CN102113362B - 一种用于支持固定站和移动终端之间的通信的移动中继系统 - Google Patents

Abstract

一种用于支持固定站和移动终端之间的通信的移动中继系统，包括：彼此关联且被提供在移动平台上的多个移动中继站，其中所述多个移动中继站中的每一个能够便于在通信范围内与移动终端的通信，以及所述多个移动中继站中的至少一个还能够便于在所述多个移动中继站中的所述至少一个的通信范围内与固定站的通信。

Description

一种用于支持固定站和移动终端之间的通信的移动中继系统

优先权 

本申请要求于2007年1月12日提交的美国临时专利申请序列号60/884,808的优先权，其全部内容通过引用而被合并于此。 

中继站(RS)是用于互连基站(BS)和移动站(MS)的设备。通过利用RS，BS可以覆盖诸如购物中心、建筑物或停车场的内部之类的区域，否则的话，这些区域不可被BS访问。 

移动中继站(MRS)是一种RS，其能够并且意图在作为RS运行的同时移动。MRS常常被附着到诸如火车、公共汽车或飞机之类的移动平台上。在这样的环境中，在移动平台上MRS和MS之间存在着相对限定的关系。但是，随着移动平台经过由不同的BS提供的覆盖区，MRS和各个BS之间可能存在着变化的关系。本质上，随着MRS从一个位置移动到另一个位置，可以将MRS从一个BS或另一个BS切换(hand off)。根据位置或通信参数，MRS能够在相同的或不同的时间与多个BS交互，以便于由MRS支持的MS与服务的一个BS或多个BS之间的通信。 

以下提供与MRS相关的特定问题的概述，并且重点突出可以支持MRS的平滑运行的关键技术。这些问题包括同步、邻近扫描、数据递送和路径管理、干扰管理、切换相关的问题以及可靠性(参见图1)。 

一般来说存在两种MRS。第一种MRS不需要支持子RS，其中MRS不中继BS和一个或多个其他RS之间的信号(参见图2)。例如，MRS可以仅仅中继BS和MS之间的信号。第二种MRS需要支持子RS，其中MRS可以中继BS和一个或多个其他RS之间的信号(参见图3)。例如，MRS可以中继BS和其他RS(包括MRS以及MS)之间的信号。第一种一般来说对于公共汽车是足够的，而第二种更适合于火车或船。第二种可以被用在移动网络中。 

理想地，MRS将具有以下特征中的一个或多个。MRS应当能够监视外部的RS并且快速同步以及连接或重新连接到它们，且对子RS和MS通信具有最小的中断。一些MRS需要支持相同的移动平台中的其 它子MRS。这些MRS可能需要使用其父MRS来进行同步，以及在向/从MR-BS转发数据时获得帮助。当MRS向固定RS或MR-BS移动时，应该存在将所有的MS快速切换到该RS的手段。另一方面，如果它们仅仅在短时间段内经历良好的信号，则它们不应该连接到这些固定RS，例如当公共汽车移动通过公交车站时。当移动平台具有多个RS时，所有的RS可能都需要被切换。此过程应当在具有相对最小的干扰和开销的情况下被完成。 

当MRS向另一个MRS移动时，如果这两个MRS携带相同的PN码，则一个需要改变它的PN码并且切换所有的MS。这应当在具有相对最小的中断的情况下被完成。相同移动平台中的两个MRS之间的切换应当在对MS具有最小影响或者甚至在对MS透明的情况下被完成，同时最小化切换的数目。当MRS移动到另一个MRS区域时，彼此连接的MS可能试图交叉连接。应该有一种防止其发生的方法。此外，如果MRS同时调度，则它们之间的干扰将会很大。因此，应当避免这样的调度。 

移动平台中的MRS应当能够在必要时经由相同车辆中的位置较好的MRS而连接。该系统应该支持MRS经由相同车辆中的另一个MRS连接到固定网络的情况。这将降低复杂度并减少切换的数目，以及提高连接可靠性和覆盖性能。 

不需要充当其它RS的父亲(parent)的MRS一般来说不需要发送RS前同步码。因此，它们可以监视固定RS/BS的RS前同步码，以用于同步。当MRS接近固定RS时，MRS可以首先识别该固定RS，然后通知该固定RS/MR-BS，以便于任何必需的动作，例如切换或避免协同干扰。但是，当MRS移动进入另一个MRS的覆盖区时，上述检测过程可能并不足够。可以仅仅对于MRS采用特定的手段，如下所述。 

具有专门用于MRS的单独的运行方案使得整个系统的同步和邻近(neighborhood)方案变得简单，因为固定RS不需要快速的邻近监视方案。例如，固定RS可以通过在交替帧中发送RS前同步码，来使用交替RS跳(hop)连续地具有同步。固定RS可以不需要连续监视其它RS或可以仅仅需要很慢的监视过程，因为仅仅在新加入中继、去掉中继或基于拓扑的网络改变的情况下，拓扑通常会被改变。 

如上所述，当MRS移动到另一个MRS区域时，MR不能使用上述 技术检测彼此，并且可以采用以下方法中的一种。对于MS辅助发现，连接到MRS的MS可以使用帧起始前同步码检测新的MRS并且在它们的邻近简档中报告该MRS。接收这些测量结果的MR-BS或RS可以观察这些测量结果并且组织用于解决所产生的问题(诸如干扰和协同调度)的手段。如果两个MRS都使用相同的前同步码，则BS可以使用位置检测技术确定MRS的位置并且使用该位置通知MRS。一旦MRS确定另一个MRS正在使用相同的前同步码，则这两个MRS当中的一个可以改变它的前同步码，并且连接到该MRS的所有移动设备需要被切换到保持该前同步码的那个MRS。 

如果上述检测方案不是足够的，则MRS可以使用以下技术。如果系统使用随机的前同步码传输以及对于固定RS的监视方案，则MRS可以以比固定RS更高的监视频率参与相同的过程。如果系统使用交替帧前同步码机制，则MRS可以在不影响它自身的监视频率的情况下间或地发送前同步码，以使得可以检测到要联系的其它MRS。 

以下技术是有益的，其中父MRS支持一个或多个子MRS，可能正如火车或船的情况一样。移动平台内的RS链路可以作为带内或者带外中继而工作。带外中继将显著地简化系统设计，因为它将使得整体同步和监视进程变得简单并且导致较少的干扰问题。在这种情况下，被允许与固定RS或MR-BS具有连接的MRS不会发送任何前同步码并且不在全部帧中进行监视。因而，MRS可以遵循与没有子RS的MRS相同的过程，如上所述。MRS移动到另一个MRS区域的情况的检测也可以使用相似的方法。带内中继应该考虑它对固定结构传输(其可能需要与BS的一些额外的调度协调)引起的干扰。这可以包括，在帧结构中严格地遵守RS和接入/公共地带以及控制移动平台内的发送功率并且与BS进行协同调度。 

在车辆中，仅有一些RS(被称为导向(lead)RS(LRS))可以被允许向外接入到固定RS/BS。LRS从外部固定RS/BS获得同步。这可以通过侦听交替帧RS码元来完成，或者可以基于随机监视方案RMS来完成，如果同步所需要的最小监视时间可以使用RMS实现的话。其它MRS可能不得不使用LRS来获得同步，如下所述。支持子MRS的同步可以通过(a)使用固定RS所用的相同的同步方法来完成，或者通过(b)对于MRS具有被称为MRS前同步码的单独的前同步码来完成。 

如果固定RS对于同步和邻近监视二者都使用随机前同步码传输和监视方案(RPTMS)，则所有的MRS可以使用相同的方案，其中具有附加的识别过程以避免将MRS连接到固定RS。如果固定RS使用交替帧前同步码传输方案(AFPTS)，该方案对于连续的跳在交替的帧中发送前同步码，则二级MRS也可以使用相同的方法来同步到LRS。但是，当连接到固定RS的RS以不同的前同步码传输周期提供到另一个固定RS的切换时，移动平台内的所有内部跳不得不切换到可替换的时隙。此外，如果固定RS不使用单独的系统来用于邻近扫描，则LRS可能需要在不同的帧中发送单独的前同步码(例如使用RPTMS方案)。 

因而，每个MRS可以侦听它的父MRS前同步码并且与之同步。通过仅仅对于仅仅是整个网络系统的一小部分的MRS具有单独的前同步码，可以降低复杂度。如果固定RS使用AFPTS RS前同步码方法用于同步，则一般最好不使用MRS发送RS前同步码，因为MRS可以使用固定RS和BS发送的前同步码来进行同步和倾听以用于邻近扫描，并且使用单独的前同步码(被称为MRS前同步码)。这是因为MRS网络仅仅是整个网络系统的一小部分，并且通过对MRS的此修改可以降低复杂度。这也会使得MRS能够识别另一个MRS的接近。 

MRS可以根据AFPTS方法以两个不同的周期发送MRS前同步码。为了避免具有相同的前同步码并且彼此相向移动的MRS之间的冲突，使用MRS前同步码的PN码产生帧号。这意味着，如果两个RS具有相同的前同步码，则它们将被分配两个不同的时隙用于MRS前同步码传输，以提供其中可以防止或识别MRS到MRS冲突的另一个方面。这可以使用用于向交通车辆分配前同步码和MRS前同步码时隙的集中手段来完成。识别具有相同的前同步码的两个导向MRS正在彼此靠近的情况的另一个方法是通过在一组MRS连接时在MRS组内共享信息。如果多个MRS处于相同的车辆中，则尽管一个MRS可以与进入的MRS具有相同的前同步码，但是其它的MRS可以识别它并且通知具有相同的前同步码的那个MRS。基本上，当群(cluster)中的两个导向RS具有相同的前同步码并且彼此相向移动时，这是重要的。在那种情况下，其它的群成员可以识别它并且通知导向RS。通过使用此方法，当另一个MRS向一个MRS移动时，该MRS可以识别它，并且如果前同步码 相同，则改变前同步码。 

以下阐明在运输系统内接入基站并且组织MRS到MRS链路。在最一般的情况下，人们可以将系统建立为服务不同的MS的单个车辆中的多个、分离的群。MRS群被定义为或者直接或者通过相同的群中的MRS之一彼此无线连接的一组MRS(一个或多个)(参见图4)。 

在最简单的情况下，可以存在一个群，并且此群中仅有一个MRS(导向MRS)被允许连接到外部固定无线系统(RS或BS)。在另一个情况下，每个群仅仅具有一个MRS，其中每个MRS连接到外部固定RS并且仅仅服务它自己的MS。在又一个情况下，群中有多于一个MRS被允许直接接入外部固定RS/BS。车辆中的每个MRS分开连接到外部基础设施。这意味着MRS可以与固定RS同步而不必发送另一个前同步码。当MS从车辆中一个地方移动到另一个地方时，切换将是耗时的，因为在该过程中它涉及固定-RS或MR-BS。车辆内仅仅单个被选的MRS(LRS)可以被允许直接接入固定基础设施。 

其它二级RS(SRS)将通过LRS连接。这将降低复杂度并且减少切换的数目，但是性能可能不如第一个例子那样良好，因为所有其它的RS依赖一个RS。车辆中的多个MRS可以充当LRS。这将减少切换的数目并且提高连接可靠性和覆盖性能。如果至少一个MRS可以连接到外部固定RS，则整个车辆区域都可以被覆盖。在图3中，两个LRS位于火车的前部和后部，各个SRS位于LRS之间以提高连接可靠性和性能。如果必要的话，移动车辆中的MRS被允许以动态的方式连接到相同的车辆中的位置较好的MRS。 

以下阐明当MS在车辆内移动时或者当车辆移动跨过不同的固定接入点(RS或BS)时减少切换的技术。为此，在群内可以使用相同的前同步码传输。可以有几个不同的方案。首先，车辆中的所有MRS可以发送相同的帧起始前同步码(透明中继组)。此选项(option)使得所有RS都像是MS，并且从MS的角度看，仅仅可以看见单个RS。这减少了车辆内的MRS之间的切换。此外，当RS被切换到不同的固定接入点时，该过程复杂度更小。当每个群使用多个LRS时，所有LRS可以连接到属于相同的MR-BS的接入点。 

第二，群内的MRS可以使用相同的帧起始前同步码。在这种情况下，该构思是通过使每个群具有一个LRS来保持群内的拓扑简单。第 三，车辆中的所有MRS使用不同的帧起始前同步码。在移动时，组中的LRS可以切换到另一个固定RS/BS。属于相同的群的两个LRS可以连接或可以不连接到不同的MR-BS。如果它们不属于相同的MR-BS，则特别规定是必需的。以下描述假定车辆内的单个群操作。但是，即使当多个群处于工作中时，也可以应用相同的方案。 

以下涉及透明的群内的管理路径和数据传递。存在群可以在其下工作的几个体系结构。对于本地集中或本地分布控制，即使当多个LRS处于一个群中以便于多个连接点连接到外部固定RS/BS时，中央RS节点也能够完成所有的控制功能，诸如在群内调度。在分布式情况下，干扰控制可能是一个问题，因为MRS节点可能干扰外部固定RS，以及由于多个控制点而使得与外部固定RS的协同变得困难。 

为了控制群内干扰，如果两个或多个MS处于不同的区域中而彼此没有引起干扰，则可以允许同时向这两个或多个MS传输。为此，可以使用邻近测量。当同时向两个移动设备发送时，在分散方案下RS可以在相同的时隙中调度它们，或者BS可以为两个已知的干扰情况分配相同的时隙分配。对于上行链路传输，可以使用相似的方法。 

对于本地集中或本地分布转发，当接入点动态地改变时，在本地集中方案中，向和来自外部固定RS的所有数据首先被特定MRS节点接收然后被转发到目的地。在分布方案中，所有RS节点被更新。连接到每个MRS的所有MS连接到外部节点。这些路径用来将数据从节点转发到节点。在大多数情况下，车辆内的MRS可以被预先布置并且是已知的，以使得彼此可以按照更有组织的方式运行。在那种情况下，车辆内部的RS像群一样运行，其具有通向彼此的本地规划的路径。MRS可以具有关于彼此的路径信息和本地分布方案。 

无论在本地集中还是在分布情况下，如果MS从多个RS接收到良好信号的话，则可以存在同时发送数据的一个或多个RS。因此，群中可以有多于一个RS将给定MS保持在它的数据库中作为转发节点。这意味着，一些节点可以将相同的数据转发给其它用于转发的RS，同时它们也正在向MS发送。这完成了两种分集。一个是存在多个LRS可以经由两个RS向MS发送两个分组或者在一个节点处组合它们并且由一个节点发送它们。另一个是提供多个RS-MS链路用于分集。使用序列号可以避免重复。在上行链路中，多个RS可以从MS接收分组并 且在本地点处组合之后将它们发送到MR-BS，或者将它们分别发送到BS以在BS处组合。那些RS被标识为到用于数据转发的MS的支持RS。 

以下涉及透明的群内的管理路径和数据传递。对于从RS到RS的MS切换，尽管从MS的角度来说这是透明的，但是MRS在识别切换之后更新它们的表。值得注意的是，在这种情况下的切换是指该MS到RS的关联的更新。当LRS与外部固定RS断开连接时，信息被馈送给所有的节点，以快速通知它们该断开。以相似的方式提供关于到外部固定RS的新连接的信息。因此，在任何时候，所有的MRS都知道到外部网络的最佳路径。这可以被动态地完成而不用知道MR-BS。 

在完全集中的方案中，MR-BS可以跟踪哪个MS属于哪个LRS。当MS从一个LRS区域移动到另一个(包括它的SRS)时，该改变被MR-BS注意到，但是没有发起切换。当向MS发送数据时，不同的LRS可以同时向其移动设备发送数据，如它们彼此不干扰的话。这可以通过使用广播ID以使得两个MRS向两个不同的MS发送不同的数据来完成。 

以下解决与正在移动接近MRS群的另一个MRS群有关的问题。由于MRS群在该群内可以具有固定的拓扑，因此每个MRS知道什么MRS将接收所发送的前同步码。因此，通过提前通知，MRS可以根据双方商定来改变RS前同步码传输帧。这可以在随机间隔内完成而不影响最小同步时间并且无需给出足够的同步时间用于新进入的RS同步到MRS前同步码。这样，MRS可以监视不同定时的MRS前同步码，并且识别正在靠近给定MRS或MRS群的其它MRS。注意，在这种情况下，如果使用交替帧前同步码传输方案，则导向MRS不得不发送一个前同步码。 

当MRS在不同的周期中观察到相同的前同步码时，MRS可以识别出它遇见了(meet)具有相同的前同步码的另一个移动MRS。因而，该MRS可以识别正在使用相同的前同步码的接近的MRS。如果在固定RS系统中不使用空闲和睡眠模式，则相同的方案可以被应用于固定RS系统，在这种情况下，可能需要特定的消息传送。 

在图5和6中，火车由位于前面车厢和最后一节车厢的两个LRS覆盖。有时，根据从LRS到外部固定RS/BS的链路，SRS可以使用那些LRS中的一个来与固定RS/BS通信。示出了当两个LRS都具有到外部固定RS的良好的连接时的快照(snap shot)，其中实线是现在的 有效链路。如果LRS1或LRS2未能连接到外部固定接入点，则虚线链路可以变为有效的。所有的LRS和SRS都不发送RS前同步码，而是发送帧起始前同步码。所有的RS属于相同的MRS群。所有的都具有相同的PN码和相同的前同步码(透明的RS)。因此，当MS从一个RS覆盖区移动到其它覆盖区时，它对MS是透明的。所有的MRS更新信息以使得数据可以被转发到新的RS。在分布方案中，这对MR-BS也可以是透明的。 

所有的MRS发送MRS前同步码，其在与用于固定RS的RS前同步码帧不同的帧中。MRS侦听每个其它的前同步码，并且使用与固定RS所用的交替帧前同步码结构相似的交替帧前同步码结构来建立同步。例如，SRS1和SRS3可以使用奇数帧，SRS2可以使用偶数帧。MRS前同步码具有不同的模式，并且优选地具有相对低的功率，该功率刚刚足够到达邻居MRS以使得它不会被其它固定RS混淆为RS前同步码。邻近固定RS或BS可以使用相同的时隙用于数据传输，但是由于车辆内中继可以位于附近，因此可以假定干扰不会影响前同步码和同步过程。否则，当MRS位于很接近的附近时，邻近BS/RS需要被建议不使用该时隙。 

以下涉及切换过程和网络进入。开始，MS将在网络进入期间选择锚RS。一旦网络进入，则识别该群为一个组并且试图连接它。由于所有的MRS可以发送相同的前同步码，因此对于MS来说，信号可以看起来像是大的MRS。但是，RS可以向群内预先选择的RS(本地集中情况)或MR-BS(集中情况)报告MS接收的信号强度(在UL测距期间)，并且根据这些信号强度，可以决定MS应该被锚定在哪里，以及经由UL将帧定位调整发送到MS。 

在网络进入之后，该群识别出MS附着于它的MRS中的一个上。这对MR-BS可以是透明的(本地集中)或者可以将其通知给BS(集中)。在本地集中的情况下，群中的所有切换对BS和MS二者都是透明的，这对于网络是非常有益的。在这种情况下，MR-BS可以使用MSID或RS群ID向群发送数据，以及群可以便于数据转发。但是，在群内的切换期间，群中的路径表可能不得不被改变。此外，MS可以需要与新的RS进行上行链路帧定位，对于该新的RS，可能需要发布测距请求。当移动的群在与另一个相同的MR-BS区域内移动时，仅仅与 BS相连的导向RS需要切换，而群内或MS之间的其它的则不需要被改变。 

本文献描述用于移动中继的操作的一些技术，更具体地，涉及一组移动RS在诸如火车或船之类的公共平台中移动的情况。已经论述了对于移动RS可能经历的不同情况的高水平问题和解决方案。这些技术中的一些也可以被应用于固定中继操作。 

Claims (12)

1.一种用于支持固定站和移动终端之间的通信的移动中继系统，包括：彼此关联且被提供在移动平台上的多个移动中继站，其中所述多个移动中继站中的每一个能够便于在所述多个移动中继站的通信范围内与移动终端的通信，以及所述多个移动中继站中的至少一个还能够便于在所述多个移动中继站中的所述至少一个的通信范围内与固定站的通信，其中所述多个移动中继站中的至少一个被配置为基于来自邻近移动中继站的帧前同步码或者移动终端的邻近简档来识别邻近移动中继站。

2.如权利要求1所述的移动中继系统，其中该固定站是固定中继站。

3.如权利要求1所述的移动中继系统，其中该固定站是固定基站。

4.如权利要求1所述的移动中继系统，其中所述多个移动中继站被附着到该移动平台，并且彼此之间具有固定的关系。

5.如权利要求1所述的移动中继系统，其中所述多个移动中继站定义群，并且其中所述多个移动中继站中的每一个具有与其他移动中继站的无线连接。

6.如权利要求5所述的移动中继系统，其中对于该移动终端来说，该群表现为单个中继站，而不管所述多个移动中继站中的哪一个正在服务该移动终端。

7.如权利要求5所述的移动中继系统，其中对于该固定站来说，该群表现为单个中继站，而不管所述多个移动中继站中的哪一个正在与该固定站通信。

8.如权利要求5所述的移动中继系统，其中当该移动平台从该固定站支持的第一区域移动到第二固定站支持的第二区域时，该群被从该固定站切换到所述第二固定站。

9.如权利要求8所述的移动中继系统，其中在切换期间，对于该移动终端的服务由该群保持。

10.如权利要求1所述的移动中继系统，其中所述多个移动中继站中的某些被适配为彼此通信，以便于在固定站和移动终端之间经由所述多个移动中继站中的至少两个来中继通信。

11.如权利要求1所述的移动中继系统，其中所述多个移动中继站中的每一个被适配为与该固定站通信。

12.如权利要求1所述的移动中继系统，其中仅仅所述多个移动中继站中的一些被适配为与固定站通信，而所述多个移动中继站中的其它移动中继站被适配为与所述多个移动中继站中的一些中的至少一个通信，以便于与固定站通信。

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