專利名稱：寬帶無線多媒體系統中大小基站的非對稱無縫切換方法
技術領域：
本發明屬于無線通信領域，給出了一種用于寬帶無線多媒體系統的大小基站之間 進行無縫切換的方法，該方法基于大小基站模式，屬于非對稱式無縫切換，可以保證廣播業 務服務質量的連續性，提高無線資源利用率。該方法適用于存在大基站邊緣區域或中心盲 區的大小基站模式寬帶無線多媒體系統。
背景技術：
隨著寬帶無線多媒體業務需求的不斷增長，人們希望無線網絡可以提供更高的 數據速率和更優的服務質量，這對無線通信系統提出了更高的要求，但是無線通信系統 可用的頻譜資源是有限的，因此要提高無線通信系統的頻譜利用率。寬帶無線多媒體 (Broadband Wireless Multimedia ；簡稱為BWM)系統的大小基站模式是廣播與通信融合 最為直觀的方式，是廣播網和蜂窩網的網絡融合。在提高系統吞吐量和滿足業務服務質量 要求下的大小基站之間無縫切換的研究得到了廣泛關注。由于在大小基站模式中主要采用廣播大基站的點到多點方式為用戶提供廣播業 務，而采用蜂窩小基站的點到點方式實現單播業務，可以提高系統的無線資源利用率。但是 當采用廣播大基站的點到多點方式不能滿足廣播業務的服務質量要求時，如在大基站的邊 緣區域或中心盲區，就需要無縫切換到蜂窩小基站采用點到點的方式實現廣播業務，從而 保證廣播業務服務質量的連續性。目前給出的無線切換方法都是蜂窩小基站之間的越區切換，沒有考慮大小基站的 重疊組網及其覆蓋范圍差異對無線切換效用和效率的影響。同時，對大小基站無縫切換的 研究沒有考慮其點到多點和點到點的不同方式，廣播業務的服務質量沒有保證且無線資源 利用率低。如果在大小基站的無縫切換時，綜合考慮廣播業務的服務質量和系統資源利用 率，盡量采用大基站的點到多點方式來實現廣播業務，則可以有效地提高無線資源利用率， 從而提高整個系統的吞吐量，使得寬帶無線多媒體系統可以適應無線網絡寬帶化的要求， 支持更高的移動速率，支持更優的寬帶無線多媒體業務服務。隨著寬帶無線多媒體技術的發展，基于廣播與通信融合的寬帶無線多媒體系統的 大小基站模式應運而生，可以充分利用現有的無線網絡資源為用戶提供寬帶無線多媒體業 務服務。與蜂窩小基站相比，廣播大基站具有較大的發射功率而產生較大的覆蓋范圍。因 此，在大小基站模式中一個廣播大基站服務區域范圍內同時覆蓋著多個蜂窩小基站的蜂窩 小區。廣播大基站采用點到多點的方式實現廣播業務，而蜂窩小基站采用點到點的方式實 現單播業務。但在如何解決大小基站之間的無縫切換問題上還有待進一步研究。現有的無線切 換方法都是適用于具有相同覆蓋范圍和點到點方式蜂窩小基站之間的對稱式切換，在不同 的基站之間采用同樣的切換判決方法，沒有考慮與具有不同覆蓋范圍和點到多點方式廣播 大基站之間切換而造成的廣播業務服務質量和系統資源利用的變化。目前還沒有研究給出 在大小基站模式中進行大小基站之間無縫切換的非對稱式方法，而且這種在大小基站之間采用不同的切換判決方法來保證廣播業務服務質量連續性的無縫切換方法的研究目前在 國內外尚屬空白
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于寬帶無線多媒體系統的大小基站的非對稱無縫 切換方法。本發明實時監測用戶接收的廣播大基站信號強度，當其不能滿足廣播業務的服 務質量時，就切換到蜂窩小基站為用戶提供廣播服務；一旦廣播大基站的廣播業務服務質 量恢復正常，就由小基站切換回到大基站，從而保證廣播業務服務質量的連續性，并綜合考 慮切換時延和乒乓效應來研究最優無縫切換算法，滿足廣播業務服務質量要求的同時最大 化無線資源利用率。本發明提供的大小基站的非對稱無縫切換方法，包括判決切換活躍區域在寬帶無線多媒體系統的大小基站模式中，實時測量用戶接 收的大基站信號強度，并與設定的切換活躍閾值進行比較，以判決其進入大基站的切換活 躍區域而進行大小基站之間的無縫切換；從廣播大基站向蜂窩小基站切換根據切換時延采用預觸發的方法完成從大基站 到小基站的無縫切換，保證用戶在大基站的有效切換閾值進行準確切換和提高無線資源利 用率；從蜂窩小基站向廣播大基站切換基于廣播業務服務質量的切換門限進行判決執 行從小基站到大基站的無縫切換，防止乒乓效應和減少不必要的切換，保證用戶從小基站 切換回到大基站時廣播業務的服務質量。本發明提供的無縫切換方法為非對稱式切換，在大小基站之間進行廣播業務的無 縫切換。本發明提供的廣播大基站點到多點方式和小基站點到點方式根據用戶接收的大基 站信號強度進行動態選擇來實現廣播業務，可以保證廣播業務服務質量的連續性，提高無 線資源利用率。本發明提供的大小基站的非對稱無縫切換方法綜合考慮切換時延和乒乓效 應的影響，在滿足廣播業務服務質量要求下使大小基站模式的系統資源利用率達到最佳。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發 明的具體實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根 據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為寬帶無線多媒體系統大小基站模式的應用場景示意圖；圖2為本發明實施例的大小基站之間的切換場景示意圖；圖3為本發明實施例提供的廣播大基站向蜂窩小基站切換方法的流程圖；圖4為本發明實施例提供的蜂窩小基站向廣播大基站切換方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍圖1為寬帶無線多媒體系統大小基站模式的應用場景示意圖。在圖1所示應用場 景中，一個廣播大基站服務區域范圍內同時覆蓋著多個蜂窩小基站的蜂窩小區。主要由廣 播大基站采用點到多點的方式實現廣播業務，而由蜂窩小基站采用點到點的方式實現單播 業務。在這種大小基站混合覆蓋模式下，如果在大小基站之間進行無縫切換，需要考慮無縫 切換執行判決的閾值。本發明給出了一種大小基站的非對稱無縫切換方法。以圖1給出的應用場景為基 礎，當采用廣播大基站的點到多點方式不能滿足用戶的廣播業務服務質量要求時，則根據 接收的大基站信號強度將用戶無縫切換到蜂窩小基站采用點到點方式來實現廣播業務。一 旦廣播大基站為用戶提供的廣播業務服務質量恢復正常，就立即由蜂窩小基站切換回到廣 播大基站。大小基站的非對稱無縫切換方法的具體實施方式
包括步驟1，判決切換活躍區域在寬帶無線多媒體系統的大小基站模式中，實時測量 用戶接收的大基站信號強度，并與設定的切換活躍閾值進行比較，以判決其進入大基站的 切換活躍區域而進行大小基站之間的無縫切換；由于每個用戶的小區環境和業務需求不同，則設定的切換活躍閾值不同。圖2為 本發明實施例的大小基站之間的切換場景示意圖。如圖2所示，假設用戶的切換活躍區域， 并設定有效切換閾值Teht、切換活躍閾值That和切換觸發閾值Thtt，依此類推，系統內的所有 大基站邊緣區域和中心盲區都存在著切換活躍區域，其區域范圍大小可以不相同。根據用 戶接收的大基站信號強度，在大小基站之間進行廣播業務的無縫切換。本實施例的步驟1具體包括步驟11，根據廣播控制信道通告給用戶的有效切換閾值Teht和活躍指數Pah進行估 算，獲取切換活躍閾值That;在本實施例中，假設用戶的有效切換閾值Teht和活躍指數Pah的參數取值都是在無 線網絡層規劃時由網絡操作的上層而決定，并且均由廣播控制信道來通告給各用戶。切換 活躍閾值That是用戶在切換活躍區域中所接收到的最大的大基站信號強度。因此，獲取切 換活躍閾值That可以表示為公式(1)That = TEHT+PAH (1)其中，Teht是采用廣播大基站的點到多點方式來滿足廣播業務服務質量時所需要 接收到的最小的大基站信號強度；Pah是決定切換活躍區域大小的活躍指數，對于某個用戶 來說是一個固定的數值，但對于處于不同小區的不同環境中的用戶來說又是不同的取值， 例如在步行區域的取值就會很小，而在車行區域的取值就會很大。步驟12，將獲取的切換活躍閾值That與接收到的大基站信號強度進行比較而判決 切換活躍區域。若比較結果為信號強度的測量值大于切換活躍閾值That，則證明尚未進入切換活 躍區域，需要繼續實時監測用戶接收到的大基站信號強度的變化進行下一次判決。否則，就 判決其進入大基站的切換活躍區域而進行大小基站之間的無縫切換。步驟2，從廣播大基站向蜂窩小基站切換根據切換時延采用預觸發的方法完成從大基站到小基站的無縫切換，保證用戶在大基站的有效切換閾值進行準確切換和提高無 線資源利用率；圖3為本發明實施例提供的廣播大基站向蜂窩小基站切換方法的流程圖。如圖3 所示，首先將用戶接收的大基站信號強度與切換活躍閾值That進行比較，若不大于則判決進 入切換活躍區域；然后再進一步將用戶接收的大基站信號強度與切換觸發閾值Thtt進行比 較，若不大于則執行切換預觸發，并在有效切換閾值Teht完成大基站到小基站的準確切換。本實施例的步驟2具體 包括步驟21，通過對大基站信號強度變化速度Pak和切換時延τ的測量估算而獲取預 觸發因數值Ρρρ，再結合有效切換閾值Teht進行計算，獲取切換觸發閾值Thtt ；在本實施例中，由于用戶從大基站向小基站進行切換時會受到網關的負載影響而 存在一定的延遲，則要保證用戶在有效切換閾值Teht進行準確切換，就需要提前在切換觸發 閾值Thtt執行觸發。因此，獲取切換觸發閾值Thtt可以表示為公式(2):Thtt = ΤΕΗΤ+ΡΡΡ (2)其中，Ppp為預觸發因數值，是切換觸發閾值Thtt和有效切換閾值Teht之間的差值。進一步，通過用戶對大基站信號強度進行持續性的測量而估算出其變化速度Pak， 再結合切換延遲τ進行計算，則獲取預觸發因數值Ppp可以表示為公式(3)Ppp = PaeX τ(3)其中，Pak是大基站信號強度的變化速度，由用戶在一定周期內對大基站信號強度 的平均測量而獲取；τ是切換延遲時間，可以通過基站周期性的測量并由下行控制信道廣 播給用戶。再進一步，由于對大基站信號強度進行周期性的平均測量可以防止信道快衰落的 影響而顯著提升性能，但是因為短時間的存在會造成對Pak的計算產生延遲，所以這個周期 時間的長短應該在性能和時延之間進行折中考慮。一般選擇200ms為一個短周期，五個短 周期再組成一個長周期，在Is的長周期的時間內對Pak進行測量。因此，獲取大基站信號強 度的變化速度Pak可以表示為公式(4)
(4)
)i=0 ii + i — Ii其中，ti+1-ti = 200ms為一個測量周期，Pi和Pi+1分別為大基站在、和ti+1時刻的 信號強度。步驟22，將獲取的切換觸發閾值Thtt與接收到的大基站信號強度進行比較而判決 從廣播大基站向蜂窩小基站切換觸發。若比較結果為信號強度的測量值大于切換觸發閾值Thtt，則證明尚未達到切換觸 發狀態，需要繼續實時監測用戶接收到的大基站信號強度的變化進行下一次判決。否則，就 在切換觸發閾值Thtt開始進行切換觸發，并在有效切換閾值Teht執行從廣播大基站到蜂窩 小基站的準確切換。但是，如果在估算完預觸發因數值Ppp之后大基站信號強度的測量值又大于切換 活躍閾值THAT，則要重新判決用戶進入大基站的切換活躍區域。步驟3，從蜂窩小基站向廣播大基站切換基于廣播業務服務質量的切換門限進行判決執行從小基站到大基站的無縫切換，防止乒乓效應和減少不必要的切換，保證用戶 從小基站切換回到大基站時廣播業務的服務質量。圖4為本發明實施例提供的蜂窩小基站向廣播大基站切換方法的流程圖。如圖4 所示，將用戶接收的大基站信號強度直接與切換活躍閾值That進行比較，若不小于則判決執 行切換，并在切換活躍閾值That進行小基站到大基站的無縫切換。本實施例的步驟3具體 為將獲取的切換活躍閾值That作為切換門限與接收到的 大基站信號強度進行比較而判決從蜂窩小基站向廣播大基站切換執行。若比較結果為信號強度的測量值小于切換活躍閾值That，則證明仍處于切換活躍 區域，需要繼續實時監測用戶接收到的大基站信號強度的變化進行下一次判決。否則，就在 切換活躍閾值That執行切換，完成從蜂窩小基站到廣播大基站的無縫切換。本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序 在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然 可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精 神和范圍。
權利要求
一種用于寬帶無線多媒體系統的大小基站的非對稱無縫切換方法，其特征在于，包括判決切換活躍區域在寬帶無線多媒體系統的大小基站模式中，實時測量用戶接收的大基站信號強度，并與設定的切換活躍閾值進行比較，以判決其進入大基站的切換活躍區域而進行大小基站之間的無縫切換；從廣播大基站向蜂窩小基站切換根據切換時延采用預觸發的方法實現從大基站到小基站的無縫切換，保證用戶在大基站的有效切換閾值進行準確切換和提高無線資源利用率；從蜂窩小基站向廣播大基站切換基于廣播業務服務質量的切換門限進行判決執行從小基站到大基站的無縫切換，防止乒乓效應和減少不必要的切換，保證用戶從小基站切換回到大基站時廣播業務的服務質量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，判決切換活躍區域包括根據廣播控制信道通告給用戶的有效切換閾值Teht和活躍指數Pah進行估算，獲取切換 活躍閾值That ；將獲取的切換活躍閾值That與接收到的大基站信號強度進行比較而判決切換活躍區域。
3.根據權利要求2所述方法，其特征在于，根據廣播控制信道通告給用戶的有效切換 閾值Teht和活躍指數Pah進行估算，獲取切換活躍閾值That具體為That — Teht+PAh其中，Teht為有效切換閾值； Pah為活躍指數； That為切換活躍閾值。
4.根據權利要求2所述方法，其特征在于，將獲取的切換活躍閾值That與接收到的大基 站信號強度進行比較而判決切換活躍區域，包括若大基站信號強度的測量值大于切換活躍閾值THAT，則證明尚未進入切換活躍區域，需 要繼續實時監測用戶接收到的大基站信號強度的變化進行下一次判決；若大基站信號強度的測量值小于或等于切換活躍閾值ΤΗΑΤ，就判決其進入大基站的切 換活躍區域而進行大小基站之間的無縫切換。
5.根據權利要求1所述方法，其特征在于，從廣播大基站向蜂窩小基站切換包括 通過對大基站信號強度變化速度Pak和切換時延τ的測量估算而獲取預觸發因數值Ppp,再結合有效切換閾值Teht進行計算，獲取切換觸發閾值Thtt ；將獲取的切換觸發閾值Thtt與接收到的大基站信號強度進行比較而判決從廣播大基站 向蜂窩小基站切換觸發。
6.根據權利要求5所述方法，其特征在于，通過對大基站信號強度變化速度Pak和切換 時延τ的測量估算而獲取預觸發因數值Ρρρ，再結合有效切換閾值Teht進行計算，獲取切換 觸發閾值Thtt具體為THTT — TEHT+PPP其中，Teht為有效切換閾值； Ppp為預觸發因數值；Thtt為切換觸發閾值。
7.根據權利要求6所述方法，其特征在于，通過用戶對大基站信號強度進行持續性的 測量而估算出其變化速度Pak，再結合切換延遲τ進行計算，獲取預觸發因數值Ppp具體為Ppp — PaeX τ其中，Pak為大基站信號強度的變化速度； τ為切換延遲時間； Ppp為預觸發因數值。
8.根據權利要求7所述方法，其特征在于，通過對大基站信號強度進行周期性的平均 測量，獲取大基站信號強度的變化速度Pak具體為rAR _ & 乙 t5 i = 0 ij+l — h其中，ti+1-ti = 200ms為一個測量周期；Pi和Pi+1分別為大基站在、和ti+1時刻的信號強度；Pak為大基站信號強度的變化速度。
9.根據權利要求5所述方法，其特征在于，將獲取的切換觸發閾值Thtt與接收到的大基 站信號強度進行比較而判決從廣播大基站向蜂窩小基站切換觸發，包括若大基站信號強度的測量值大于切換觸發閾值Thtt,則證明尚未達到切換觸發狀態，需 要繼續實時監測用戶接收到的大基站信號強度的變化進行下一次判決；若大基站信號強度的測量值小于或等于切換觸發閾值Thtt，就在切換觸發閾值Thtt開始 進行切換觸發，并在有效切換閾值Teht執行從廣播大基站到蜂窩小基站的準確切換；但是，若在估算完預觸發因數值Ppp之后大基站信號強度的測量值又大于切換活躍閾 值ΤΗΑΤ，則要重新判決用戶進入大基站的切換活躍區域。
10.根據權利要求1所述方法，其特征在于，從蜂窩小基站向廣播大基站切換具體為 將獲取的切換活躍閾值為切換門限與接收到的大基站信號強度進行比較而判決從蜂窩小基站向廣播大基站切換執行，包括若大基站信號強度的測量值小于切換活躍閾值τΗΑΤ，則證明仍處于切換活躍區域，需要 繼續實時監測用戶接收到的大基站信號強度的變化進行下一次判決；若大基站信號強度的測量值大于或等于切換活躍閾值That，就在切換活躍閾值That執行 切換，完成從蜂窩小基站到廣播大基站的無縫切換。
全文摘要
本發明提供了一種大小基站的非對稱無縫切換方法，適用于寬帶無線多媒體系統的大小基站模式。在一個廣播大基站服務區域范圍內同時覆蓋著多個蜂窩小基站的蜂窩小區。當采用廣播大基站的點到多點方式不能保證廣播業務的服務質量要求時，就需要無縫切換到所在蜂窩小區的小基站采用點到點方式來實現廣播業務。一旦監測到大基站采用點到多點方式為用戶提供廣播業務的服務質量恢復正常，就馬上由小基站切換回到大基站。可以保證廣播業務服務質量的連續性，提高無線資源利用率。本發明提供的無縫切換方法為非對稱式切換。從廣播大基站切換到蜂窩小基站采用考慮切換時延的預觸發方法，而從蜂窩小基站切換到廣播大基站則是基于廣播業務服務質量的切換門限進行判決。通過綜合考慮切換時延和乒乓效應的影響，在滿足廣播業務服務質量要求下使大小基站模式的系統資源利用率達到最佳。
文檔編號H04W36/08GK101969678SQ201010542538
公開日2011年2月9日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者馮春燕, 張天魁, 曾志民, 汪敏 申請人:北京郵電大學