5GHetNet中主动切换管理模型与性能评估
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发布时间: 2025-08-31 00:14:01 阅读量: 11 订阅数: 40 AIGC 
### 5G HetNet 中主动切换管理模型与性能评估
在当今追求万物互联的时代，5G 技术为实现智能家居、智慧城市等愿景提供了可能。而切换（HO）机制对于 5G 及其他代通信技术实现无缝数据传输至关重要。本文将详细介绍一种用于 5G HetNet 的主动切换管理模型，包括模型架构、数据集、切换触发、问题建模与小区选择、切换过程等方面，并对其进行性能评估。
#### 1. 提出的模型
模拟的工作模型采用了 HetNet 架构，包含众多 4G 宏小区和 5G 小小区。每个宏小区类似三扇区六边形布局，每个扇区有一个小小区，即每个宏小区均匀分布三个小小区。宏小区可以是 4G LTE，工作在 5GHz 以下频段，小小区工作在毫米波频段。
终端用户（EU）在所有宏小区和小小区中根据随机移动模型随机生成，并能在时间 t 内在地理区域内任意移动。EU 集合表示为 E = {e1, e2, …, ep}，EU 可以在随机方向 Θe ∈[0, 2π] 移动，平均速度 Ve ∈[vmin, vmax]。宏小区集合为 M = {m1, m2, …, mq}，小小区集合为 S = {s1, s2, …, sr}。
当 EU 从服务小区移动到目标小区时，切换过程可以在相同或不同网络中进行。服务小区根据 EU 提供的测量报告来决定切换问题。每个宏小区和小小区在自身传输范围内为 EU 提供高质量无线链路，无线链路质量通过参考信号接收功率（RSRP）计算。根据 RSRP，为每个 EU 手动固定网络下载速率（NDR）。同时，在所有宏小区和小小区中分别手动配置切换控制参数（HCP），HCP 在网络评估过程中起着重要作用。
#### 2. 数据集描述
本研究中的数据集是通过模拟生成的，可视为一种假设。对于每个 RSRP 值，从表 2 规定的 NDR 范围内随机选择一个 NDR 值。例如，若 RSRP 值为 -92 dBm，NDR 速率可以在 200 到 480 Mbps 之间。在模拟过程中，会在表中规定的范围内随机分配 NDR 值。
| S. No. | ASU | RSRP (dBm) | NDR (Mbps) |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 1 | 1 | -140 | 0 - 10 |
| 2 | 2 | -139 | 0 - 20 |
| … | … | … | … |
| 93 | 93 | -48 | 450 - 920 |
| 94 | 94 | -47 | 450 - 930 |
| 95 | 95 | -46 | 450 - 940 |
| 96 | 96 | -45 | 450 - 950 |
#### 3. 切换触发
设备可能会移出当前小区的传输范围，此时需要触发切换过程来增强连接。当设备向远离当前小区的方向移动时，接收信号强度会变差，当前正在进行的数据传输过程可能会受到影响。因此，为了克服性能下降，切换是必要的。
切换过程会在满足以下两个条件时从 EU 端启动：
- 当服务小区的接收无线链路质量低于本工作中设定的阈值时，触发切换过程。
- 当 EU 感知到邻居小区的 NDR（即 HCP 值）大于源小区时，启动切换过程。
#### 4. 问题建模与小区选择
所有从服务小区接收无线链路的 EU 都可以测量 RSRP。任意强度单位（ASU）是与手机测量的 RSRP 成比例的整数值，是 RSRP 的测量映射。EU 的性能始终取决于无线链路的质量，根据 RSRP 为所有 EU 固定 NDR。
在切换管理问题建模中使用 HCP 进行定量处理，可通过以下步骤应用数学和统计工具来分析和优化切换过程：
1. **定义问题**：首先要明确需要解决的问题，例如计算 HCP 值以最小化切换延迟或最大化网络容量。
2. **数据收集**：收集 HCP 相关数据，如 ASU 和 NDR，这些数据可以从每个 EU 获取。
3. **数据分析**：使用统计方法（如二次抛物线回归）分析收集的数据，帮助识别数据中的模式和趋势，了解切换控制参数与网络性能之间的关系。基于数据集，使用二次抛物线回归方法预测 NDR。ASU 是独立值，NDR 是依赖值，根据 ASU 估计 NDR。考虑 ASU 的最小值、平均值和最大值来预测 NDR，最后将预测 NDR 的平均值作为 HCP 值，并基于此值完成网络选择过程。
4. **验证**：通过模拟验证 HCP，确保其能实现预期的网络性能提升。
当 EU 改变位置时，会根据切换触发过程的两个条件启动小区重选过程。EU 会收集邻居小区的 HCP 值，根据 HCP 值选择得分最高的服务提供商作为切换的目标小区。例如，表 3 展示了 EU 为网络重选过程接收到的 HCP 值，EU 感知到五个邻居小区，评估它们的测量报告后，选择得分最高的小区进行切换，这里 S2（小小区）是性能最好的小区，EU 选择 S2 作为目标小区。
| Cells | M1 | M2 | S1 | S2 | S3 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ----
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