CN101146333B - Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法和基站的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法和基站的切换方法，其中选择扫描和关联基站方法，包括：步骤S1，移动终端根据其移动速度和移动方向确定一扇形区域，以所述移动终端为起点且指向移动方向的射线与所述扇形区域的圆心角的角平分线之间的夹角小于预设值；步骤S2，移动终端对位于扇形区域内且信号强度大于预定值的基站进行扫描，或同时进行扫描和关联；步骤S3，移动终端依据预设参数对进行扫描或扫描并关联的基站进行排序。本发明的方法有效地减少了扫描、关联基站的数目，减小了开销，同时，将扫描、关联周期与速度相关，既能减小信令带来的带宽开销，也能保证上一次扫描关联结果的有效性。

Description

Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法和基站的切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统，特别是Wimax(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，微波接入全球互通)系统中基站的扫描关联方法及切换方法。

背景技术

随着人们对宽带无线接入需求的增长，相关的标准如IEEE 802.16e(Wimax)被制定完成，与之相关的网络标准正在制定过程中。

由于Wimax支持用户的移动性，所以在标准中包括了小区选择的操作。但在标准中仅定义了周围小区信道的扫描，切换等步骤，但没有对具体的过程进行定义，如：扫描周期如何确定，可能切换的目标小区如何确定，如何根据扫描结果做出选择等。

根据Wimax标准，最直接的小区选择方式就是移动终端以固定的周期扫描所有的邻居基站，并记录扫描结果，当需要切换时，则根据上次的扫描结果选择最佳的小区。但该方法的最大问题是扫描所带来的开销，如果扫描频率太低，那么前次扫描结果会过期，造成切换失败或再次切换；如果扫描频率过高，会消耗很多系统资源。

此外，通过扫描操作，移动终端只能获得相邻基站的信号强度信息，如果要获得某基站的负载状况还需要做额外的关联操作(Association)，这需要消耗更多的系统资源。

Wimax标准并未定义如何判断是否与某些小区基站做关联操作。另外，对于高速运动的终端，如果只是根据上次扫描结果中信号强度或负载情况选择小区，有可能和终端的移动方向不一致，造成连续的小区切换。Wimax系统中每个基站可以支持上千个用户。如果没有一个很好的小区选择方法，其相关信令会造成系统很大的负担。

在现有蜂窝网中，虽然移动终端也需要扫描周围的基站来决定切换目标。但在蜂窝网中，存在专用的广播前向信令信道(BCCH)来传输当前基站的信道及负载信息。而在Wimax中，信令与数据争夺共同的时隙。另外在Wimax中，移动终端需要与基站进行多次上下行信令交互和主干网络信令交互才能获得该基站的准确负载情况，这些过程大大增加了目标基站选择的开销。

公开号为US2002147024，发明名称为“Power management system for amobile unit by reduced neighbor cell scanning”的美国专利申请公开了一种减少邻小区扫描次数的能量管理系统，移动终端根据信号强度的变化速度(相对于小区的移动速度)来确定扫描频率，速度越慢，扫描频率越低。

然而上述的方案还是没有对如何选择进行切换的基站进行详细描述，同时也没有减少基站扫描、关联的数目，因此还是没有解决由于扫描、关联操作带来的开销问题。

发明内容

为解决现有技术中，基站扫描、关联、切换中基站扫描、关联的次数、数量过多、开销大的问题，本发明的目的在于提供一种Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法和基站的切换方法，在保证有效切换的前提下，减少基站扫描、关联的基站数目，同时减少开销。

为了实现上述目的，本发明提供了一种Wimax系统中选择扫描和关联基站方法，包括如下步骤：

步骤S1，移动终端根据其移动速度和移动方向确定一扇形区域，以所述移动终端为起点且指向移动方向的射线与所述扇形区域的圆心角的角平分线之间的夹角小于预设值；

步骤S2，移动终端对位于扇形区域内且信号强度大于预定值的基站进行扫描，或同时进行扫描和关联；

步骤S3，移动终端依据预设参数对进行扫描或扫描并关联的基站进行排序。

上述的方法，其中，所述扇形区域的圆心角的角平分线为以移动终端为起点且指向移动方向的射线。

上述的方法，其中，所述移动终端的移动速度越快，所述扇形区域的圆心角越小。

上述的方法，其中，移动速度越大，相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化比移动速度小时相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化大。

上述的方法，其中，所述移动终端根据信号到达角和所述扇形区域的圆心角判断基站是否处于扇形区域内。

上述的方法，其中，移动速度越快，移动终端对基站进行进行扫描或扫描并关联的周期越短。

上述的方法，其中，步骤S2中仅进行扫描时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度；步骤S2中进行扫描和关联时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度或基站负载。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种Wimax系统中基站的切换方法，包括如下步骤：

步骤S1，移动终端根据其移动速度和移动方向确定一扇形区域，以所述移动终端为起点且指向移动方向的射线与所述扇形区域的圆心角的角平分线之间的夹角小于预设值；

步骤S2，移动终端对位于扇形区域内且信号强度大于预定值的基站进行扫描，或同时进行扫描和关联；

步骤S3，移动终端依据预设参数对进行扫描或扫描并关联的基站进行排序；

步骤S4，移动终端判断出需要执行切换操作后向服务基站发送切换请求，该切换请求中携带有一定数目的经过排序的推荐目标基站；

步骤S5，一定数目的经过排序的推荐目标基站中有符合切换要求的基站时，将移动终端切换到该符合切换要求的基站，否则服务基站扫描所有的邻基站，并根据扫描结果进行切换。

上述的方法，其中，所述扇形区域的圆心角的角平分线为以移动终端为起点且指向移动方向的射线。

上述的方法，其中，所述移动终端的移动速度越快，所述扇形区域的圆心角越小。

上述的方法，其中，移动速度越大，相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化比移动速度小时相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化大。

上述的方法，其中，所述移动终端根据信号到达角和所述扇形区域的圆心角判断基站是否处于扇形区域内。

上述的方法，其中，移动速度越快，移动终端对基站进行进行扫描或扫描并关联的周期越短。

上述的方法，其中，步骤S2中仅进行扫描时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度；步骤S2中进行扫描和关联时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度或基站负载。

本发明的方法移动终端只与位于该扇形区域内且有足够大信号强度的基站进行扫描与关联操作，同时，在进行基站切换时，移动终端也仅对已经执行了扫描和关联操作的基站进行判断选择，只有在已经执行了扫描和关联操作的基站均不满足切换条件时，才重新扫描邻基站，并根据扫描结果进行切换操作。这样，有效地减少了扫描、关联基站的数目，减小了开销，同时，将扫描、关联周期与速度相关，既能减小信令带来的带宽开销，也能保证上一次扫描关联结果的有效性。

附图说明

图1为本发明中扇形区域确定的示意图；

图2为本发明的Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法的流程示意图；

图3为本发明的Wimax系统中基站的切换方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明的Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法和基站的切换方法中，根据移动终端的移动方向和移动速度确定一扇形区域，移动终端只与位于该扇形区域内且有足够大信号强度的基站进行扫描与关联操作，同时，在进行基站切换时，移动终端也仅对已经执行了扫描和关联操作的基站进行判断选择，只有在已经执行了扫描和关联操作的基站均不满足切换条件时，才重新扫描邻基站，并根据扫描结果进行切换操作。

下面结合附图对本发明的实现进行进一步详细的说明。

在本发明的方法中，移动终端仅与位于该扇形区域内且有足够大信号强度的基站进行扫描与关联操作，那么扇形区域的选择是本发明的一个重要的方面，下面先对本发明如何选择扇形区域进行说明。

图1为本发明中扇形区域的确定的示意图。

图1中示出了9个基站，分别为BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7、BS8和BS9，其中，BS1为移动终端目前的服务基站，其中扇形区域的选择过程包括如下步骤：

步骤11，移动终端获取其当前移动速度和移动方向；

步骤12，根据系统移动终端当前的移动速度V和系统支持的最大速度V_max计算扇形区域的圆心角(图1中的θ)，同时以移动终端为起点且指向移动方向的射线与所述扇形区域的圆心角的角平分线之间的夹角较小，小于一预设值，在此，该预设值可以为0.01rad，当然也可以稍大或更小，最佳的方案是以移动终端为起点，指向移动方向的射线为该扇形区域的圆心角的角平分线，即二者重合。

其中，步骤11中，移动终端的速度和移动方向可以采用多种方法来获取，如：

通过GPS终端可以测量当前的移动速度和方向，比如，根据连续两次测量的位置距离和时间差，就可以得到当前的移动速度；

由移动终端配置的天线阵列通过一些方法(如角度到达AOA方式)得到终端当前的移动速度和方向。

其中，移动终端的速度越快，扇形区域的圆心角越小，同时，移动速度越大时，移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化将更大，即移动终端速度较大时其速度的变化带来的圆心角的变化会大于移动终端速度较小时其速度的变化带来的圆心角的变化。如移动终端速度从0变化到50km/h，扇形区域的圆心角会从2π变化到1.8π，而移动终端速度从100km/h变化到150km/h，扇形区域的圆心角可能会从1.2π变化到0.6π。

下式为扇形区圆心角的一种计算方式：

$\mathrm{\θ}=\left\{\begin{array}{cc}2\mathrm{\π}\log (V_{\max }-V+A_1)/\log (V_{\max }+A_1)& V\≤V_{\max }\\ 2\mathrm{\π}\log \left(A_1\right)/\log (V_{\max }+A_1)& V>V_{\max }\end{array}\right.$

其中，A₁为大于1的固定值，使得V小于或等于Vm_ax时，计算式有意义。在本发明中，可以设置1＜A₁＜＝V_max/10。从上式可以看出，在V为0的时候，该扇形区域为一个特殊的情况，即一个圆，而在V大于V_max时，此时，移动终端的移动速度已经非常快，该扇形区域的圆心角比较小，即在切换操作时，一个比较小的扇形区域内的基站才会被考虑。

同时，V_max不是固定值，可根据环境设定。如在城市V_max可以小些，而在郊区可以大些。因为在城市基站比较密集，阴影衰落和快速衰落比较明显，较小的值使得夹角变化较明显，可以更精确地找到合适的基站。在郊区，基站密度较低，较大的值使得移动终端能有更多的切换选择。

上面只是一种扇形区域的圆心角的计算的具体示范，当然也可以采用其他的方式来确定扇形区域的圆心角，如：

V∈[0，0.2V_max)时，θ＝2π；

V∈[0.2V_max，0.4V_max)时，θ＝1.7π；

V∈[0.4V_max，0.6V_max)时，θ＝1.3π；

V∈[0.6V_max，0.8V_max)时，θ＝0.8π；

V∈[0.8V_max，1V_max)时，θ＝0.2π；

V＞1V_max时，θ＝0.05π。

本发明的Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法中，移动终端只与位于该扇形区域内且有足够大信号强度的基站进行扫描与关联操作，因此如何确定基站位于扇形区域内也是本发明的一个重要的方面。

本发明的Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法中，移动终端在与基站同步的过程中获取信号到达角度，并利用信号到达角度与扇形区域的圆心角来判断基站是否处于扇形区域内。

如图1所示，移动终端的移动方向如箭头所示，根据计算得到的扇形区域，只有BS2、BS3和BS4位于扇形区域内，因此在进行基站扫描关联时也仅对BS2、BS3和BS4进行扫描关联。

结合图1和图2所示，本发明的Wimax系统中选择扫描和关联基站的方法包括如下步骤：

步骤21，扫描时间到时，移动终端获取移动方向和移动速度，并根据移动方向和移动速度获取扇形区域的圆心角和下一次扫描的时间间隔；在此某一次扫描的时间间隔为其本身与上一次扫描之间的时间长度；

步骤22，移动终端从信号强度大于预定值的邻基站列表中选择一个基站；

步骤23，移动终端根据该基站的信号到达角和扇形区域的圆心角判断该基站是否位于扇形区域内，如果是进入步骤24，否则进入步骤25；

步骤24，移动终端对基站进行扫描和关联，获取基站信号强度、负载等情况；当然，在此也可只进行扫描而不进行关联；如果仅进行扫描，则只能获取基站的信号强度；

步骤25，移动终端判断接收信号强度大于预定值的邻基站列表中所有基站是否都处理完毕，如果是进入步骤26，否则选择下一个基站后返回步骤23；

步骤26，移动终端根据预设参数对扫描和关联后的基站进行排序后保存。

其中，步骤21中需要计算下一次扫描的时间间隔T_i+1，在此根据移动终端的上次测量的速度V_i-1、当前速度V_i和本次的扫描时间间隔T_i来计算，如果当前速度快于上次测量的速度，则下一次扫描的时间间隔T_i+1应该小于本次的扫描时间间隔T_i，否则大于本次的扫描时间间隔，这样设置的目的在于：移动终端在移动速度较慢的时候，可以以比较长的扫描周期来进行扫描关联，减小信令带来的带宽开销，而在高速运动时，需要以较快的频率来进行扫描关联，以保证上一次扫描关联结果的有效性。

其中一种计算方式如下所示：

T_i+1＝T_i+β(V_i-1-V_i)/V_max

其中，β为一调整参数。

步骤26中，根据预设参数对扫描和关联后的基站进行排序，在此，排序操作可以有多种方式，如：

在移动终端能量不足的情况下，根据基站信号强度进行排序，这样，在切换时有利于切换到信号较强的基站，能够非常明显的节约移动终端能量的消耗；

在移动终端能量充足的情况下，根据基站负载进行排序，这样，在切换时有利于移动终端的服务质量。

当然，也可以根据其他的参数进行排序，这与特定的需求相关，在此不再一一描述。

本发明的Wimax系统中基站的切换方法如图3所示，包括如下步骤：

步骤31，移动终端判断出需要执行切换操作后向服务基站发送切换请求，该切换请求中携带有一定数目的经过排序的推荐目标基站和扫描时间；

步骤32，服务基站提取第一个推荐目标基站；

步骤33，服务基站判断选择的推荐目标基站是否满足切换要求(如服务质量QoS要求)，如果是进入步骤36，否则进入步骤34；

步骤34，判断是否所有的推荐目标基站都已经处理完毕，如果是进入步骤35，否则选择下一个推荐目标基站后返回步骤33；

步骤35，扫描所有的邻基站，并根据扫描结果进行切换；

步骤36，将移动终端的服务基站切换为该推荐目标基站，并根据扫描时间启动扫描定时器。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Wimax系统中选择扫描和关联基站方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，移动终端根据其移动速度和移动方向确定一扇形区域，以所述移动终端为起点且指向移动方向的射线与所述扇形区域的圆心角的角平分线之间的夹角小于预设值；

步骤S2，移动终端对位于扇形区域内且信号强度大于预定值的基站进行扫描，或同时进行扫描和关联；

步骤S3，移动终端依据预设参数对进行扫描或扫描并关联的基站进行排序；

移动速度越快，移动终端对基站进行扫描或扫描并关联的周期越短；

步骤S2中仅进行扫描时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度；步骤S2中进行扫描和关联时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度或基站负载。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扇形区域的圆心角的角平分线为以移动终端为起点且指向移动方向的射线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动终端的移动速度越快，所述扇形区域的圆心角越小。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，移动速度越大，相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化比移动速度小时相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化大。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动终端根据信号到达角和所述扇形区域的圆心角判断基站是否处于扇形区域内。

6.一种Wimax系统中基站的切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，移动终端根据其移动速度和移动方向确定一扇形区域，以所述移动终端为起点且指向移动方向的射线与所述扇形区域的圆心角的角平分线之间的夹角小于预设值；

步骤S2，移动终端对位于扇形区域内且信号强度大于预定值的基站进行扫描，或同时进行扫描和关联；

步骤S3，移动终端依据预设参数对进行扫描或扫描并关联的基站进行排序；

步骤S4，移动终端判断出需要执行切换操作后向服务基站发送切换请求，该切换请求中携带有一定数目的经过排序的推荐目标基站；

步骤S5，一定数目的经过排序的推荐目标基站中有符合切换要求的基站时，将移动终端切换到该符合切换要求的基站，否则服务基站扫描所有的邻基站，并根据扫描结果进行切换；

移动速度越快，移动终端对基站进行扫描或扫描并关联的周期越短；

步骤S2中仅进行扫描时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度；步骤S2中进行扫描和关联时，所述步骤S3中的预设参数为基站信号强度或基站负载。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扇形区域的圆心角的角平分线为以移动终端为起点且指向移动方向的射线。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述移动终端的移动速度越快，所述扇形区域的圆心角越小。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，移动速度越大，相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化比移动速度小时相同的移动速度的变化带来的扇形区域的圆心角的变化大。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述移动终端根据信号到达角和所述扇形区域的圆心角判断基站是否处于扇形区域内。

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