CN101227716B - 宏分集切换和快速接入站交换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于无线多用户多跳中继网络中的宏分集切换和快速接入站交换的方法。为无线移动多跳中继(MMR)网络提供了切换过程和新切换MAC管理消息的收集。所支持的切换类型包括宏分集切换(MDHO)和快速接入站交换(FASS)。对9种主要类型的网络拓扑描述了用于这两种类型的切换的切换过程和MAC消息。这9种类型的拓扑进一步被分成多个主要类别,即,切换处于MMR小区中时的多跳基站(MR-BS)内切换,以及切换处于两个不同的MMR小区之间时的MR-BS间切换。
Description
技术领域
本发明总体上涉及无线多用户移动网络,具体地说,涉及无线移动多用户多跳网络。
背景技术
IEEE标准
在此通过引用并入以下的标准规范:2006年3月的官方IEEE802.16j,“IEEE 802.16j Mobile Multihop Relay Project AuthorizationRequest(PAR)”,2004年10月,IEEE计算机学会和IEEE微波理论和技术学会的“IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,”以及2006年2月,IEEE计算机学会和IEEE微波理论和技术学会的“IEEE Standardfor Local and Metropolitan Area Networks-Part 16:Air Interface for FixedBroadband Wireless Access Systems,Amendment 2:Physical and MediumAccess Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation inLicensed Bands”。
定义
在此相应地定义和使用以下的术语。
基站(BS):用于在用户设备和基础结构或网络主干之间提供无线通信的设备。
多跳中继基站(MR-BS):遵循修正的IEEE Std 802.16j到IEEE Std802.16的基站,其具有支持移动、多跳(MMR)网络的扩展功能。
用户站(SS):被设置用于在用户设备和基站(BS)之间提供通信的通用设备。
移动站(MS):在移动或不确定地点使用的无线收发器。除非专门指明,MS始终是用户站(SS)。
中继站(RS):其功能为在两个或更多个站之间中继数据和控制信息,并执行支持多跳通信的处理的无线收发器。
锚定站(Anchor Station):其中MS或MRS被同步的站,该锚定站执行测距(ranging)并监测用于控制信息的下行链路。锚定站可以是RS、BS或MR-BS。
快速接入站交换(FASS):使得MS可以根据站选择机制逐帧地改变其接入站的方法。接入站可以是RS、BS或MR-BS。该MS在任意给定帧期间向活动站之一(锚定站)发送数据/从其接收数据。
宏分集切换(MDHO):其中移动站(MS)从由一个或更多个接入站提供的空中接口迁移到由一个或更多个其他接入站提供的空中接口的处理。在下行链路(DL)中,通过使两个或更多个接入站向该MS发送相同MAC/PHY协议数据单元(PDU)来实现该处理,以使得可以通过该MS来执行分集组合。在上行链路(UL)中,通过使两个或更多个接入站从该MS接收(解调、解码)相同PDU来实现该处理,以使得可以在这些接入站之间进行对所接收的PDU的分集组合。
活动站:被通知了必要的MS或MRS MAC/PHY信息以使其能够在宏分集的环境中提供对该MS或MRS的接入的站。
MMR分集集合:给定MS的活动站的列表。该集合可应用于宏分集切换、协作中继以及快速接入站交换。
服务站:对于任意MS,服务站是在初始接入网络时或在切换过程中MS最近向其完成了登记的站。服务站可以是BS或MR-BS。
邻近站:对于任意MS或RS,邻近站是其下行链路传输可以由该MS或RS接收的站(不是锚定站)。邻近站可以是RS、BS或MR-BS。
目标接入站:在切换之后作为MS网络接入的主要候选的站。目标接入站可以是RS、BS或MR-BS。
目标锚定站:对于任意MS或MRS,在切换之后作为锚定站的主要候选的站。目标锚定站可以是RS、BS或MR-BS。
目标服务站:在切换之后作为用于MS登记的主要候选的站。目标服务站可以是BS或MR-BS。
连接:在物理层(PHY),该连接经由一个或更多个发射天线从站的RF发射器,通过无线信道,经由一个或更多个接收天线,延伸到另一站的RF接收器。在物理上,该连接使用子信道和时隙的预定集合来传递RF信号。在逻辑层,该连接的关注部分从发射器中的协议栈的介质接入层(MAC)延伸到接收器中的介质接入层。在逻辑上,该连接以单个比特流传送数据和控制信息。
接入站:给定MS或RS直接接入到网络中的接入点处的站。接入站可以是BS、RS或MR-BS。
这里使用的所有其他常规首字母缩写在上面的IEEE标准中进行了定义,也可以参见2006年10月的“Harmonized definitions and terminologyfor 802.16j Mobile Multihop Relay,”IEEE 802.16j-06/014r1,和W.Stallings,“Data and Computer Communications,”Seventh edition,PrenticeHall,2003,在此通过引用并入它们。
切换模式
根据IEEE 802.16e标准,存在三种基本的切换模式:硬切换(HO)、快速BS交换(FBSS)和宏分集切换(MDHO)。
HO模式
在HO模式中,MS在任何一个时刻仅与一个BS进行通信,这只允许低速移动性(例如,便携性或简单的移动性)。对于高速移动性(完全移动性),FBSS和MDHO提供了更好的性能。
FBSS模式
在FBSS中,将数据发送到分集活动集合中的所有BS,而没有进行分集组合。而且,仅在锚定BS中对数据进行处理。在锚定BS改变时,该切换模式不需要明确的切换信令消息。对于FBSS,基站(BS)使用快速交换机制来提高链路质量。在任意的给定帧处,移动站(MS)仅向活动BS之一(即,锚定BS)发送数据或从其接收数据。锚定BS可以根据基站(BS)选择方案逐帧地变化。
MDHO模式
在MDHO模式中,MS可以并行地与分集活动集合中的所有BS进行通信。在上行链路(或下行链路)中,BS(MS)对所接收的信号进行分集组合。对于MDHO模式,移动站(MS)从由一个或更多个基站(BS)提供的空中接口(信道)迁移到由一个或更多个其他BS提供的空中接口。在下行链路(DL)中,通过使两个或更多个BS向该MS发送相同MAC/PHY协议数据单元(PDU)来实现该处理,以使得可以通过该MS来执行分集组合。在上行链路(UL)中,通过使两个或更多个BS从该MS接收(解调、解码)相同PDU来实现该迁移,以使得可以在这些BS之间进行对所接收的PDU的分集组合。
图1示出了根据IEEE 802.16e标准的MDHO,其中MS 101可以直接并且并行地与多个BS 102进行通信。该网络还包括有线主干或基础结构103。在后面的附图中没有示出该主干。注意,这种常规网络不包括中继站。
以上描述了用于两个或更多个基站之间的切换过程的现有技术。
然而,在移动多跳中继(MMR)网络中,通过一个或更多个中继站(RS)从MR-BS和MS对用户数据和可能的控制信息进行中继。
中继站扩展了MMR网络的覆盖区域、范围、吞吐量和容量,并且使得功率很低的设备能够加入该网络。
这里使用的形容词“移动”表示支持移动用户站和移动中继站两者的事实。可以在多跳中继(MR)-BS和MS之间建立多条通信路径,并且通过这两条路径来传送相同的用户数据和/或控制信息以提高性能。
希望提供用于MMR网络的切换机制。
发明内容
本发明的实施方式提供了切换过程和MAC管理消息,以支持用于移动多跳中继(MMR)网络的切换过程。针对9类网络拓扑描述了切换过程和MAC管理消息。
提供了通过中继站的MAC MDHO和FASS切换过程以及对应的MAC管理消息,使得遵循IEEE 802.16e的移动站可以在IEEE 802.16j标准或MMR网络中无缝地进行切换。
因为网络基础结构包括中继站,所以在MMR网络中可能发生9种不同的MDHO和FASS切换情况。这9种情况可以分成两个主要的切换类别,即:
(1)切换处于同一MMR小区中时的MS-BS内切换;以及
(2)切换处于两个不同MMR小区之间的MR-BS间切换。
附图说明
图1是没有中继站的现有技术的MDHO网络的示意图;
图2是根据本发明的实施方式的MR-BS内切换的示意图,其中当前锚定站和目标锚定站为同一MR-BS;
图3是根据本发明的实施方式的MR-BS内切换的示意图,其中当前锚定站是RS并且目标锚定站是其服务MR-BS;
图4是根据本发明的实施方式的MR-BS内切换的示意图,其中当前锚定站是MR-BS,并且目标锚定站是该MR小区中的RS;
图5是根据本发明的实施方式的MR-BS内切换的示意图,其中当前锚定站和目标锚定站是同一RS;
图6是根据本发明的实施方式的MR-BS内切换的示意图,其中当前锚定站和目标锚定站是不同的但是在同一MR小区中的RS;
图7是根据本发明的实施方式的MR-BS间切换的示意图,其中当前锚定站和目标锚定站是不同的MR-BS;
图8是根据本发明的实施方式的MR-BS间切换的示意图,其中当前锚定站是MR-BS,并且目标锚定站是由不同MR-BS控制的RS;
图9是根据本发明的实施方式的MR-BS间切换的示意图,其中当前锚定站是RS,并且目标锚定站是不同MR小区中的MR-RS;
图10是根据本发明的实施方式的MR-BS间切换的示意图,其中当前锚定站和目标锚定站是位于不同MR小区中的不同RS;
图11是用于图10中所示的宏分集切换的消息的时序图;
图12是根据本发明的实施方式的新的MAC管理消息表;以及
图13是根据本发明的实施方式的用于切换的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了用于无线多用户、多跳中继网络中的宏分集切换和快速接入站交换的方法。由于网络基础结构中的中继站,而导致存在MDHO或FASS切换两个主要的类别:
在图2-10中,一般地,椭圆表示基站小区,圆形表示中继站小区并且箭头表示切换。为清楚起见,在图2-10中没有示出图1的主干103。
MR-BS内切换
在MR-BS内切换中,在由同一服务MR-BS控制的一组RS或MR-BS之间对分集集合进行更新。该类别包括5种情况。如在此所使用的,一组移动站、中继站或基站可以包括一个或更多个站。
情况1:如图2所示,当前锚定站和目标锚定站是与该组中继站(RS1-RS6)202进行通信的MR-BS 201。
情况2:如图3所示,当前锚定站是RS 301并且目标锚定站是MR-BS302。
情况3:如图4所示,当前锚定站是MR-BS 401并且目标锚定站是RS 402。
情况4:如图5所示,当前锚定站和目标锚定站是同一RS 501。
情况5:如图6所示,当前锚定站和目标锚定站是不同的RS 601-602。
MR-BS间切换
在MR-BS间切换中,在由一组MR-BS控制的一组RS之间对分集集合进行更新。该类别包括4种情况。
情况6:如图7所示,当前锚定站和目标锚定站是不同的MR-BS701-702。
情况7:如图8所示,当前锚定站是MR-BS,并且目标锚定站是由不同MR-BS 801-802控制的RS。
情况8:如图9所示,当前锚定站是RS 901并且目标锚定站是不同MR小区中的MR-BS 902。
情况9:如图10所示,当前锚定站和目标锚定站是不同的并且位于不同MR小区中的RS。
图11示出了用于图10所示的情况9的MDHO/FASS切换过程的示例。在图11中,箭头表示消息的方向。图11示出了MS 1101、当前锚定RS 1102、当前锚定服务MR-BS 1103、目标服务MR-BS 1104和目标锚定RS 1105。还示出了开始Resource_Retain_Time计时器1111以及切换完成1112。
图12示出了用于网络中的站的根据本发明的实施方式的新的MAC管理消息表,用于如图10所示的遵循IEEE 802.16e的MS MAC切换过程的各个阶段。在列1201中对新的MAC消息进行命名,阶段位于列1202中,而消息的描述位于列1203中。
图13示出了下面要详细描述的根据本发明的实施方式的用于无线多用户、多跳中继网络的宏分集切换和快速接入站交换的一般方法。
如本领域中公知的,站之间的信令出现在无线中继链路(信道)以及在有线“主干”或网络基础结构上。
对于如IEEE 802.16标准(在此通过引用将其并入)定义的广播控制信息(例如前导码、FCH、DL-MAP、UL-MAP、DCD和UCD消息),切换过程可以依赖于MR-BS和下级RS之间的协调。
在同步广播系统中,仅MR-BS发送所有的广播控制消息,或者同一MR小区中的RS向MS转发相同的广播控制消息。
在异步广播系统中,RS可以发送其自己的前导码、FCH、DL-MAP、UL-MAP、DCD和UCD消息。本发明的实施方式提供了MR小区网络中的MDHO切换和FASS切换,并定义了用于异步广播系统的MAC切换过程。
MAC切换过程和MAC消息使得遵循IEEE 802.16e的MS能够根据在IEEE 802.16e-2005标准的子集6.3.22中定义的切换过程,无缝地进行切换。
宏分集切换和快速接入站交换
如图13所示,该一般的方法执行1310网络拓扑广告。将在下面详细描述该步骤。此后为MS分配1320扫描间隔,如下所述。
可以通过如图11所示的交换1330切换MAC管理消息来使能(enable)或禁能(disable)MDHO或FASS能力。在图12中定义了这些消息。当使能MDHO或FASS时,MS进行下面的步骤。
MDHO确定:通过MS的确定来开始MDHO,以并行地向多个MR-BS和/或RS进行发送或从多个MR-BS和/或RS进行接收。MDHO可以以“切换管理消息”开始,并且可以交换“切换管理消息”。该切换管理消息可以是MS的MOB_MSHO-REQ消息或锚定站的MOB_BSHO-REQ消息。
FASS确定:通过MS的确定来开始FASS切换,以从可以在分集集合中改变的锚定站接收数据或向该锚定站发送数据。FASS切换也以“切换管理消息”来开始,并且交换“切换管理消息”,这些切换管理消息可以是MS的MOB_MSHO-REQ消息或锚定站的MOB_BSHO-REQ消息。
锚定站更新/选择:MS连续地监测包括在其分集集合1301中的站的信号强度,并通过添加或删除站来相应地更新1340该分集集合。然后,该MS从其当前分集集合1301中选择1350一个站作为锚定站,并且在CQICH或MOB_MSHO-REQ消息中用信号通知所选择的锚定站。通常,所选择的站是具有最佳信号强度的站。
支持MDHO或FASS的MR-BS或RS广播包括H_Add阈值和H_Delete阈值的DCD消息。这些阈值由能够进行FASS/MDHO的MS使用,以确定是否应该发送MOB_MSHO_REQ消息。
如果锚定站的长期载波与干扰和噪声比(CINR)小于预定阈值H_Delete阈值,则MS发送MOB_MSHO-REQ消息以请求将该锚定站从分集集合中删除。如果邻近MR-BS或RS的长期CINR大于预定阈值H_Add阈值,则该MS发送MOB_MSHO-REQ消息以请求将该邻近MR-BS或RS添加到该分集集合。
如在IEEE 802.16e-2005标准中所定义的,MOB_BSHO-REQ消息和MOB_MSHO-RSP消息包括下面的与用于特定MS的可能的目标接入站相关的信息:服务级别预测;前导码索引/子信道索引;HO处理优化;网络辅助HO支持;以及HO授权策略支持。
该信息可以通过IEEE 802.16e网络中的主干103获得,参见图1。然而,该信息也可以通过中继链路获得。
因此,我们定义两个新的切换MAC管理消息,MR_HOINFO-REQ和MR_HOINFO-RSP,以交换与要包括在分集集合中的潜在站相关的信息。
用于MDHO/FBSS的分集集合更新
当MS发送MOB_MSHO-REQ消息时,该MS可以提供要包括在MS的分集集合中的MR-BS和/或RS的可能列表。该MS可以通过所接收的MOB_NBR-ADV消息以及预先执行的信号强度测量、传播延迟测量、扫描、测距以及相关行为,来评估MR-BS和/或RS的该可能列表。
当MS的当前分集集合中的锚定站发送MOB_BSHO-RSP消息时,MR-BS可以提供被建议并入到该MS的分集集合中的MR-BS或RS的列表。
该分集集合中的MS和潜在站通过交换RNG-REQ和RNG-RSP消息来执行测距。MS可以通过发送包括站ID TLV的RNG-REQ消息表示切换意图,并将测距目的指示TLV集合的位数设置为1。
当接收该RNG-REQ消息时,如果所述站还没有接收到该消息,则潜在站可以向MS请求信息。因为MS信息可能需要通过中继链路以及通过主干获得,所以我们定义了两个新的切换MAC管理消息MR_MSINFO-REQ和MR_MSINFO-RSP消息用于通知MS信息。
基于信息的MDHO/FASS确定和开始
基于上述信息,在步骤1360中,站可以确定进行切换并开始该切换。
MDHO/FASS切换执行和终止
在开始之后,执行切换1370,并且如果成功,则终止1380。根据IEEE802.16e-2005标准,通过先前的锚定BS在网络主干上通知分集集合处的成功MS网络附属(attachment)。然而,在IEEE 802.16j标准中,该附属可以通过中继链路以及主干来通知。
因此,我们描述了新的切换MAC管理消息MR_HO-IND。该信息用于通知先前的锚定站:在新的锚定MR-BS和/或RS处的成功MS网络附属。
网络拓扑广告
本部分描述对网络拓扑广告过程1301的补充和修改,以及用于当前标准的根据本发明的实施方式的MS扫描过程1320。
MR-BS或RS周期性地向其小区中的所有MS广播MOB_NBR-ADV消息。MOB_NBR-ADV消息包括其他站的接入链路信道信息。该信息可以通过无线中继链路以及MR网络中的主干获得。因此,我们定义了新的切换MAC管理消息MR_NBR-REQ,用于MR-BS和RS之间或RS和RS之间通过无线中继链路的信息交换,如表1所示。
新的MR_NBR-RSP消息可以定义为用于对MR_NBR-REQ消息的响应。接入站基于从所接收的MR_NBR-REQ消息收集的信息而准备MOB_NBR-ADV消息。然后,该接入站将该MOB_NBR-ADV消息发送给其相关的MS。
RS或MR-BS使用该MR_NBR-REQ消息向服务MR-BS和上游RS请求其他站的接入信道信息。在普通MAC报头中编码的CID是RS和MR-BS之间或请求RS和其上游RS之间的主要CID。
表1
语法 | 大小(位) | 注释 |
MR_NBR-REQ_Message_format(){ | - | - |
Management message type=TBD | TBD | |
N_Stations | 请求信道信息的站的数量 | |
For(i=0;i<N_Stations;i++){ | ||
Station ID | 48 | |
Padding | TBD | |
} | ||
} |
MS扫描
接入站可以为寻找和监测用于切换的潜在目标接入站的适用性的MS分配扫描间隔。如IEEE 802.16e-2005中定义的,MS可以使用MOB_SCN-REQ消息来请求扫描间隔的分配和与各个潜在目标接入站的特定类型的关联。在IEEE 802.16e-2005中,定义了三个关联级别:关联级别0,关联级别1和关联级别2。所请求的关联级别被编码在MOB_SCN-REQ消息的扫描类型字段中。当接收到MOB_SCN-REQ消息时,接入站使用MOB_SCN-RSP消息进行响应。在IEEE 802.16e-2005中,BS之间的协作可以在主干上实现。然而,IEEE 802.16j中,协作需要在中继链路以及主干上进行。我们定义了两个新的切换MAC管理消息MR_SCN-REQ和MR_SCN-RSP,用于中继链路上的协作,参见表2和3。当前接入站发送消息MR_SCN-REQ消息,以与上游中继站(或者甚至MR-BS)协商关联级别,从而为MS分配合适的扫描间隔。
表2
语法 | 大小(位) | 注释 |
MR_SCN-REQ_Message_format(){ | - | - |
Management Message type=TBD | TBD | |
N_recommended_station | TBD | |
For(i=0;i<N_recommended_station;i++){ | ||
Recommended Station ID | 48 | |
Recommended Type | 3 | |
} | ||
Current access station ID | 48 | |
Current MS ID | 48 | |
Padding | TBD | 填充以达到字节界限 |
} |
表3
语法 | 大小(位) | 注释 |
MR_SCN-REQ_Message_format(){ | ||
Management Message type=TBD | TBD | |
N_recommended_station | TBD | |
For(i<0;i<N_recommended_station;i++){ | ||
Recommended Station ID | 48 | |
Scanning Type | 3 | |
If(scanning type.0){ |
语法 | 大小(位) | 注释 |
Rendezvous time | 8 | |
CDMA code | 8 | |
Transmission opportunity offset | 8 | |
} | ||
} | ||
Current access station ID | 48 | |
Associated MS ID | 48 | |
Padding | TBD | 填充以达到字节界限 |
} |
尽管已经通过优选实施方式的示例描述了本发明,但是应当理解,可以在本发明的精神和范围内做出各种其他的调整和修改。因此,所附权利要求的目的在于覆盖在本发明的精神和范围内可以想到的所有的这些变化和修改。
Claims (22)
1.一种用于无线多用户多跳中继网络中的移动站以及中继站和基站的宏分集切换MDHO和快速接入站交换FASS的方法,该方法包括以下步骤:
执行用于所述移动站以及所述中继站和基站的网络拓扑广告;
根据所述网络拓扑广告向所述移动站分配扫描间隔;
在所述移动站与所述中继站和基站之间交换切换管理消息;
更新用于与当前锚定站进行通信的移动站的分集集合;
从所更新的分集集合中选择目标锚定站;以及
使所述移动站从当前锚定站切换到目标锚定站。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换管理消息在网络的介质访问(MAC)层定义。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述切换管理消息使能所述MDHO和FASS。
4.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括:
在所述移动站与所述中继站和基站之间传送用户数据。
5.根据权利要求3所述的方法,其中,在所述MDHO过程中,所述移动站从由一个或更多个接入站提供的空中接口迁移到由一个或更多个其他接入站提供的空中接口。
6.根据权利要求3所述的方法,其中,所述移动站在任意特定帧期间从一组活动站中的一个活动站传送用户数据。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换处于所述网络的一个小区中。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换处于所述网络的不同小区之间。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,所述当前锚定站和所述目标锚定站是特定的多跳中继基站。
10.根据权利要求7所述的方法,其中,所述当前锚定站是特定的中继站,并且所述目标锚定站是特定的多跳中继基站。
11.根据权利要求7所述的方法,其中,所述当前锚定站是特定的多跳中继基站,并且所述目标锚定站是特定的中继站。
12.根据权利要求7所述的方法,其中,所述当前锚定站和所述目标锚定站是特定的中继站。
13.根据权利要求7所述的方法,其中,所述当前锚定站和所述目标锚定站是不同的中继站。
14.根据权利要求8所述的方法,其中,所述当前锚定站和所述目标锚定站是不同的特定的多跳中继基站。
15.根据权利要求8所述的方法,其中,所述当前锚定站是特定的多跳中继基站,并且所述目标锚定站是由不同的多跳中继基站控制的特定的中继站。
16.根据权利要求8所述的方法,其中,所述当前锚定站是一个小区中的特定的中继站,并且所述目标锚定站是不同小区中的特定的多跳中继基站。
17.根据权利要求8所述的方法,其中,所述当前锚定站和所述目标锚定站是不同小区中的不同中继站。
18.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换管理消息包括用于进行所述广告的消息。
19.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换管理消息包括多跳扫描间隔分配请求消息。
20.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换管理消息包括多跳切换信息请求消息。
21.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换管理消息包括多跳移动站信道信息请求消息。
22.根据权利要求1所述的方法,其中,所述切换管理消息包括多跳切换指示消息。
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