CN101557620B - 实现终端越区切换的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现终端越区切换的方法，包括在终端的候选基站集中，监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站；当监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及在监测到的基站的信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，将监测到的基站作为终端的当前服务基站。本发明还公开了对应的装置和系统。本发明可以在减小基站间覆盖范围重叠区域的基础上，减少快速移动状态下的终端切换的失败率，从而减小建网成本。

Description

实现终端越区切换的方法、装置及系统 

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种实现终端越区切换的方法、装置及系统。 

背景技术

在终端高速运动的场景下，由于多普勒频移、信道的快变及其车厢屏蔽等因素的影响，将会导致蜂窝无线通信系统的覆盖效果受到很大的影响。 

为了增强终端高速运动环境下蜂窝无线通信系统的覆盖效果，现有技术一般采用增大基站发射功率、使用定向天线等方式，来解决车厢穿透损耗较大的问题。尽管如此，当终端在蜂窝无线通信系统中处于高速运动状态时，还是会存在如下问题： 

由于终端的运动速度比较快，因此切换频率增大，相应也就导致由于切换失败而导致掉话的机率增高，为了保证切换的成功率，通常会通过减小基站之间的间距来增大基站覆盖范围的重叠，而降低切换的失败率。如图1所示，为传统铁路线网络覆盖的状态示意图，可见两个基站之间的覆盖范围重叠区域较大，但是这样规划基站建设势必会增加建网投入的成本。 

在保证切换成功率的基础上，由于终端高速运动而导致的多普勒频移和信号强度不稳定也是影响用户通信质量的关键因素。如图2所示，为传统铁路线网络覆盖范围内，终端的移动状态示意图。图3为在图2所示的移动状态基础上，终端接收基站A的下行信号S1和接收基站B的下行信号S2的信号强度变化状态示意图，图4为在图2所示的移动状态基础上，终端接收基站A的下行信号S1和接收基站B的下行信号S2的频率变化状态示意图。 

如图5所示，为在上述图2所示的移动状态基础上，对车厢内终端接收到的信号进行分析的模型图，其中在该模型图中假设车速为v，信号原始频率为f₀，信号最大频率误差为f_v，基站覆盖半径为L，λ为信号波长，d为基站距离铁路线的垂直高度，α为终端的运动方向与基站间的夹角，则有：

$f_v=\frac{\mathrm{Lv}}{\mathrm{\λ}\sqrt{L^2+d^2}}\•\cos \left(\mathrm{\α}\right)$

如图6所示，为终端从接受一个基站服务到脱离该基站服务的过程中，其接收到的信号频率和信号强度变化示意图，由此可见在终端从接受一个基站服务到脱离该基站服务的过程中，其接收信号频率在f₀+f_v到f₀-f_v之间变化，信号强度经过了增强-稳定-减弱的变化过程，其中在A、C时刻，由于信号强度最弱，且多普勒频移最大，因此这两个时刻最容易引起掉话。 

因此在终端处于高速运动的环境下，在保证终端切换成功率的基础上，抑制切换过程给终端所带来的多谱勒频移和信号强度不稳定也是现有技术需要考虑的问题。 

发明内容

本发明提供一种实现终端越区切换的方法、装置及系统，以在减小基站间覆盖范围重叠区域的基础上，减少快速移动状态下的终端切换的失败率，从而减小建网成本。 

本发明提供了一种实现终端越区切换的方法，包括在终端的候选基站集中，监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站；当监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及在监测到的基站的信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，将监测到的基站作为终端的当前服务基站；在未监测到所述基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控 制；以及在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制，以在保证终端切换成功率的基础上，抑制切换过程给终端所带来的信号强度不稳定问题。 

本发明还提供了一种实现终端越区切换的装置，包括基站监测单元，用于在终端的候选基站集中，监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站；判断单元，用于当基站监测单元监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及切换处理单元，用于在判断单元的判断结果为是时，将基站监测单元监测到的基站作为终端的当前服务基站；信号电平增益控制单元，用于在基站监测单元未监测到所述基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制；以及在基站监测单元监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制。 

本发明还提供了一种实现终端越区切换的系统，包括置于移动室内的切换处理装置、第一耦合器和第二耦合器、室内定向天线以及置于移动室外的室外施主天线，其中室外施主天线，用于收发基站和切换处理装置之间交互的信号；室内定向天线，用于收发切换处理装置和移动室内的终端之间交互的信号；第一耦合器，用于将切换处理装置处理后的上行信号耦合到室外施主天线；以及第二耦合器，用于将切换处理装置处理后的下行信号耦合到室内定向天线；切换处理装置，用于在终端的候选基站集中，监测信号强度超过移动室内的终端 当前服务基站信号强度的基站；当监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及在监测到的基站的信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，将监测到的基站作为终端的当前服务基站，所述切换处理装置在未监测到所述基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制；以及在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制。 

本发明方案通过在监测到出现新基站的信号强度超过终端当前服务基站的信号强度时，采用不立即切换使用新基站作为终端的当前服务基站，而是适当延长切换时间，即在监测到的新基站信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，才切换使用新基站作为终端的当前服务基站，这样可以在减小基站间覆盖范围重叠区域的基础上，尽量提高高速运动环境下的终端越区切换的成功率，以减小基站建设的投入成本。 

附图说明

下面将结合各个附图对本发明技术方案的具体实施例进行详细阐述，其中在各个附图中： 

图1为传统铁路线网络覆盖的状态示意图； 

图2为传统铁路线网络覆盖范围内，终端的移动状态示意图； 

图3为在图2所示的移动状态基础上，终端接收基站A的下行信号S1和接收基站B的下行信号S2的信号强度变化状态示意图； 

图4为在图2所示的移动状态基础上，终端接收基站A的下行信号S1和接收基站B的下行信号S2的频率变化状态示意图； 

图5为在上述图2所示的移动状态基础上，对车厢内终端接收到的信号进行分析的模型图； 

图6为终端从接受一个基站服务到脱离该基站服务的过程中，其接收到的信号频率和信号强度变化示意图； 

图7为本发明实施例提出的实现终端越区切换方法的流程图； 

图8为基于本发明方法原理，在高速列车分布系统中组建的实现终端越区切换的系统； 

图9为本发明提出的切换处理装置的具体组成结构框图； 

图10为采用本发明技术方案后，在保证高速运动环境下的终端成功越区切换的基础上，所需的基站间覆盖范围重叠区域示意图； 

图11为在上述图2所示的终端移动状态示意图基础上，采用本发明技术方案后，车厢内部信号电平趋于稳定的示意图； 

图12为在上述图2所示的终端移动状态示意图基础上，采用本发明技术方案后，车厢内部信号频率趋于稳定的示意图。 

具体实施方式

本发明实施例提出一种可以在减小高速运动环境下的终端越区切换失败率的基础上，尽量减小基站间覆盖范围的重叠区域，从而减小基站建设的投入成本。 

如图7所示，为本发明实施例提出的实现终端越区切换方法的流程图，其中终端在移动过程中，都会拥有一个当前主服务小区(对应当前服务基站)和一个候选小区集合(对应候选基站)，其中候选小区集合中可能包括一个或多个小区，该方法的具体实现过程如下： 

步骤10，在终端的候选小区集合中，监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站； 

步骤20，当监测到信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度，如果是执行下述步骤30；否则执行下述步骤40； 

步骤30，将上述监测到的基站作为终端的当前服务基站； 

步骤40，继续使用终端当前服务基站作为终端的当前服务基站。 

本发明实施例上述方法通过在监测到出现新基站的信号强度超过终端当前服务基站的信号强度时，采用不立即切换使用新基站作为终端的当前服务基站，而是适当延长切换时间，即在监测到的新基站信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，才切换使用新基站作为终端的当前服务基站，这样可以在减小基站间覆盖范围重叠区域的基础上，尽量提高高速运动环境下的终端越区切换的成功率，以减小基站建设的投入成本。 

一方面，基于本发明方法实施例，在终端处于高速运动的环境下，在保证终端切换成功率的基础上，较优地可以在未监测到信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站时，以及在监测到该基站时的规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号实施频率误差补偿处理，从而抑制或消除切换过程给终端所带来的多谱勒频移影响。其中对终端当前服务基站的下行信号进行频率误差补偿处理的流程可以如下： 

1)基于终端当前服务基站的下行信号的固定序列，实施与终端当前服务基站进行时间同步； 

2)利用频域信号处理方式对每N个帧进行一次精细频率误差估计，从而得到多普勒频率漂移值f’；由于精细频率误差估计处理一般都需要一定的处理时间，且实际并非每帧都需要校正频率，因此可配置每N帧进行一次精细频率误差估计处理； 

3)如果终端当前服务基站下发的下行信号频率为f，则将该下行信号处理成频率为f+f_t-f’的信号并下发给终端，其中f-f’即为终端当前服务基站的下行信号的实际发射频率，之所以还要加上附加频移f_t，是因为通常处于高速移动 状态下的终端，其所处车厢内频率始终和车厢外频率有较大差异，加上该附加频移f_t可以有效避免较强的车厢内外频率干扰。 

同理，若终端的上行信号频率为f，则也可以将终端的上行信号处理成频率为f-f’的信号并发送给终端的当前服务基站。 

另一方面，基于本发明方法实施例，在终端处于高速运动的环境下，在保证终端切换成功率的基础上，较优地可以在未监测到信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制处理；以及在监测到该基站时的规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制处理，并同时对监测到的该基站的下行信号进行信号电平增益控制处理，从而避免终端在高速运动环境下，接收到的信号强度不稳定，从而使之得到信号强度相对较为稳定的下行信号。其中可以根据车厢外界信号电平自动调整车厢内部下行信号的电平增益，从而保证车厢内部信号电平相对稳定，具体流程可以如下： 

1)利用同步算法对终端当前服务基站的下行信号进行相关，确定车厢外部下行信号电平； 

(2)调整车厢内部下行信号的电平增益，保证车厢内部信号电平相对稳定，例如假定终端的当前服务基站的下行信号电平为U，预期要得到车厢内部的信号电平为U1，则需要对终端当前服务基站的下行信号进行调整的电平增益G为U1-U； 

(3)当监测到出现新的基站信号强度超过终端当前服务基站的信号强度但超过时间未持续规定时间段t时，仍然对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制处理，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制处理，其中对终端当前服务基站和对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制处理所采用的信号放大倍数相同； 

(4)当监测到的新基站的信号强度超过终端当前服务基站的信号强度的持续时间超过t时，将监测到的新基站作为终端的当前服务基站，继而执行1)。 

在高速运动的环境下，可以通过在高速移动的车厢内设置一个切换处理装置(通常意义上可以称之为高速直放站)，由该切换处理装置来执行上述方法的具体实现流程。例如在本发明实施例中，该设置的切换处理装置的处理过程具体如下： 

在终端的当前服务小区和候选小区集合中，当切换处理装置监测到终端的当前服务基站的下行信号仍为最强且维持超过t时间，估计终端的当前服务小区的频率漂移值f’，将终端当前服务基站的下行信号处理成频率为f+f_t-f’的信号并下发给终端(f为基站下发的下行信号频率，f_t为附加频移)，即保证车厢内部的下行信号频率恒定；估计终端当前服务基站的下行信号电平增益，根据估计结果对终端当前服务基站的下行信号电平进行放大，即保证车厢内部信号强度恒定； 

当监测到一基站的下行信号强度为最强信号但未维持超过t时间，估计终端的当前服务小区的频率漂移值f’，将终端当前服务基站的下行信号处理成频率为f+f_t-f’的信号并下发给终端，即保证车厢内部的下行信号频率恒定；估计终端当前服务基站的下行信号电平增益，根据估计结果对终端当前服务基站的下行信号电平进行放大，并对监测到的信号最强的基站的下行信号也进行放大，其采用的信号放大倍数与终端当前服务基站的放大倍数相同； 

当监测到一基站保持信号最强的时间长度超过了t时间，则将这一监测到的基站作为终端的当前服务基站，估计终端的当前服务小区的频率漂移值f’，将终端当前服务基站的下行信号处理成频率为f+f_t-f’的信号并下发给终端，即保证车厢内部的下行信号频率恒定；估计终端当前服务基站的下行信号电平增益，根据估计结果对终端当前服务基站的下行信号电平进行放大，即保证车厢内部信号强度恒定。 

如图8所示，为基于本发明方法原理，在高速列车分布系统中组建的实现终端越区切换的系统，考虑信号接收的可靠性和工程复杂度，可以以若干节车厢为目标建立一套完整的越区切换处理系统，该越区切换系统主要包括置于移 动室内的切换处理装置(也可以称之为高速直放站)100、第一耦合器110和第二耦合器120、室内定向天线130以及置于移动室外的室外施主天线140，其中这里的室内具体指图8中的车厢内部，室外具体指图8中的车厢外部。其中各个组成部分的具体作用如下： 

室外施主天线140，置于车厢外部，用于处理基站150和切换处理装置100之间的信号收发； 

室内定向天线130，置于车厢内部，用于处理切换处理装置100和车厢内部的终端160之间的信号收发； 

第一耦合器110，用于将切换处理装置100处理后的上行信号耦合到多个室外施主天线140；以及 

第二耦合器120，用于将切换处理装置100处理后的下行信号耦合到不同车厢内部的室内定向天线130； 

切换处理装置100，用于监测信号强度超过车厢内部的终端当前服务基站信号强度的基站；当监测到该基站时，判断监测到的该基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及在监测到的该基站的信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，将监测到的该基站作为终端的当前服务基站。 

其中切换处理装置100(也就是通常意义上的高速直放站)的具体工作过程在上述方法实施例的描述中已经给予详述，这里不再过多赘述。 

基于切换处理装置100的具体工作过程，本发明提出的切换处理装置的具体组成结构如图9所示，包括基站监测单元1001，用于监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站；判断单元1002，用于当基站监测单元1001监测到一基站时，判断监测到的该基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；切换处理单元1003，用于在判断单元1002的判断结果为是时，将基站监测单元1001监测到的该基站作为终端的当前服务基站。在此基础上，还包括频率误差补偿单元1004，用于在基站监测单元1001 未监测到基站时，以及在监测到基站时的规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行频率误差补偿处理；信号电平增益控制单元1005，用于在基站监测单元1001未监测到基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制处理，以及在基站监测单元1001监测到基站时的规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制处理，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制处理。 

其中信号电平增益控制单元1005在基站监测单元1001监测到基站时的规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数，与对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数相同。 

另外有关频率误差补偿单元1004如何对基站的下行信号进行频率误差补偿处理，以及信号电平增益控制单元1005如何对基站的下行信号进行信号电平的自动增益控制处理，在上述方法实施例中均已经详述，这里不再过多赘述。 

如图10所示，为采用本发明技术方案后，在保证高速运动环境下的终端成功越区切换的基础上，所需的基站间覆盖范围重叠区域示意图，可见相对于图1所示的传统铁路线网络覆盖示意图而言，基站间的覆盖范围重叠区域大大减小，因此不需要再密集设置基站，减少了基站建设的投入成本。 

如图11所示，为在上述图2所示的终端移动状态示意图基础上，采用本发明技术方案后，车厢内部信号电平趋于稳定的示意图，由此可见本发明技术方案在保证高速运动状态下的终端成功进行越区切换的基础上，可以使高速运动状态下的终端始终接收信号强度稳定的下行信号，从而在解决了车厢穿透损耗的基础上，可以提高高速运动环境下的用户的通信质量。 

如图12所示，为在上述图2所示的终端移动状态示意图基础上，采用本发明技术方案后，车厢内部信号频率趋于稳定的示意图，由此可见，本发明技术方案在保证高速运动状态下的终端成功进行越区切换的基础上，可以避免多普勒频移对高速运动状态下的终端造成的影响，提高了高速运动环境下的用户 的通信质量。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (6)

1.一种实现终端越区切换的方法，其特征在于，包括：

在终端的候选基站集中，监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站；

当监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及

在监测到的基站的信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，将监测到的基站作为终端的当前服务基站；

在未监测到所述基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制；以及

在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数，与对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数相同。

3.一种实现终端越区切换的装置，其特征在于，包括：

基站监测单元，用于在终端的候选基站集中，监测信号强度超过终端当前服务基站信号强度的基站；

判断单元，用于当基站监测单元监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及

切换处理单元，用于在判断单元的判断结果为是时，将基站监测单元监测到的基站作为终端的当前服务基站；

信号电平增益控制单元，用于在基站监测单元未监测到所述基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制；以及在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号电平增益控制单元在基站监测单元监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数，与对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数相同。

5.一种实现终端越区切换的系统，其特征在于，包括置于移动室内的切换处理装置、第一耦合器和第二耦合器、室内定向天线以及置于移动室外的室外施主天线，其中：

室外施主天线，用于收发基站和切换处理装置之间交互的信号；

室内定向天线，用于收发切换处理装置和移动室内的终端之间交互的信号；

第一耦合器，用于将切换处理装置处理后的上行信号耦合到室外施主天线；以及

第二耦合器，用于将切换处理装置处理后的下行信号耦合到室内定向天线；

切换处理装置，用于在终端的候选基站集中，监测信号强度超过移动室内的终端当前服务基站信号强度的基站；当监测到所述基站时，判断监测到的基站的信号强度在规定时间段内是否始终超过终端当前服务基站的信号强度；以及在监测到的基站的信号强度在规定时间段内始终超过终端当前服务基站的信号强度时，将监测到的基站作为终端的当前服务基站，所述切换处理装置在未监测到所述基站时，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制；以及在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制，并对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述切换处理装置在监测到所述基站时，在所述规定时间段内，对终端当前服务基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数，与对监测到的基站的下行信号进行信号电平增益控制的信号放大倍数相同。

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