAB_ASSIGNMENT_REQ到RAB_ASSIGNMENT_RESP时延为1380ms，从RRC_CONNECT_REQ到MEAS_CTRL（2A）时延为2450ms（未包含鉴权加密过程）。

目前TD—SCDMA的设计标准是把低于120Km/h的用户定义为低速用户，高于120Km/h的定义为高速用户，而图1的业务建立流程是以低速用户为标准设计的，所以在某些高速场景下，原本的流程设计并不能满足要求，从而导致掉话或接入不成功的事件发生。比如在高速铁路场景下，按照3GPP为高铁所设置的场景典型时速350Km/h计算，其速度约为100m/s，从用户接入到下发测量控制，至少耗时2.5s，此时用户已经移动250m以上，加上UE进行的测量，上报测量报告，RNC判决执行切换，直至空口切换至少时延在2s以上，此时用户又已移动200m以上。若采用正常用户的接入算法，特别是当用户在小区边缘发起呼叫，如果还在原小区接入，由于呼叫完全建立成功需要2.5s以上，用户可能已经处于其他小区，势必会导致本次呼叫失败。

3 高速移动状态下小区边缘接入算法的改进

3.1 网络覆盖模式

目前适用于处理高速移动状态下业务的网络覆盖主要分为大网覆盖和专网覆盖两种。

（1）大网覆盖：大网覆盖不单独考虑高速场景的覆盖，与其他场景合为一体，统一由室外宏蜂窝大网提供覆盖，这种方案设计是利用高速场景沿线原有的基站站址及基站设备，基本不新增设备来实现高速移动线路的覆盖，同时还要兼顾周边区域的覆盖。大网覆盖的特点是网络建设和规划不需要另外考虑，难点是后期的优化，特别是在高速路线经过较为复杂的地理环境时。

（2）专网覆盖：专网覆盖是用专用网络覆盖所要解决的高速沿线，将原有的覆盖高速场景沿线基站设备、传输、天馈系统等无线设备独立以覆盖周边低速区域，新增或替换新的无线设备用以支持高速专用网络。同时，通过参数配置保证专网和公网之间的分离，但必须要考虑与大网之间的衔接。专网系统不仅可以最大程度上满足高速场景的覆盖要求，而且还可以为高速移动场景配置特别的无线参数取值及算法，通过物理设备及参数配置，保证专网与大网的分离， 在网络扩容、重新规划中可各求所需，避免了互相牵制，降低了优化和规划的难度。

所谓专网小区，就是通过参数控制，实现无线通信只在几个覆盖连续的小区之间进行，行程切换和重选序列比较稳定的覆盖模式。具体来说专网小区具有以下特点：

（1）专网内的小区之间可以双向切换和双向小区重选；

（2）专网内小区不与专网外小区之间进行小区重选，专网内小区与专网外小区存在单向邻区关系，即专网内小区可以切换到专网外小区，反向则无法切换；

（3）专网设置出入口，出入口小区与专网外小区可以进行双向切换和双向小区重选。

高速专网系统一般存在于高速公路和高速铁路沿线，并随着高速公路和高速铁路呈现链形分布。基站以及小区链形分布如图2所示：

如图所示，小区1到小区5呈链形分布，每两个相邻的小区可以根据用户运动方向的不同互称为上一小区或下一小区，小区6到小区9四个小区是大网覆盖，是专网外小区。

3.2 高速移动用户的速度判别

针对上述这种链形小区，高速移动用户可沿运动方向优先切换到前向链形邻区，以便减少切换次数，避免小区乒乓切换和侧向无效切换，从而提高切换效率。因此，怎样确定高速用户的运动速度和运动方向是执行高速移动用户小区边缘接入算法的前提。

目前，TD—SCDMA专网系统判别用户移动速度和移动方向的方法基本有三种：

（1）基于频偏的用户移动速度和移动方向判别算法；

（2）基于在线用户切换次数信息的移动方向判决算法；

（3）高速用户接入阶段移动方向判别算法。

3.3 UE高速移动状态下小区边缘接入算法

基于以上技术支持，下面介绍一下改进的高速移动状态下用户小区边缘接入算法。