申请/专利权人：北京理工大学;北京理工大学长三角研究院(嘉兴)

申请日：2021-12-13

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN114222335B

主分类号：H04W36/00

分类号：H04W36/00;H04W36/08;H04W36/30;H04L41/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2022.04.08#实质审查的生效;2022.03.22#公开

摘要：本发明公开的一种基于泊松簇过程的地面小区间切换概率预测方法，属于移动通信切换分析领域。本发明实现方法为：通过结合修正RWP模型以及泊松簇过程基站建模方式，以下行链路接受信号强度作为切换标准，建立基于泊松簇过程的地面小区间切换概率预测分析模型，通过所述分析模型实现基于泊松簇过程的地面小区间切换概率预测。本发明通过在传统RWP用户移动模型每次迭代过程中，对用户的移动距离以固定概率进行扩展，提高用户在边缘区域的覆盖范围；通过λ系数对下行链路接收信号强度进行近似圆解表示，提高基于泊松簇过程的地面小区间切换概率分析效率。本发明能够减少不必要的切换请求，降低网络资源消耗，获取最优的建站分布密度和基站位置部署方案。

主权项：1.一种基于泊松簇过程的地面小区间切换概率预测方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、建立用户移动模型及基站分布模型；步骤一实现方法为，将切换概率分为切换出发概率，以及用户在小区内的停驻时间小于目标时间的概率；设定用户移动模型；用户移动模型通过{Xk-1,Xk,Vk,Sk}k∈K表示，其中k代表第k次移动，Xk-1代表起始位置，Xk代表目标位置，Vk表示移动速度，Sk表示在目标位置的停驻时间；通过下行链路接收信号强度作为发起或终止切换的标准，下行链路接收信号强度通过公式1表示，其中RSSmdm,r＝RSSsds,r表示用户接收信号强度在此处与隶属于不同层的基站m，基站s相等；以用户的移动轨迹和下行链路信号强度圆解是否相交作为切换发起请求的基准；在用户再发起切换请求后，以用户在小区内的停驻时间是否小于设定时间作为切换成功与否的判定条件；对基于泊松簇过程的地面小区间切换进行分析；Β＝{x,y∈R2|RSSmdm,r＝RSSsds,r}1步骤二、以λu为密度在一定区域内随机撒点，并选择距离起始位置最近的点作为目标点；如下式所示： 通过对每次移动进行延伸，以αi概率对每次移动进行长度为z的延伸，z的概率密度函数为： 通过式23，对用户移动的距离进行不改变方向，对用户的移动距离以固定概率进行扩展；步骤三、通过λ系数对下行链路接收信号强度进行近似圆解表示，提高基于泊松簇过程的地面小区间切换概率分析效率；步骤三实现方法为，宏基站位于原点，微基站位于xid,0处；则一个位于x,y∈R2的特定用户而言，其所能接收到的距离宏基站和微基站下行链路信号强度相等的位置表示为： 将带入上式得： 其中其中，γs表示基站s处的小区扩张指数，Ps为基站发送信号增益，Gs为基站接收信号增益，As为传播指数，为一常量；ηs则是路径损耗；基站m的参数与基站s相对应，即Pm为基站发送信号增益，Gm为基站接收信号增益，Am为传播指数，为一常量；ηm则是路径损耗；定义得到f的近似表达式其中λ为待优化参数；采用最小均方误差法对λ进行优化，如下式6： 将上式6转化为极坐标形式通过最小化均方误差得到λ的最优值： 得到ERB圆解的表达式为： 步骤四、计算基于泊松簇过程的基站间的距离分布以及均值，得到服从泊松簇分布的基站间距离的闭式解；步骤五、基于步骤一的系统模型设计，可得Β＝{x,y∈R2|RSSmdm,r＝RSSsds,r}，即得到用户在不同基站的边界，下行信号接收强度相等的边界点；然后通过步骤三所述的近似圆解计算方法，将步骤一所得的表达式转化为得到下行接收信号的近似圆解表达式，依据步骤四的基站间平均距离，得到通信热点区域的切换率、切换失败率、乒乓率分析表达式，并计算切换率，切换失败率以及乒乓率；采用泊松点过程对基站分布进行建模，使得基站的分布包含随机性；同时针对通信热点区域用户及小基站呈现簇分布的特性，通过泊松簇过程对基站位置进行建模，引入热点区域的基站分布的相关性；在上述基站建模基础上得到相对应的概率密度函数和累积分布函数，通过零阶贝塞尔函数进行指数表示以及对复杂的多层积分进行化简，得到各层基站间平均距离的概率密度函数和累积分布函数的解析表达式，并得到基站间平均距离的表达式；基于所述基站间平均距离的表达式计算服从泊松点过程和簇过程分布的基站间的距离分布以及均值，得到服从泊松点过程和簇过程分布的基站间距离的闭式解；针对通信热点区域用户及小基站呈现簇分布的特性，通过泊松簇过程对基站位置进行建模，符合泊松簇过程的基站位置模型如公式所示；式中Φc为服从泊松簇过程的点的集合，Φpc代表父节点服从集合，代表子节点过程；结合服从泊松点过程的基站分布模型和服从泊松簇过程的基站分布模型，得到从服从泊松点过程的任一基站到服从泊松簇过程的典型基站的平均距离为RS2S；当目标基站所处位置为热点通信区域中心时，用户从服从泊松点过程分布的基站覆盖区域切换到服从泊松簇过程且围绕通信热点x0的基站覆盖区域时，其平均距离值的概率密度函数表示为： 其中x0＝x1,x2代表通信热点的坐标，σ为基站分布的方差；通过零阶贝塞尔函数对进行指数表示，并且对包含的多层积分进行化简，得到RS2S的概率密度函数和累积分布函数的解析表达式；已知簇中心坐标和通信热点的坐标相同为x0＝x1,x2，则根据条件分布的表达式以及式9得： 通过将直角坐标转化为极坐标形式，将式5转化为： 目标基站位于原点且与待切换基站处于同一水平线，则两者间的距离可以表示为其概率密度函数表示为将极坐标的公式和带入并进行化简得： 通过对θ进行化简，则得到的边缘分布函数并可表示为则式12化简为如下式13所示： 因w0服从瑞丽分布，其概率密度函数表示为根据第一类贝塞尔函数的表达式14： 将式14代入式13并进行化简得： 因此，关于RS2S的条件分布的概率密度函数和累积分布函数表示为： 对RS2S的概率密度函数进行积分，即得到RS2S的平均值，即得到服从泊松点过程和簇过程分布的基站间的距离均值如下式17所示： 其中如式14所示，而w0服从瑞丽分布，其概率密度函数表示为为了得到式17的理论解析解，需要进行三次积分计算；通过采用针对贝塞尔函数的化简方法，通过指数函数和的形式对第一类零阶贝塞尔函数进行表示；如下式18所示： 将式18带入17，得化简后的两层积分表达形式： 运用分部积分的方法，对Fw0进行积分计算，化简第一层积分，其表达式为： 考虑到 对Fw0取上界得到FUw0，并带入式21，得： 每次成功完成的切换，都是由两部分构成，用户的移动轨迹与ERB圆相交，触发切换；由用户在ERB圆内的停驻时间判定此次触发是否成功；根据修正的用户移动模型可知，每次移动轨迹视为一段线段，为Lk＝Xk-1,Xk+αiz，如果在每次移动中，用户距离最近的基站距离小于基站间平均距离则判定发生一次切换触发时间，则每次用户的移动触发的切换发生的概率为： 其中fLk代表用移动轨迹方程的概率密度函数，而用户能够和ERB圆解进行相交的区域则是用户移动周围的两侧，其面积表示为2LkRi，而因为Lk和Ri彼此相互独立；式23化简为： 通过对式24进行求均值得到设定在预设区域内的基站数目为固定值N，用户移动速度为V，则切换触发概率为： 对于用户存在于小区内的停驻时间，得到对于半径为Rc的ERB圆，与其相交的轨迹均值为通过将Rc替换为得到平均停驻时间为： 考虑的累积分布函数，用户在小区间的停驻时间大于T的概率为 切换失败率表示成功发起切换后，因在小区内的停驻时间未达到预定时间，即离开进入其他小区，导致切换失败；切换失败率的表达形式为表示用户在待切换小区和原小区内的下行信号接收强度的比值，作为切换失败判定的条件；切换失败率的表达式28如下所示： 切换失败触发概率为将其带入式15得： 乒乓率指在一定区域里因两基站信号强度剧烈变化，用户在成功触发切换之后，又回到原小区内的概率；具体表达式如下：Hp＝Ht×PS≤TP-PS≤T30基于式14及16得乒乓率：

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