专利名称：一种多模无线终端进行小区选择的方法
技术领域：
本发明涉及一种多模无线终端进行小区选择的方法，确切地说，涉及一种存在多个待选小区时，多模移动终端进行小区重选的方法；属于无线移动终端的小区选择技术领域。
背景技术：
随着无线通信技术的不断发展，第二代移动通信系统QG)与第三代移动通信系统(3G)将会在相当长时期内共存。尤其是在热点地区，三种3G系统(TD-SCDMA、WCDMA和 CDMA2000)和传统的2G系统(GSM和CDMA)的网络也会在许多区域内重叠覆盖。用户终端如何更好地适应这种通信网络重叠覆盖的现状，在不同系统间的小区进行重选，以确保双模终端能够随着网络信号强度的变化，自适应地在多种网络模式中选择驻留于最适宜的无线小区，以保证终端能够更稳定地获得相应网络提供的各种通信服务，已经成为业界和相关科技人员都非常关注的一个技术问题。随着多种3G系统(TD-SCDMA、CDMA2000和WCDMA)的部署与应用，以及后续LTE技术的发展，热点地区的多模终端经常会同时处于2G、3G和LTE多个不同通信模式的小区，当其所在小区的信号质量不能满足通信需要时，就要进行小区重选。因此，在多种通信模式的小区中，如何选择合适的小区进行重选、切换和驻留，已经成为下一代移动通信系统中的关键技术。目前，双模终端的小区重选方式主要有两类手动重选和自动重选。具有手动重选功能的双模终端是由用户人工选择在不同类型的网络间切换至适宜的网络类型进行驻留。 这种方式优点是由用户直接根据需求自由选择发起呼叫的网络，不需要进行小区模式的自动重选操作和协议栈之间的融合，降低了终端复杂度和成本。但是，终端进入不同网络模式共存的小区时，需要用户手动选择网络模式，既增加了用户的操作，比较繁琐；尤其是用户在完成不同网络模式切换时，还可能存在漏接电话的风险。参见图1，介绍多模终端在开机时的选择网络的传统方式开机后，多模终端首先搜索是否存在符合小区选择标准S的小区，如果没有，则认为小区选择过程失败；如果有， 则在考虑优先级前提下，按照小区重选标准Rs和to对所有符合S标准的小区进行排序，最终选择排列在首位的小区。下面分别简要说明3GPP标准中的小区选择标准S和同频和相同优先级异频小区重选标准中的Rs和foi 当小区选择标准S中的参数Srxlev > 0时，该小区可以被选择用于通信；小区选择标准S中的参数Srxlev =测量小区的接受水平值_(小区中最小要求的接收水平值+相对频率偏移)-max(可用的终端上行最大发射功率与终端最大射频输出功率之差，0)，式中，max ()算符是取括号中的较大数值。Rs是服务小区等级排列标准，其数值是小区重选中使用的参考信号接收功率测量值减去服务小区的重选迟滞值之差。
to是邻小区等级排列标准，其数值是邻小区的参考信号接收功率测量值减去所在小区和邻小区之间的频偏值之差。当多模终端所在小区需要自动重选网络时，也要执行与开机时选择网络的方式相类似的过程当多模终端所在小区无法满足小区选择标准S时，多模终端先搜索所有符合小区选择标准S的相邻小区，如果没有，则认为小区重选过程失败；否则，就在基于优先级的情况下，按照小区重选标准Rs和to对所有符合S标准的小区进行排序，最终选择排列在首位的小区。因此，自动重选不同于手动重选，它是通过改造用户终端，使得终端能够自动根据小区的信号强度和传输质量自动进行通信模式和小区的选择。目前的3GPP标准中，小区自动重选机制是首先根据小区选择标准S选出所有可选的小区，再根据网络优先级、同频和相同优先级异频的小区重选标准Rs和1 完成小区的等级排列，然后，重新选择排列第一位的小区。但是，目前的多模终端小区重选方法仍存在以下不足(1)考虑参数数量不足现有小区重选标准在重选前是先判断小区是否符合小区选择标准S，因此，在多种模式和多个小区信号并存的地方，需要逐一判断每种网络模式下的所有可选小区是否符合标准S。该方法只考虑了其测量的小区接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可采用的上行最大发射功率水平和用户最大射频输出功率五个参量，而未考虑用户的速率需求，业务类型和用户的移动性因素。由于考虑的参数数量太少，终端无法满足多模情况下实时业务、非实时业务，以及多媒体业务，语音业务并存的需求。(2)重选处理的复杂度高现有小区重选标准是按照网络优先级对所有小区进行排序，然后根据网络优先级、同频和相同优先级异频的小区重选标准Rs和to完成小区的等级排列，并重选至排列首位的小区。然而，对所有小区进行排序的复杂度高，既增加终端复杂度，又增加切换时间。尤其在拥有多个模式、小区数多时，因操作复杂导致过长切换时间会增加用户掉话和无法接通的概率。(3)小区重选采用的线性评价策略不合理现有小区重选的评价机制是对所有参量均按照固定比例考虑的。然而，多模移动终端系统复杂，在确定小区切换时，需要考虑的参数多，根据固定的线性理论模型和策略准则往往难以重选至满足用户速率和实时性需求的小区，导致用户时常掉话或实时业务中断，降低了服务质量。因此，为了节约终端的硬件成本和待机时间，双模终端自动执行小区重选时，必需综合考虑两个或两个以上通信协议栈异同的前提下，对不同网络模式下的相关协议栈进行融合和完善，以提高终端资源的利用效率。而且，由于终端在自动进行小区重选时，它在同一时间内仅能运行一组收发信机，所以必需对相关资源进行综合调度与分配，使得该终端能够同时高效测量两种或两种以上不同网络模式下的无线信号，以保证在网络切换和过渡期间实现无缝过渡，尽量减少切换时间，避免丢失用户呼叫。总之，为保证小区重选过程的顺利完成和用户利益，不同网络模式无线信号的测量、小区重选的判决和多模信号间重选流程都是小区重选机制需要深入考虑的问题
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种多模无线终端利用模糊规则进行小区选择的方法，使得移动终端能够根据不同小区的多个测量参数(如用户移动速率、业务类型、带宽需求等)进行综合判断，确认是否驻留在原小区还是切换至新小区；同时保证切换过程实现无缝过渡，并尽量减少切换时间，避免丢失用户呼叫，从而保证用户驻留在最优服务质量的小区，消除手动模式切换时漏听电话的风险。为了达到上述发明目的，本发明提供了一种多模无线终端进行小区选择的方法， 其特征在于在小区重选过程中，多模无线终端先将符合小区选择标准S的小区分为优选网络模式小区和次优网络模式小区，接着摒弃传统的同频和相同优先级异频小区重选标准 Rs和1 ，而是采用模糊推理和模糊决策的方法，确定最终重选的目标小区；也就是在参与重选的多个同频和相同优先级异频小区中，运用模糊推理评价每个小区的接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端上行最大发射功率及终端最大射频输出功率五个测量参数，并综合用户的传输速率和业务的实时性需求，根据模糊决策结果选出最优目标小区，完成小区的重选，并随后切换到该小区进行驻留。本发明利用模糊控制方法进行多模移动终端的小区选择方法是一种在多种模式网络并存情况下，通过设置切换门限和小区重选机制实现了次优网络与优选网络间的自适应小区重选与切换，不需要用户手动选择信号，终端操作简单，能够实现无缝切换，从而避免了切换时丢失用户呼叫。因为终端能够自动选择驻留于信号较好的小区，延长了终端的待机时间和使用时间。因此，本发明方法的效益明显能够优化小区重选门限和小区重选机制，增加了小区重选机制的工作可靠性；同时有效提高了小区重选时的判决效率和准确性， 在不同优先级的蜂窝无线网络小区之间实现了无缝平滑的过渡，本发明的关键技术是对优选和次优模式下多个备选小区的小区重选过程采用模糊控制方法进行模糊判决，与传统使用小区重选标准Rs和1 完成小区等级排列的重选相比较，本发明不仅综合考虑了原有S方法的中五个测量参数测量的小区接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可采用的上行最大发射功率水平和用户最大射频输出功率，并对这些参数进行归一化、隶属度函数值计算、模糊向量计算和模糊判决；同时还综合考虑了用户的业务速率需求和实时性需求。本发明方法与传统方案的区别带来了许多优点和明显效益，具体叙述如下(1)采用过模糊控制和模糊决策的方法，优化了小区重选门限和小区重选机制，增加了小区重选机制的可靠性；同时有效提高小区重选时判决操作效率和准确性，在蜂窝无线网络小区之间实现了无缝平滑过渡，并且相对原有传统方案，可以更加灵活调整小区重选的门限，降低了短时间内反复重选的概率，同时节约了终端能量，延长了终端的待机时间和使用时间。(2)由于本发明方法在模糊控制过程中引入了控制常数，相比传统方法能够综合考虑用户的业务速率需求和用户的实时性需求，保证用户正常使用业务。(3)因本发明未将符合S标准的优选小区和次优小区同时按照小区重选标准Rs 和1 进行等级排列，而是将小区分为优选模式和次优模式，然后再分别通过模糊控制方法直接判决，这样能保证终端优先选择符合S标准的优选模式小区，得到质量较高的服务。同时，本发明方法还消除了切换时漏听电话的风险；相比等级排列模糊控制方法的速度更快， 同时降低了终端复杂度，进而可以在优选模式小区和次优模式小区之间实现无缝平滑的过渡。
图1是多模移动终端重选小区的传统方法操作步骤示意图。图2是本发明多模无线终端进行小区选择的方法操作步骤示意图。图3是本发明方法实施例的操作步骤示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和以TD-SCDMA和 GSM网络并存的实施例为应用场景，对本发明处于多种模式网络覆盖的多小区场景下多模终端采用模糊决策方法进行小区重选的过程作详细说明。参见图1，传统方法在多模移动终端开机后，先判断是否有符合小区选择标准S的小区，如果没有，则认为小区选择过程失败。如果有，则在综合考虑优先级条件下，按照小区重选标准Rs和to进行排列，最终选择排列第一的小区。本发明方法是多模无线终端先将符合小区选择标准S的小区分为优选网络模式小区和次优网络模式小区，接着采用模糊推理和模糊决策的方法，确定最终重选的目标小区；也就是在参与重选的多个同频和相同优先级异频小区中，运用模糊推理对每个小区的接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端上行最大发射功率及终端最大射频输出功率五个测量参数进行模糊评价，并综合用户的传输速率和业务的实时性需求(具体计算时，由控制常数β体现这两个参数)，根据模糊决策结果选出最优目标小区，完成小区的重选，并随后切换到该小区进行驻留。本发明的优选网络模式小区是指该小区的网络模式优先级较高，次优网络模式小区是指该小区的网络模式优先级较低。例如，在2G和3G网络共存地区，对于多模移动终端， 3G网络中的小区是优选网络模式小区，网络模式优先级较高；2G网络中的小区为次优网络模式小区，网络模式优先级较低。例如，对于同时支持TD-SCDMA和GSM模式的双模终端， TD-SCDMA为优选模式，GSM为次优模式。本发明是要采用适宜的小区重选方法，以便根据业务需求在多种通信模式的不同小区中选择条件最优的小区，提高信号强度和传输速率，并降低终端发射功率。参见图2，介绍本发明方法的具体操作步骤如下步骤1，多模移动终端开机，检测周围所有小区的下述五个网络参数小区接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端上行最大发射功率和终端最大射频输出功率。步骤2，多模移动终端判断是否能够找到优选网络模式下符合小区选择标准S的邻小区，如果是，则顺序执行步骤3 ；否则，跳转执行步骤6。步骤3，本发明方法的关键操作多模移动终端对步骤1获得的五个测量参数分别进行归一化处理、计算其对应的隶属度函数值与模糊向量，再执行模糊判决，然后根据该五个测量参数的模糊判决结果对所有符合小区选择标准S的不同优选网络模式小区进行模糊评价和模糊判决，并依据判决结果，重选、切换和驻留至判决值最大的优选网络模式小区。
这里的归ー化处理是ー种简化计算方式，即将有量纲的表达式转换为无量纲的纯 量的表达式。隶属度函数是对于论域、即研究范围中的任ー个元素，都对应有ー个区间为
之间的数，该数被称为论域上的模糊集；当元素在论域中变动时，该数对应的变化值 所形成的函数就是隶属度函数。隶属度函数用于表征元素归属于论域的程度高低隶属度 函数值越接近于1，表示元素属于论域的隶属度越高，反之，隶属度函数值越接近于0，表示 元素属于论域的隶属度越低；隶属度是模糊评价函数中的概念。模糊向量是将物理空间的 实测精确数值映射为模糊推理空间中的模糊集合所对应的多个向量。模糊评价是ー种全面 评价取决于多种因素的事物的有效决策方法，其特点是评价结果为非绝对的肯定或否定的 模糊集合。模糊决策或模糊判决是根据模糊控制器的输出对相关问题进行判決。该步骤3包括下述处理操作内容(31)分别对所述五个测量參数中的每个测量參数进行下述处理运算 (A)先对每个测量參数进行归一化处理归ー化处理后的
权利要求
1.一种多模无线终端进行小区选择的方法，其特征在于在小区重选过程中，多模无线终端先将符合小区选择标准S的小区分为优选网络模式小区和次优网络模式小区，接着摒弃传统的同频和相同优先级异频小区重选标准Rs和1 ，而是采用模糊推理和模糊决策的方法，确定最终重选的目标小区；也就是在参与重选的多个同频和相同优先级异频小区中，运用模糊推理评价每个小区的接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端上行最大发射功率及终端最大射频输出功率五个测量参数，并综合用户的传输速率和业务的实时性需求，根据模糊决策结果选出最优目标小区，完成小区的重选，并随后切换到该小区进行驻留。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述3GPP标准中，小区选择标准S是当参数Srxlev > 0时，能够选择该小区；所述小区选择标准S中的参数Srxlev =测量小区的接受水平值_(小区中最小要求的接收水平值+相对频率偏移)-max(可用的终端上行最大发射功率与终端最大射频输出功率之差，0)；所述同频和相同优先级异频小区重选标准中的Rs是服务小区等级排列标准，其数值是小区重选中使用的参考信号接收功率测量值减去服务小区的重选迟滞值之差；所述1 是邻小区等级排列标准，其数值是邻小区的参考信号接收功率测量值减去所在小区和邻小区之间的频偏值之差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述优选网络模式小区是指该小区的网络模式优先级较高，次优网络模式小区是指该小区的网络模式优先级较低；在2G和3G网络共存地区，对于多模移动终端，3G网络中的小区是优选网络模式小区，网络模式优先级较高；2G网络中的小区为次优网络模式小区，网络模式优先级较低；所述用户的速率需求和实时性要求都是由控制常数β体现的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括下列操作步骤(1)多模移动终端开机，检测周围所有小区的下述五个网络参数小区接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端上行最大发射功率和终端最大射频输出功率；(2)多模移动终端判断是否能够找到优选网络模式下符合小区选择标准S的邻小区， 如果是，则顺序执行步骤(3)；否则，跳转执行步骤(6)；(3)多模移动终端对步骤(1)获得的五个测量参数分别进行归一化处理、计算其对应的隶属度函数值与模糊向量，再执行模糊判决，然后根据该五个测量参数的模糊判决结果对所有符合小区选择标准S的不同优选网络模式小区进行模糊判决，并依据判决结果，重选、切换和驻留至判决值最大的优选网络模式小区；(4)多模移动终端测量其所驻留的优选网络模式小区的下述五个参数小区接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端最大发射功率和终端最大射频输出功率；(5)多模移动终端判断其所驻留的优选网络模式小区是否满足小区选择标准S；如果是，则该终端保持该优选网络模式小区的小区驻留状态，并返回执行步骤；否则，返回执行步骤⑵；(6)多模移动终端判断是否找到次优网络模式下符合小区选择标准S的邻小区，如果是，则顺序执行步骤(7)；否则，返回执行步骤(2)；(7)多模移动终端根据模糊规则对次优网络模式的不同小区进行模糊判决，并依据判决结果，重选、切换和驻留到判决数值最高的次优网络模式小区；(8)多模移动终端测量其所在的次优网络模式小区的下述五个参数小区接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端最大发射功率和终端的最大射频输出功率；(9)多模移动终端判断其所在的次优网络模式小区是否能够满足小区选择标准S，如果是，则该终端保持该次优网络模式小区的小区驻留状态，并返回执行步骤(6)；否则，返回执行步骤⑵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述归一化处理是一种简化计算方式，即将有量纲的表达式转换为无量纲的纯量的表达式；所述隶属度函数是对于论域、即研究范围中的任一个元素，都对应有一个区间为W，l]之间的数，该数被称为论域上的模糊集； 当元素在论域中变动时，该数对应的变化值所形成的函数就是隶属度函数；隶属度函数用于表征元素归属于论域的程度高低隶属度函数值越接近于1，表示元素属于论域的隶属度越高，反之，隶属度函数值越接近于0，表示元素属于论域的隶属度越低；隶属度是模糊评价函数中的概念，模糊评价是一种全面评价取决于多种因素的事物的有效决策方法，其特点是评价结果为非绝对的肯定或否定的模糊集合；所述模糊向量是将物理空间的实测精确数值映射为模糊推理空间中的模糊集合所对应的多个向量；所述模糊判决是根据模糊控制器的输出对相关问题进行判决。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤(3)包括下述处理操作内容(31)分别对所述五个测量参数中的每个测量参数进行下述处理运算(A)先对每个测量参数进行归一化处理归一化处理后的=AA的上限式中，A表示五个测量参数，并藉由其自然数下标k区别之；(B)分别按照下述公式计算各测量参数对应于五个不同隶属度的隶属度函数值A对应α隶属度的隶属函数值=exp归一化处理后的Λ_a方差修正常数；式中，exp表示指数函数，α是分别选取的0.1、0.3、0.5、0.7和0.9五个隶属度值，方差修正常数为方差的修正值，选取0. 1 ；(C)分别按照下述五个公式计算每个测量参数对应于不同隶属度的五个模糊向量，其中运算符号Λ表示选取其两侧两个数中的较大数，V表示选取其两侧两个数中的较小数， 该两个运算符号均为扎德算子Ak向量中的第一个数=(Ak对应0.1隶属度函数值Λ 1. 0000)V(Ak对应0. 3隶属度函数值Λ 0. 3679) V (Ak对应0. 5隶属度函数值Λ 0. 0183).V(Ak对应0. 7隶属度函数值Λ 0. 0001) V (Ak对应0. 9隶属度函数值Λ 0. 0000) Ak向量中的第二个数=(A1^iSO. 1隶属度函数值Λ 0. 3679)V(Ak对应0. 3隶属度函数值Λ 1. 0000) V (Ak对应0. 5隶属度函数值Λ 0. 3679)V(Ak对应0. 7隶属度函数值Λ 0. 0183) V (Ak对应0. 9隶属度函数值Λ 0. 0001)Ak向量中的第三个数=(A1^iSO. 1隶属度函数值Λ 0. 0183)V(Ak对应0. 3隶属度函数值Λ 0. 3679) V (Ak对应0. 5隶属度函数值Λ 1. 0000)V(Ak对应0. 7隶属度函数值Λ 0. 3679) V (Ak对应0. 9隶属度函数值Λ 0. 0183) Ak向量中的第四个数=(A1^iSO. 1隶属度函数值Λ 0. 0001)V(Ak对应0. 3隶属度函数值Λ 0. 0183) V (Ak对应0. 5隶属度函数值Λ 0. 3679)V(Ak对应0. 7隶属度函数值Λ 1. 0000) V (Ak对应0. 9隶属度函数值Λ 0. 3679) Ak向量中的第五个数=(A1^iSO. 1隶属度函数值Λ 0. 0000)V(Ak对应0. 3隶属度函数值Λ 0. 0001) V (Ak对应0. 5隶属度函数值Λ 0. 0183)V(Ak对应0. 7隶属度函数值Λ 0. 3679) V (Ak对应0. 9隶属度函数值Λ 1. 0000) (D)对每个测量参数的模糊向量分别按照下述公式计算其模糊判决值Ak的模糊判决值=(Ak模糊向量中的第一个数Χ0. 1) + (Ak模糊向量中的第二个数Χ0. 3)+ (Ak模糊向量中的第三个数Χ0. 5)； + (Ak模糊向量中的第四个数Χ0. 7)+ (Ak模糊向量中的第五个数Χ0. 9) (32)根据分别得到的五个测量参数的模糊判决值，对所有符合/J区选区的模糊判决值，并依据判决结果，重选、切换和驻留到判决值最大的优选网络模式小区；择标准S的不同优选网络模式，按照下述公式分别计算每个/.式中，_碰β是賴范围为每个小区的模糊判决值=-,
的控制常数，其数值取决于工程中综合用户的传输速率和业务实时性的实际需求。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(8)的操作内容与步骤(3)相同，区别是其处理对象变更为次优网络模式小区中对应的五个测量参数。
全文摘要
一种多模无线终端进行小区选择的方法，是在小区重选过程中，多模无线终端先将符合小区选择标准S的小区分为优选网络模式小区和次优网络模式小区，接着用模糊推理和模糊决策的方法，确定最终重选的目标小区；即在参与重选的多个同频和相同优先级异频小区中，运用模糊推理评价每个小区的接收水平值、小区中最小要求的接收水平值、相对频率偏移、可用的终端上行最大发射功率及终端最大射频输出功率五个测量参数，再综合用户的传输速率和业务实时性需求，根据模糊决策结果选出最优目标小区，随后切换到该小区进行驻留。该切换过程时间短，能实现无缝过渡，避免丢失用户呼叫，保证用户驻留在最优服务质量的小区，还消除手动模式切换时漏听电话的风险。
文档编号H04W36/26GK102421153SQ20111037101
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者刘元安, 吴帆, 周杰, 唐碧华, 张洪光, 张立佳, 范文浩, 黄波 申请人:北京邮电大学