A Study on LTE Handover in Heterogeneous Network based on NS-3

Abstract

This dissertation proposes a new algorithm for handovers (HO) of mobile user equipments (UE) moving between one service cell to another cell in a long term evolution (LTE) heterogeneous network. Handover occurs more frequently in a heterogeneous network, which includes a mix of different cells, than in a conventional macro cell-based homogeneous network. In particular, ping-pong effect, which switches between two cells repeatedly in a short period, and handover failure, i.e. handover-related radio link failure, are common for UEs. These events increase service interruption and cause poor transmission. Adaptive algorithms that dynamically change handover control parameters such as hysteresis and Time-To-Trigger (TTT) for solving the problems mentioned above are currently being discussed. This dissertation proposes a HO algorithm that determines the base station under the condition the handover failure and ping-pong effect taking place is highly probable, while utilizing the information received from the ping-pong HO, location of evolved Node B (eNB) and UE, and UE speed. Assuming that the Signal-To-Interference plus Noise Ratio (SINR) is first measured by the UE, the channel quality indicator (CQI) is then calculated by the SINR. The base station will be determined by comparing distances from the location information received when eNB uses CQI and ping-pong HO is highly likely. Once the base station recognizes the ping-pong HO taking place, the distance offset will be applied when connecting to a serving cell. Additional UE speed-dependent offset is also applied to the hysteresis when HO failure is probable. The purpose of this algorithm is to reduce the handover failure rate and frequency of ping-pong HOs. The simulation results were compared among the implementation of conventional LTE, adpative and proposed HO algorithms through the NS-3 simulator. The results show that the proposed algorithm reduces the ping-pong rate and HO failure rate compared to the other two algorithms. This dissertation demonstrates that the proposed algorithm will ensure uninterrupted mobility of UEs and provide better service quality.|본 논문에서는 LTE (Long Term Evolution) 이종 망 환경에서 단말이 현재 서비스 받고 있는 셀에서 다른 셀로 이동하는 핸드오버에 대한 새로운 알고리즘을 제안한다. 여러 종류의 셀들이 혼재되어 있는 이종 망에서의 단말은 기존 매크로 셀 기반의 동종 망보다 핸드오버가 더 많이 그리고 빈번하게 발생한다. 특히 단말은 짧은 시간에 두 기지국 사이를 번갈아가면서 연결하는 핑퐁 현상이나 핸드오버 하는 과정에서 무선 링크 실패가 발생하는 핸드오버 실패를 경험하게 된다. 이는 서비스 중단 시간의 증가로 인해 전송 성능 저하를 야기하게 된다. 이런 문제점을 해결하기 위한 방법으로 동적으로 히스테리시스나 TTT (Time-To-Trigger)와 같은 핸드오버 제어 파라미터를 변경하는 적응형 알고리즘들이 이야기되고 있다. 본 논문에서 제안하는 핸드오버 알고리즘은 핑퐁과 핸드오버 실패가 발생할 확률이 높은 조건, 핑퐁 발생 정보, 기지국과 단말의 위치 정보, 그리고 단말의 속도 정보를 이용하여 기지국을 결정한다. 우선, 단말이 SINR (Signal-To-Interference plus Noise Ratio)를 측정하고, SINR 기반으로 CQI (Channel Quality Indicator)를 결정하는 것으로 가정한다. 기지국은 CQI를 가지고 핑퐁이 발생할 확률이 높은 조건을 확인하여, 위치 정보를 이용한 거리 비교를 통해 기지국을 결정한다. 기지국에서 단말의 핑퐁이 확인되면, 서빙 셀로 연결되도록 거리 오프셋을 적용한다. 그리고 기지국은 핸드오버 실패할 확률이 높은 조건을 확인하여, 히스테리시스에 추가적인 오프셋을 속도에 따라 적용한다. 제안하는 알고리즘은 핑퐁 발생률과 핸드오버 실패율을 감소시키는 것을 목표로 한다. 논문에서는 기존의 LTE 핸드오버 기법과 적응형 기법 그리고, 제안하는 기법을 NS-3 시뮬레이션을 통해 구현하고 비교하였다. 시뮬레이션에서 제안하는 기법은 기존 LTE 핸드오버 알고리즘과 적응형 알고리즘 대비 핑퐁 발생률을 감소시키며, 핸드오버 실패율도 감소시키는 것을 보여주었다. 따라서 본 논문은 제안하는 기법이 단말의 끊김 없는 이동성을 보장하며 더 나은 서비스 품질을 제공할 것이라고 주장한다.