CN101815334A

CN101815334A - 一种无线通信系统中的切换方法和终端装置

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Publication number: CN101815334A
Application number: CN200910078323A
Authority: CN
Inventors: 徐广涵; 石昱舒; 周晖; 黄�俊; 李航
Original assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Current assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明提出了一种无线通信系统中的切换方法。包括，终端与服务基站通信并检测其他基站；终端根据预定条件找出待切基站；终端通知服务基站进入切换状态，并与待切基站和服务基站交替进行通信；终端和待切基站可靠通信一段预定的时间后，中止与服务基站的通信，并与待切基站进行每帧通信，待切基站成为新的服务基站。本发明还提出了一种在无线通信中切换的终端装置，该终端装置包括信号检测单元、判断单元和切换执行单元。本发明实现简单，不要求基站之间的严格同步，节省无线资源，同时也能保证切换的可靠和稳定；此外，通过基站之间二层隧道的建立，使终端在不同网段的基站之间做到高层切换不间断，保持业务连续。

Description

一种无线通信系统中的切换方法和终端装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线通信系统中的切换方法和终端装置。

背景技术

当今通用通信系统的切换机制不外乎以GSM系统为代表的硬切换机制和以CDMA及WCDMA为代表的软切换机制。硬切换是指在终端发现另一个基站的信号指标比当前基站(服务基站)更好到一定程度时，就硬性切到该基站。硬切换虽然实现简单，但是如果要切换的基站(简称待切基站)的信号指标只是短暂的好，切换可能失败，终端将与基站和网络失连。

为了克服硬切换的缺点和CDMA本身的高干扰的弱点，CDMA引入了软切换的机制。根据软切换的机制，终端在切换时同时与服务基站和待切基站通信。终端将两基站的信号进行组合，同时提高信号的信噪比。此切换一直进行到待切基站的信号稳定后才切到待切基站。这种切换虽然比硬切换可靠，但是需要占用大量资源，并要求基站在时间上的严格同步，实现难度很大。

发明内容

为了克服上述缺点，对于无线通信系统中一个终端和多个基站在多个基站的交叉覆盖区内，本发明提出的一种新的先建后拆的切换方法，包括以下步骤：

(1)一个终端与一个服务基站通信，并在一个预定的周期内对服务基站和其他基站的信号强度进行周期性的检测；

(2)终端将其他基站的信号强度与服务基站的信号强度相比，如果某一个其他基站的信号强度满足了预定条件，终端就将此基站设定为待切基站并进入步骤(3)，否则回到步骤(1)；

(3)终端与待切基站和服务基站交替进行通信，即在连续两帧中的一帧与服务基站通信，在另一帧中与待切基站通信；

(4)终端和待切基站可靠通信一段预定的时间后，终端中止与服务基站的通信，并与待切基站进行每帧通信，待切基站成为新的服务基站。

优选的，无线通信系统采用CS-OFDMA多址方式，下行信号帧结构划为功率固定的前导序列部分和功率随着用户变化的业务信道部分；用于做切换依据的基站信号是基站下行前导序列信号。

上述方法中，步骤(1)所述的其他基站可以是服务基站的邻近基站列表中的基站，其中邻近基站列表是终端通过无线方式从服务基站获得的。

上述方法中，步骤(2)所述的其他基站的信号强度和服务基站的信号强度是一种时间平均值。

上述方法的步骤(2)，进一步包括如下操作：终端分别找出同频基站的信号强度最大值和异频基站的信号强度最大值；终端首先将同频基站的信号强度最大值与服务基站的信号强度相比，如果同频基站信号强度高于服务基站信号强度且二者之差大于设定值Th1，终端就将该同频基站设定为待切基站；否则，终端将异频基站的信号强度最大值与服务基站的信号强度相比，如果异频基站信号强度高于服务基站信号强度且二者之差大于设定值Th2，则终端将该异频基站设定为待切基站。

上述方法中，步骤(4)所述的可靠通信一段预定的时间是指：在预定时间内，终端和待切基站的通信误包率小于一个预定值。

上述方法的步骤(4)，进一步包括如下操作：在预定时间内，终端和待切基站保持可靠通信并且待切基站和锚基站完成二层隧道的建立，终端将中止与服务基站的通信并与待切基站进行每帧通信，待切基站成为新的服务基站。

本发明还提出了一种在无线通信中切换的终端装置，该终端装置包括信号检测单元、判断单元和切换执行单元；其中：信号检测单元，用于周期性检测服务基站和其他基站的信号强度；判断单元，用于根据预定条件比较检测到的服务基站信号强度和其他基站信号强度，确定待切基站；切换执行单元，用于确定待切基站后，与待切基站和服务基站进行隔帧通信，当与待切基站可靠通信一段预定时间后，中止与服务基站的通信，并与待切基站进行每帧通信，将待切基站设定为新的服务基站。

本发明的有益效果在于比CDMA软切换实现简单，不需要基站之间的严格同步，节省了无线资源，同时也能保证切换的可靠和稳定；此外，通过基站之间二层隧道的建立，使终端在不同网段的基站之间做到高层切换不间断。

附图说明

图1为先建后拆的切换流程图；

图2为CS-OFDMA信号的帧结构示意图；

图3为10ms/5ms的帧结构的上下行时隙分配示意图；

图4为10ms的对称(4:4)帧结构的时频示意图；

图5为逻辑信道和物理信道的映射的示意图；

图6为CS-OFDMA系统的切换流程图；

图7为寻找待切基站的流程图；

图8为切换和二层隧道建立示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提出的先建后拆的切换方法的基本流程为：首先，终端与一个服务基站通信，同时在预定的周期内对服务基站和其他基站的下行信号强度进行周期性的检测；其中的其他基站可以是终端搜索到的基站，也可以是终端从服务基站获取的邻近基站列表中的基站。然后，终端将其他基站的信号强度与服务基站的信号强度相比，根据预定条件确定待切基站，其中的信号强度可以采用基站下行信号强度在一定时间上的平均值来度量。如果，没有合适的待切基站，终端将重复上述步骤；如果某一个其他基站的信号强度满足了预定条件，终端就将此基站设定为待切基站，终端与待切基站和服务基站交替进行通信，即在连续两帧中的一帧与服务基站通信，在另一帧中与待切基站通信。当终端和待切基站可靠通信一段预定的时间后，终端中止与服务基站的通信，并开始与待切基站进行每帧通信，此时待切基站成为新的服务基站。

以下我们通过一种特殊的CS-OFDMA系统来解释这个发明的具体实施方式。但需要声明的是这种先建后拆的切换机制也适用于其他无线通信系统。

在详细介绍本发明前，我们先从CS-OFDMA的信道结构开始。为了便于说明，以下将此系统称为CS-OFDMA系统。

1.CS-OFDMA系统的信道结构

如图2的例子所示，CS-CDMA信号的总带宽是5MHz，并分为5个独立的子载波组，每个子载波组的带宽是1MHz。每个子载波组由128个频点组成(OFDM子载波)。128个频点又进一步分为16个子群，每个子群有8个频点。对于一个单独的被发送的符号，它首先被8个正交码中的一个扩频为8个频点(类似于8个CDMA的码片)。由于8个扩频频点分散在整个1MHz子载波组中，也就是说一个被发送的符号的能量被8个单独的频点扩频到整个1MHz的带宽中，这样我们能够得到CDMA扩频增益并同时抵抗信道衰落环境影响下个别频点的严重衰弱。如此类推，我们可以用i个正交码将i个符号扩到8个频点，i＝1，2，...，8。

2.CS-OFDMA系统的帧结构

CS-OFDMA系统的帧结构是可调的。如图3的示例所示，如果TDD的周期是10ms，整个10ms的帧可分为8个时隙。其上下行之比可以是1∶7到7∶1。如果时隙长度不变，5ms的帧可分为4个时隙，其上下行之比可以是1∶3到3∶1。不管5ms还是10ms的帧结构，从上行到下行和从下行到上行都有保护时隙；下行的第一个时隙的头部是已知的前导序列。图3是对应10ms的帧结构的信道分配时频示意图。如图4所示，5MHz带宽被分成5个1MHz子载波组。每个时隙和子载波组有16个信道单元，一个信道单元是8个频点。每个信道单元有8个符号时长。在8个符号中，至少有一个导频符号；并在每个信道单元中，有一组和前导序列号对应的时频窗口，即在某几个符号时长中的某几个频点上下行都不发信号。这个时频窗口用于观察干扰和噪声情况。

3.CS-OFDMA系统的逻辑信道

CS-OFDMA系统有以下7种逻辑信道，这些逻辑信道到物理帧结构的映射如图5所示：

a.广播信道(BCH)：基站广播基站配置/加载信息、终端寻呼信息和其他广播包。

b.测距信道(RG)：终端在上行链路/下行链路间的保护段发送测距信号，以达到上行同步。

c.测距响应信道(RR)：测距后下行链路响应信道返回同步信息到终端。

d.随机接入信道(RA)：终端发送上行链路随机接入包到基站，并请求初始信道分配，从备用到通信。

e.随机接入响应信道(RAR)：从终端收到随机接入请求后，基站将初始信道分配信息回送给终端。

f.上行链路业务信道(UTCH)：终端将包括数据、语音、控制信令和性能信息的业务包在上行链路中发送给基站。

g.下行链路业务信道(DTCH)：终端将包括数据、语音、控制信令和性能信息的业务包发送给基站。

4.同步机制

对于所有的TDD系统，TDD定时都需要严格同步。CS-OFDMA系统可以通过GPS、有线等方式与任何全球时钟同步。基站和终端的同步通过下列过程获得：

a.终端首先在第一个下行链路业务时隙(D1)检测前导序列，然后在每个可能的下行链路时隙搜索BCH信道。一旦发现BCH信道，终端就会找到TDD的不对称上/下行比，将实现下行链路同步。

b.实现下行链路同步并定位测距和测距响应信道后，终端发送测距信号到基站，并接收下行测距响应信道中的上行链路同步信息。

c.在通信模式中，同步由基站的前导信号和上行链路信号维持，并将同步偏移信息反馈到终端。

实施例1：

在CS-OFDMA系统中，下行信号帧结构划为功率固定的前导序列部分和功率随着用户变化的业务信道部分。终端在两个基站间的切换的大致过程如下：终端先在位置1和服务基站通信。当它移动到位置2的过程中，来自服务基站的信号逐渐减少，来自待切基站的信号逐渐变大。终端将在某时刻收到来自待切基站的信号强度高于来自服务基站的信号强度，且差值大于一个预设值，终端就进入切换状态。在切换状态下，终端与服务基站和待切基站进行隔帧通信，如：与服务基站在奇数帧通信，与待切基站在偶数帧通信；或者与服务基站在偶数帧通信，与待切基站在奇数帧通信。等到终端和待切基站的通信稳定之后，终端解除和服务基站的通信，并在每一帧与待切基站通信。此时，待切基站将成为新的服务基站。

在CS-OFDMA系统中，上述切换过程的具体流程如图6所示：

首先，终端在服务基站注册过程中，服务基站将邻近基站列表发给终端(步骤601)。在CS-OFDMA系统中，邻近基站列表中包含邻近基站的中心频率、前导序列号和控制信道位置等配置信息；控制信道包括广播信道、测距信道、测距响应信道、随机接入信道和随机接入响应信道。

接下来，终端与服务基站通信，同时根据邻近基站列表中的中心频率和前导序列号，在预定的周期扫描邻近基站前导序列信号；将信号按强度大小排序(步骤602)；然后将最大信号和服务基站的信号相比，判断能否满足预定条件(步骤603)，如：在一定时间内，是否超过当前基站信号一个预定值。

如果不能满足预定条件，则返回步骤602；如果满足预定条件，终端将该基站设定待切基站，并从邻近基站列表中找出此基站及其控制信道的位置，对其进行相应的探测(步骤604)，包括测距和随机接入的尝试。

如果探测失败，则返回步骤602；如果探测成功，终端通知服务基站已进入切换状态，在两个连续帧中选一帧和服务基站通信，在另一帧中和待切基站通信(步骤605)。如，在偶数帧和服务基站通信以保证业务通信不间断；在奇数帧和待切基站通信来交互切换信息。

然后，在一段预定的时间内，如果终端和待切基站能保持可靠通信，并且与待切基站的信息交互完毕，终端就将退出切换状态：终止与服务基站通信并与待切基站在每帧通信(步骤606)。此时，待切基站成为新的服务基站，终端从新的服务基站重新下载新的邻近基站列表。其中保持可靠通信是指在预定时间内终端和待切基站的通信的误包率小于一个预定值。在CS-OFDMA系统中，如果终端在切换状态和任何一个基站失连，终端将退出切换状态，与另一个基站每帧进行正常通信。

实施例2：

对于上述过程中的步骤602～步骤603，为了更准确选择待切基站，终端还可以进一步的将其他基站分成同频基站和异频基站，并且分别找出同频基站和异频基站的最大信号强度。其中同频基站指基站的频率和服务基站的频率有重合；否则就是异频基站。一般情况下，同频基站的信号受到的干扰比异频基站受到的干扰大，所以终端先用同频基站的最大信号强度与服务基站做比较，如果不满足预定条件，再用异频基站的最大信号强度与服务基站做比较。

详细流程如图7所示：首先，终端对每个邻近基站和服务基站的信号进行移动窗口平均，移动窗口平均是指将本次平均值和上次的平均值做加权平均，是一种时间平均；分别找出同频基站的平均值中的最大值

和异频基站的平均值中的最大值

(步骤701)。

然后，将同频基站的平均值中的最大值

与服务基站的信号平均值S_aver相比步骤(702)；如果同频基站的平均值中的最大值超出服务基站信号平均值一个预定值Th₁，即：

则终端设定此基站为待切基站(步骤704)。否则，终端将异频基站的平均值中的最大值

与服务基站的信号平均值S_aver相比(步骤703)。如果异频基站的平均值中的最大值超出服务基站信号平均值一个预定值Th₂，即：

则终端设定此基站为待切基站(步骤704)；否则，返回步骤701。其中的Th₁和Th₂可以相同，也可以不相同。

切换的其他过程与实施例1类似。

实施例3：

在切换状态下，终端与待切基站和服务基站进行隔帧通信，并在待切基站与锚基站之间建立二层隧道。具体的切换过程和二层隧道的建立过程如图8所示。

终端在位置1和锚基站通信。当终端移动到位置2，终端通过实施例1或2所述的方法切换到另一个基站，即服务基站。此时，服务基站和锚基站建立了2层隧道。服务基站将从终端发来的数据包通过2层隧道转送到锚基站，锚基站将它们发到数据出口。同时锚基站将从数据进口给这个终端的数据包通过2层隧道转送到服务基站，服务基站再将它通过无线方式送到该终端。这样，终端或终端连接的PC不需更新IP地址就可以完成Internet通信。同理，当终端从位置2移动到位置3时，终端将切换到待切基站。在切换过程中，终端还需要通知服务基站拆掉服务基站和锚基站的2层隧道，并在锚基站和待切基站之间建新的二层隧道。这样能保证终端在不更换IP地址的条件下保持和英特网链路不断。

Claims

1.在无线通信系统中一个终端和多个基站在多个基站的交叉覆盖区内的一种先建后拆的切换方法，其具体步骤为：

a.一个终端与一个服务基站通信，并在一个预定的周期内对服务基站和其他基站的信号强度进行周期性的检测；

b.终端将其他基站的信号强度与服务基站的信号强度相比，如果某一个其他基站的信号强度满足了预定条件，终端就将此基站设定为待切基站，进入步骤c，否则回到步骤a；

c.终端与待切基站和服务基站交替进行通信，即在连续两帧中的一帧与服务基站通信，在另一帧中与待切基站通信；

d.终端和待切基站可靠通信一段预定的时间后，终端中止与服务基站的通信，并与待切基站进行每帧通信，待切基站成为新的服务基站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的无线通信系统采用CS-OFDMA多址方式，将下行信号帧结构划为功率固定的前导序列部分和功率随着用户变化的业务信道部分；用于做切换依据的基站信号是基站下行前导序列信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法之一，其特征在于步骤a，所述的其他基站是服务基站的邻近基站列表中的基站，其中邻近基站列表是终端通过无线方式从服务基站获得的。

4.根据权利要求1或2所述的方法之一，其特征在于步骤b，所述的其他基站的信号强度和服务基站的信号强度是一种时间平均值。

5.根据权利要求1或2所述的方法之一，其特征在于步骤b，进一步包括：终端分别找出同频基站的信号强度最大值和异频基站的信号强度最大值；终端首先将同频基站的信号强度最大值与服务基站的信号强度相比，如果同频基站信号强度高于服务基站信号强度且二者之差大于设定值Th1，终端就将该同频基站设定为待切基站；否则，终端将异频基站的信号强度最大值与服务基站的信号强度相比，如果异频基站信号强度高于服务基站信号强度且二者之差大于设定值Th2，则终端将该异频基站设定为待切基站。

6.根据权利要求1或2所述的方法之一，其特征在于步骤d，所述的可靠通信一段预定的时间是指：在预定时间内，终端和待切基站的通信误包率小于一个预定阈值。

7.根据权利要求1或2所述的方法之一，其特征在于步骤d，进一步的，在预定时间内，终端和待切基站保持可靠通信并且待切基站和锚基站完成二层隧道的建立，终端将中止与服务基站的通信并与待切基站进行每帧通信，待切基站成为新的服务基站。

8.一种在无线通信中切换的终端装置，其特征在于，包括信号检测单元、判断单元和切换执行单元，其中：

所述信号检测单元，用于周期性检测服务基站和其他基站的信号强度；

所述判断单元，用于根据预定条件比较检测到的服务基站信号强度和其他基站信号强度，确定待切基站；

所述切换执行单元，用于确定待切基站后，与待切基站和服务基站进行隔帧通信，当与待切基站可靠通信一段预定时间后，中止与服务基站的通信，并与待切基站进行每帧通信，将待切基站设定为新的服务基站。