CN101969678A - 宽带无线多媒体系统中大小基站的非对称无缝切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大小基站的非对称无缝切换方法，适用于宽带无线多媒体系统的大小基站模式。在一个广播大基站服务区域范围内同时覆盖着多个蜂窝小基站的蜂窝小区。当采用广播大基站的点到多点方式不能保证广播业务的服务质量要求时，就需要无缝切换到所在蜂窝小区的小基站采用点到点方式来实现广播业务。一旦监测到大基站采用点到多点方式为用户提供广播业务的服务质量恢复正常，就马上由小基站切换回到大基站。可以保证广播业务服务质量的连续性，提高无线资源利用率。本发明提供的无缝切换方法为非对称式切换。从广播大基站切换到蜂窝小基站采用考虑切换时延的预触发方法，而从蜂窝小基站切换到广播大基站则是基于广播业务服务质量的切换门限进行判决。通过综合考虑切换时延和乒乓效应的影响，在满足广播业务服务质量要求下使大小基站模式的系统资源利用率达到最佳。

Description

宽带无线多媒体系统中大小基站的非对称无缝切换方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，给出了一种用于宽带无线多媒体系统的大小基站之间进行无缝切换的方法，该方法基于大小基站模式，属于非对称式无缝切换，可以保证广播业务服务质量的连续性，提高无线资源利用率。该方法适用于存在大基站边缘区域或中心盲区的大小基站模式宽带无线多媒体系统。

背景技术

随着宽带无线多媒体业务需求的不断增长，人们希望无线网络可以提供更高的数据速率和更优的服务质量，这对无线通信系统提出了更高的要求，但是无线通信系统可用的频谱资源是有限的，因此要提高无线通信系统的频谱利用率。宽带无线多媒体(Broadband Wireless Multimedia；简称为：BWM)系统的大小基站模式是广播与通信融合最为直观的方式，是广播网和蜂窝网的网络融合。在提高系统吞吐量和满足业务服务质量要求下的大小基站之间无缝切换的研究得到了广泛关注。

由于在大小基站模式中主要采用广播大基站的点到多点方式为用户提供广播业务，而采用蜂窝小基站的点到点方式实现单播业务，可以提高系统的无线资源利用率。但是当采用广播大基站的点到多点方式不能满足广播业务的服务质量要求时，如在大基站的边缘区域或中心盲区，就需要无缝切换到蜂窝小基站采用点到点的方式实现广播业务，从而保证广播业务服务质量的连续性。

目前给出的无线切换方法都是蜂窝小基站之间的越区切换，没有考虑大小基站的重叠组网及其覆盖范围差异对无线切换效用和效率的影响。同时，对大小基站无缝切换的研究没有考虑其点到多点和点到点的不同方式，广播业务的服务质量没有保证且无线资源利用率低。如果在大小基站的无缝切换时，综合考虑广播业务的服务质量和系统资源利用率，尽量采用大基站的点到多点方式来实现广播业务，则可以有效地提高无线资源利用率，从而提高整个系统的吞吐量，使得宽带无线多媒体系统可以适应无线网络宽带化的要求，支持更高的移动速率，支持更优的宽带无线多媒体业务服务。

随着宽带无线多媒体技术的发展，基于广播与通信融合的宽带无线多媒体系统的大小基站模式应运而生，可以充分利用现有的无线网络资源为用户提供宽带无线多媒体业务服务。与蜂窝小基站相比，广播大基站具有较大的发射功率而产生较大的覆盖范围。因此，在大小基站模式中一个广播大基站服务区域范围内同时覆盖着多个蜂窝小基站的蜂窝小区。广播大基站采用点到多点的方式实现广播业务，而蜂窝小基站采用点到点的方式实现单播业务。

但在如何解决大小基站之间的无缝切换问题上还有待进一步研究。现有的无线切换方法都是适用于具有相同覆盖范围和点到点方式蜂窝小基站之间的对称式切换，在不同的基站之间采用同样的切换判决方法，没有考虑与具有不同覆盖范围和点到多点方式广播大基站之间切换而造成的广播业务服务质量和系统资源利用的变化。目前还没有研究给出在大小基站模式中进行大小基站之间无缝切换的非对称式方法，而且这种在大小基站之间采用不同的切换判决方法来保证广播业务服务质量连续性的无缝切换方法的研究目前在国内外尚属空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于宽带无线多媒体系统的大小基站的非对称无缝切换方法。本发明实时监测用户接收的广播大基站信号强度，当其不能满足广播业务的服务质量时，就切换到蜂窝小基站为用户提供广播服务；一旦广播大基站的广播业务服务质量恢复正常，就由小基站切换回到大基站，从而保证广播业务服务质量的连续性，并综合考虑切换时延和乒乓效应来研究最优无缝切换算法，满足广播业务服务质量要求的同时最大化无线资源利用率。

本发明提供的大小基站的非对称无缝切换方法，包括：

判决切换活跃区域：在宽带无线多媒体系统的大小基站模式中，实时测量用户接收的大基站信号强度，并与设定的切换活跃阈值进行比较，以判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换；

从广播大基站向蜂窝小基站切换：根据切换时延采用预触发的方法完成从大基站到小基站的无缝切换，保证用户在大基站的有效切换阈值进行准确切换和提高无线资源利用率；

从蜂窝小基站向广播大基站切换：基于广播业务服务质量的切换门限进行判决执行从小基站到大基站的无缝切换，防止乒乓效应和减少不必要的切换，保证用户从小基站切换回到大基站时广播业务的服务质量。

本发明提供的无缝切换方法为非对称式切换，在大小基站之间进行广播业务的无缝切换。本发明提供的广播大基站点到多点方式和小基站点到点方式根据用户接收的大基站信号强度进行动态选择来实现广播业务，可以保证广播业务服务质量的连续性，提高无线资源利用率。本发明提供的大小基站的非对称无缝切换方法综合考虑切换时延和乒乓效应的影响，在满足广播业务服务质量要求下使大小基站模式的系统资源利用率达到最佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的具体实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为宽带无线多媒体系统大小基站模式的应用场景示意图；

图2为本发明实施例的大小基站之间的切换场景示意图；

图3为本发明实施例提供的广播大基站向蜂窝小基站切换方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的蜂窝小基站向广播大基站切换方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为宽带无线多媒体系统大小基站模式的应用场景示意图。在图1所示应用场景中，一个广播大基站服务区域范围内同时覆盖着多个蜂窝小基站的蜂窝小区。主要由广播大基站采用点到多点的方式实现广播业务，而由蜂窝小基站采用点到点的方式实现单播业务。在这种大小基站混合覆盖模式下，如果在大小基站之间进行无缝切换，需要考虑无缝切换执行判决的阈值。

本发明给出了一种大小基站的非对称无缝切换方法。以图1给出的应用场景为基础，当采用广播大基站的点到多点方式不能满足用户的广播业务服务质量要求时，则根据接收的大基站信号强度将用户无缝切换到蜂窝小基站采用点到点方式来实现广播业务。一旦广播大基站为用户提供的广播业务服务质量恢复正常，就立即由蜂窝小基站切换回到广播大基站。

大小基站的非对称无缝切换方法的具体实施方式包括：

步骤1，判决切换活跃区域：在宽带无线多媒体系统的大小基站模式中，实时测量用户接收的大基站信号强度，并与设定的切换活跃阈值进行比较，以判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换；

由于每个用户的小区环境和业务需求不同，则设定的切换活跃阈值不同。图2为本发明实施例的大小基站之间的切换场景示意图。如图2所示，假设用户的切换活跃区域，并设定有效切换阈值T_EHT、切换活跃阈值T_HAT和切换触发阈值T_HTT，依此类推，系统内的所有大基站边缘区域和中心盲区都存在着切换活跃区域，其区域范围大小可以不相同。根据用户接收的大基站信号强度，在大小基站之间进行广播业务的无缝切换。

本实施例的步骤1具体包括：

步骤11，根据广播控制信道通告给用户的有效切换阈值T_EHT和活跃指数P_AH进行估算，获取切换活跃阈值T_HAT；

在本实施例中，假设用户的有效切换阈值T_EHT和活跃指数P_AH的参数取值都是在无线网络层规划时由网络操作的上层而决定，并且均由广播控制信道来通告给各用户。切换活跃阈值T_HAT是用户在切换活跃区域中所接收到的最大的大基站信号强度。因此，获取切换活跃阈值T_HAT可以表示为公式(1)：

T_HAT＝T_EHT+P_AH    (1)

其中，T_EHT是采用广播大基站的点到多点方式来满足广播业务服务质量时所需要接收到的最小的大基站信号强度；P_AH是决定切换活跃区域大小的活跃指数，对于某个用户来说是一个固定的数值，但对于处于不同小区的不同环境中的用户来说又是不同的取值，例如在步行区域的取值就会很小，而在车行区域的取值就会很大。

步骤12，将获取的切换活跃阈值T_HAT与接收到的大基站信号强度进行比较而判决切换活跃区域。

若比较结果为信号强度的测量值大于切换活跃阈值T_HAT，则证明尚未进入切换活跃区域，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决。否则，就判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换。

步骤2，从广播大基站向蜂窝小基站切换：根据切换时延采用预触发的方法完成从大基站到小基站的无缝切换，保证用户在大基站的有效切换阈值进行准确切换和提高无线资源利用率；

图3为本发明实施例提供的广播大基站向蜂窝小基站切换方法的流程图。如图3所示，首先将用户接收的大基站信号强度与切换活跃阈值T_HAT进行比较，若不大于则判决进入切换活跃区域；然后再进一步将用户接收的大基站信号强度与切换触发阈值T_HTT进行比较，若不大于则执行切换预触发，并在有效切换阈值T_EHT完成大基站到小基站的准确切换。

本实施例的步骤2具体包括：

步骤21，通过对大基站信号强度变化速度P_AR和切换时延τ的测量估算而获取预触发因数值P_PP，再结合有效切换阈值T_EHT进行计算，获取切换触发阈值T_HTT；

在本实施例中，由于用户从大基站向小基站进行切换时会受到网关的负载影响而存在一定的延迟，则要保证用户在有效切换阈值T_EHT进行准确切换，就需要提前在切换触发阈值T_HTT执行触发。因此，获取切换触发阈值T_HTT可以表示为公式(2)：

T_HTT＝T_EHT+P_PP    (2)

其中，P_PP为预触发因数值，是切换触发阈值T_HTT和有效切换阈值T_EHT之间的差值。

进一步，通过用户对大基站信号强度进行持续性的测量而估算出其变化速度P_AR，再结合切换延迟τ进行计算，则获取预触发因数值P_PP可以表示为公式(3)：

P_PP＝P_AR×τ      (3)

其中，P_AR是大基站信号强度的变化速度，由用户在一定周期内对大基站信号强度的平均测量而获取；τ是切换延迟时间，可以通过基站周期性的测量并由下行控制信道广播给用户。

再进一步，由于对大基站信号强度进行周期性的平均测量可以防止信道快衰落的影响而显著提升性能，但是因为短时间的存在会造成对P_AR的计算产生延迟，所以这个周期时间的长短应该在性能和时延之间进行折中考虑。一般选择200ms为一个短周期，五个短周期再组成一个长周期，在1s的长周期的时间内对P_AR进行测量。因此，获取大基站信号强度的变化速度P_AR可以表示为公式(4)：

$P_{\mathrm{AR}}=\frac{1}{5}\left|\underset{i=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_{i+1}-P_i}{t_{i+1}-t_i}\right|---\left(4\right)$

其中，t_i+1-t_i＝200ms为一个测量周期，P_i和P_i+1分别为大基站在t_i和t_i+1时刻的信号强度。

步骤22，将获取的切换触发阈值T_HTT与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从广播大基站向蜂窝小基站切换触发。

若比较结果为信号强度的测量值大于切换触发阈值T_HTT，则证明尚未达到切换触发状态，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决。否则，就在切换触发阈值T_HTT开始进行切换触发，并在有效切换阈值T_EHT执行从广播大基站到蜂窝小基站的准确切换。

但是，如果在估算完预触发因数值P_PP之后大基站信号强度的测量值又大于切换活跃阈值T_HAT，则要重新判决用户进入大基站的切换活跃区域。

步骤3，从蜂窝小基站向广播大基站切换：基于广播业务服务质量的切换门限进行判决执行从小基站到大基站的无缝切换，防止乒乓效应和减少不必要的切换，保证用户从小基站切换回到大基站时广播业务的服务质量。

图4为本发明实施例提供的蜂窝小基站向广播大基站切换方法的流程图。如图4所示，将用户接收的大基站信号强度直接与切换活跃阈值T_HAT进行比较，若不小于则判决执行切换，并在切换活跃阈值T_HAT进行小基站到大基站的无缝切换。

本实施例的步骤3具体为：将获取的切换活跃阈值T_HAT作为切换门限与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从蜂窝小基站向广播大基站切换执行。

若比较结果为信号强度的测量值小于切换活跃阈值T_HAT，则证明仍处于切换活跃区域，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决。否则，就在切换活跃阈值T_HAT执行切换，完成从蜂窝小基站到广播大基站的无缝切换。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于宽带无线多媒体系统的大小基站的非对称无缝切换方法，其特征在于，包括：

判决切换活跃区域：在宽带无线多媒体系统的大小基站模式中，实时测量用户接收的大基站信号强度，并与设定的切换活跃阈值进行比较，以判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换；

从广播大基站向蜂窝小基站切换：根据切换时延采用预触发的方法实现从大基站到小基站的无缝切换，保证用户在大基站的有效切换阈值进行准确切换和提高无线资源利用率；

从蜂窝小基站向广播大基站切换：基于广播业务服务质量的切换门限进行判决执行从小基站到大基站的无缝切换，防止乒乓效应和减少不必要的切换，保证用户从小基站切换回到大基站时广播业务的服务质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判决切换活跃区域包括：

根据广播控制信道通告给用户的有效切换阈值T_EHT和活跃指数P_AH进行估算，获取切换活跃阈值T_HAT；

将获取的切换活跃阈值T_HAT与接收到的大基站信号强度进行比较而判决切换活跃区域。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，根据广播控制信道通告给用户的有效切换阈值T_EHT和活跃指数P_AH进行估算，获取切换活跃阈值T_HAT具体为：

T_HAT＝T_EHT+P_AH

其中，T_EHT为有效切换阈值；

P_AH为活跃指数；

T_HAT为切换活跃阈值。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，将获取的切换活跃阈值T_HAT与接收到的大基站信号强度进行比较而判决切换活跃区域，包括：

若大基站信号强度的测量值大于切换活跃阈值T_HAT，则证明尚未进入切换活跃区域，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决；

若大基站信号强度的测量值小于或等于切换活跃阈值T_HAT，就判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，从广播大基站向蜂窝小基站切换包括：

通过对大基站信号强度变化速度P_AR和切换时延τ的测量估算而获取预触发因数值P_PP，再结合有效切换阈值T_EHT进行计算，获取切换触发阈值T_HTT；

将获取的切换触发阈值T_HTT与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从广播大基站向蜂窝小基站切换触发。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，通过对大基站信号强度变化速度P_AR和切换时延τ的测量估算而获取预触发因数值P_PP，再结合有效切换阈值T_EHT进行计算，获取切换触发阈值T_HTT具体为：

T_HTT＝T_EHT+P_PP

其中，T_EHT为有效切换阈值；

P_PP为预触发因数值；

T_HTT为切换触发阈值。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，通过用户对大基站信号强度进行持续性的测量而估算出其变化速度P_AR，再结合切换延迟τ进行计算，获取预触发因数值P_PP具体为：

P_PP＝P_AR×τ

其中，P_AR为大基站信号强度的变化速度；

τ为切换延迟时间；

P_PP为预触发因数值。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，通过对大基站信号强度进行周期性的平均测量，获取大基站信号强度的变化速度P_AR具体为：

$P_{\mathrm{AR}}=\frac{1}{5}\left|\underset{i=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_{i+1}-P_i}{t_{i+1}-t_i}\right|$

其中，t_i+1-t_i＝200ms为一个测量周期；

P_i和P_i+1分别为大基站在t_i和t_i+1时刻的信号强度；

P_AR为大基站信号强度的变化速度。

9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，将获取的切换触发阈值T_HTT与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从广播大基站向蜂窝小基站切换触发，包括：

若大基站信号强度的测量值大于切换触发阈值T_HTT，则证明尚未达到切换触发状态，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决；

若大基站信号强度的测量值小于或等于切换触发阈值T_HTT，就在切换触发阈值T_HTT开始进行切换触发，并在有效切换阈值T_EHT执行从广播大基站到蜂窝小基站的准确切换；

但是，若在估算完预触发因数值P_PP之后大基站信号强度的测量值又大于切换活跃阈值T_HAT，则要重新判决用户进入大基站的切换活跃区域。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，从蜂窝小基站向广播大基站切换具体为：

将获取的切换活跃阈值T_HAT作为切换门限与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从蜂窝小基站向广播大基站切换执行，包括：

若大基站信号强度的测量值小于切换活跃阈值T_HAT，则证明仍处于切换活跃区域，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决；

若大基站信号强度的测量值大于或等于切换活跃阈值T_HAT，就在切换活跃阈值T_HAT执行切换，完成从蜂窝小基站到广播大基站的无缝切换。

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