CN101217819B - 基于智能天线的移动台切换基站的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能天线的移动台切换基站的方法，包括：A、选择切换的目标基站；B、所述目标基站为移动台分配智能天线定位区域；C、移动台当前的服务基站将目标基站信息及其分配的智能天线定位区域信息通知给移动台；D、移动台利用所述智能天线定位区域与所述目标基站建立智能天线通信连接，并进行通信。利用本发明，可以提高基于智能天线的移动台在进行切换时的通信质量。

Description

基于智能天线的移动台切换基站的方法 

技术领域

本发明涉及无线接入网通信技术，尤其涉及一种在无线接入网中，基于智能天线的移动台切换基站的方法。 

背景技术

在无线接入网中，当移动台从一个基站覆盖的小区移动到另一个基站覆盖的小区时，需要进行基站切换。在目前802.16e协议公布的技术方案中，公布了关于无线正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)接入网的三种切换方式，分别是硬切换(HHO，Hard Handover)、宏分集切换(MDHO，Macro Diversity Handover)和快速基站切换(FBSS，Fast Base Station Switching)。所述OFDM接入网技术是一种特殊的多载波传输技术，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。其基本原理就是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输，可以极大的提高频谱效率。 

以目前OFDM接入网中的FBSS过程为例，移动台切换基站的过程主要包括以下步骤(1)至(3)： 

(1)扫描和关联：基站会周期性的发送广播消息，其中包含了相邻基站的一些信息，比如基站的ID等等，移动台通过对广播消息的接收解码后得到相邻基站信息，然后移动台就安排扫描间隔或者在睡眠间隔进行扫描、测距，即关联过程，以分析移动台与潜在目标基站之间切换的可能性，将当前信号较好的相邻基站确定为可能切换的候选基站。在以后的实际切换中，就会使用关联时记录的参数。本扫描和关联过程并不需要移动台中断与服务基站的已有连接。 

(2)切换决定及启动：在进行FBSS的过程中，移动台和基站将保留一份与移动台进行FBSS的基站的列表，叫做宏分集序列，在宏分集序列中包含当前信号较好的相邻基站即候选基站，移动台通过对相邻基站的扫描，实时更新宏分集序列，丢弃信号不好的基站，或加入信号好的基站。在当前服务基站已经不能提供满意的通信服务或目标基站可以提供更好的通信服务时，就会做出切换决定。移动台可快速在这个宏分集序列中选择一个更好的基站来替换当前的服务基站，进行正式的切换处理。启动切换的决定可能来自多个方面，包括移动台、服务基站或者网络管理者。 

(3)业务终止：切换的最后一步是移动台与先前的服务基站终止业务。业务终止是指服务基站断开所有与该移动台相关的连接，并清除其它相关信息。 

目前已经出现了智能天线技术，即智能天线可以调整对目标信号的接收和发送方位，从而提高信号质量，同时减少对其它用户的干扰。在802.16e协议中的智能天线技术是指协议中的自适应天线系统(Adaptive antennasystem简称AAS)，它作为一项可选增强性技术，在增加系统容量、提高通信质量和扩大小区覆盖面积都能达到很好的效果。自适应波束形成是自适应天线系统实现的关键技术。 

自适应波束形成是利用天线阵列对波束的形成和指向的控制，产生多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化。在接收模式下，根据到达的信号，实时(通常以信道相干时间为单位)计算波束形成的权值，调节各阵元的加权幅度和加权相位，来改变阵列的方向图，使阵列天线的主瓣对准期望用户；同时阵列天线的零点和副瓣对准其他用户，对干扰源信号进行抑制，从而提高接收信噪比，满足在某一信号检测准则下的最佳接收，达到天线阵系统所能得到的最优性能。在发射模式下，根据获得的目标用户的信息得到相应的方位图，通过自适地调整每个辐射振元的幅度和相位，使得它们的输出在空间同相叠加，产生指向目标用户的赋形波束，能使期望目标用户接收的信号功率最大，同时使得窄波束照射范围以外的非目 标用户受到的干扰最小。 

自适应波束形成的一个关键技术问题是对用户入射角度进行估计，也就是所谓的波达方向(DOA，Directions Of Arrival)估计问题。各个用户的DOA作为反映用户空间特征的重要参量在自适应天线技术中具有很重要的作用，只有先进行精确的DOA估计，即首先获得各个用户的入射角度，也就是用户的空间特征，才有可能通过自适应波束形成技术来实现空间滤波，从而充分发挥自适应天线的优势。 

在目前802.16e协议公开的技术方案中，AAS用户和基站之间可以建立AAS连接进行通信，即通过在基站预先指定的上行帧区域上发送所需要的探测序列，基站接收到此探测序列后，根据探测序列的相关特性估计出用户的入射角度，再根据入射角度得出相应的加权矢量，完成波束形成，对准用户进行通信。 

以上所述的是目前802.16e协议中采用的切换机制和自适应天线系统的技术方案，但当二者同时工作时却存在如下的问题： 

目前802.16e协议的技术方案中只公开了非AAS用户在基站小区间的切换流程，并没有公开AAS用户(即具有AAS功能的移动台)在小区间切换时对应特殊处理流程，当AAS用户从当前的服务基站切换到目标基站时，目标基站会按照非AAS用户那样来执行切换流程。由于目标基站没有预先指定AAS用户在上行帧区域上发送所需的探测序列，因此只能在AAS用户切换成功之后的一段时间后，才给新进入本小区的AAS用户在上行帧区域上分配AAS定位区域，用来发送探测序列，并以此建立AAS通信连接。那么，从正式切换开始到目标基站为AAS用户分配AAS定位区域这段时间内，目标基站接收不到来自AAS用户的探测序列，这样目标基站就无法快速估计出用户的波达方向，从而不能进行波束形成，不能立即建立基于AAS的通信连接。也就是说，对于AAS的用户发生切换的时候，只能是以普通用户(即非AAS的用户)身份先切换到目标侧，然后再建立基于AAS的通信连接，转换成AAS用户，利用AAS进行信号收发。上述处理导致的后果是： AAS用户发生切换的时候就是在信号不好的情况下，如果这时又将AAS用户作为普通用户进行处理，AAS产生的增益就没有了，就会使得用户的信号更差，很有可能导致用户掉话。即使不掉话，也会严重的影响用户在切换过程中以及在新的AAS连接建立之前的通信质量。 

总之，上述现有技术中，AAS用户从开始切换到切换成功且新AAS连接建立之前的这段时延太长，不但切换过程中的通信质量差，而且切换成功后的一段时间内的通信质量也得不到保障。 

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于智能天线的移动台切换基站的方法，以提高基于智能天线的移动台在进行切换时的通信质量。 

为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为： 

一种基于智能天线的移动台切换基站的方法，包括： 

A、选择切换的目标基站； 

B、所述目标基站为移动台分配智能天线定位区域； 

C、移动台当前的服务基站将目标基站信息及其分配的智能天线定位区域信息通知给移动台； 

D、移动台利用所述智能天线定位区域与所述目标基站建立智能天线通信连接，并进行通信。 

优选的，所述步骤A具体为： 

A1、所述移动台通过关联过程确定切换的候选基站； 

A2、所述服务基站向移动台确定的候选基站发送询问请求； 

A3、各个候选基站向所述服务基站返回自身能否分配智能天线定位区域的信息； 

A4、所述服务基站选择一个能够分配智能天线定位区域的候选基站作为目标基站。 

优选的，所述步骤A4中，当所有的候选基站都不能分配智能天线定位区域时，则结束本流程，按照非智能天线移动台的切换流程进行处理。 

优选的，所述步骤A4中，当能够分配智能天线定位区域的候选基站有一个以上时，则服务基站按照预设的策略或指令选择一个候选基站作为目标基站。 

优选的，所述步骤A4中，当能够分配智能天线定位区域的候选基站有一个以上时，则服务基站选择切换条件等级最高的一个候选基站作为目标基站，或者选择一个业务量最少的候选基站作为目标基站。 

所述步骤D所述建立智能天线通信连接的具体过程为： 

D1、所述移动台在所分配的智能天线定位区域向目标基站发送探测序列； 

D2、目标基站接收到所述探测序列，利用该探测序列进行波束形成，对准所述移动台进行通信。 

优选的，该方法适用于正交频分复用接入网系统。 

优选的，所述智能天线为自适应天线系统AAS，所述移动台为AAS移动台用户。 

优选的，该方法适用的具体切换方式包括：硬切换处理方式、宏分集切换处理方式、和快速基站切换处理方式。 

优选的，所述智能天线定位区域分配在目标基站的上行帧区域上。 

本发明在移动台(例如AAS用户)正式切换到目标基站之前，由当前服务基站请求目标基站为所述移动台分配智能天线定位区域，并通知移动台所述目标基站信息和对应的智能天线(例如AAS)定位区域，移动台在收到目标基站及其智能天线定位区域信息后，就可建立与目标基站之间的智能天线通信连接，即在所述定位区域向目标基站发送探测序列，目标基站可以在正式切换后马上就能收到移动台发送的探测序列，从而快速灵活的获得切换到本小区内的智能天线移动台的波达方向，进而快速完成波束形成，产生增益，并进行通信业务。由于移动台与目标基站的新智能天线连接的建立过程是与切换过程同步的，因此相对于现有技术，本发明在进行切换处理时就可以建立移动台与目标基站之间的智能天线通信连接，不但提高了切换过程中的通信质量，而且在切换成功后就可立即利用新的智能天线通信连接进行业务通信，从而避免了切换成功后一段时延内通信质量低的问题，减少了掉话率。 

附图说明

图1为本发明所述方法的一种实施流程图； 

图2为AAS用户在小区边缘切换的示意图； 

图3为本发明所述一个AAS用户在小区基站间切换的具体实施例的流程图。 

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。 

本发明所述的方法可以适用于多种无线接入网，以下实施例仅以在OFDM接入网中应用本发明为例进行说明。在其它类似的无线接入网中，例如：在码分多址(CDMA)接入网或者时分多址(TDMA)接入网中，如果系统支持智能天线技术，那么智能天线用户在小区切换时，利用本发明的方法也同样可以达到提高切换通信质量的目的。 

在OFDM接入网中，所述智能天线为AAS，基于智能天线的移动台为AAS用户。OFDM接入网的具体切换方式主要有三种，即分别是硬切换(HHO)、宏分集切换(MDHO)和快速基站切换(FBSS)，本发明所述的方法只是涉及切换过程中对AAS用户何时以及怎样与目标基站建立AAS连接而对现有切换方式的改进，对于所具体适用的切换方式不做限定。下面实施例中，以FBSS为例对本发明进行说明。 

图1为本发明所述方法的一种实施流程图。图2为AAS用户在小区边缘切换的示意图，其中服务基站覆盖三个扇区S1、S2、S3，目标基站覆盖 三个扇区S4、S5、S6，且扇区S3和扇区S5相邻，AAS用户出处于两个小区基站的边缘。参见图1和图2，所述本发明的主要流程包括： 

步骤101、AAS用户通过关联过程对与当前服务基站相邻的基站进行周期性的扫描、测距，确定切换的候选基站，并判断当前是否触发切换，如果是则执行步骤102；否则重复执行本步骤101。 

所述当前是否触发切换主要有以下几种情况： 

a)AAS用户判断当前是否满足切换条件，如果是则由AAS用户触发切换。 

b)AAS用户当前的服务基站判断是否满足切换条件，如果是则由该服务基站触发切换。 

c)网络管理员可以根据需要人工发出切换命令，触发切换。 

步骤102、触发切换后，服务基站向每个已选定的候选基站发送询问消息，询问能否满足AAS用户的切换请求，该询问消息中包含所述AAS用户需要的带宽和QoS保障等切换条件信息，以及能否在上行帧区域上分配AAS定位区域用来发送探测序列。 

步骤103、各个候选基站收到所述询问消息后，向所述服务基站返回自身带宽和QoS等切换条件信息、以及能否在上行帧区域上分配AAS定位区域的信息。 

步骤104、所述服务基站根据候选基站的回应，判断是否有候选基站满足所述切换条件且能在上行帧区域上分配AAS定位区域，如果有，则执行步骤106；如果所述候选基站都不能在上行帧区域上分配AAS定位区域，则执行步骤105。 

步骤105、结束图1所述的流程，按照现有的非AAS用户的切换流程进行切换。 

步骤106、服务基站选择按照预设的策略或指令选择一个候选基站作为目标基站。例如可以选择切换条件等级(例如QoS等级)最高的候选基站作为切换的目标基站，也可以选择QoS等级不高但是业务量少的候选基站 作为目标基站，也可以根据网络管理员输入的选定指令进行选择。 

步骤107、服务基站通知选定的可以分配AAS定位区域的目标基站在上行帧区域中分配一块区域作为要切换的AAS用户的AAS定位区域。 

步骤108、目标基站将此AAS用户的AAS定位区域的分配信息发送回服务基站。 

步骤109、服务基站再把所述AAS用户的AAS定位区域的分配信息和目标基站的相关信息(例如目标基站的ID等信息)发送给AAS用户。 

步骤110、AAS用户向服务基站发送确认消息，并在所述AAS定位区域发送探测序列给目标基站。所述确认消息用于通知服务基站可以进行正式切换以及正式切换的时间。当所述正式切换时间到达后，AAS用户就可以正式向目标基站发送业务数据了，至于服务基站和目标基站之间的切换处理过程本发明没有进行改进，完全可以利用现有的切换处理过程。 

步骤111、目标基站接收到来自AAS用户发送上来的探测序列，利用接收到的探测序列进行波束形成，建立所述AAS用户与目标基站的AAS通信连接，将智能天线对准该AAS用户进行通信。 

步骤112、服务基站和目标基站之间完成切换处理，AAS用户成功切换到目标基站，服务基站断开与AAS用户之间的通信连接，切换完成。 

图3为本发明所述一个AAS用户在小区基站间切换的具体实施例的流程图。在该具体实施例中假设： 

1)一个AAS用户MS处在小区边缘，当前服务基站为SBTS，附近有3个要切换的候选基站，分别为BTS1、BTS2、BTS3。 

2.)BTS1和BTS2能在上行帧区域上分配AAS定位区域，且满足其他切换条件。BTS3能满足其他切换条件，但不能在上行帧区域上分配AAS定位区域。且BTS1的QoS等级比BTS2高。 

参见图3，具体切换步骤如下： 

步骤301、MS通过对相邻基站周期性的扫描测距，将发现的信号更好的相邻基站BTS1、BTS2、BTS3作为候选基站。当满足切换条件时，便向 SBTS发送切换请求(MOB_MSHO_REQ)，请求切换，并通知SBTS当前选定的候选基站的相关信息，例如基站ID号等信息。 

步骤302、SBTS收到MOB_MSHO_REQ后，向候选基站BTS1、BTS2、BTS3发送询问消息(HO_Request)，表明切换意向，询问能否满足MS的切换请求。在HO_Request中除了询问带宽、QoS保障等，还要询问这3个候选基站能否在上行帧区域上分配AAS定位区域。 

步骤303、候选基站BTS1、BTS2、BTS3收到HO_Request后，向SBTS传送各自的询问响应(HO_Response)来报告SBTS询问的结果。 

步骤304、根据假设条件2，SBTS最终确定BTS1作为将要切换的目标基站。 

步骤305、SBTS向BTS1发送信息用于中请AAS定位区域的请求消息(HO_soundingreq)，通知该目标基站MS将切换至此，并且通知BTS1在上行帧区域中分配一块区域作为MS的AAS定位区域。 

步骤306、BTS1在上行帧区域中为所述MS分配AAS定位区域，并向SBTS发送响应消息(HO_soundinginfo)，其中包括在上行帧上为要切换的MS分配好的AAS定位区域的具体分配信息。 

步骤307、SBTS根据收到的HO_soundinginfo，解析出其中BTS1已经为MS分配好的AAS定位区域的具体分配信息，组成相应的通知消息(UL_sounding_command IE)发送给MS。SBTS又通过切换请求的响应(MOB_BSHO_RSP)消息把BTS1的相关信息，例如更新的CID等等信息发送给MS。这样就使MS在收到UL_sounding_command IE和MOB_BSHO_RSP之后、或者在正式切换开始后就能立即向BTS1发送探测序列，BTS1也就能在已经为MS分配好的上行帧中的AAS定位区域内收到探测序列了。 

步骤308、MS向SBTS发送确认消息(MOB_HO_IND)，通知服务基站可以进行正式切换且正式切换的时刻，例如在L帧后开始正式切换。 

步骤309、MS在收到并解析成功UL_sounding_command IE和 MOB_BSHO_RSP之后，立即在分配的AAS定位区域发送探测序列。BTS1接收到来自MS发送上来的探测序列，BTS1利用接收到的探测序列进行波束形成，建立与MS之间的AAS通信连接，将AAS天线对准用户进行通信。在网络侧，SBTS和BTS1之间在正式切换开始后也进行正式的切换处理，SBTS将MS相关的信息切换到BTS1。 

步骤310、当MS成功切换到BTS1后，SBTS断掉与MS之间的通信连接，切换结束。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种基于智能天线的移动台切换基站的方法，其特征在于，包括：

A、选择切换的目标基站；

B、所述目标基站为移动台分配智能天线定位区域；

C、移动台当前的服务基站将目标基站信息及其分配的智能天线定位区域信息通知给移动台；

D、移动台利用所述智能天线定位区域与所述目标基站建立智能天线通信连接，并进行通信，所述建立智能天线通信连接的具体过程为：

D1、所述移动台在所分配的智能天线定位区域向目标基站发送探测序列；

D2、目标基站接收到所述探测序列，利用该探测序列进行波束形成，对准所述移动台进行通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体为：

A1、所述移动台通过关联过程确定切换的候选基站；

A2、所述服务基站向移动台确定的候选基站发送询问请求；

A3、各个候选基站向所述服务基站返回自身能否分配智能天线定位区域的信息；

A4、所述服务基站选择一个能够分配智能天线定位区域的候选基站作为目标基站。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A4中，当所有的候选基站都不能分配智能天线定位区域时，则结束本流程，按照非智能天线移动台的切换流程进行处理。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A4中，当能够分配智能天线定位区域的候选基站有一个以上时，则服务基站按照预设的策略或指令选择一个候选基站作为目标基站。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A4中，当能够分配智能天线定位区域的候选基站有一个以上时，则服务基站选择切换条件等级最高的一个候选基站作为目标基站，或者选择一个业务量最少的候选基站作为目标基站。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法适用于正交频分复用接入网系统。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能天线为自适应天线系统AAS，所述移动台为AAS移动台用户。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法适用的具体切换方式包括：硬切换处理方式、宏分集切换处理方式、和快速基站切换处理方式。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能天线定位区域分配在目标基站的上行帧区域上。

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