UE基于传感器技术增强通信性能技术研究

朱鹏飞 雷超

西安中兴新软件有限责任公司 陕西 西安 710114

摘要随着传感器技术的发展，越来越多的传感器被应用于移动终端，使得利用传感器技术自动识别电梯、高铁和地铁等特殊场景成为可能。移动终端识别到特殊场景后，自动匹配优化的通信协议策略，可以达到有效提升无线通信性能的目的。本文对基于传感器技术可识别的移动通信特殊场景进行了梳理，并对每种场景具体实现进行了深入讨论。

关键词传感器，移动网络、通信性能

1、背景

一方面随着传感器技术的发展，越来越多的传感器技术被应用于智能手机、智能手表和智能手环等移动终端设备（UE），目前主流的UE都会集成一种或多种传感器。基于这些传感器实现各种特色功能，如基于光线传感器技术实现屏幕亮度自动调节功能、基于距离传感器技术实现接听电话自动亮灭屏功能、基于加速传感器实现运动计步、摇一摇功能。

另一方面以在线游戏、视频直播等为代表的新应用越来越多,这些应用对UE无线通信性能也提出了更高的要求，随时随地提供高速、低时延和高可靠的网络连接成为影响用户体验的关键因素。目前高速、低时延和高可靠的5G网络覆盖还不完善，特别是当UE处于电梯、地铁和高铁等这些复杂场景时，需要UE及时启动对应的通信性能优化方案，使其尽可能驻留到高等级网络，从而达到提升用户体验的目的。

UE准确、及时识别复杂场景成为提升通信性能的关键。基于加速传感器技术自动识别电梯、高铁和地铁等复杂场景成为UE提升无线通信性能的重要研究方向。

加速度传感器可实现对其三维加速度进行检测，加速度传感器返回X、Y、Z三轴的加速数值。

各种状态下加速传感器输出数据如下

终端静止状态,X默认=0，Y默认=0，Z默认=9.81

终端匀速移动状态，X=0，Y=0，Z=9.81

终端水平加速状态，X>0或Y>0，Z=9.81

终端水平减速状态，X<0或Y<0，Z=9.81

终端失重状态，X=0，Y=0，Z<9.81

终端超重时，X=0，Y=0，Z>9.81

当终端水平移动时，从静止状态到移动状态或从移动状态到静止状态，Z轴数据不变化，X轴或Y轴数据会出现变化，X轴或Y轴数值超过门限并持续一段时间即认为终端进入水平移动状态。当UE垂直移动时，从静止进入失重/超重状态，X轴和Y轴数据无变化，Z轴数据小于9.81门限或大于9.81门限并持续一段时间时即认为UE处于下行或上行移动状态。

3、场景应用

电梯、高铁和地铁区域都属于移动通信需要特殊设计的复杂场景，具有网络覆盖成本高、切换频繁、信号干扰强的特点，UE处于这些场景时经常出现信号差、掉网或掉话；通话断续或无声；视频、游戏卡顿等问题。为提升移动用户的整体通信体验，UE针对这些复杂场景专门制定了相应的通信协议优化方案，及电梯模式、高铁模式和地铁模式。

3.1电梯场景

UE进入电梯后经常出现无信号掉网或注册低等级网络，出电梯后无法快速返回高等级网络的问题。通过加速传感器感知电梯运行过程的加速数据特征，可以准备判断终端出电梯的时间，启动电梯模式快速找网和重选流程，有效解决UE第一时间没有返回高等级网络的痛点。

UE从进入电梯到出电梯过程加速传感器数据的变化情况如下。移动用户乘坐电梯上楼时，电梯启动阶段，加速传感器产生超重事件，电梯运行过程中产生稳定事件，电梯即将到达楼层阶段产生失重事件，出电梯阶段产生水平加速事件。下楼过程与上楼过程相反。经过测试，普通电梯场景加速传感器Z轴数据在9.24到10.45之间，如下图所示。

电梯场景下基于加速传感器判断终端位置逻辑如下。

S1:掉网或低等级网络

C1

S2:超重/失重事件

C2

S3:稳定状态

C3

S4:超重/失重事件

C4

S5:稳定状态

C5

S6:水平加速事件

C6

S7:驻留高等级网络

步骤说明：

S1：UE进入电梯，发生掉网或注册低等级网络；

C1：启动监测加速传感器状态；

S2：加速传感器上报超重或失重状态，电梯启动；

C2：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S3：加速传感器上报稳定状态，电梯运行中；

C3：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S4：加速传感器上报失重或超重状态，电梯即将到达；

C4：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S5：加速传感器上报稳定状态，电梯停止；

C5：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S6：加速传感器上报水平加速状态，UE出电梯；

C6：启动电梯模式快速找网流程；

C7：UE驻留高等级网络，关闭监测加速传感器状态。

3.2高铁场景

处于高铁环境时UE会出现多普勒频移，从而导致无线信道估计和信号检测的精度下降产生掉话、掉网、断网等问题。有多种算法可以消除多普勒频移，其基本思想都是对频偏频移进行补偿矫正。通过加速传感器感知高铁的运行过程可以准确判断高铁的运行状态，启动或关闭高铁模式，从而避免没有及时启动高铁模式的问题。

UE进入高铁到出高铁过程中加速传感器上报的事件来判断高铁所处状态。UE在列车启动阶段加速传感器产生水平方向加速事件（正值），进站阶段加速传感器产生水平方向加速事件（负值）。高铁场景下基于加速传感器判断终端状态逻辑如下。

S1:驻留高铁网络

C1

S2:水平加速事件（正值）

C2

S3:稳定状态

C3

S4:水平加速事件（负值）

C4

S5:稳定状态

C5

S6:驻留正常网络

步骤说明：

S1：UE进入高铁、驻留高铁网络；

C1：启动监测加速传感器状态；

S2：加速传感器上报水平加速事件（正值），高铁启动；

C2：启动高铁模式、继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S3：加速传感器上报稳定状态，高铁运行中；

C3：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S4：加速传感器上报水平加速事件（负值），高铁进站；

C4：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S5：加速传感器上报稳定状态，高铁到站；

C5：关闭高铁模式；

S6：驻留正常网络。

3.3地铁场景

处于地铁环境时移动用户经常遇到在隧道内5G网络覆盖弱导致UE注册低等级网络，到站后进入5G网络覆盖区域无法返回5G高速网络问题。通过加速传感器可以准确判断车辆所处于位置，当UE进站阶段，启动地铁模式快速返回到5G网络。

UE在地铁移动过程中加速传感器事件来判断地铁所处状态。UE进入地铁场景时，加速传感器处于稳定状态，当地铁车辆启动时产生水平加速度为正值事件，车辆运行阶段加速传感器重新进入稳定状态，车辆进站阶段加速传感器产生水平加速率为负值。地铁场景下基于加速传感器判断终端状态逻辑如下。

S1:驻留低等级网络

S2:水平加速事件（正值）

S3:稳定状态

S4:水平加速事件（负值）

C1

C2

C3

S5:稳定状态

C4

S6:驻留高等级网络

C5

步骤说明：：

S1：UE驻留低等级网络；

C1：启动监测加速传感器状态；

S2：加速传感器上报水平加速事件（正值），地铁启动；

C2：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S3：加速传感器上报稳定状态，地铁运行阶段；

C3：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S4：加速传感器上报水平加速事件（负值），地铁即将进站；

C4：继续监测加速传感器状态，状态改变上报；

S5：加速传感器上报稳定状态，地铁到站；

C5：启动快速返回高等级网络策略；

S6：成功驻留高等级网络。

4、结束语

利用传感器技术识别电梯、高铁和地铁等复杂场景，针对特殊场景进行通信性能优化，可以有效解决UE在复杂场景时的无线连接通信性能差的问题，是提升移动用户通信体验的重要手段。未来随着传感器技术的提升以及更多的传感器用于UE，传感器技术可识别的场景越来越丰富，识别精度原来越高。基于传感器技术提升UE通信性能将成为重要的研究方向。