CN101360338A - 基于时分同步码分多址的自组织网络切换的实现方法 - Google Patents

Abstract

基于时分同步码分多址的自组织网络同步系统的切换实现方法，给出了基于TD－SCDMA的移动自组织网络的切换机制：利用TD－SCDMA(时分同步码分多址)空中接口的特性，通过利用蜂窝网络中接力切换原理实施网间水平切换。切换过程分为三个阶段：无线信道测量阶段、切换判决阶段、系统执行阶段。该切换方法的具体实现包括以下步骤并按所述顺序进行：a.发起阶段：发起过程主要指系统测量信号强度参数，确定是否需要切换；b.判决阶段：判决指系统根据周边环境或用户选择，来判断选择哪一个网络作为切换的目标；c.执行阶段：执行过程指系统通过信息交互执行切换过程。

Description

基于时分同步码分多址的自组织网络切换的实现方法

技术领域

本发明利用TD-SCDMA(时分同步码分多址)空中接口的特性，通过利用TD-SCDMA蜂窝网络中接力切换原理实施网间水平切换，构建了基于TD-SCDMA的移动自组织网络的切换机制。

背景技术

TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准，使用了时分双工、上行同步、智能天线、联合检测和接力切换等先进技术，但仍存在蜂窝覆盖盲区、以及业务类型不够丰富的缺点。移动自组织网络具备无中心、自组织的特点。使用TD-SCDMA空中接口构建移动自组织网络既可以利用TD-SCDMA时分双工的特点，无需对接口做大的修改，同时可以实现对TD-SCDMA蜂窝网络实现补盲，丰富TD-SCDMA终端支持的业务类型。TD-SCDMA蜂窝网络与移动自组织网络融合的典型场景如图1所示。

TD-SCDMA系统作为由中国作为主导提出的第三代移动通信标准，采用的是基于智能天线的接力切换。移动用户在从原基站覆盖区向另一个基站覆盖区移动的过程中，由于基站使用的是智能天线技术，系统可以估计用户的DOA(波达方向)信息，同时，TD-SCDMA系统是上行同步的，网络可以确定用户信号传输的时间偏移，通过信号的往返时延，获知移动节点到基站的距离信息。综合角度和距离信息，蜂窝网络能够获知移动节点的位置信息，可以确定需要切换的目标小区。原小区和目标小区将接收来自同一手机的信号，两个小区都对此手机进行定位，并将定位结果发送给基站控制器。由基站控制器根据此信息判断用户是否移动到另一基站的邻近覆盖区域，并将接近小区的基站信息发送给移动节点。一旦进入切换区域，基站控制器将通知另一基站做好切换准备，通过一个信令交换过程，移动节点就顺利切换到另一基站的通信信道上，完成了接力切换过程。

在基于TD-SCDMA的自组织网络中，有三种切换方式：从自组织网络向蜂窝网络的切换，从蜂窝网络向自组织网络的切换以及不同自组织网络之间的切换。通常采用的切换策略是基于信号强度阈值的切换算法，即将检测到的信号强度与设定阈值进行比较，从而确定是否进行切换以及切换到哪个网络。

这种切换策略实现简单，其主要缺点在于：一是在小区与小区的边界移动节点发生切换时容易出现街角效应(在市区高密度建筑地区，移动节点由于失去与基站的视线路径而出现接收信号严重下降的情况，需要快速切换)和乒乓效应(因处于小区交界处而在两个或者多个小区之间频繁切换)；二是没有利用智能天线和TD-SCDMA空中接口的特点进行切换操作。

基于TD-SCDMA的自组织网络切换策略的目标是：利用TD-SCDMA空中接口的特点，充分利用智能天线和接力切换的原理，完成基于TD-SCDMA的自组织网络的快速平滑水平切换。

发明内容

技术问题：本发明的目的是给出基于TD-SCDMA的移动自组织网络切换策略的具体实现方法，切换速度快，切换成功率高；基于接力切换原理的切换策略使得网络可靠性大大增强；可根据链路情况、业务类型以及QOS性能等灵活调整切换判决门限，适用场景广泛。

技术方案：本发明利用TD-SCDMA空中接口的特点，充分利用智能天线和接力切换的原理，完成基于TD-SCDMA的自组织网络的快速平滑水平切换。应用场景如图1所示。该切换方法的具体实现包括以下步骤并按所述顺序进行：

a.发起阶段：发起过程主要指系统测量信号强度参数，确定是否需要切换；

b.判决阶段：判决指系统根据周边环境或用户选择，来判断选择哪一个网络作为切换的目标；

c.执行阶段：执行过程指系统通过信息交互执行切换过程。

在基于TD-SCDMA的自组织网络中，当仅考虑在单个小区切换这一种情况，当出现下列情况时，将会触发切换操作：

①当用户转变业务类型，由于不同业务类型对于服务质量QOS的要求有所不同，需要进行新的网络选择；

②当用户的电池能量低于某一阈值时，需要进行新的网络选择以防止由于发射功率太小造成通信链路中断；

③当用户感知的服务质量中的用户对于信号强度、信号时延、信号抖动、掉话率等性能指标的满意度下降到低于某一阈值时，需要进行新的网络选择。

切换算法可以分为3个过程：切换发起、切换判决和切换执行。切换发起过程主要指系统测量信号强度等参数，确定是否需要切换。切换判决指系统根据周边环境或用户选择，通过一定的算法来判断选择哪一个网络作为切换的目标。切换执行过程指系统通过信息交互执行切换过程。

基于TD-SCDMA的自组织网络的切换策略具体说明如下：

假设：

在基于TD-SCDMA的自组织网络中，所有移动节点的位置信息为已知，具体实现方法有智能天线、A-GPS(全球定位系统辅助)、单点及多点定位方法等，定位实现方法不在本发明范围之内。

一、切换的发起阶段

接力切换的测量阶段相对其他切换方式更为严格，在满足正常通信质量的情况下要尽可能降低系统的切换率。

在移动节点与基站的通信过程中，移动节点需要对所在小区基站和相邻小区基站的导频信号强度等性能指标进行测量，并确定若干切换门限值。当出现上述触发切换的三种情况，这时移动节点发送接收信号强度下降等事件触发的测量报告，当RNC(无线网络控制器)或自组织网络网关节点收到此消息时，启动系统接力切换的测量过程。

测量过程中，智能天线能够不断检测移动节点的准确位置信息，并将测试结果发送给RNC或自组织网络网关节点。RNC或自组织网络网关节点通过分析这些数据，判断移动可能进入的下一个相邻小区或者是自组织网络作为切换的目的地。然后RNC或自组织网络网关节点把切换目的地的信息发送给移动节点，并通知移动节点对候选目的地进行测量并报告测量结果，为切换做好准备。当移动节点移动进入切换区域，由RNC或自组织网络网关节点向移动节点发送切换命令，开始进行切换过程。

在候选目的地的选择上，可以充分利用TD-SCDMA接力切换的优点，即不必把当前小区附近的6个小区或自组织网络全部作为候选小区。因为已知移动节点的准确位置信息，只需把移动节点移动方向一侧的少数几个小区或自组织网络作为切换的候选小区即可。如果在移动节点移动方向一侧没有蜂窝小区存在，则默认设定自组织网络为切换的候选目的地。

二、切换的判决阶段

当RNC或自组织网络网关节点收到来自当前小区的移动节点准确位置信息，确定候选目的地，并通知其对移动节点进行检测，并返回测试报告，确定是否进行切换。

三、切换的执行阶段

第一步：移动节点与基站或自组织网络网关节点正常通信的过程中，当移动节点向邻近小区移动时，通过对移动节点候选目的地的测量确定切换目标，并将定位信息发送到基站控制器或者自组织网络网关节点，

第二步：当移动节点移动到需要切换的区域时，网络向移动节点发出切换信令，移动节点立即与目标小区或自组织网络建立同步，此时移动节点仍然与原连接基站或自组织网络保持信令和业务连接，同时与新小区或自组织网络建立信令连接，

第三步：当移动节点与新小区或自组织网络之间成功建立信令连接，移动节点便开始尝试删除与原连接基站或自组织网络的业务连接，同时建立与新小区或自组织网络的业务连接。此时移动节点保持与两个网络的信令连接。如果与目的网络建立业务连接失败，移动节点将立即恢复与原基站或自组织网络的业务连接，并断开与目的小区或自组织网络的信令连接，从而切换失败，移动节点仍与原基站或自组织网络保持信令和业务连接，

第四步：当移动节点与新小区或自组织网络的业务连接建立成功之后，移动节点立即切换与原小区的信令连接。这时移动节点与原基站的业务和信令连接全部断开，切换完成。

如果在第三步尝试与目的网络建立业务连接失败，移动节点将立即恢复与原基站或自组织网络的业务连接，并断开与目的小区或自组织网络的信令连接，从而切换失败，移动节点仍与原基站或自组织网络保持信令和业务连接。

在整个过程中接力切换断开原来链路并建立新链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率较高，切换成功率较低的缺点。接力切换的突出优点是切换的高成功率和信道高利用率。接力切换时间耗费非常短。

有益效果：本发明方法利用TD-SCDMA空中接口的特点，充分利用智能天线和接力切换的原理，完成基于TD-SCDMA的自组织网络的快速平滑水平切换。

本发明书设计了基于TD-SCDMA接口的移动自组织网络切换策略的具体实现方法。藉由上述技术方案，本方法具有如下优点：

①充分利用TD-SCDMA空中接口的特点，充分利用智能天线和接力切换的原理，TD-SCDMA终端不需做硬件改动，软件仅需少量修改；

②切换速度快，切换成功率高；

③基于接力切换原理的切换策略使得网络可靠性大大增强；

④可根据链路情况、业务类型以及QOS性能等灵活调整切换判决门限，适用场景广泛。

附图说明

图1是TD-SCDMA蜂窝网络与移动自组织网络融合的典型场景示意图。

图2是基于TD-SCDMA的自组织网络的切换触发条件流程图。

图3是基于TD-SCDMA的自组织网络的切换步骤示意图。

具体实施方式

①从蜂窝网络切换到自组织网络

假定移动节点即将离开TD-SCDMA蜂窝基站的覆盖范围移动进入自组织网络。在移动节点与基站的通信过程中，移动节点需要对所在小区基站和自组织网络网关节点的导频信号强度等性能指标进行测量，并确定若干切换门限值。当蜂窝基站的导频信号强度低于设定阈值，这时移动节点发送接收信号强度下降的测量报告，当RNC收到此消息时，启动系统接力切换的测量过程。

测量过程中，智能天线能够不断检测移动节点的准确位置信息，并将测试结果发送给RNC。RNC通过分析这些数据，判断移动节点将离开蜂窝网络进入自组织网络。然后RNC把切换目的地(即自组织网络)的信息发送给移动节点，并通知移动节点对自组织网络进行测量并报告测量结果，为切换做好准备。当移动节点移动进入切换区域，由RNC向移动节点发送切换命令，开始进行切换过程。

当RNC收到来自当前小区的移动节点准确位置信息，确定候选目的地为自组织网络，并通知自组织网络网关节点对移动节点进行检测。通过算法分析当前小区的测量结果，确定进行切换。当不存在自组织网络网关节点时，移动节点自身作为自组织网络网关节点。

当移动节点向自组织网络移动时，将定位信息发送到基站控制器和自组织网络网关节点。

当移动节点移动到需要切换的区域时，蜂窝网络向移动节点发出切换信令，移动节点立即与自组织网络建立同步，此时移动节点仍然与原连接基站保持信令和业务连接，同时与自组织网络建立信令连接实施接入。

当移动节点与自组织网络成功建立信令连接，移动节点便开始尝试删除与原连接基站的业务连接，同时建立与自组织网络网关节点的业务连接，并通过自组织网络网关节点建立切换前通信链路，保持通信不中断。此时移动节点保持与两个网络的信令连接。

当移动节点自组织网络网关节点的业务连接建立成功，通信链路建立，移动节点立即切换与原小区的信令连接。这时移动节点与原基站的业务和信令连接全部断开，切换完成。

如果与自组织网络建立业务连接失败，移动节点将立即恢复与原基站的业务连接，并断开与自组织网络的信令连接，从而切换失败，移动节点仍与原基站保持信令和业务连接。

②从自组织网络切换到TD-SCDMA蜂窝网络

当移动节点在自组织网络中，出现上述触发切换的三种情况，这时移动节点通过自组织网络网关节点向蜂窝基站发送无线信道测量报告，当RNC收到此消息时，启动系统接力切换的测量过程。

测量过程中，移动节点的位置信息周期性通过自组织网络网关节点发送给RNC。RNC通过分析这些数据，判断移动可能进入的下一个相邻小区作为切换的目的地。然后RNC把切换目的小区的信息发送给移动节点，并通知移动节点对候选目的小区进行测量并报告测量结果，为切换做好准备。当移动节点移动进入切换区域，由RNC向移动节点发送切换命令，开始进行切换过程。

在候选目的地的选择上，可以充分利用TD-SCDMA接力切换的优点，即不必把移动节点附近的多个小区全部作为候选小区。因为已知移动节点的准确位置信息，只需把移动节点移动方向一侧的少数几个小区作为切换的候选小区即可。

当RNC通过自组织网络网关节点收到来自自组织网络的移动节点准确位置信息，确定候选目的地，并通知其对移动节点进行检测，并返回测试报告。通过算法分析当前小区的测量结果，确定是否进行切换。

当自组织网络中的移动节点向邻近蜂窝小区移动时，通过对移动节点候选目的地的测量确定切换目标，并将定位信息发送到基站控制器。

当移动节点移动到需要切换的区域时，网络向移动节点发出切换信令，移动节点立即与目标小区基站建立同步，此时移动节点仍然与自组织网络保持信令和业务连接，同时与目标小区建立信令连接。

当移动节点与目标小区基站成功建立信令连接，移动节点便开始尝试删除与自组织网络的业务连接，同时建立与目标小区基站的业务连接。此时移动节点保持与两个网络的信令连接。

当移动节点与目标小区的业务连接建立成功之后，移动节点立即切换与自组织网络的信令连接。这时移动节点与自组织网络的业务和信令连接全部断开，切换完成。

如果与蜂窝网络建立业务连接失败，移动节点将立即恢复与自组织网络的业务连接，并断开与目的小区的信令连接，从而切换失败，移动节点仍与自组织网络保持信令和业务连接。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。及凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (4)

1.一种基于时分同步码分多址的自组织网络同步系统的切换实现方法，其特征在于该切换方法的具体实现包括以下步骤并按所述顺序进行：

a.发起阶段：发起过程主要指系统测量信号强度参数，确定是否需要切换；

b.判决阶段：判决指系统根据周边环境或用户选择，来判断选择哪一个网络作为切换的目标；

c.执行阶段：执行过程指系统通过信息交互执行切换过程。

2.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络的切换实现方法，其特征在于发起阶段的三种触发条件为：

①当用户转变业务类型，由于不同业务类型对于服务质量QOS的要求有所不同，需要进行新的网络选择；

②当用户的电池能量低于某一阈值时，需要进行新的网络选择以防止由于发射功率太小造成通信链路中断；

③当用户感知的服务质量中的用户对于信号强度、信号时延、信号抖动、掉话率等性能指标的满意度下降到低于某一阈值时，需要进行新的网络选择。

3.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络的切换实现方法，其特征在于判决阶段的具体实现如下：

当RNC或自组织网络网关节点收到来自当前小区的移动节点准确位置信息，确定候选目的地，并通知其对移动节点进行检测，并返回测试报告，确定是否进行切换。

4.根据权利要求1所述的基于时分同步码分多址的自组织网络的切换实现方法，其特征在于执行阶段的具体实现包括以下步骤：

第一步：移动节点与基站或自组织网络网关节点正常通信的过程中，当移动节点向邻近小区移动时，通过对移动节点候选目的地的测量确定切换目标，并将定位信息发送到基站控制器或者自组织网络网关节点，

第二步：当移动节点移动到需要切换的区域时，网络向移动节点发出切换信令，移动节点立即与目标小区或自组织网络建立同步，此时移动节点仍然与原连接基站或自组织网络保持信令和业务连接，同时与新小区或自组织网络建立信令连接，

第三步：当移动节点与新小区或自组织网络之间成功建立信令连接，移动节点便开始尝试删除与原连接基站或自组织网络的业务连接，同时建立与新小区或自组织网络的业务连接。此时移动节点保持与两个网络的信令连接。如果与目的网络建立业务连接失败，移动节点将立即恢复与原基站或自组织网络的业务连接，并断开与目的小区或自组织网络的信令连接，从而切换失败，移动节点仍与原基站或自组织网络保持信令和业务连接，

第四步：当移动节点与新小区或自组织网络的业务连接建立成功之后，移动节点立即切换与原小区的信令连接。这时移动节点与原基站的业务和信令连接全部断开，切换完成。

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