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Femtocell与UMTS系统共存下的切换性能研究
张辉,贾华伟
北京邮电大学信息通信工程学院,北京(100876)
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摘要:Femtocell又称毫微微蜂窝基站,作为一种新兴技术被业界普遍认为是解决室内覆盖的主要手段之一,它的发展将会推动固网和移动网的融合。Femtocell可以把用户通过手机发出的话音和数据业务传输到基于标准接口的3G核心网络,且它的家庭接入点即插即用,可连接到任何现有的基于IP的传送网络。本文介绍了Femtocell与WCDMA系统共存下系统模型,以及相应的用户切换准则,并分析了家庭基站在设定不同导频功率下的切换,随后提出一种自适应导频功率控制算法来减少室内外用户的不必要的切换次数。
关键词:FemtocellWCDMA室内覆盖切换自适应导频功率
1.引言
新一代移动通信在网络规划和网络质量方面面临巨大的挑战,尤其是在室内区域。研究表明:无线网络中,超过50%的语音业务和超过70%的数据业务发生在室内场景,室内覆盖的好坏直接影响着用户满意度[1]。为了满足移动用户对语音和数据业务快速增长的需求,世界各地的运营商纷纷开始部署3G网络,中国也开始大规模部署TD-SCDMA的预商用网络。3G相比于2G在传输速率上有很大的提升,但因为它工作在2GHz频段,其无线传播特性特别是建筑物穿透特性较之工作在900MHz、800MHz的GSM、IS-95系统要差,网络部署后,原来2G系统中室外基站可以覆盖到的很多室内区域将成为盲区。
图1Femtocell与宏基站网络架构
目前一项新的应用技术应运而生:Femotocell(毫微微蜂窝基站)。Femtocell使用IP协议,通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接接入,远端由专用网关实现从IP网到移动网的联通,具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。Femtocell与宏基站的网络架构如图1。
家庭基站的接入策略[3]可以分两类,一类是封闭式接入,即家庭基站只供家庭内部用户
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使用。通过采用相应的鉴权机制,保护用户数据的安全性。另一类是开放式接入,家庭基站附近的用户根据导频信号强度,灵活地选择接入点。
虽然开放式接入策略能够增加接入家庭基站的用户数,提高家庭基站的使用效率和宏小区边缘用户的服务质量,但是面临很多问题。在开放式接入策略下如何执行切换。对于一个宏小区下只有一个宏基站,却可能有多个家庭基站,一般来说,从家庭基站切换到宏基站比从反之要容易。传统的蜂窝网络,会把相邻小区的基站列表广播给小区内的用户,用户根据信标信道的功率强弱灵活的选择所接入的小区。由于家庭基站数量众多,并且灵活的可变,网络控制端无法实时更新小区列表,用户也就不能完成精确的切换。如果一个街区中存在大量的家庭基站,如图2所示。当用户沿街道行走时,受到附近强导频的干扰和阴影衰落的影响,用户终端会作出频繁的切换,导致服务不稳定并浪费大量网络资源。
图2存在大量家庭基站的街区场景
本文首先介绍了Femtocell与WCDMA系统共存下系统模型,以及相应的用户切换准则,并分析了家庭基站在设定不同导频功率下的切换,随后提出一种自适应导频功率控制算法来减少室内外用户的不必要的切换次数。
2.系统模型介绍
2.1场景部署模型
在实际系统中,家庭基站随机均匀部署在宏蜂窝小区的覆盖区域内,其部署整体模型如图3所示,共有7个宏小区,每一个宏小区内随机均匀分布着50个Femtocell。局部场如图4所示。
图3系统仿真模型图4局部场景示例
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正方形表示一个(12m*12m)的普通房间,Femtocell(红色表示)部署在房间的中心,每一个房间的室内用户数仅为1,室内用户的运动速度是0.5m/s,运动方向是随机的。室外用户的部署也是随机的,运动速度为1m/s,运动方向是随机的。关键的仿真系统参数包括路径损耗模型、阴影衰落、宏基站和Femtocell等,如表1[2]。
表1系统仿真参数
载频
2GHz
带宽
5MHz
宏基站间距离
1000m
宏基站
最大发射功率
43dBm(20W)
导频功率
33dBm(2W)
天线增益
11dBi
噪声系统
5dB(-103dBmwhenT=300KandW=3.84MHz)
Femtocell
最大发射功率
125mW(21dBm)
天线增益
2dBi
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