CN101321393A - 一种无缝越区切换方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝越区切换方法，包括：将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类；根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成虚拟基站；第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号；当进行越区切换时，根据上行信号强度更新所述虚拟基站；通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元。本发明还公开了一种无缝越区切换系统。本发明复杂度低，利用分布式天线间的简单协作，很好地改善了越区切换时的系统性能，具体表现为小区边界处通信信噪比的统计平均值明显提高，并且小区边界处通信信噪比的分布得以明显改善，即通信中断性能得以明显提高。

Description

一种无缝越区切换方法和系统

技术领域

本发明涉及通信信号处理技术领域，特别是涉及一种无缝越区切换方法和系统。

背景技术

在高速铁路通信场景中，由于通信终端的高速移动，需要进行频繁的越区切换，在小区边界处信号质量急剧下降，极大地损坏了通信的可靠性。

目前，一种分布式无线通信系统采用分布式天线、分布式光纤、分布式计算和分布式网络的框架实现新一代无线通信。分布式天线是分布式无线通信系统的重要特征之一，由于分布式光纤的引入，分布式天线之间可以进行灵活高效的协作处理，以对抗无线通信信道的时变和多径效应，极大地提高无线通信的服务质量。

将分布式无线通信系统引入高速铁路通信场景，可以充分发挥分布式无线通信系统的本质优势，有效地克服铁路通信中高速移动所带来的各种问题。

如果利用分布式无线通信系统的本质优势，即天线间的协作，以较低的复杂度、快速高效地改善小区切换的性能，至今未有任何技术提出。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种无缝越区切换方法和系统，可以以较低的复杂度，利用分布式无线通信系统中天线间可协作传输的有利条件，采用分布式空时编码进行接力传输以实现无缝的越区切换，保证通信的可靠性。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种无缝越区切换方法，包括以下步骤：将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类；根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成虚拟基站，所述第一天线单元为信号质量最好的奇型天线单元，所述第二天线单元为信号质量最好的偶型天线单元；所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号；当进行越区切换时，根据上行信号强度更新所述虚拟基站；通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元。

其中，在所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号的步骤中，所述信息符号的编码规则对应于时域则为分布式空时码，对应于频域则为分布式空频码。

其中，在所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号的步骤中，具体包括：将要发送的信息序列根据需要进行符号映射并两两分组；当要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，第一天线单元在两个码元周期内发送{c₁，-c₂ ^*}；当要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，第二天线单元在两个码元周期内发送{c₂，c₁ ^*}。

其中，在所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号之后，还包括：所述用户设备接收到所述信息符号后，根据信道强度信息获取所述信息符号的估计值。

其中，所述用户设备获取信息符号的估计值的步骤，具体包括：所述用户设备在两个连续的码元周期内收到的信号r₁和r₂为： $r_1=h_1{c}_1+h_2{c}_2+n_1;r_2=-h_1{c}_2^{*}+h_2{c}_1^{*}+n_2,$ 其中h₁和h₂为用户设备与奇型、偶型天线单元间的信道强度，n₁和n₂为加性高斯白噪声；当h₁的绝对值小于由h₂确定的第一阈值时，进行独立检测，分别由r₁和r₂独立地采用最大似然检测得到c₂和c₁的估计值；当h₁的绝对值大于由h₂确定的第二阈值时，进行独立检测，分别由r₁和r₂独立地采用最大似然检测得到c₁和c₂的估计值；当h₁的绝对值在所述第一阈值和第二阈值之间时，首先去除

符号间的耦合，设 $r={\left[r_1{r}_2^{*}\right]}^T,$ 、c＝[c₁ c₂]^T、 $n={\left[n_1{n}_2^{*}\right]}^T,$ 且 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2\\ h_2^{*}& -h_1^{*}\end{array}\right],$ 即r＝Hc+n；进一步得r＝[r₁ r₂]^T＝H^*·r＝α·c+nr＝H^*·r＝α·c+n，其中α＝|h₁|²+|h₂|²，为一常数，分别由r₁和r₂独立地采用最大似然检测得到c₁和c₂的估计值。

本发明实施例的技术方案还提供了一种无缝越区切换系统，包括：天线单元分类装置，用于将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类；虚拟基站构建装置，用于根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成或更新虚拟基站，所述第一天线单元为信号质量最好的奇型天线单元，所述第二天线单元为信号质量最好的偶型天线单元；天线单元，用于向用户设备发送信息符号；数据传送装置，用于通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元。

其中，所述天线单元包括：第一编码单元，当所述天线单元为第一天线单元，且要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，将在两个码元周期内发送的信息符号编码为{c₁，-c₂ ^*}；第二编码单元，当所述天线单元为第二天线单元，且要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，将在两个码元周期内发送的信息符号编码为{c₂，c₁ ^*}。

其中，所述系统还包括用户设备，用于在接收到所述天线单元发送的信息符号后，根据信道强度信息获取所述信息符号的估计值。

其中，所述用户设备包括：信道强度判断单元，用于判断用户设备与奇型天线单元间的信道强度，与用户设备与偶型天线单元间的信道强度的关系；检测单元，用于根据所述信道强度判断单元的判断结果，获取所述信息符号的估计值。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

本发明复杂度低，利用分布式天线间的简单协作，很好地改善了越区切换时的系统性能，具体表现为小区边界处通信信噪比的统计平均值明显提高，并且小区边界处通信信噪比的分布得以明显改善，即通信中断性能得以明显提高。

附图说明

图1是本发明实施例的一种无缝越区切换方法的流程图；

图2是一种分布式天线沿铁路沿线的地理分布图；

图3是信噪比的统计平均值随地理位置的分布图；

图4是小区边界处信噪比的统计分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例的一种无缝越区切换方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤s101，将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类。对分布式天线单元的奇型、偶型的划分是相对的，无须固定，只要天线单元的信息发送规则和用户设备中对应的检测方法匹配就可以。

步骤s102，根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成虚拟基站，所述第一天线单元为信号质量最好的奇型天线单元，所述第二天线单元为信号质量最好的偶型天线单元。奇型、偶型两类天线单元需要进行正交的导频设计，以实现无干扰的下行链路信道估计。

步骤s103，所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号。所述信息符号的编码规则对应于时域则为分布式空时码，对应于频域则为分布式空频码。

步骤s104，所述用户设备接收到所述信息符号后，根据信道强度信息获取所述信息符号的估计值。

步骤s105，当进行越区切换时，根据上行信号强度更新所述虚拟基站。

步骤s106，通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元。

当用户终端采用一根接收天线时，分布式天线在铁路沿线间隔5公里均匀摆放，如图2所示。设系统信道由大尺度信息和小尺度信息联合构成，大尺度考虑路径损耗因子为4，小尺度考虑为瑞利衰落。所发明的一种适合于高速铁路无线通信系统的无缝越区切换方法实施如下步骤：

步骤(1)：对于给定的入网用户，将分布式天线单元间隔地标记为奇型、偶型两类。本实施例中，针对高速铁路通信中铁路沿线基站的线性排列，根据地理位置将分布式天线单元分为奇型、偶型两类。

步骤(2)：根据上行信号强度选择两个信号质量最好的天线单元构成虚拟基站服务该用户；

步骤(3)：将要发送的信息序列根据需要进行符号映射并两两分组，如果要传输的两个符号表示为{c₁，c₂}，则奇型天线在两个码元周期内发送{c₁，-c₂ ^*}，而偶型天线在同样的两个码元周期内发送{c₂，c₁ ^*}；

步骤(4)：由步骤(3)操作，则在收端的两个连续的码元周期内收到的信号r₁和r₂为：r₁＝h₁c₁+h₂c₂+n₁； $r_2=-h_1{c}_2^{*}+h_2{c}_1^{*}+n_2,$ 其中h₁和h₂表示用户与奇型、偶型天线单元间的信道，n₁和n₂表示加性高斯白噪声；

步骤(5)判断|h₁|和|h₂|的大小关系以进行接收端检测方法选择：可以由h₂确定相对于h₁的第一阈值和第二阈值。本实施例中，假设第一阈值为10％|h₂|，第二阈值为10|h₂|。若|h₁|＜10％|h₂|，则进行独立检测，即分别由r₁和r₂独立地采用最大似然(ML)检测得到c₂和c₁的估计值；若|h₁|＞10|h₂|，则进行独立检测，即分别由r₁和r₂独立地采用ML检测得到c₁和c₂的估计值；若10％|h₂|≤|h₁|≤10|h₂|，则首先去除符号间的耦合，设 $r={\left[r_1{r}_2^{*}\right]}^T,$ 、c＝[c₁ c₂]^T、

$n={\left[n_1{n}_2^{*}\right]}^T$ 且 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2\\ h_2^{*}& -h_1^{*}\end{array}\right],$ 即r＝Hc+n；进一步得

r＝[r₁ r₂]^T＝H^*·r＝α·c+nr＝H^*·r＝α·c+n，其中α＝|h₁|²+|h₂|²，为一常数，则检测问题简化为了两个独立的ML检测，可分别由r₁和r₂独立地采用ML检测得到c₁和c₂的估计值；所述最大似然检测方法是检测方法选择之一；其他的检测算法均适用，只是会带来检测性能的相应改变，不影响本发明的使用。

步骤(6)：网络侧根据上行链路所接受的用户信号强度信息随时跟踪用户终端的位置改变，相应地如步骤(2)更新虚拟基站，同时在网络侧，通过分布式天线间的协作实现数据的无缝接力；即当虚拟基站中的奇、偶型天线单元中的一个将要发生改变时，待发送数据由天线单元间的光纤链路及时地传至下一个相同类型的天线单元；

步骤(7)：由步骤(6)，当虚拟基站更新完毕，数据转移完毕，则根据步骤(3)进行数据传输并依次由步骤(4)(5)进行信息符号检测。

在上述实施例中，终端处信噪比的统计平均值随地理位置的分布图以及小区边界处信噪比的统计分布图如图3、图4所示。可知，与传统的小区硬切换相比，该发明使小区边界处通信信噪比的统计平均值明显提高，使小区边界处通信信噪比的分布得以明显改善，即使通信中断性能得以明显提高。

本发明实施例的一种无缝越区切换系统，包括：天线单元分类装置，用于将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类；虚拟基站构建装置，用于根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成或更新虚拟基站，所述第一天线单元为信号质量最好的奇型天线单元，所述第二天线单元为信号质量最好的偶型天线单元；天线单元，用于向用户设备发送信息符号；数据传送装置，用于通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元；用户设备，用于在接收到所述天线单元发送的信息符号后，根据信道强度信息获取所述信息符号的估计值。

天线单元包括第一编码单元，当所述天线单元为第一天线单元，且要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，将在两个码元周期内发送的信息符号编码为{c₁，-c₂ ^*}；第二编码单元，当所述天线单元为第二天线单元，且要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，将在两个码元周期内发送的信息符号编码为{c₂，c₁ ^*}。

用户设备包括信道强度判断单元，用于判断用户设备与奇型天线单元间的信道强度，与用户设备与偶型天线单元间的信道强度的关系；检测单元，用于根据所述信道强度判断单元的判断结果，获取所述信息符号的估计值。

本发明实施例复杂度低，利用分布式天线间的简单协作，很好地改善了越区切换时的系统性能，具体表现为小区边界处通信信噪比的统计平均值明显提高，并且小区边界处通信信噪比的分布得以明显改善，即通信中断性能得以明显提高

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种无缝越区切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类；

根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成虚拟基站，所述第一天线单元为信号质量最好的奇型天线单元，所述第二天线单元为信号质量最好的偶型天线单元；

所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号；

当进行越区切换时，根据上行信号强度更新所述虚拟基站；

通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元。

2、如权利要求1所述无缝越区切换方法，其特征在于，在所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号的步骤中，所述信息符号的编码规则对应于时域则为分布式空时码，对应于频域则为分布式空频码。

3、如权利要求1或2所述无缝越区切换方法，其特征在于，在所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号的步骤中，具体包括：

将要发送的信息序列根据需要进行符号映射并两两分组；

当要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，第一天线单元在两个码元周期内发送{c₁，-c₂ ^*}；

当要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，第二天线单元在两个码元周期内发送{c₂，c₁ ^*}。

4、如权利要求3所述无缝越区切换方法，其特征在于，在所述第一天线单元和第二天线单元向用户设备分别发送不同编码规则的信息符号之后，还包括：

所述用户设备接收到所述信息符号后，根据信道强度信息获取所述信息符号的估计值。

5、如权利要求4所述无缝越区切换方法，其特征在于，所述用户设备获取信息符号的估计值的步骤，具体包括：

所述用户设备在两个连续的码元周期内收到的信号r₁和r₂为：r₁＝h₁c₁+h₂c₂+n₁； $r_2=-h_1{c}_2^{*}+h_2{c}_1^{*}+n_2,$ 其中h₁和h₂为用户设备与奇型、偶型天线单元间的信道强度，n₁和n₂为加性高斯白噪声；

当h₁的绝对值小于由h₂确定的第一阈值时，进行独立检测，分别由r₁和r₂独立地采用最大似然检测得到c₂和c₁的估计值；

当h₁的绝对值大于由h₂确定的第二阈值时，进行独立检测，分别由r₁和r₂独立地采用最大似然检测得到c₁和c₂的估计值；

当h₁的绝对值在所述第一阈值和第二阈值之间时，首先去除符号间的耦合，设 $r={\left[\begin{array}{cc}{r}_1& r_2^{*}\end{array}\right]}^T,$

c＝[c₁ c₂]^T、 $n={\left[\begin{array}{cc}{n}_1& n_2^{*}\end{array}\right]}^T,$ 且 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_1& h_2\\ h_2^{*}& -h_1^{*}\end{array}\right],$ 即r＝Hc+n；进一步得r＝[r₁ r₂]^T＝H^*·r＝α·c+n r＝H^*·r＝α·c+n，其中α＝|h₁|²+|h₂|²，为一常数，分别由r₁和r₂独立地采用最大似然检测得到c₁和c₂的估计值。

6、一种无缝越区切换系统，其特征在于，包括：

天线单元分类装置，用于将分布式天线单元间隔地分为奇型、偶型两类；

虚拟基站构建装置，用于根据上行信号强度，选择第一天线单元和第二天线单元构成或更新虚拟基站，所述第一天线单元为信号质量最好的奇型天线单元，所述第二天线单元为信号质量最好的偶型天线单元；

天线单元，用于向用户设备发送信息符号；

数据传送装置，用于通过分布式天线间的协作，将需要进行切换的天线单元的待发送数据传至下一个相同类型的天线单元。

7、如权利要求6所述无缝越区切换系统，其特征在于，所述天线单元包括：

第一编码单元，当所述天线单元为第一天线单元，且要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，将在两个码元周期内发送的信息符号编码为{c₁，-c₂ ^*}；

第二编码单元，当所述天线单元为第二天线单元，且要传输的两个符号为{c₁，c₂}时，将在两个码元周期内发送的信息符号编码为{c₂，c₁ ^*}。

8、如权利要求7所述无缝越区切换系统，其特征在于，所述系统还包括用户设备，用于在接收到所述天线单元发送的信息符号后，根据信道强度信息获取所述信息符号的估计值。

9、如权利要求8所述无缝越区切换系统，其特征在于，所述用户设备包括：

信道强度判断单元，用于判断用户设备与奇型天线单元间的信道强度，与用户设备与偶型天线单元间的信道强度的关系；

检测单元，用于根据所述信道强度判断单元的判断结果，获取所述信息符号的估计值。

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