高速鐵路場景移動(dòng)通信系統(tǒng)切換研究綜述*

李 泰，李 燁

(上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093)

?

高速鐵路場景移動(dòng)通信系統(tǒng)切換研究綜述*

李 泰，李 燁

(上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093)

高鐵的高速、全封閉特性給移動(dòng)通信系統(tǒng)的越區(qū)切換性能帶來了極大挑戰(zhàn)，直接影響用戶體驗(yàn)。闡述了移動(dòng)通信系統(tǒng)中越區(qū)切換的概念，并指出高速鐵路場景下越區(qū)切換面臨的問題?；仡櫫藝鴥?nèi)外為解決這些問題所進(jìn)行的相關(guān)研究及最新進(jìn)展，包括網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化和切換流程中測量、參數(shù)設(shè)置、執(zhí)行策略、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的優(yōu)化，并指出群切換機(jī)制是未來值得關(guān)注的研究方向。

高速鐵路；移動(dòng)通信；切換

0 引 言

截止2014年,我國高速鐵路通車總里程達(dá)14620公里，運(yùn)行速度高達(dá)350Km/h，是世界上高速鐵路運(yùn)行里程最長、運(yùn)行速度最高的國家。未來高鐵必將成為人們旅行的主要交通工具。

人們?cè)谙硎芨哞F快捷性的同時(shí)，也希望在旅途中可以擁有像家庭寬帶一樣快速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但傳統(tǒng)的鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM-R只能提供低速的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為此，國際鐵路聯(lián)盟(UIC)已將 LTE-R列為下一代鐵路寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)[1-3]。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要應(yīng)用于低速場景，當(dāng)其應(yīng)用在高速鐵路場景下時(shí)面臨著諸多挑戰(zhàn)[1,4-7]，例如高速引起多普勒頻移以及頻繁越區(qū)切換，車體導(dǎo)致穿透損耗、群切換帶來信令風(fēng)暴。其中，越區(qū)切換以及群切換問題值得格外關(guān)注，如不能很好地解決高速鐵路場景下的切換問題，將致使移動(dòng)通信系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。

本文首先介紹了切換的基本概念以及切換流程，然后著重闡述了高速鐵路場景下，為提高移動(dòng)通系統(tǒng)切換性能，如提高切換成功率、降低切換中斷率、降低切換延時(shí)、降低切換丟包率，而針對(duì)切換流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化。

1 越區(qū)切換

越區(qū)切換是移動(dòng)通信系統(tǒng)中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在通話過程中從一個(gè)基站覆蓋區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)基站覆蓋區(qū)，或者由于外界干擾而造成通話質(zhì)量下降時(shí)，必須改變?cè)械脑捯粜诺蓝D(zhuǎn)接到一條新的空閑話音信道上，以繼續(xù)保持通話的過程。

切換流程分為三個(gè)階段：切換測量、切換判決和切換執(zhí)行。切換準(zhǔn)備階段主要是移動(dòng)臺(tái)物理層啟動(dòng)對(duì)基站信號(hào)質(zhì)量的測量，以及向移動(dòng)臺(tái)無線資源控制層上報(bào)測量結(jié)果。例如啟動(dòng)和停止同頻測量的條件可分別定義為[8]：

Mn+Ofn+Ocn-Hys>Mp+Ofp+Ocp+Off

(1)

Mn+Ofn+Ocn+Hys

(2)

其中，Mn為鄰區(qū)信號(hào)測量結(jié)果，Ofn為鄰區(qū)頻率的特定頻率偏置，Ocn為鄰區(qū)的特定小區(qū)偏置，Hys為事件A3遲滯參數(shù)，Mp服務(wù)小區(qū)信號(hào)測量結(jié)果，Ofp為服務(wù)小區(qū)頻率的特定頻率偏置，Ocp為服務(wù)小區(qū)的特定小區(qū)偏置，Off時(shí)間A3偏置參數(shù)。移動(dòng)臺(tái)無線資源控制層進(jìn)行層3濾波后向服務(wù)基站上報(bào)測量結(jié)果。層3濾波采用一階滯后濾波法：

Fn=(1-α)Fn-1+αMn

(3)

α=1/2k/4

(4)

其中，F(xiàn)n為層3濾波結(jié)果，α為層3濾波系數(shù)，F(xiàn)n-1為前一次層3濾波結(jié)果，Mn最新測量結(jié)果，k為基站下發(fā)的測量濾波因子。

服務(wù)基站在收到移動(dòng)臺(tái)上報(bào)的測量信息后，需根據(jù)自身資源情況做出切換判決。在切換判決階段為了抑制乒乓效應(yīng)，定義了觸發(fā)時(shí)延(Time-to-Trigger，TTT)，即在觸發(fā)時(shí)延內(nèi)鄰區(qū)信號(hào)質(zhì)量始終大于當(dāng)前服務(wù)小區(qū)一個(gè)門限值，移動(dòng)臺(tái)才可以發(fā)送切換流程才可被觸發(fā)。切換流程被觸發(fā)后，服務(wù)基站將向目標(biāo)基站發(fā)送切換請(qǐng)求。

目標(biāo)基站與服務(wù)基站進(jìn)行控制面的信令交互，從而完成切換流程。于此同時(shí)在用戶面服務(wù)基站與移動(dòng)臺(tái)之間交互數(shù)據(jù)的會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)基站，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)寄可以降低因切換而導(dǎo)致的丟包率?；局g的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)有兩種路徑，基站之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)寄或者通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

在高速鐵路場景下，多普勒頻移、穿透損耗以及群切換帶來的信令風(fēng)暴，會(huì)導(dǎo)致切換流程不能被正常觸發(fā)。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)此無能為力，為此需要在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的改進(jìn)包括車載網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)兩部分。

2.1 車載網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)

在高速列車上增加一個(gè)中繼基站和一部收發(fā)天線，列車上的移動(dòng)臺(tái)通過中繼基站和收發(fā)天線接入傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)[9]，即在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上增加了一跳。中繼基站可以對(duì)多普勒頻移進(jìn)行矯正，同時(shí)避免了穿透損耗。此外中繼基站代替高速列車上的所有在線移動(dòng)臺(tái)執(zhí)行切換流程，從而避免了群切換帶來的信令風(fēng)暴問題。

圖1 加裝中繼基站的架構(gòu)圖

高速列車車身長度達(dá)200多米，如列車以350 km/h速度完全通過一點(diǎn)耗時(shí)2 s。文獻(xiàn)[10]據(jù)此提出為中繼基站在列車首部和尾部分別加裝一部天線，列車可以執(zhí)行切換流程的時(shí)間相應(yīng)增加了2 s。當(dāng)列車行駛在單基站覆蓋區(qū)域時(shí)，中繼基站會(huì)選擇信號(hào)質(zhì)量較好的天線用于數(shù)據(jù)收發(fā)。當(dāng)高速列車駛?cè)牖局丿B覆蓋區(qū)后，一旦滿足切換條件，首部天線立即正常執(zhí)行切換，中繼基站選擇尾部天線進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。如果首部天線切換成功，則首部天線進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，而尾部天線進(jìn)入基站覆蓋區(qū)域后直接與源基站斷開連接并同步到目標(biāo)基站。如果首部天線切換失敗，則尾部天線進(jìn)入切換區(qū)域且滿足切換觸發(fā)條件后執(zhí)行切換。

圖2 架設(shè)雙天線中繼基站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 地面網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)

相比傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)，高速列車的運(yùn)動(dòng)軌跡固定的。地面網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行針對(duì)性的規(guī)劃，增強(qiáng)切換區(qū)域的信號(hào)質(zhì)量，從而確保切換可以被及時(shí)觸發(fā)。采用分布式天線系統(tǒng)[11-13]，根據(jù)列車所處的天線位置進(jìn)行天線功率配置。同時(shí)采用分布式天線系統(tǒng)可以擴(kuò)大基站覆蓋區(qū)域，降低移動(dòng)臺(tái)在不同基站間的切換頻率。

圖3 分布式天線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3 優(yōu)化切換流程

3.1 優(yōu)化切換測量

在高鐵場景下，由于信號(hào)質(zhì)量較差，周期性的測量上報(bào)不能被及時(shí)觸發(fā)。為了避免這種情況，可以考慮在利用列車的位置信息作為觸發(fā)測量上報(bào)的條件[14-17]。根據(jù)高速鐵路場景下列車軌跡固定、方向可預(yù)知等特點(diǎn)，當(dāng)列車行駛至基站覆蓋重疊區(qū)特定位置，作為第一次上報(bào)的觸發(fā)條件。如果地面網(wǎng)絡(luò)的采用沿鐵路線常規(guī)部署，則觸發(fā)位置一般選取在重疊覆蓋區(qū)域的中心位置[14]。如果在基站覆蓋重疊區(qū)中心部署基站以增強(qiáng)信號(hào)，則觸發(fā)位置的選擇依據(jù)：

10·log10(R(T,x))-10·log10(R(S,x))=Γ

(5)

其中，R(T,x)為目標(biāo)基站在點(diǎn)x處信號(hào)質(zhì)量，R(S,x)為服務(wù)基站在點(diǎn)x處信號(hào)質(zhì)量，Γ為遲滯值。

以列車當(dāng)前位置作為測量上報(bào)的觸發(fā)條件，可能會(huì)導(dǎo)致選擇的目標(biāo)小區(qū)并不是最優(yōu)的。文獻(xiàn)[16]將列車位置信息作為測量結(jié)果輔助條件，通過列車位置信息預(yù)測最優(yōu)小區(qū)。如果該最優(yōu)小區(qū)與根據(jù)信號(hào)測量結(jié)果選出的最優(yōu)小區(qū)一致，則周期性測量上報(bào)最優(yōu)小區(qū)信號(hào)質(zhì)量，否則以信號(hào)測量結(jié)果選出的最優(yōu)小區(qū)為準(zhǔn)。

3.2 優(yōu)化切換參數(shù)

切換準(zhǔn)備階段的參數(shù)如層3濾波系數(shù)α、事件A3遲滯參數(shù)Hys、切換觸發(fā)時(shí)延TTT，如果取值不合理則容易致使切換失敗。層3濾波系數(shù)α如果設(shè)置較大，則對(duì)信號(hào)平滑作用較強(qiáng)，但對(duì)信號(hào)變化的跟蹤能力較弱，反之，對(duì)信號(hào)變化的跟蹤能力較強(qiáng)，但對(duì)信號(hào)平滑作用較小。事件A3遲滯參數(shù)Hys如果設(shè)置較大，則致使測量結(jié)果不能及時(shí)上報(bào)，反之則會(huì)頻繁上報(bào)。切換觸發(fā)時(shí)延TTT設(shè)置較大，則容易導(dǎo)致切換不能被適時(shí)觸發(fā)，反之容易導(dǎo)致測量上報(bào)過于頻繁以及誤切換發(fā)生[18-20]。

根據(jù)列車速度設(shè)置不同的移動(dòng)臺(tái)測量結(jié)果上報(bào)周期，層3濾波系數(shù)α定義為[21]：

(6)

其中，Tm表示移動(dòng)臺(tái)測量周期；Tu表示移動(dòng)臺(tái)上報(bào)測量結(jié)果周期。

TTT的取值根據(jù)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)抑制乒乓效應(yīng)與適時(shí)觸發(fā)之間的平衡。為實(shí)現(xiàn)TTT取值的動(dòng)態(tài)調(diào)整可以設(shè)定速度閥值，根據(jù)列車速度與速度閥值之間的關(guān)系，更改TTT的取值[21]。僅僅根據(jù)速度閥值調(diào)整TTT，并未考慮基站的覆蓋范圍對(duì)TTT的影響，TTT可如下計(jì)算上報(bào)周期：

(7)

其中，Ts為上報(bào)周期，R為基站覆蓋半徑，x0為初始位置，v為列車速度，N為切換決策次數(shù)(統(tǒng)計(jì)量)。文獻(xiàn)[22]將基站覆蓋區(qū)分為重疊區(qū)和非重疊區(qū)，中繼基站根據(jù)信號(hào)質(zhì)量可判斷當(dāng)前是處于重疊區(qū)還是非重疊區(qū)。在重疊區(qū)和非重疊區(qū)設(shè)置不同的門限值和TTT值， 確保切換流程可以在合適的位置被觸發(fā)。非重疊區(qū)觸發(fā)進(jìn)入和離開條件為：

(8)

其中，Rn為鄰區(qū)信號(hào)質(zhì)量，Rs為當(dāng)前服務(wù)小區(qū)信號(hào)質(zhì)量，Hys為遲滯，Off為偏置值。Hys隨著TTT值增大而增大。重疊區(qū)觸發(fā)進(jìn)入和離開條件為：

(9)

Hys隨著TTT值增大而減小。在高速鐵路場景下，列車的行駛方向和軌跡是可預(yù)知的，目標(biāo)基站的信號(hào)質(zhì)量會(huì)越來越強(qiáng)于服務(wù)基站。為此可以利用列車位置信息預(yù)測下一次測量結(jié)果，如果預(yù)測結(jié)果滿足切換條件，則提前進(jìn)行切換[23-24]。

對(duì)某一參數(shù)單獨(dú)進(jìn)行優(yōu)化，往往不能有效的提升系統(tǒng)切換性能。三個(gè)切換參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化較為復(fù)雜且不易數(shù)學(xué)函數(shù)來，如果要建立數(shù)學(xué)模型運(yùn)算量較大。為此文獻(xiàn)[25]提出利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)三個(gè)切換參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化切換執(zhí)行

硬切換是先與源基站斷開無線連接然后再同目標(biāo)基站建立無線連接，簡單說是“先斷開后連接”，硬切換無論怎么優(yōu)化其機(jī)制引起的通信中斷都是不可避免的。軟切換可以很好的解決這個(gè)問題，軟切換則是先與目標(biāo)基站建立無線連接然后再與源基站斷開無線連接，即“先連接再斷開”。

文獻(xiàn)[26]著重研究軟切換算法的信令流程，并給出了軟切換測量啟動(dòng)的條件和軟切換測量終止的條件，分別為：

MS-eNodeB-MT-eNodeB≤HystSHO_Trigger

(10)

MT-eNodeB-MS-eNodeB≥HystSHO_End

(11)

其中，MS-eNodeB為源基站的RSRP，MT-eNodeB為目標(biāo)基站的RSRP，HystSHO_Trigger為軟切換觸發(fā)遲滯值，HystSHO_End為軟切換終止遲滯值。文獻(xiàn)[27-29]則著重從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌冗M(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[27-28,30]均將切換分為控制面切換和用戶面切換，控制面和用戶面采用不同的切換機(jī)制。文獻(xiàn)[28]提出為移動(dòng)臺(tái)維護(hù)一個(gè)切換備選基站列表，當(dāng)基站信號(hào)質(zhì)量滿足不等式(12)，基站被加入列表，當(dāng)基站信號(hào)滿足不等式(13)時(shí)，基站被從列表中刪除。

Better_eNB-Tested_eNB

(12)

Better_eNB-Tested_eNB>HO_Margin

(13)

其中，Better_eNB為列表中最好的信號(hào)質(zhì)量，Tested_eNB為測試基站的信號(hào)質(zhì)量，Threshold為加入列表門限值，Margin為退出列表門限值。移動(dòng)臺(tái)與列表中的基站同時(shí)保持無線連接，但僅僅如其中信號(hào)質(zhì)量較好的基站保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。執(zhí)行切換時(shí)控制面為采用軟切換，用戶面為采用硬切換。文獻(xiàn)[28]則正好于此相反，其在控制面采用硬切換而在用戶面采用軟切換。源基站和目標(biāo)基站采用多點(diǎn)協(xié)同傳輸技術(shù)同時(shí)向移動(dòng)臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，而移動(dòng)臺(tái)將測量信息上報(bào)至源基站，源基站做出切換判決后，控制面執(zhí)行硬切換。文獻(xiàn)[29]認(rèn)為文獻(xiàn)[28]中采用的多點(diǎn)協(xié)同傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)需要通過源基站向目標(biāo)基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸延時(shí)較大，因此其在接入網(wǎng)采用多點(diǎn)協(xié)同傳輸同時(shí)在核心網(wǎng)絡(luò)采用雙播，并給出了詳細(xì)的信令流程。根據(jù)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中多種制式網(wǎng)絡(luò)并存的情況，文獻(xiàn)[31]提出了一種全新的軟切換方案，即利用移動(dòng)臺(tái)同時(shí)與采用不同接入技術(shù)的接入網(wǎng)保持連接，當(dāng)其中一個(gè)連接執(zhí)行切換時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸可以保持不中斷。

3.4 優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸

在切換執(zhí)行過程中，網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)臺(tái)之間存在著數(shù)據(jù)傳輸。為了減少丟包率，傳統(tǒng)切換流程采用基站轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制。即在切換流程啟動(dòng)時(shí)，服務(wù)基站將受到的數(shù)據(jù)副本轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)基站，由目標(biāo)基站將數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)臺(tái)或服務(wù)網(wǎng)關(guān)。數(shù)據(jù)在基站之間的轉(zhuǎn)發(fā)存在固有延遲，且在服務(wù)基站和目標(biāo)基站不能同時(shí)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)。

為避免數(shù)據(jù)由于在基站之間轉(zhuǎn)發(fā)而引起的延時(shí)，摒棄了基站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制轉(zhuǎn)而采用Bi-casting機(jī)制[32-34]。Bi-casting即在基站決定執(zhí)行切換時(shí)，核心網(wǎng)絡(luò)側(cè)向源基站和目標(biāo)基站發(fā)送相同數(shù)據(jù)。Bi-casting僅僅優(yōu)化了服務(wù)網(wǎng)關(guān)到基站之間的數(shù)據(jù)延時(shí)和丟包問題，基站到移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸則可以采用多點(diǎn)協(xié)同傳輸技術(shù)。多點(diǎn)協(xié)同傳輸即服務(wù)基站為每個(gè)移動(dòng)臺(tái)維護(hù)一個(gè)協(xié)同傳輸集，在滿足協(xié)同傳輸條件后，協(xié)同傳輸集中的基站同時(shí)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)[28-29,35-36]。協(xié)同傳輸集并不是固定不變的，在移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)測量信號(hào)的結(jié)果動(dòng)態(tài)更新[28,35]。

4 群切換

在用戶相對(duì)集中的場景下會(huì)發(fā)生群切換，當(dāng)大量用戶同時(shí)請(qǐng)求切換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生信令風(fēng)暴而出現(xiàn)信令擁塞進(jìn)而導(dǎo)致切換失敗率提高。群切換的主要是空口信道資源有限以及前導(dǎo)碼數(shù)量有限，針對(duì)群切換的研究相對(duì)較少。文獻(xiàn)[37]和文獻(xiàn)[38]進(jìn)行了初步研究，提出移動(dòng)臺(tái)根據(jù)基站的無線資源空閑情況選擇性的接入。文獻(xiàn)[39]綜合考慮了鄰區(qū)的負(fù)載以及網(wǎng)絡(luò)資源選擇移動(dòng)臺(tái)切換的目標(biāo)小區(qū)。

5 結(jié)束語

由于高速鐵路場景的特殊性，國內(nèi)外對(duì)改善該場景下移動(dòng)通信系統(tǒng)切換性能進(jìn)行了相應(yīng)研究，主要針對(duì)高速鐵路場景下移動(dòng)通信系統(tǒng)面臨的車體穿透損耗、多普勒頻移等問題進(jìn)行了歸納、總結(jié)，并對(duì)相應(yīng)的解決方案做出了評(píng)述，但對(duì)切換相關(guān)問題的論述明顯不足。本文重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有研究成果進(jìn)行了歸納、評(píng)述與展望，希望為相關(guān)人員的研究提供參考，這也是本文的意義所在。未來對(duì)如何改善群切換的性能是值得關(guān)注的研究方向。

[1] 章嘉懿, 談?wù)褫x, 于曉溪等. 高速鐵路公眾寬帶通信接入體制與關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 鐵道學(xué)報(bào), 2012, 34(1):46-53. ZHANG Jia-yi, TAN Zhen-hui, YU Xiao-xi, et al. Review of Public Broadband Access Systems for High-speedRailways and Key Technologies [J]. Journal of the China Railway Society, 2012, 34(1):46-53.

[2] 卜愛琴. 鐵路下一代移動(dòng)通信技術(shù)LTE-R應(yīng)用的探討[J].信息通信,2014,(2):174-176. BU Ai-qin. Research of Railway Next Mobile Communication Technologies LTE-R Application [J]. Information & Communications, 2014, (2):174-176.

[3] 陳晨, 李長樂. 高速鐵路通信系統(tǒng)方案研究綜述[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2010,46(34):24-26. CHEN Chen, LI Chang-le. High Speed Rail Communication System: A Survey [J]. Computer Engineering and Applications, 2010, 46(34):24-26.

[4] 蔣新華, 朱銓, 鄒復(fù)民. 高速鐵路3G通信的覆蓋與切換技術(shù)綜述[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2012, 32(9):2385-2390. JIANG Xin-hua, ZHU Quan, ZOU Fu-min. Review ofCoverage and Handoff Technologies of 3G Communication for High-Speed Railway [J]. Journal of Computer Applications, 2012, 32(9):2385-2390.

[5] Calle-Sánchez J, Molina-García M, Alonso J I, et al. Long Term Evolution in High Speed Railway Environments: Feasibility and Challenges [J]. Bell Labs Technical Journal, 2013, 18(2):237-253.

[6] 李丹, 莊宏成. 高速鐵路3G及TD-LTE移動(dòng)通信關(guān)鍵問題研究綜述[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2013, 30(5):1297-1302. LI Dan, ZHUANG Hong-cheng. Review of Key Technologies of 3G and TD-LTE Mobile Communication Systems for High-Speed Railway [J]. Application Research of Computers, 2013, 30(5):1297-1302.

[7] 張煜, 尹程, 王穎瑩. 高速鐵路 CDMA 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究與實(shí)踐[J]. 通信技術(shù), 2013, 45(12): 121-123. ZHANG Yu, YIN Cheng, WANG Yin-ying. Research and Practice of CDMA Wireless Coverage of High-Speed Railway [J]. Communications Technology, 2013, 45(12):121-123.

[8] 3GPP TS 36.331, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio Resource Control. v12.3.0 (2014-9-23).

[9] 3GPP TS 36.863. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Study on Mobile Relay. V 12.0.0(2014-06-27).

[10] Xingyu Q, Hao W. Mobile Relay Assisted Handover for LTE System in High-Speed Railway [J]. Control Engineering and Communication Technology, International Conference on, 2012, 31(4):632 - 635.

[11] Yang C, Lu L, Di C, et al. An On-Vehicle Dual-Antenna Handover Scheme for High-Speed Railway Distributed Antenna System[C]. //Wireless Communications Networking and Mobile Computing (WiCOM), 2010 6th International Conference on. IEEE,2010:1-5.

[12] Liu Z, Fan P. An Effective Handover Scheme Based on Antenna Selection in Ground-Train Distributed Antenna Systems [J]. Vehicular Technology, IEEE Transactions on, 2014, 63(7):3342-3350.

[13] Zhang J, Tan Z, Zhong Z, et al. A Multi-Mode Multi-Band and Multi-System-based Access Architecture for High-Speed Railways [J]. Vehicular Technology Conference Fall (VTC 2010-Fall), 2010 IEEE 72nd, 2010:1-5.

[14] Li J, Tian L, Zhou Y, et al. AnAdaptive Handover Trigger Scheme for Wireless Communications on High Speed Rail[C]//Communications (ICC), 2012 IEEE International Conference on. IEEE, 2012: 5185-5189.

[15] Lu L, Fang X, Cheng M, et al. Positioning and Relay Assisted Robust Handover Scheme for High Speed Railway.[J]. Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2011 IEEE 73rd, 2011, 57(2226):1-5.

[16] Hu G, Huang A, Chang T, et al. A Sensor-Based Seamless Handover Solution for Express Train Access Networks (ETANs) [J]. IEEE Communications Letters, 2012, 16(4):470-472.

[17] FEI M, FAN P. Position-Assisted Fast Handover Schemes for LTE-Advanced Network under High Mobility Scenarios [J]. Journal of Modern Transportation, 2012, 20(4):268-273.

[18] 張普, 王軍選. LTE系統(tǒng)中切換算法的研究[J]. 西安郵電大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 15(3):1-5. ZHANG Pu, WNAG Jun-Xuan. The Study of Handover Algorithm of the LTE system [J]. Journal of Xi’an University of Posts and Telecommunications, 2010, 15(3):1-5.

[19] 江琴, 劉俊. LTE系統(tǒng)中一種切換自優(yōu)化算法研究[J]. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2013, 25(6). JIANG Qin, LIU Jun. AHandover Self-Optimization Algorithm for LTE System [J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications (Natural Science Edition), 2013, 25(6).

[20] 唐宏, 于曉, 陳前斌. TD-SCDMA集群通信系統(tǒng)切換算法研究[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2011, 28(3):1059-1061. TANG Hong, YU Xiao, CHEN Qian-bin. Research onHandover Algorithm in TD-SCDMA Communication Trunking System [J]. Application Research of Computers, 2011, 28(3):1059-1061.

[21] DENG D, WU M, CHEN Z. An Optimized Relay Handover Algorithm in TD-LTE along High-Speed Railway [J]. Non 2013, 2013:1-4.

[22] LUO W, FANG X, Cheng M, et al. An Optimized Handover Trigger Scheme in LTE Systems for High-Speed Railway [J]. Signal Design and its Applications in Communications (IWSDA), 2011 Fifth International Workshop on, 2011:193-196.

[23] 孫巍巍, 蘇寒松, 滕友偉等. 3GPP LTE系統(tǒng)中結(jié)合位置預(yù)測的切換算法[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2012, 32(7):1849-1851. SUN Wei-wei, SU Han-song, TENG You-wei,et al. Handover Algorithm Combined with Location Prediction in 3GPP LTE System [J]. Journal of Computer Applications, 2012, 32(7):1849-1851.

[24] 楊春勇, 胡雯萱, 石珊. 高速鐵路車-地同步定位預(yù)測快速越區(qū)切換方法[J]. 鐵道學(xué)報(bào), 2014, 5: 014.53-57. YANG Chun-yong, HU Wen-xuan, SHI Shan. Vehicle-Ground Position Sync-prediction Handover for High-speed Railways [J]. Journal of the China Railway Society, 2014, 5:014.53-57.

[25] 劉偉. LTE 系統(tǒng)高速場景下切換機(jī)制優(yōu)化研究[D]. 吉林大學(xué), 2014. LI Wei. The Research ofHandover Mechanism Optimization in High Speed Long Term Evolution System [D]. Jilin University, 2014.

[26] Luan L, Wu M, Zhou P, et al. The Research of Soft Handover Signaling for LTE System in High-Speed Railway Environment[C]//Proceedings of the 2012 International Conference on Information Technology and Software Engineering. Springer Berlin Heidelberg, 2013: 703-715.

[27] Wang Q, Ren G, Tu J. A soft handover algorithm for TD-LTE system in high-speed railway scenario[C] // Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC), 2011 IEEE International Conference on. IEEE, 2011: 1-4.

[28] LUO W, ZHANG R, FANG X. A CoMP Soft Handover Scheme for LTE Systems in High Speed Railway[J]. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2012, 2012(1): 1-9.

[29] XIA Y, FANG X, LUO W, et al. Coordinated of Multi-Point and Bi-Casting Joint Soft Handover Scheme for High-Speed rail [J]. IET Communications, 2014, 8(14): 2509-2515.

[30] Hao Song, Xuming Fang, Li Yan. Handover Scheme for 5G C/U Plane Split Heterogeneous Network in High-Speed Railway. Vehicular Technology, IEEE Transactions on. 2014.02. pp.4633-4646 Song H, Fang X, Yan L. Handover scheme for 5G C/U plane split heterogeneous network in high-speed railway [J]. 2014: 4633-4646.

[31] Lin Y B, Yang S N, Wu C T. Improving Handover and Drop-off Performance on High-Speed Trainswith Multi-RAT[J]. 2014:1-6.

[32] Tain L, Zhou Y, Li J, et al. ANovel Handover Scheme for Seamless Wireless Connectivity in High-Speed Rail[C]//Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob), 2011 IEEE 7th International Conference on. IEEE, 2011: 230-236.

[33] TIAN L, LI J, HUANG Y, et al. Seamless Dual-Link Handover Scheme in Broadband Wireless Communication Systems for High-Speed Rail [J]. Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, 2012, 30(4): 708-718.

[34] CHEN X, LI C, LUO Y. A Seamless Dual-Link Handover Scheme Suitable for High-Speed Rail[C] //High Mobility Wireless Communications (HMWC), 2013 International Workshop on. IEEE, 2013: 91-95.

[35] 周祥娟, 方旭明, 吳帆等. 一種高移動(dòng)場景下基于 CoMP 的切換方案及性能分析[J]. 鐵道學(xué)報(bào), 2013, 35(4): 57-65.

ZHOU Xiang-juan, FANG Xu-ming, WU Fan, et al. Analysis on Performance of CoMP-based Optimized Handover Scheme for High-speed Railway [J]. Journal of the China Railway Society, 2013, 35(4):57-65.

[36] 康桂華, 周文波, 齊柏等. LTE—A 系統(tǒng)中基于多目標(biāo)的 CoMP 切換算法研究[J]. 微處理機(jī), 2014, 35(2): 19-22. KANG Gui-hua, ZHOU Wen-bo, QI Bai, et al. Study on CoMP Handover Algorithm Based on Multi-objective in LTE-A System [J]. Microprocessors, 2014, 35(2):19-22.

[37] Lee W, Cho D H. GroupHandover Scheme Using Adjusted Delay for Multi-Access Networks[C] //Communications (ICC), 2010 IEEE International Conference on. IEEE, 2010: 1-5.

[38] Lee W, Cho D H. EnhancedGroup Handover Scheme in Multi-Access Networks [J]. Vehicular Technology, IEEE Transactions on, 2011, 60(5): 2389-2395.

[39] 蔣青, 陳浩, 朱江等. 一種基于 TD-SCDMA 集群通信系統(tǒng)的 AHP 切換算法研究[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2012, 29(7): 2584-2585. JIANG Qing, CHEN Hao, ZHU Jiang, et al. Research of AHPHandover Algorithm based on TD-SCDMA Trunking-Communication System [J]. Application Research of Computers, 2012, 29(7):2584-2585.

Mobile Communications Handover Schemes in High-Speed Railway Scenario

LI Tai, LI Ye

(School of Optical-Electrical and Computer Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

The fast and fully-enclosed high-speed train brings a big challenge to the performance of handover in mobile communication systems, thus resulting in a direct influence on user experience. Firstly, the concept of handover in mobile communication system is discussed, and the confronted problems by handover in high-speed railway scenario are also presented. Then, the latest developments on how to solve the problem both at home and abroad are reviewed, including the optimization of network architecture and the optimization of measurement, parameter setting, executive stratagy, data transfer in handover process. And finally this paper proposes that group handover scheme is a future research direction deserving of public attention.

high-speed railway; mobile communications; handover

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.05.012

2015-01-10；

2015-03-28 Received date:2015-01-10；Revised date：2015-03-28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-0802(2015)05-0566-07

李 泰(1989—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與控制；

李 燁(1974—)，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信。