專利名稱：無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信領域，特別涉及移動通信系統(tǒng)移動臺小區(qū)選擇技術領域，具體是指 一種無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法。
背景技術：
在無線蜂窩通信系統(tǒng)中，移動臺為了與網(wǎng)絡通信必須選擇一個合適的小區(qū)駐扎，之后才 能可靠的接收和解析系統(tǒng)信息，取得相關參數(shù)來配置上下行信道，使用駐扎小區(qū)的無線資源， 得到網(wǎng)絡運營商提供的服務，所以小區(qū)選擇對于移動臺來說是一個必要的過程。
小區(qū)選擇一般是由一些事件(如開機)來觸發(fā)的。移動臺在接收到一個小區(qū)選擇請求后， 無線資源控制模塊會要求移動臺針對指定的公共陸地移動網(wǎng)絡或者是等效公共陸地移動網(wǎng)絡 嘗試小區(qū)駐扎，當駐扎到一個滿足正常服務要求的小區(qū)后，移動臺得到正常駐扎狀態(tài)所能提 供的服務。
小區(qū)選擇過程會發(fā)生在在通用移動通信系統(tǒng)中的無線資源控制層所劃分的空閑態(tài)或者連 接態(tài)，通用移動通信系統(tǒng)的連接態(tài)又分為FACH、 URA—PCH、 CELL—PCH、 DCH四種狀態(tài)。 由于連接態(tài)下的三個子狀態(tài)FACH、 URA—PCH、 CELL—PCH中沒有專門的雙向鏈路被分配于 移動臺和基站之間，所以小區(qū)選擇可以發(fā)生在這三個狀態(tài)，如應無線資源承載(Radio Bear, RB)重配的請求信息而發(fā)生的小區(qū)選擇。這不同于GSM以及其他的第二代移動通信系統(tǒng)， 第二代移動通信系統(tǒng)的無線資源協(xié)議狀態(tài)雖然也是被分為兩個狀態(tài)，空閑態(tài)和連接態(tài)，但是 其連接態(tài)并沒有進一步劃分。在第二代移動通信系統(tǒng)的連接態(tài)下， 一個專門的雙向鏈路是被 分配存在于移動臺和基站之間，所以說在第二代移動通信系統(tǒng)中，連接態(tài)和空閑態(tài)的邊界是 非常清楚的，由于已經(jīng)建立了專門的雙向鏈路，所以小區(qū)選擇不可以發(fā)生在GSM中的連接 態(tài)下。
小區(qū)選擇過程主要是由移動臺協(xié)議棧的接入層實現(xiàn)，非接入層也能夠通過如指定公共陸 地移動網(wǎng)絡列表或者是禁止位置區(qū)列表來影響接入層的過程，在移動臺的接入層主要用了測 量和系統(tǒng)信息評估這兩個功能實體來實現(xiàn)小區(qū)選擇過程，測量實體首先在指定的頻帶范圍內 進行頻帶掃描，在這個頻帶中并非所有的頻點都會有信號存在，因為在一個無線資源環(huán)境中，為了避免相互干擾或者沖突，在進行網(wǎng)絡規(guī)劃的時候分配給重疊小區(qū)以不連續(xù)的頻點，這些頻點可能屬于不同的運營商，掃描頻帶完成后，移動臺可以測得當前無線環(huán)境中是否存在無線信號，以及存在幾個無線信號，掃描結果形成一個測量結果列表。每一個測量結果都代表唯一的小區(qū)信息。當該小區(qū)的測量結果所包含的信號強度足以解碼該小區(qū)的系統(tǒng)信息時，就利用這個小區(qū)信息配置下行廣播信道，接收這個'J、區(qū)的系統(tǒng)信息，送入系統(tǒng)信息評估實體進行評估，當評估結果滿足駐扎要求時，則表明移動臺成功駐扎上這個小區(qū)，小區(qū)選擇過程結束，在移動臺成功駐扎上一個小區(qū)以后，在空閑態(tài)和FACH、 CELL一PCH、 URA—PCH狀態(tài)下移動臺會隨著用戶的移動而利用小區(qū)重選程序不斷地重選到新的小區(qū)，實現(xiàn)移動臺連接移動性，在DCH狀態(tài)下，利用小區(qū)切換程序也可以實現(xiàn)移動性，這樣移動臺就可以形成一個曾經(jīng)駐扎過的小區(qū)歷史列表，這個小區(qū)歷史列表保存有駐扎過的小區(qū)的頻點和擾碼信息。
現(xiàn)有小區(qū)選擇方法對于測量實體來說，主要有兩種方式， 一種是初始測量，另一種是存貯信息測量，首先介紹初始測量，這種方式是移動臺在國際電信聯(lián)盟推薦的所有通用移動通訊系統(tǒng)頻帶以及所在國政府規(guī)定的頻帶上進行全頻帶掃描，收集測量結果，但是由于根據(jù)發(fā)展的需要，國際電聯(lián)推薦的頻帶會不斷增多，所以會造成掃描范圍過大而導致測量時間過長。這種現(xiàn)象通常反映為當移動臺初次漫游到別的國家時開機時間特別長的現(xiàn)象。對于存貯信息測量方式來說，移動臺把關機前駐扎小區(qū)的鄰小區(qū)列表的小區(qū)信息包括頻點和擾碼保存到非易失性存貯區(qū)或者用戶身份模塊卡中，這樣當移動臺要進行小區(qū)選擇時，通常可優(yōu)先嘗試測量這些小區(qū)，但是由于用戶關機時所在的小區(qū)具有隨機性，導致其鄰小區(qū)列表也不具有可靠性，所以這種測量方式也往往會導致失敗，進而促使移動臺擴大范圍進行初始測量，以求從全頻帶掃描過程中，測得無線信號。因此希望能夠有一種方法預知所選擇的小區(qū)。
同時，在實際的生活工作中，絕大多數(shù)用戶的活動都是有規(guī)律的， 一般有一條或多條路徑，也就是說用戶所攜帶的移動臺的小區(qū)歷史列表也是有規(guī)律的，那么就能通過移動預測技術預測用戶下一個進入的小區(qū)。同時，隨著微處理器技術的不斷進步，移動臺的處理能力變得非常強大，為滿足用戶需求所涉及的各種處理都能在移動臺中實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術中的缺點，提供一種能夠明顯縮短小區(qū)選擇的時間、大幅度改善用戶體驗、提高通信服務質量、簡單方便快捷、工作性能穩(wěn)定可靠、適用范圍較為廣泛的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法如下該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，所述的移動臺中設置有歷史路徑寄存器和小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟
(1)移動臺根據(jù)外界的觸發(fā)條件，啟動小區(qū)選擇；
(2 )移動臺根據(jù)歷史路徑寄存器中的用戶運動的歷史路徑信息進行位置小區(qū)移動性預測處理操作，并得到相應的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表；
(3 )移動臺根據(jù)所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中優(yōu)先級最高的小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息；
(4 )移動臺根據(jù)所述的小區(qū)信息進行小區(qū)信道測量和判斷是否滿足小區(qū)駐扎要求的處理
操作；
(5 )如果小區(qū)信道測量和系統(tǒng)信息評估均滿足小區(qū)駐扎要求，則移動臺駐扎在該小區(qū)，并將相應的小區(qū)信息保存至所述的歷史路徑寄存器中，完成小區(qū)選擇并結束；
(6) 如果小區(qū)信道測量或系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求，則判斷所迷的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中是否有未進行過信道測量的小區(qū)存在；
(7) 如果是，則移動臺根據(jù)該未進行過信道測量的小區(qū)中的優(yōu)先級最高的小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息，并返回上述步驟(4);
(8) 如果否，則移動臺將所支持的所有頻帶中的全部頻點加入所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中，任意選取其中一個未進行過信道測量的小區(qū)，并根據(jù)該小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息返回上述步驟(4)。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的外界的觸發(fā)條件可以為移動臺開機、移動臺從連接態(tài)回到空閑態(tài)或者無線蜂窩網(wǎng)絡側有相應的觸發(fā)請求。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的位置小區(qū)移動性預測處理操作，包括以下步驟
(11 )移動臺從所述的歷史路徑存儲器中取得用戶的歷史路徑信息；(12 )使用部分匹配預測算法對歷史路徑信息中的各個小區(qū)的概率分布進行計算處理；(13)移動臺根據(jù)預設的配置條件對各個小區(qū)的概率分布進行調整處理；(14 )移動臺根據(jù)調整處理得到的各個小區(qū)的概率分布對各個小區(qū)進行優(yōu)先級排序，并生成預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的對各個小區(qū)的概率分布進行調整處理，具體為
根據(jù)以下公式對各個小區(qū)的概率分布進行調整
7其中，/ (y6)為調整處理前小區(qū)/ 的概率分布，/7'(y0)為調整處理后小區(qū)P的概率分布，W/ 為調整權值。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的對各個小區(qū)進行優(yōu)先級排序，具
體為
根據(jù)各個小區(qū)的概率分布從大到小進行排序，其中概率最大的小區(qū)優(yōu)先級最高，概率最小的小區(qū)優(yōu)先級最低。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的小區(qū)信息包括小區(qū)的絕對無線頻道號和主擾碼。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的小區(qū)信道測量和判斷是否滿足小區(qū)駐扎要求的處理操作，包括以下步驟
(41)移動臺首先在主同步信道上進行時隙同步，然后在輔同步信道上實現(xiàn)幀同步并得到該小區(qū)的擾碼組；
(42 )移動臺根據(jù)所述的擾碼組與公共導頻信道進行相關性匹配，并得到相關性最大的擾碼，即為該小區(qū)的擾碼；
(43 )移動臺測量公共導頻信道的信號信噪比以及信號碼片能量；
(44 )判斷所述的信號碼片能量或者信道信噪比是否高于移動臺預設的閾值；
(45 )如果否，則返回小區(qū)信道測量不滿足'J、區(qū)駐扎要求的結果；
(46) 如果是，則利用信道測量過程中的信道同步信息同步到廣播信道上；
(47) 如果同步不成功，則返回系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求的結果；
(48 )如果同步成功，則在預設的時間范圍內接收必要的系統(tǒng)消息，并對所述的信號碼片能量和信號信噪比以及系統(tǒng)消息中的參數(shù)進行評估；
(49)如果評估成功，則返回小區(qū)信道測量和系統(tǒng)信息評估均滿足小區(qū)駐扎要求的結果；否則返回小區(qū)信道測量或系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求的結果。
該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的對所述的信號碼片能量和信號信噪比以及系統(tǒng)消息中的參數(shù)進行評估，包括以下步驟
(481)判斷該小區(qū)駐扎要求是正常小區(qū)駐扎要求還是任意小區(qū)駐扎要求；
(482 )如果是正常小區(qū)駐扎要求，則判斷該小區(qū)所屬的接入網(wǎng)類型是否滿足與非接入層指定的核心網(wǎng)類型兼容、小區(qū)所屬的公共陸地移動網(wǎng)絡是否滿足在非接入層指定的公共陸地移動網(wǎng)絡列表之內、小區(qū)是否滿足并非禁止小區(qū)、小區(qū)所屬的位置區(qū)是否并非在非接入層維護的禁止位置區(qū)列表內、小區(qū)信號質量是否滿足預設的規(guī)定標準；
U83)如果均滿足，則返回評估成功的結果；否則返回評估不成功的結果；(484)如果是任意小區(qū)駐扎要求，則判斷該小區(qū)是否滿足并非禁止小區(qū)、小區(qū)信號質量是否滿足預設的規(guī)定標準；
(485 )如果均滿足，則返回評估成功的結果；否則返回評估不成功的結果。采用了該發(fā)明的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，由于其利用了人的活動的客觀規(guī)律性進行移動性預測，并在一定的周期內移動臺存儲駐留過的小區(qū)列表并保存所駐留小區(qū)的信息，利用駐留過的歷史小區(qū)列表信息采用相應的預測算法進行移動性預測，根據(jù)預測結果和對應的小區(qū)信息就可以很快地測得待測小區(qū)的公共導頻信道的信號碼片能量和信號信噪比，從而明顯縮短了小區(qū)選擇的等待時間，大幅度改善了用戶體驗，而且在很大程度上提高了通信服務質量，優(yōu)化了網(wǎng)絡資源和工作流程，而且過程簡單方便快捷，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛。


圖1為本發(fā)明的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法的整體工作流程圖。圖2為本發(fā)明的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中的移動性預測處理操作流程圖。
圖3為本發(fā)明的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法的真實網(wǎng)絡環(huán)境的拓樸結構模型示意圖。
圖4為本發(fā)明的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法中PPM移動預測方案對歷史路徑解析后的概率模型示意圖。
具體實施例方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖1至圖4所示，該無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，所述的移動臺中設置有歷史路徑寄存器和小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫，其中，所述的方法包括以下步驟
(1)移動臺根據(jù)外界的觸發(fā)條件，啟動小區(qū)選擇；所述的觸發(fā)條件可以為移動臺開機、移動臺從連接態(tài)回到空閑態(tài)或者無線蜂窩網(wǎng)絡側有相應的觸發(fā)請求；
(2 )移動臺根據(jù)歷史路徑寄存器中的用戶運動的歷史路徑信息進行位置小區(qū)移動性預測處理操作，并得到相應的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表；該位置小區(qū)移動性預測處理操作，包括以下步驟
9(a )移動臺從所述的歷史路徑存儲器中取得用戶的歷史路徑信息；(b )使用部分匹配預測算法對歷史路徑信息中的各個小區(qū)的概率分布進行計算處理；(c )移動臺根據(jù)預設的配置條件對各個小區(qū)的概率分布進行調整處理，具體為才艮據(jù)以下公式對各個小區(qū)的概率分布進行調整
其中，p(/ )為調整處理前小區(qū)"的概率分布，；/(/ )為調整處理后小區(qū)/ 的概率分布，w》為調整權值；
(d)移動臺根據(jù)調整處理得到的各個小區(qū)的概率分布對各個小區(qū)進行優(yōu)先級排序，并生成預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表；該對各個小區(qū)進行優(yōu)先級排序，具體為
根據(jù)各個小區(qū)的概率分布從大到小進行排序，其中概率最大的小區(qū)優(yōu)先級最高，概率最小的小區(qū)優(yōu)先級最低；(3 )移動臺根據(jù)所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中優(yōu)先級最高的小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息；所述的小區(qū)信息包括小區(qū)的絕對無線頻道號和主擾碼；
(4 )移動臺根據(jù)所述的小區(qū)信息進行小區(qū)信道測量和判斷是否滿足小區(qū)駐扎要求的處理操作，包括以下步驟
(a) 移動臺首先在主同步信道上進行時隙同步，然后在輔同步信道上實現(xiàn)幀同步并得到該小區(qū)的擾碼組；
(b) 移動臺根據(jù)所述的擾碼組與公共導頻信道進行相關性匹配，并得到相關性最大的擾碼，即為該小區(qū)的擾碼；
(c) 移動臺測量公共導頻信道的信號信噪比以及信號碼片能量；
(d) 判斷所述的信號碼片能量或者信道信噪比是否高于移動臺預設的闊值；
(e) 如果否，則返回小區(qū)信道測量不滿足小區(qū)駐扎要求的結果；
(f) 如果是，則利用信道測量過程中的信道同步信息同步到廣播信道上；
(g) 如果同步不成功，則返回系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求的結果；
(h) 如果同步成功，則在預設的時間范圍內接收必要的系統(tǒng)消息，并對所述的信號碼片能量和信號信噪比以及系統(tǒng)消息中的參數(shù)進行評估，包括以下步驟
(i) 判斷該小區(qū)駐扎要求是正常小區(qū)駐扎要求還是任意小區(qū)駐扎要求；
(ii) 如果是正常小區(qū)駐扎要求，則判斷該小區(qū)所屬的接入網(wǎng)類型是否滿足與非接入層指定的核心網(wǎng)類型兼容、小區(qū)所屬的公共陸地移動網(wǎng)絡是否滿足在非接入層指定的公共陸地移動網(wǎng)絡列表之內、小區(qū)是否滿足并非禁止小區(qū)、小區(qū)所屬的位置區(qū)是否并非在非接入層維護的禁止位置區(qū)列表內、小區(qū)信號質量是否滿足預設的規(guī)定標準；
(iii) 如果均滿足，則返回評估成功的結果；否則返回評估不成功的結果；
(iv) 如果是任意小區(qū)駐扎要求，則判斷該小區(qū)是否滿足并非禁止小區(qū)、小區(qū)信號質量是否滿足預設的規(guī)定標準；
(v) 如果均滿足，則返回評估成功的結果；否則返回評估不成功的結果；
(j)如果評估成功，則返回小區(qū)信道測量和系統(tǒng)信息評估滿足小區(qū)駐扎要求的結果；否則返回小區(qū)信道測量或系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求的結果；(5 )如果小區(qū)信道測量和系統(tǒng)信息評估均滿足小區(qū)駐扎要求，則移動臺駐扎在該小區(qū)，并將相應的小區(qū)信息保存至所述的歷史路徑寄存器中，完成小區(qū)選擇并結束；
(6 )如果小區(qū)信道測量或系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求，則判斷所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中是否有未進行過信道測量的小區(qū)存在；
(7 )如果是，則移動臺根據(jù)該未進行過信道測量的小區(qū)中的優(yōu)先級最高的小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息，并返回上述步驟(4);
(8 )如果否，則移動臺將所支持的所有頻帶中的全部頻點加入所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中，任意選取其中一個未進行過信道測量的小區(qū)并根據(jù)該小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息返回上述步驟(4)。
在實際使用當中，本發(fā)明的方法的基本思想是利用人的活動的客觀規(guī)律性，進行移動性預測。在一定的周期內，移動臺存儲駐留過的小區(qū)列表并保存所駐留小區(qū)的信息。利用駐留過的歷史小區(qū)列表信息釆用部分匹配預測(PPM, Prediction by Partial Matching)算法進行移動性預測，根據(jù)預測結果和對應的小區(qū)信息就可以很快地測得待測小區(qū)的公共導頻信道的信號碼片能量和信號信噪比，大大縮短小區(qū)選擇時間，改善用戶體驗。為了實現(xiàn)上述目的，移動臺中還需要增加以下兩個存儲器
(1) 歷史路徑存儲器~該存儲器中存儲在一定時間周期內曾經(jīng)駐扎過的小區(qū)列表，僅保存小區(qū)標識，如"abca"表示分別在小區(qū)a、 b、 c中駐扎之后又回到小區(qū)a中；
(2) 小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫——用于存儲在歷史路徑存儲器中出現(xiàn)的各小區(qū)信息，如小區(qū)a、b、 c的分別的絕對無線頻道號(ARFCN, Absolute Radio Frequency Channel Number)和主擾碼(PSC, Primary Scrambling Code )等信息，如果是在GSM中還需要存儲基站識別碼(BSIC,Base Station Identity Code )，這些信息可以唯一標識一個小區(qū)。
本發(fā)明的小區(qū)選擇方法分為三個部分
11(1) 小區(qū)信息存儲■移動臺在某個特定小區(qū)駐扎成功后，保存該小區(qū)的信息。首先 是小區(qū)的標識，存入到歷史路徑存儲器中，用于唯一確定該小區(qū)；第二是小區(qū)本身的信息， 存入小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中。在通用移動通信系統(tǒng)UMTS中，小區(qū)信息絕對無線頻道號ARFCN 加上主擾碼PSC與小區(qū)標識存在——對應關系。另外如果需要還可以存儲小區(qū)的其他一些信 息用于對該小區(qū)的評估，如路由區(qū)標識(Routing Area Identity, RAI)等。
(2) 移動性預測——從歷史路徑存儲器中獲取預測的特征數(shù)據(jù)——歷史小區(qū)列表， 使用部分匹配預測方案進行預測，得到各小區(qū)的概率分布，根據(jù)可配置的條件對各小區(qū)的概 率采用權值方式進行調整，最后按照概率的大小順序進行優(yōu)先級排序。
(3 )小區(qū)選擇——根據(jù)之前預測的結果，嘗試在優(yōu)先級最高的小區(qū)上駐扎，由于在小 區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存儲該小區(qū)的信息，所以可以加快小區(qū)選擇過程。如果嘗試沒有成功， 依次嘗試預測結果列表中的其他小區(qū)直到成功，如果還是不能在這些小區(qū)中駐扎，則說明用 戶進入了新小區(qū)，那么只能擴大范圍到移動臺所支持的所有頻點上進行嘗試。
由于人類活動的主觀意識，在絕大多數(shù)情況下移動臺都在預測的結果的小區(qū)中移動，那 么基于移動性的小區(qū)選擇方法將大大縮短小區(qū)選擇的時間。
下面對本發(fā)明中所使用的網(wǎng)絡模型、用戶移動性模型和移動性預測方案等作簡單的介紹
一、 網(wǎng)絡模型
之前對無線蜂窩網(wǎng)絡的大多數(shù)研究中，經(jīng)常使用規(guī)則的圖形模型，如六邊形、正方形小 區(qū)，但這些模型并不能準確地表示真實的蜂窩網(wǎng)絡。由于基站天線的發(fā)射模式和無線傳播環(huán) 境的不同，真實的小區(qū)形狀會各不相同。由于本發(fā)明與小區(qū)本身的形狀結構無關，可以采用 更加真實的網(wǎng)絡模型，模型如下
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，頂點集V表示基站的集合，這里假設每個基站控制單一小區(qū)；邊集E表示相鄰的小 區(qū)對。圖3是這種網(wǎng)絡模型的一個例子，其中<formula>formula see original document page 12</formula>
二、 移動性模型
隨機游走模型(Random Walk Model)被廣泛應用于個體運動特征的研究中，在該模型 中，移動用戶離開當前小區(qū)進入各個相鄰小區(qū)的概率是相同的。但是在現(xiàn)實生活中，移動 用戶的活動通常帶有目的性，且隨著所處環(huán)境的不同有著不同的動向，因此不能采用隨沖幾 游走模型。本發(fā)明使用了 k階馬爾可夫模型，在這個模型下用戶的移動性可以用一個符號序列來表示，如C!, C2， C3， ......， Ci，......，其中，Cj表示移動臺所訪問的小區(qū)標識。
由于用戶下一個位置與他之前運動的歷史相關，可以假設符號序列C,, C2, ......, d,......
由k階馬爾可夫信源產(chǎn)生，用戶運動到特定小區(qū)的概率與用戶當前所在小區(qū)和最近經(jīng)過的 小區(qū)列表相關，這也與客觀事實相符。
三、 小區(qū)駐留時間，信道占用時間
小區(qū)駐留時間(Cell Residence Time )是指移動用戶在某個特定小區(qū)中駐留的時間總長。 信道占用時間(Channel Holding Time )是指移動用戶 一次通信過程在相同小區(qū)中占用信道 的時間，由于通信過程能在不同小區(qū)中切換，信道占用時間應該小于呼叫保持時間。在特 定的時間段內，如果在某個小區(qū)中移動用戶的小區(qū)駐留時間或信道占用時間較長，說明用 戶在該小區(qū)中比較活躍。在相同的情況下，小區(qū)選擇過程應該優(yōu)先考慮這類小區(qū)。
四、 移動預測方案
如果能獲知用戶將要進入的小區(qū)和該小區(qū)的先驗信息，那么小區(qū)選擇過程將會變得筒 單，只需要直接對小區(qū)的信號進行測量評估就能確定能否在該小區(qū)中駐扎。移動預測技術 通過對用戶之前位置信息的研究，預測出下一個時間點用戶所在的位置，研究表明移動預 測能極大的改進蜂窩網(wǎng)絡中移動性管理、服務質量保障和資源管理的性能，同樣移動位置 預測技術也能用于小區(qū)選擇過程。
部分匹配預測(PPM, Prediction by Partial Matching )是一種自適應的統(tǒng)計數(shù)據(jù)壓縮技 術，使用之前的多個字符預測后一個字符，在自然語言的文本中后一個字符與之前多個字 符有很高的相關性，請參閱以下文獻
Cleary, J.G. and Witten， I.H. ( 1984 ) "Data compression using adaptive coding and partial string matching," IEEE Transactions on Communications, 32 ( 4) , 396-402]。
在實際的生活工作中，用戶的運動通常帶有主觀性，且在大多數(shù)情況下用戶有自己習 慣的路徑，因此移動預測算法與PPM數(shù)據(jù)壓縮算法類似，通過用戶運動的歷史路徑信息預 測用戶即將進入的下一個位置小區(qū)。
PPM算法的基礎是k階馬爾可夫預測器，馬爾可夫信源的前k個不同的符號決定了下 一個 時刻某個符號的概率。為了使PPM算法很好的運行，需要維護所有0， 1， ......， k階的上下文,
樹(trie )被用來把所有上下文合并到一個單一數(shù)據(jù)結構中，以下給出了生成這種樹偽代碼
Initialize mobility trie := null loop
wait for a phrase p
if (exists the mobility trie)
insert phrase p to the mobility trie
increase the frequencies for every prefix of phrase p在預測過程中，如果階數(shù)k太d、，用來預測的數(shù)據(jù)很少，在長時間運行中導致預測結果不 是非常準確；如果階數(shù)k太大，大多數(shù)上下文將很少發(fā)生，會產(chǎn)生零概率問題，在預測時不得 不考慮。在考慮上述情況后，本發(fā)明選擇了一個折中的方案，采用混合模型，這個方案是把 不同階數(shù)的預測整合到一起，使用多個不同階數(shù)的模型分別計算概率，并對每個模型分配一 個權值，最后對加權后的每個模型的概率取和。
假設最大的階數(shù)是k,下一個字符是/ 可以根據(jù)之前i個字符預測，使用i階模型預測后概 率是尸,(")，該模型的權值是W,,那么混合概率可由下面公式計算得到
其中權值W,應該歸一化處理。注意當i為0時，每個字符概率是獨立的。通常因為高階的
模型往往預測更加準確，模型的階數(shù)越大，賦予的權值應該越大。根據(jù)不同的情況，最大的 階數(shù)k和權值vv,可以自行設計。下面舉例來說明該預測方案是如何工作的
根據(jù)上面介紹的網(wǎng)絡模型，存在小區(qū)(a， b， c, ......， g}，假定用戶在此網(wǎng)絡覆蓋的范
圍內活動，并且存在四條相對固定的路徑
在一定的時間內，移動用戶運動的路徑服從 尸C/jj ~>尸W/i!j ^尸"4尸aZ/^ —尸a//^ ~>尸"^4 ~>尸a^ ~>尸a/4 ~>尸a/夂~>尸a,z^
乂人而得到小區(qū)列表"abefgdbcfgdadegabcedadegabcedabefgdbcfgdabefgdbcfgda'，, 總共經(jīng)歷 了 52個小區(qū)。在選定k階模型后，根據(jù)最后兩個訪問的小區(qū)"da"使用PPM算法就可以計算出移 動用戶進入下個小區(qū)的概率分布，圖4顯示了對該小區(qū)列表分別使用k-0， 1和2階模型后PPM 算法操作的情況。下面以小區(qū)"b"、 "c"、 "d"說明概率的分布情況，在k二O階預測中，顯而易 見，在經(jīng)過的52個小區(qū)中有8個"b"、 5個"c"、 10個"d"小區(qū),那么O階概率分別是
尸a^ = {",6,e，/,g，d,Z)}
，)
14在kM階預測中，在小區(qū)"a"后有5個"b"、 2個"d，，小區(qū)，那么l階概率分別是 在k-2階預測中,在小區(qū)"da"后有2個"b"、 2個"d"小區(qū)，那么2階概率分別是
假定各階預測的權值分別是氣=0.2， w, =0.3， w2=0.5,進行整合后概率分別是
=力w, * p, (6) = 0.2 * 0.154 + 0.3 * 0.714 + 0.5 * 0.5 = 0.495
,=o
=尤w, * p, (c) = 0.2 * 0.096 + 0.3 * 0 + 0.5 * 0 = 0.019
,=0
=尤w, * A (力=0.2 * 0.192 + 0.3 * 0.286 + 0.5 * 0.5 = 0.374
,=o
以此類推，就能獲所有經(jīng)歷過的小區(qū)的概率分布?？紤]用戶的活動性，可根據(jù)小區(qū)駐 留時間，信道占用時間等信息對各小區(qū)的概率繼續(xù)進行加權調整，權值可以自行設計，之 后就能進行優(yōu)先級的排序，概率最大的優(yōu)先級最高，在進行小區(qū)選擇時優(yōu)先考慮高優(yōu)先級 的小區(qū)。
五、實現(xiàn)考慮
雖然移動微處理器取得了極大的發(fā)展，但移動終端設備的處理能力有限，在實現(xiàn)時， 為了減少存儲器使用空間和計算復雜度，需要限制該數(shù)據(jù)結構的大小。移動預測方案需要 維護一棵概率統(tǒng)計樹， 一個重要的問題是這個模型如何實現(xiàn)，有許多方法來實現(xiàn)這個樹， 一個簡單的方法是為樹中的每個節(jié)點創(chuàng)建一個指針數(shù)組，每個字符有一個計數(shù)器和一個指 針。對于小區(qū)路徑和信息的存儲設備，最簡單的就是設置該結構的上限M，當?shù)竭_這個上 限時，該結構被刷新和重建；另外最新最少使用(LRU, least-recently-used)策略可更加有 效的控制該結構的大小。
本發(fā)明關注利用存儲的小區(qū)信息優(yōu)化'J、區(qū)選擇過程，根據(jù)人類活動的客觀規(guī)律，把移動 臺在一定周期內已經(jīng)駐留過的小區(qū)存入一個數(shù)據(jù)庫中，形成一個已駐留的歷史小區(qū)列表，并 且采用移動預測算法進行概率排序，根據(jù)概率排序優(yōu)先級形成一個待測小區(qū)列表供測量實體 進行測量。這樣就可以很快地測得待測小區(qū)的公共導頻信道的信號碼片能量和信號信噪比， 如果信號碼片能量以及信號信噪比能滿足解碼系統(tǒng)信息的基本要求，則用測得的公共導頻信 道中的主擾碼去配置小區(qū)下行廣播信道，獲得系統(tǒng)信息，根據(jù)系統(tǒng)信息做出小區(qū)駐扎評估， 如果滿足要求，則成功駐扎上這個小區(qū)，進入正常駐扎狀態(tài)，注意這個小區(qū)不一定信號最好的小區(qū)，但一定是信號質量能滿足駐扎要求的小區(qū)。本發(fā)明體現(xiàn)在進一步對小區(qū)歷史列表信 息利用概率進行過濾排序，進一步縮小測量實體的測量范圍，減少小區(qū)駐扎嘗試次數(shù)，也就 更縮短了小區(qū)駐扎時間。
再請參閱圖1所示，使用上述方法實現(xiàn)基于移動性的小區(qū)選擇過程包括以下步驟
1、 小區(qū)選4奪觸發(fā)——由于用戶開機，或從連接態(tài)回到空閑態(tài)，以及網(wǎng)側的請求都可以 發(fā)生小區(qū)選擇。
2、 移動性預測——通過對用戶運動的歷史路徑信息的研究，采用PPM預測算法對路徑 進行分解和概率計算，得出用戶下一個位置小區(qū)的概率分布。之后根據(jù)配置的條件進行概率 調整，最終獲得包含有概率信息的小區(qū)列表。參閱圖2所示移動性預測的具體步驟如下
(1) 特征提取——從小區(qū)歷史路徑存儲器中取得用戶的歷史路徑信息即小區(qū)列表信
息，這個小區(qū)列表可以用一個符號序列來表示，如a, b， c, ......, x表示在一定時間內用戶
曾經(jīng)按順序在小區(qū)a, b, c, ......, x中駐扎過，此時僅關注所訪問的小區(qū)標識。
(2) PPM算法分解——對提取的小區(qū)路徑特征根據(jù)上面介紹的移動預測方案進行概率 計算，得到各小區(qū)的概率分布p(")， p(外…，p(x)。
(3) 權值調整——根據(jù)配置條件采用權值方式進行概率調整。如考慮用戶在特定小區(qū) 中的活躍程度進行調整，在該小區(qū)中的駐留時間或信道占用時間較長則表明用戶在該小區(qū)中 相對活躍，那么可以適當?shù)奶岣邫嘀?，假設各小區(qū)的權值分別為w。， wA，...， wt,那么調整后
概率分布是
= "(x) * w乂
(4) 按優(yōu)先級排序的待測小區(qū)列表——根據(jù)最終調整后的概率分布進行從大到小進行 排序，概率最大的小區(qū)認為優(yōu)先級最高。
3、 待測小區(qū)列表——根據(jù)移動性預測結果和小區(qū)標識，從小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取小區(qū) 的信息，主要是小區(qū)的絕對無線頻道號和主擾碼。
4、 測量——對于通用移動通訊系統(tǒng)頻分雙工模式來說，小區(qū)選擇的測量實體主要完成 對公共導頻信道的信道質量和信號強度的測量以及得到公共導頻信道的擾碼。測量實體首先
應該在主同步信道上進行時隙同步，然后在輔同步信道上實現(xiàn)幀同步并得到本小區(qū)的擾碼組， 再利用擾碼組和公共導頻信道進行相關性匹配，找到相關性最大的擾碼，也就是這個小區(qū)的 擾碼。同時測出公共導頻信道的信號信噪比以及信號碼片能量。5、 閾值判斷——根據(jù)經(jīng)驗分析，如果信號碼片能量或者是信道信噪比高于某個門限值， 說明信號質量滿足小區(qū)駐扎的要求，可以進行廣播信道配置操作；反之，可能是由于千擾太 大或者是解擴后信號太弱而無法同步到廣播信道上，則轉到第8步。注意這個門限值可自行設 計。
6、 廣播信道配置——利用測量過程中的信道同步信息，同步到廣播信道上，如果同步 成功，則轉第7步開始接收系統(tǒng)信息；如果不成功則轉到第8步。
7、 系統(tǒng)信息評估，在一定的時間范圍內，接收必要的系統(tǒng)消息，然后針對小區(qū)駐扎要求 結合測量實體測得的信號碼片能量和信號信噪比以及系統(tǒng)信息中的參數(shù)進行評估，評估分為 兩種， 一是正常小區(qū)駐扎的評估，二是任意小區(qū)駐扎的評估。對于正常小區(qū)駐扎要求來說， 小區(qū)必須滿足小區(qū)所屬的接入網(wǎng)類型和非接入層指定的核心網(wǎng)類型兼容，小區(qū)所屬的公共陸 地移動網(wǎng)絡在非接入層指定的公共陸地移動網(wǎng)絡列表之內，小區(qū)并不是禁止小區(qū)，小區(qū)所屬 的位置區(qū)并不在非接入層維護的禁止位置區(qū)列表內，小區(qū)信號質量滿足規(guī)定標準這幾個要求。 對于任意小區(qū)駐扎的評估，則不用管非接入層對接入層執(zhí)行小區(qū)選擇過程的影響。如果評估 不成功則轉到第8步；成功則轉第9步。
8、 檢查待測小區(qū)列表中是否還存在小區(qū)，如果待測列表中還有其他待測頻點，則從待測 列表中取出待測頻點，轉到第四步繼續(xù)測量，如果待測列表中沒有其他待測頻點，則擴大為 移動臺所支持的所有頻帶的測量，把這些頻帶中的所有頻點送入待測頻點列表中，轉到第4 步繼續(xù)測量。
9、 小區(qū)駐扎成功，保存小區(qū)標識和小區(qū)信息到存儲器中。
采用了上述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，由于其利用了人的活動 的客觀規(guī)律性進行移動性預測，并在一定的周期內移動臺存儲駐留過的小區(qū)列表并保存所駐 留小區(qū)的信息，利用駐留過的歷史小區(qū)列表信息采用相應的預測算法進行移動性預測，根據(jù) 預測結果和對應的小區(qū)信息就可以很快地測得待測小區(qū)的公共導頻信道的信號碼片能量和信 號信噪比，從而明顯縮短了小區(qū)選擇的等待時間，大幅度改善了用戶體驗，而且在很大程度 上提高了通信服務質量，優(yōu)化了網(wǎng)絡資源和工作流程，而且過程簡單方便快捷，工作性能穩(wěn) 定可靠，適用范圍較為廣泛。
在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種 修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限 制性的。
1權利要求
1、一種無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，所述的移動臺中設置有歷史路徑寄存器和小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫，其特征在于，所述的方法包括以下步驟(1)移動臺根據(jù)外界的觸發(fā)條件，啟動小區(qū)選擇；(2)移動臺根據(jù)歷史路徑寄存器中的用戶運動的歷史路徑信息進行位置小區(qū)移動性預測處理操作，并得到相應的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表；(3)移動臺根據(jù)所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中優(yōu)先級最高的小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息；(4)移動臺根據(jù)所述的小區(qū)信息進行小區(qū)信道測量和判斷是否滿足小區(qū)駐扎要求的處理操作；(5)如果小區(qū)信道測量和系統(tǒng)信息評估均滿足小區(qū)駐扎要求，則移動臺駐扎在該小區(qū)，并將相應的小區(qū)信息保存至所述的歷史路徑寄存器中，完成小區(qū)選擇并結束；(6)如果小區(qū)信道測量或系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求，則判斷所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中是否有未進行過信道測量的小區(qū)存在；(7)如果是，則移動臺根據(jù)該未進行過信道測量的小區(qū)中的優(yōu)先級最高的小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息，并返回上述步驟(4)；(8)如果否，則移動臺將所支持的所有頻帶中的全部頻點加入所述的預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中，任意選取其中一個未進行過信道測量的小區(qū)，并根據(jù)該小區(qū)從所述的小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取相應的小區(qū)信息返回上述步驟(4)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的外界的觸發(fā)條件為移動臺開機、移動臺從連接態(tài)回到空閑態(tài)或者無線蜂窩網(wǎng)絡側有相 應的觸發(fā)i青求。
3、 根據(jù)權利要求1所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的位置小區(qū)移動性預測處理操作，包括以下步驟(11 )移動臺從所述的歷史路徑存儲器中取得用戶的歷史路徑信息； (12 )使用部分匹配預測算法對歷史路徑信息中的各個小區(qū)的概率分布進行計算處理； (13 )移動臺根據(jù)預設的配置條件對各個小區(qū)的概率分布進行調整處理； (14 )移動臺根據(jù)調整處理得到的各個小區(qū)的概率分布對各個小區(qū)進行優(yōu)先級排序，并 生成預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表。
4、 根據(jù)權利要求3所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的對各個小區(qū)的概率分布進行調整處理，具體為根據(jù)以下公式對各個小區(qū)的概率分布進行調整其中，pG^)為調整處理前小區(qū)p的概率分布，；/(-)為調整處理后小區(qū)p的概率分布，W/ 為調整權值。
5、 根據(jù)權利要求3所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的對各個小區(qū)進行優(yōu)先級排序，具體為根據(jù)各個小區(qū)的概率分布從大到小進行排序，其中概率最大的小區(qū)優(yōu)先級最高，概率最 小的小區(qū)優(yōu)先級最低。
6、 根據(jù)權利要求1所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的小區(qū)信息包括小區(qū)的絕對無線頻道號和主擾碼。
7、 根據(jù)權利要求6所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的小區(qū)信道測量和判斷是否滿足小區(qū)駐扎要求的處理操作，包括以下步驟(41)移動臺首先在主同步信道上進行時隙同步，然后在輔同步信道上實現(xiàn)幀同步并得 到該小區(qū)的擾碼組；(42 )移動臺根據(jù)所述的擾碼組與公共導頻信道進行相關性匹配，并得到相關性最大的 擾碼，即為該小區(qū)的擾碼；(43 )移動臺測量公共導頻信道的信號信噪比以及信號碼片能量；(44 )判斷所述的信號碼片能量或者信道信噪比是否高于移動臺預設的閾值；(45) 如果否，則返回小區(qū)信道測量不滿足小區(qū)駐扎要求的結果；(46) 如果是，則利用信道測量過程中的信道同步信息同步到廣播信道上；(47) 如果同步不成功，則返回系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求的結果；(48) 如果同步成功，則在預設的時間范圍內接收必要的系統(tǒng)消息，并對所述的信號碼 片能量和信號信噪比以及系統(tǒng)消息中的參數(shù)進行評估；(49) 如果評估成功，則返回小區(qū)信道測量和系統(tǒng)信息評估均滿足小區(qū)駐扎要求的結果； 否則返回小區(qū)信道測量或系統(tǒng)信息評估不滿足小區(qū)駐扎要求的結果。
8、 根據(jù)權利要求7所述的無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，其特征在于， 所述的對所述的信號碼片能量和信號信噪比以及系統(tǒng)消息中的參數(shù)進行評估，包括以下步驟:(481)判斷該小區(qū)駐扎要求是正常小區(qū)駐扎要求還是任意小區(qū)駐扎要求；(482 )如果是正常小區(qū)駐扎要求，則判斷該小區(qū)所屬的接入網(wǎng)類型是否滿足與非接入層 指定的核心網(wǎng)類型兼容、小區(qū)所屬的公共陸地移動網(wǎng)絡是否滿足在3夂接入層指定的公共陸地 移動網(wǎng)絡列表之內、小區(qū)是否滿足并非禁止小區(qū)、小區(qū)所屬的位置區(qū)是否并非在非接入層維 護的禁止位置區(qū)列表內、小區(qū)信號質量是否滿足預設的規(guī)定標準；(483 )如果均滿足，則返回評估成功的結果；否則返回評估不成功的結果；(484)如果是任意小區(qū)駐扎要求，則判斷該小區(qū)是否滿足并非禁止小區(qū)、小區(qū)信號質量 是否滿足預設的規(guī)定標準；(485 )如果均滿足，則返回評估成功的結果；否則返回評估不成功的結果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，包括進行位置小區(qū)移動性預測處理得到預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表、根據(jù)優(yōu)先級最高的小區(qū)從小區(qū)信息數(shù)據(jù)庫中獲取小區(qū)信息、進行小區(qū)信道測量并判斷是否滿足小區(qū)駐扎要求、根據(jù)結果駐扎在該小區(qū)或繼續(xù)從預測小區(qū)優(yōu)先級排序列表中取出未進行過信道測量的小區(qū)重新進行上述處理操作。采用該種無線蜂窩網(wǎng)絡中的移動臺實現(xiàn)小區(qū)快速選擇方法，利用駐留過的歷史小區(qū)列表信息采用相應的預測算法進行移動性預測，從而明顯縮短了小區(qū)選擇的等待時間，大幅度改善了用戶體驗，而且在很大程度上提高了通信服務質量，優(yōu)化了網(wǎng)絡資源和工作流程，而且過程簡單方便快捷，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較廣泛。
文檔編號H04B7/26GK101686474SQ20081020040
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權日2008年9月24日
發(fā)明者非 于, 吳天明, 韜 王 申請人:上海摩波彼克半導體有限公司