專利名稱：一種ofdm蜂窩中繼網絡的切換方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法。
背景技術：
隨著寬帶無線通信技術的不斷發展，未來通信網絡對高速率、廣覆蓋和大容量的泛在無線業務的需求日益增大，這不僅需要采用先進的傳輸技術，還需要新的網絡體系結構支持。正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是下一代無線通信系統的關鍵技術，在移動、多徑、衰落環境下OFDM具有很大的技術優勢，它能滿足更快傳輸速率、更好傳輸質量、更高頻譜效率要求。蜂窩中繼網絡是近年來的研究熱點，它通過中繼節點的協作傳輸和資源優化分配能獲得空間分集增益，擴大網絡覆蓋，提高系統容量，增強系統性能。因此，綜合以上兩種關鍵技術的OFDM蜂窩中繼網絡應運而生，并成為一種極具吸引力和競爭力的未來無線通信網絡技術架構方案。以LTE為接入技術的移動通信包含了基站、中繼、終端用戶等節點之間的通信，在移動通信系統中切換是最復雜、最重要的流程之一，它負責讓終端用戶在系統內保持連接的持續性，涉及了多個接入節點的信息交互，并且切換效果的好壞直接影響到為用戶提供的服務質量。切換屬于移動性管理的一部分。最早的移動通信是大區制移動通信系統，在一個很大區域內只有一個基站，因而絕大部分的用戶服務都能保證在一個大區內進行。然而當用戶在兩個大區邊界運動時，就可能無法保證通信的正常進行，并且隨著用戶數目的增加， 原有的頻率資源捉襟見肘，因此為了提高頻率利用率，蜂窩無線通信系統應運而生。由于蜂窩系統中單小區的覆蓋面積比大區制小得多，移動臺在不同小區間運動的概率大大增加， 當移動臺在蜂窩系統的覆蓋范圍內移動時，為保證正在進行業務的連續性，切換的概念產生了。在現有蜂窩移動通信系統的切換場景中，通常由用戶觸發切換，用戶在與當前連接的基站進行通信的同時，周期性的測量當前連接基站以及相鄰小區基站的導頻信號強度，當用戶測量發現當前連接基站的導頻信號強度下降到一定門限值以下，同時相鄰小區中某一小區基站的導頻信號強度上升到一定門限值以上并持續一定時間后，即觸發切換。 切換過程中需要經過用戶、源基站和目標基站間復雜的信息交互和信令傳輸。然而，在蜂窩移動通信系統中引入中繼后，用戶的切換場景將變得更為復雜，除了原有的小區間切換以外還涉及到小區內切換，需要考慮移動終端用戶在何時進行切換以及進行何種類型的切換等問題，作為無線資源管理的重要關鍵技術之一，切換一方面保證了業務的連續性，提高了 QoS，也使得整個系統中的業務請求均勻化，但同時，切換也給系統帶來了更大的開銷，如何減小這些開銷以及如何保證切換時以及切換后的服務質量成為切換研究中的重要課題。在當前的LTE-Advanced移動通信系統標準化進程中，后向兼容性是非常重要的準則，只有通過設計有效的切換方法，才能提高移動通信系統的整體性能
發明內容
(一)要解決的技術問題針對現有技術的缺點，本發明為了解決現有技術中最大切換用戶QoS的方案系統開銷極大的問題，提供了一種OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法，旨在盡可能降低信令開銷的情況下，提高切換用戶的性能。( 二 )技術方案為此，本發明具體地采用如下技術方案進行首先，本發明提供一種OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法，所述方法包括步驟Si，移動臺進行測量，判定是否進行切換，若進行切換，移動臺向該服務小區的基站報告信道質量最好的子信道組合；S2，進行小區內切換接入判定，若該服務小區內存在可接入的候選節點，則執行小區內切換，轉至步驟S5 ；否則，進行小區間切換，繼續執行步驟S3 ；S3，判斷各候選小區中是否存在可接入的候選節點，各候選小區各自獨立返回肯定或否定答復，若全部候選小區均返回否定答復，則切換失敗；否則，繼續執行步驟S4 ；S4，在返回肯定應答的候選小區中，選擇最佳目標接入節點，向該接入節點所在的目標小區發出切換指示；S5，指示移動臺與目標小區獲取同步的物理層操作，在分配的冗余子信道上按約定的“最小”調制編碼方式接受目標接入節點的數據；S6，執行切換其余過程，將移動臺按照新小區的調度規則與原有用戶一起調度，切換完成。優選地，步驟Sl中，所述對移動臺測量具體指根據導頻信道質量的大尺度均值選擇候選接入節點集合并反饋給該服務小區的基站，各候選接入節點所在的小區構成候選小區集合。優選地，步驟Sl中，所述是否進行切換的判定具體為判斷所述服務小區的當前接入鏈路信道質量是否滿足用戶業務QoS需求，若不滿足則進行切換。優選地，步驟Sl中，所述信道質量最好的子信道組合按如下方式確定選擇系統可用調制編碼方式集合中對信干比要求最小的組合作為傳輸方式；根據用戶業務的QoS需求或服務等級約定，計算在已選調制編碼組合下需要的子信道數目；移動臺測量候選接入節點的導頻，獲得各子信道的信道信息；對于候選接入節點，在所有數據子信道內，選取出所需的信道質量最好的子信道， 并按信道質量降序排列出子信道組合。優選地，步驟S2和步驟S3中，所述候選節點分為候選基站節點和候選中繼節點。優選地，按如下方式確定所述候選基站節點能否接入所述候選基站節點所在小區從服務小區的報告中獲知所述信道質量最好的子信道組合；根據所在小區的調度算法和子信道的使用情況，在已知子信道組合中選擇部分信道為新用戶服務，并選擇冗余子信道給候選小區的接入控制；若候選基站不能根據調度算法和可用子信道為新用戶提供服務，則拒絕切換請求。
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優選地，按如下方式確定所述候選中繼節點能否接入所述候選中繼節點所在小區從服務小區的報告中獲知所述信道質量最好的子信道組合以及切換用戶的QoS信息；所在小區的控制基站獲取與所述候選中繼節點之間回程鏈路的各子信道信息，對切換用戶分配回程鏈路資源；如果能找到回程鏈路的子信道向量滿足切換用戶的QoS，則所在小區的控制基站向候選中繼節點發送切換請求和可用子信道組合，中繼節點在可用子信道組合中選擇部分子信道來滿足切換用戶的QoS要求；否則拒絕切換請求。優選地，步驟S4中，所述最佳目標接入節點是指導頻信道質量的大尺度均值最大的應答小區。優選地，步驟S5中，所述“最小”調制編碼方式是指在系統可用調制編碼方式集合中對信干比要求最小的調制編碼組合。優選地，所述小區內切換包含三種形式中繼到中繼的切換、中繼到基站的切換、 基站到中繼的切換；所述的小區間切換包含四種形式基站到基站的切換、中繼到中繼的切換、中繼到基站的切換、基站到中繼的切換。(三)有益效果本發明提供的OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法，只需要反饋部分子信道的編號，減小了系統信息交互和信令傳輸開銷，充分利用中繼這個新的網絡元素，提高切換用戶的性能，增加用戶滿意度。另外，優先小區內切換也可以大大減少信令開銷和節省切換時間。
圖1為本發明中OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法的時序流程圖；圖2為本發明中優選的確定信道質量最好的子信道組合的方法的流程圖；圖3為本發明中優選的判斷基站節點能否提供接入服務的方法的流程圖；圖4為本發明中優選的判斷中繼節點能否提供接入服務的方法的流程圖。
具體實施例方式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的一部分實施例，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的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。針對LTE-Advanced Type I中繼系統的特點，本發明提出了一種適用于OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法，旨在盡可能降低信令開銷的情況下，提高切換用戶的性能。對于最大切換用戶QoS的方案，需要反饋所有子信道的信道信息，而本發明的切換方法下只需要反饋部分子信道的編號。另外，優先小區內切換也可以大大減少信令開銷和節省切換時間。在LTE-A系統中，由于中繼的引入，切換策略在協同中繼網絡中變得更為復雜，除了原有的小區間的切換以外，還涉及到小區內的切換。小區內的切換包含三種形式中繼到中繼的切換，表示為RS — RS中繼到直傳的切換，表示為RS — BS
直傳到中繼的切換，表示為BS — RS小區間的切換包含四種形式基站到基站的切換，表示為BS — BS中繼到中繼的切換，表示為RS — RS中繼到直傳的切換，表示為RS — BS直傳到中繼的切換，表示為BS — RS本發明主要從LTE-A Type I中繼系統的特點入手，提出一種適用于OFDMA蜂窩中繼系統的切換方法。如圖1所示是切換流程示意圖，切換過程主要分為三大部分，包括切換測量，切換判決和切換執行。下面結合具體的系統應用場景對整個切換過程進行描述移動臺測量，首先根據導頻信道質量的大尺度均值選擇候選接入節點集合并反饋給服務小區的基站。設該集合個數為M,并且候選接入節點m所在的小區為Cm，這些候選節點所在的小區集合構成候選小區集合C = IC1, C2,...，CJ，設該集合個數為K (K < M)，并且 Qk表示第k個候選小區中候選接入節點的集合；當服務小區的當前接入鏈路信道質量不足以滿足用戶業務QoS需求時，準備進行切換；移動臺向服務小區的基站報告每個候選接入節點m的前Na個信道質量最好的子信道組合{TIm，m= 1，2，···，Μ}；優先進行小區內切換接入判定，即當服務小區f在候選小區集合C中時，首先對該小區的候選接入節點進行接入判定，判斷是否存在可提供服務的候選基站節點或候選中繼節點。若小區內切換接入判決成功，則開始執行小區內切換，即指示移動臺在分配的子信道向量TT m上按約定的“最小”調制編碼方式接受目標接入節點的數據；若小區內切換接入判決失敗，則繼續執行小區間切換；其中，所述約定的“最小”調制編碼方式是指在系統預設的調制編碼方式集合(該集合包含了系統可用的調制編碼方式，如BPSK+1/3碼率， BPSK+2/3碼率，QPSK+1/3碼率等)中，可靠性最好(相應地，其編碼效率也最低)的調制編碼方式，該方式對信干比SIR的要求最小，因而稱為“最小”調制編碼方式。對每一個候選小區k(不為服務小區)，服務小區的切換判決實體都向其發送切換請求指令，以及屬于該小區的候選接入節點m相應的TT ffl(me Qk)；判斷各候選小區中是否存在可接入的候選節點。候選小區k在該小區下所有返回肯定應答的候選接入節點中，選擇信道質量較好的接入節點作為目標接入節點，并且向服務小區返回該候選接入節點的序號m和分配的子信道向量TT m ；如果候選小區k下的候選接入節點Qk都無法接入，則向服務小區返回否定的答復指令；切換判決實體在返回肯定應答的小區中，選擇導頻信道質量的大尺度均值最大的作為目標接入節點，向該接入節點所在小區(目標小區)發出切換指示；切換判決實體指示移動臺與目標小區獲取同步等物理層操作，在分配的TT m上， 按約定的“最小”調制編碼方式接受目標接入節點的數據；執行切換其余過程；在△時間段之后，用戶按照新小區的調度規則，與原有用戶一起調度，切換完成。本發明的目標是在盡可能降低信令開銷的情況下，提高切換用戶的性能。在無線
7移動環境下，要使切換用戶獲得最好的QoS，可以反饋候選接入節點的全部子信道信息，由候選小區根據其調度準則，分配合適的子信道以及適當的調制編碼方式，然后由切換判決實體決定目標小區以及目標接入節點的選擇。這是一種理想的方式，然而它需要大量的信令傳遞，這在實際系統中是不現實的，在此將其作為一個衡量基準，從信令負荷方面與本發明的方法進行比較。對于最大切換用戶QoS的方案，需要反饋系統內所有N個子信道的信道信息，若一個子信道的信道信息用16bit表示，則需要16N bit的信令開銷。而本發明只需要根據系統切換QoS要求反饋Na個子信道的編號，若子信道編號用Sbit表示，則只需要8Na bit的信令開銷，大大小于最大切換用戶QoS的方案。比如N = 32，Na = 3時，則本發明提出的方案的信令開銷降低到QoS最大化方式的8%。另外，優先小區內切換也可以大大減少信令開銷和節省切換時間。更進一步地，如圖2所示，移動臺優選采用下述方式向服務小區的基站報告信道質量最好的子信道組合{ Π m，m = 1，2，. . .，M}:選擇系統可用調制編碼方式集合中，對信干比SIR要求最小的組合Smin作為傳輸方式；根據用戶業務的QoS需求或服務等級約定(如平均數據速率)，計算在可用調制編碼集合中對信干比SIR要求最小的組合Smin下需要的子信道數目(根據選定的調制編碼方式，結合系統的幀結構可以得到在一個傳輸時間間隔內使用一個子信道可以傳輸的數據量，即為平均數據速率B，則相應的調制編碼方式下所需子信道數目為Q/B，其中Q為用戶的數據速率要求)，設為Nb，并且設置冗余的子信道數目為入，令隊=隊+入；移動臺測量M個候選接入節點的導頻，獲得各子信道的信道信息。對于候選接入節點m，在N個數據子信道內，選取出Na個信道質量最好的子信道，設選出的子信道組合為 ΠΜ = (^,...,πΝα)，其中π i為子信道在系統中的編號，在Π m中按信道質量降序排列，即當i > j時H i的信道質量優于H JO更進一步地，當候選接入節點是基站節點時，優選采用如圖3所示的方式判斷其能否提供服務如果候選接入節點m是基站節點，它所在小區Cm從服務小區的報告中獲知TIm。根據Cm的調度算法和子信道的使用情況，在Π m的Na個子信道中選擇Nb個為新用戶服務，由此構成分配的子信道向量ITm=^11,...，;τ、)。此處，冗余的λ個子信道給候選小區的接入控制提供了靈活性。在Na個子信道中選擇Nb個子信道的方式與小區采用的調度算法有關。本方案在這里給出一個簡單的選擇方式。Snm中被已有用戶占用的子信道數小于λ，則從JI1起為用戶分配子信道，若其間有子信道、被基站已有用戶占用，則跳過、繼續選擇，直到選出Nb個子信道。STIm中被原有用戶占用的子信道數大于λ，則從Ji1開始，將占用、的原有用戶調度到不屬于11 1的合適的子信道上(需要保證該用戶的QoS)，釋放出的Jii分配給新用戶；若候選基站不能根據調度算法和可用子信道為新用戶提供服務，例如在上述選擇方式中，無法找出Nb個可用子信道，則拒絕切換請求。更進一步地，當候選接入節點是中繼節點時，優選采用如圖4所示的方式判斷其能否提供服務如果候選接入節點m是中繼節點，它所在小區Cm從服務小區的報告中獲知Π m和切換用戶的QoS信息；候選小區Cm的控制基站能夠得到其與候選中繼節點m之間backhaul link的各子信道信息，對切換用戶分配backhaul link資源。如果候選小區無法找出若干個可用子信道來達到切換用戶的QoS，則拒絕切換請求，并返回否定信息給服務小區，切換判定結束； 相反地，如果能找到backhaul link的子信道向量Π ‘ m滿足切換用戶的QoS，則候選小區 Cffl的控制基站向候選中繼節點m發送切換請求和Π m ；中繼節點在Π m中選擇Nb個子信道來滿足切換用戶的QoS要求若Π m中被已有用戶占用的子信道數小于λ，則從Ji1起為用戶分配子信道，若其間有子信道Jii被基站已有用戶占用，則跳過、繼續選擇，直到選出Nb個子信道。STIm中被原有用戶占用的子信道數大于λ，則從π工開始，將占用π i的原有用戶調度到不屬于Π m的合適的子信道上(需要保證該用戶的QoS)，釋放出的π i分配給新用戶；如果按照上述規則在Access link時隙能找到可用的Nb個子信道，則返回分配的子信道向量TT ^合候選小區的控制基站；否則，拒絕切換請求，返回切換失敗信號。本發明針對LTE-Advanced Type I中繼系統的特點，提出了一種適用于中繼OFDM 蜂窩系統的切換方法，充分利用了中繼站這個新的網絡元素，不僅減少了反饋開銷與算法復雜度，有效地提升了網絡的用戶滿意率，保證了用戶在移動環境下的通信服務質量，增強了系統吞吐量，使有限的無線資源得到了高效的利用，具有較強的實用性。以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的發明保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法，其特征在于，所述方法包括步驟Si，移動臺進行測量，判定是否進行切換，若進行切換，移動臺向該服務小區的基站報告信道質量最好的子信道組合；S2，進行小區內切換接入判定，若該服務小區內存在可接入的候選節點，則執行小區內切換，轉至步驟S5 ；否則，進行小區間切換，繼續執行步驟S3 ；S3，判斷各候選小區中是否存在可接入的候選節點，各候選小區各自獨立返回肯定或否定答復，若全部候選小區均返回否定答復，則切換失敗；否則，繼續執行步驟S4 ；S4，在返回肯定應答的候選小區中，選擇最佳目標接入節點，向該接入節點所在的目標小區發出切換指示；S5，指示移動臺與目標小區獲取同步的物理層操作，在分配的冗余子信道上按約定的 “最小”調制編碼方式接受目標接入節點的數據；S6，執行切換其余過程，將移動臺按照新小區的調度規則與原有用戶一起調度，切換完成。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟Sl中，所述對移動臺測量具體指根據導頻信道質量的大尺度均值選擇候選接入節點集合并反饋給該服務小區的基站，各候選接入節點所在的小區構成候選小區集合。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟Sl中，所述是否進行切換的判定具體為判斷所述服務小區的當前接入鏈路信道質量是否滿足用戶業務QoS需求，若不滿足則進行切換。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟Sl中，所述信道質量最好的子信道組合按如下方式確定選擇系統可用調制編碼方式集合中對信干比要求最小的組合作為傳輸方式； 根據用戶業務的QoS需求或服務等級約定，計算在已選調制編碼組合下需要的子信道數目；移動臺測量候選接入節點的導頻，獲得各子信道的信道信息； 對于候選接入節點，在所有數據子信道內，選取出所需的信道質量最好的子信道，并按信道質量降序排列出子信道組合。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2和步驟S3中，所述候選節點分為候選基站節點和候選中繼節點。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，按如下方式確定所述候選基站節點能否接入所述候選基站節點所在小區從服務小區的報告中獲知所述信道質量最好的子信道組合；根據所在小區的調度算法和子信道的使用情況，在已知子信道組合中選擇部分信道為新用戶服務，并選擇冗余子信道給候選小區的接入控制；若候選基站不能根據調度算法和可用子信道為新用戶提供服務，則拒絕切換請求。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，按如下方式確定所述候選中繼節點能否接入所述候選中繼節點所在小區從服務小區的報告中獲知所述信道質量最好的子信道組合以及切換用戶的QoS信息；所在小區的控制基站獲取與所述候選中繼節點之間回程鏈路的各子信道信息，對切換用戶分配回程鏈路資源；如果能找到回程鏈路的子信道向量滿足切換用戶的QoS，則所在小區的控制基站向候選中繼節點發送切換請求和可用子信道組合，中繼節點在可用子信道組合中選擇部分子信道來滿足切換用戶的QoS要求；否則拒絕切換請求。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中，所述最佳目標接入節點是指導頻信道質量的大尺度均值最大的應答小區。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5中，所述“最小”調制編碼方式是指在系統可用調制編碼方式集合中對信干比要求最小的調制編碼組合。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述小區內切換包含三種形式中繼到中繼的切換、中繼到基站的切換、基站到中繼的切換；所述的小區間切換包含四種形式基站到基站的切換、中繼到中繼的切換、中繼到基站的切換、基站到中繼的切換。
全文摘要
本發明涉及無線通信技術領域，提供了一種OFDM蜂窩中繼網絡的切換方法，其基于LTE-A中繼系統切換的特點，在切換時只需要反饋部分子信道的編號，在維持較小反饋信令負荷的基礎上，盡力維持切換用戶的滿意度，保證了用戶在移動環境下的通信服務質量，增強了系統吞吐量，使有限的無線資源得到了高效的利用，具有較強的實用性。
文檔編號H04W36/30GK102196521SQ20111016929
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者張平, 徐明月, 李 根, 王瑩 申請人:北京郵電大學