CN102196521A

CN102196521A - 一种ofdm蜂窝中继网络的切换方法

Info

Publication number: CN102196521A
Application number: CN2011101692913A
Authority: CN
Inventors: 王莹; 李�根; 徐明月; 张平
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提供了一种OFDM蜂窝中继网络的切换方法，其基于LTE-A中继系统切换的特点，在切换时只需要反馈部分子信道的编号，在维持较小反馈信令负荷的基础上，尽力维持切换用户的满意度，保证了用户在移动环境下的通信服务质量，增强了系统吞吐量，使有限的无线资源得到了高效的利用，具有较强的实用性。

Description

一种OFDM蜂窝中继网络的切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种OFDM蜂窝中继网络的切换方法。

背景技术

随着宽带无线通信技术的不断发展，未来通信网络对高速率、广覆盖和大容量的泛在无线业务的需求日益增大，这不仅需要采用先进的传输技术，还需要新的网络体系结构支持。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是下一代无线通信系统的关键技术，在移动、多径、衰落环境下OFDM具有很大的技术优势，它能满足更快传输速率、更好传输质量、更高频谱效率要求。蜂窝中继网络是近年来的研究热点，它通过中继节点的协作传输和资源优化分配能获得空间分集增益，扩大网络覆盖，提高系统容量，增强系统性能。因此，综合以上两种关键技术的OFDM蜂窝中继网络应运而生，并成为一种极具吸引力和竞争力的未来无线通信网络技术架构方案。以LTE为接入技术的移动通信包含了基站、中继、终端用户等节点之间的通信，在移动通信系统中切换是最复杂、最重要的流程之一，它负责让终端用户在系统内保持连接的持续性，涉及了多个接入节点的信息交互，并且切换效果的好坏直接影响到为用户提供的服务质量。

切换属于移动性管理的一部分。最早的移动通信是大区制移动通信系统，在一个很大区域内只有一个基站，因而绝大部分的用户服务都能保证在一个大区内进行。然而当用户在两个大区边界运动时，就可能无法保证通信的正常进行，并且随着用户数目的增加，原有的频率资源捉襟见肘，因此为了提高频率利用率，蜂窝无线通信系统应运而生。由于蜂窝系统中单小区的覆盖面积比大区制小得多，移动台在不同小区间运动的概率大大增加，当移动台在蜂窝系统的覆盖范围内移动时，为保证正在进行业务的连续性，切换的概念产生了。

在现有蜂窝移动通信系统的切换场景中，通常由用户触发切换，用户在与当前连接的基站进行通信的同时，周期性的测量当前连接基站以及相邻小区基站的导频信号强度，当用户测量发现当前连接基站的导频信号强度下降到一定门限值以下，同时相邻小区中某一小区基站的导频信号强度上升到一定门限值以上并持续一定时间后，即触发切换。切换过程中需要经过用户、源基站和目标基站间复杂的信息交互和信令传输。然而，在蜂窝移动通信系统中引入中继后，用户的切换场景将变得更为复杂，除了原有的小区间切换以外还涉及到小区内切换，需要考虑移动终端用户在何时进行切换以及进行何种类型的切换等问题，作为无线资源管理的重要关键技术之一，切换一方面保证了业务的连续性，提高了QoS，也使得整个系统中的业务请求均匀化，但同时，切换也给系统带来了更大的开销，如何减小这些开销以及如何保证切换时以及切换后的服务质量成为切换研究中的重要课题。在当前的LTE-Advanced移动通信系统标准化进程中，后向兼容性是非常重要的准则，只有通过设计有效的切换方法，才能提高移动通信系统的整体性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中最大切换用户QoS的方案系统开销极大的问题，提供了一种OFDM蜂窝中继网络的切换方法，旨在尽可能降低信令开销的情况下，提高切换用户的性能。

(二)技术方案

为此，本发明具体地采用如下技术方案进行：

首先，本发明提供一种OFDM蜂窝中继网络的切换方法，所述方法包括步骤：

S1，移动台进行测量，判定是否进行切换，若进行切换，移动台向该服务小区的基站报告信道质量最好的子信道组合；

S2，进行小区内切换接入判定，若该服务小区内存在可接入的候选节点，则执行小区内切换，转至步骤S5；否则，进行小区间切换，继续执行步骤S3；

S3，判断各候选小区中是否存在可接入的候选节点，各候选小区各自独立返回肯定或否定答复，若全部候选小区均返回否定答复，则切换失败；否则，继续执行步骤S4；

S4，在返回肯定应答的候选小区中，选择最佳目标接入节点，向该接入节点所在的目标小区发出切换指示；

S5，指示移动台与目标小区获取同步的物理层操作，在分配的冗余子信道上按约定的“最小”调制编码方式接受目标接入节点的数据；

S6，执行切换其余过程，将移动台按照新小区的调度规则与原有用户一起调度，切换完成。

优选地，步骤S1中，所述对移动台测量具体指：根据导频信道质量的大尺度均值选择候选接入节点集合并反馈给该服务小区的基站，各候选接入节点所在的小区构成候选小区集合。

优选地，步骤S1中，所述是否进行切换的判定具体为：判断所述服务小区的当前接入链路信道质量是否满足用户业务QoS需求，若不满足则进行切换。

优选地，步骤S1中，所述信道质量最好的子信道组合按如下方式确定：

选择系统可用调制编码方式集合中对信干比要求最小的组合作为传输方式；

根据用户业务的QoS需求或服务等级约定，计算在已选调制编码组合下需要的子信道数目；

移动台测量候选接入节点的导频，获得各子信道的信道信息；

对于候选接入节点，在所有数据子信道内，选取出所需的信道质量最好的子信道，并按信道质量降序排列出子信道组合。

优选地，步骤S2和步骤S3中，所述候选节点分为候选基站节点和候选中继节点。

优选地，按如下方式确定所述候选基站节点能否接入：

所述候选基站节点所在小区从服务小区的报告中获知所述信道质量最好的子信道组合；

根据所在小区的调度算法和子信道的使用情况，在已知子信道组合中选择部分信道为新用户服务，并选择冗余子信道给候选小区的接入控制；

若候选基站不能根据调度算法和可用子信道为新用户提供服务，则拒绝切换请求。

优选地，按如下方式确定所述候选中继节点能否接入：

所述候选中继节点所在小区从服务小区的报告中获知所述信道质量最好的子信道组合以及切换用户的QoS信息；

所在小区的控制基站获取与所述候选中继节点之间回程链路的各子信道信息，对切换用户分配回程链路资源；

如果能找到回程链路的子信道向量满足切换用户的QoS，则所在小区的控制基站向候选中继节点发送切换请求和可用子信道组合，中继节点在可用子信道组合中选择部分子信道来满足切换用户的QoS要求；否则拒绝切换请求。

优选地，步骤S4中，所述最佳目标接入节点是指导频信道质量的大尺度均值最大的应答小区。

优选地，步骤S5中，所述“最小”调制编码方式是指在系统可用调制编码方式集合中对信干比要求最小的调制编码组合。

优选地，所述小区内切换包含三种形式：中继到中继的切换、中继到基站的切换、基站到中继的切换；所述的小区间切换包含四种形式：基站到基站的切换、中继到中继的切换、中继到基站的切换、基站到中继的切换。

(三)有益效果

本发明提供的OFDM蜂窝中继网络的切换方法，只需要反馈部分子信道的编号，减小了系统信息交互和信令传输开销，充分利用中继这个新的网络元素，提高切换用户的性能，增加用户满意度。另外，优先小区内切换也可以大大减少信令开销和节省切换时间。

附图说明

图1为本发明中OFDM蜂窝中继网络的切换方法的时序流程图；

图2为本发明中优选的确定信道质量最好的子信道组合的方法的流程图；

图3为本发明中优选的判断基站节点能否提供接入服务的方法的流程图；

图4为本发明中优选的判断中继节点能否提供接入服务的方法的流程图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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的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。

针对LTE-Advanced Type I中继系统的特点，本发明提出了一种适用于OFDM蜂窝中继网络的切换方法，旨在尽可能降低信令开销的情况下，提高切换用户的性能。对于最大切换用户QoS的方案，需要反馈所有子信道的信道信息，而本发明的切换方法下只需要反馈部分子信道的编号。另外，优先小区内切换也可以大大减少信令开销和节省切换时间。

在LTE-A系统中，由于中继的引入，切换策略在协同中继网络中变得更为复杂，除了原有的小区间的切换以外，还涉及到小区内的切换。小区内的切换包含三种形式：

中继到中继的切换，表示为：RS→RS

中继到直传的切换，表示为：RS→BS

直传到中继的切换，表示为：BS→RS

小区间的切换包含四种形式：

基站到基站的切换，表示为：BS→BS

中继到中继的切换，表示为：RS→RS

中继到直传的切换，表示为：RS→BS

直传到中继的切换，表示为：BS→RS

本发明主要从LTE-A Type I中继系统的特点入手，提出一种适用于OFDMA蜂窝中继系统的切换方法。

如图1所示是切换流程示意图，切换过程主要分为三大部分，包括切换测量，切换判决和切换执行。下面结合具体的系统应用场景对整个切换过程进行描述：

移动台测量，首先根据导频信道质量的大尺度均值选择候选接入节点集合并反馈给服务小区的基站。设该集合个数为M，并且候选接入节点m所在的小区为C_m，这些候选节点所在的小区集合构成候选小区集合C＝{C₁，C₂，...，C_M}，设该集合个数为K(K＜M)，并且Ω_k表示第k个候选小区中候选接入节点的集合；

当服务小区的当前接入链路信道质量不足以满足用户业务QoS需求时，准备进行切换；

移动台向服务小区的基站报告每个候选接入节点m的前N_a个信道质量最好的子信道组合{∏_m，m＝1，2，...，M}；

优先进行小区内切换接入判定，即当服务小区f在候选小区集合C中时，首先对该小区的候选接入节点进行接入判定，判断是否存在可提供服务的候选基站节点或候选中继节点。若小区内切换接入判决成功，则开始执行小区内切换，即指示移动台在分配的子信道向量∏′_m上按约定的“最小”调制编码方式接受目标接入节点的数据；若小区内切换接入判决失败，则继续执行小区间切换；其中，所述约定的“最小”调制编码方式是指在系统预设的调制编码方式集合(该集合包含了系统可用的调制编码方式，如BPSK+1/3码率，BPSK+2/3码率，QPSK+1/3码率等)中，可靠性最好(相应地，其编码效率也最低)的调制编码方式，该方式对信干比SIR的要求最小，因而称为“最小”调制编码方式。

对每一个候选小区k(不为服务小区)，服务小区的切换判决实体都向其发送切换请求指令，以及属于该小区的候选接入节点m相应的∏′_m(m∈Ω_k)；

判断各候选小区中是否存在可接入的候选节点。候选小区k在该小区下所有返回肯定应答的候选接入节点中，选择信道质量较好的接入节点作为目标接入节点，并且向服务小区返回该候选接入节点的序号m和分配的子信道向量∏′_m；如果候选小区k下的候选接入节点Ω_k都无法接入，则向服务小区返回否定的答复指令；

切换判决实体在返回肯定应答的小区中，选择导频信道质量的大尺度均值最大的作为目标接入节点，向该接入节点所在小区(目标小区)发出切换指示；

切换判决实体指示移动台与目标小区获取同步等物理层操作，在分配的∏′_m上，按约定的“最小”调制编码方式接受目标接入节点的数据；

执行切换其余过程；在Δ时间段之后，用户按照新小区的调度规则，与原有用户一起调度，切换完成。

本发明的目标是在尽可能降低信令开销的情况下，提高切换用户的性能。在无线移动环境下，要使切换用户获得最好的QoS，可以反馈候选接入节点的全部子信道信息，由候选小区根据其调度准则，分配合适的子信道以及适当的调制编码方式，然后由切换判决实体决定目标小区以及目标接入节点的选择。这是一种理想的方式，然而它需要大量的信令传递，这在实际系统中是不现实的，在此将其作为一个衡量基准，从信令负荷方面与本发明的方法进行比较。

对于最大切换用户QoS的方案，需要反馈系统内所有N个子信道的信道信息，若一个子信道的信道信息用16bit表示，则需要16N bit的信令开销。而本发明只需要根据系统切换QoS要求反馈N_a个子信道的编号，若子信道编号用8bit表示，则只需要8N_a bit的信令开销，大大小于最大切换用户QoS的方案。比如N＝32，N_a＝3时，则本发明提出的方案的信令开销降低到QoS最大化方式的8％。另外，优先小区内切换也可以大大减少信令开销和节省切换时间。

更进一步地，如图2所示，移动台优选采用下述方式向服务小区的基站报告信道质量最好的子信道组合{∏_m，m＝1，2，...，M}：

选择系统可用调制编码方式集合中，对信干比SIR要求最小的组合S_min作为传输方式；

根据用户业务的QoS需求或服务等级约定(如平均数据速率)，计算在可用调制编码集合中对信干比SIR要求最小的组合S_min下需要的子信道数目(根据选定的调制编码方式，结合系统的帧结构可以得到在一个传输时间间隔内使用一个子信道可以传输的数据量，即为平均数据速率B，则相应的调制编码方式下所需子信道数目为Q/B，其中Q为用户的数据速率要求)，设为N_b，并且设置冗余的子信道数目为λ，令N_a＝N_a+λ；

移动台测量M个候选接入节点的导频，获得各子信道的信道信息。对于候选接入节点m，在N个数据子信道内，选取出N_a个信道质量最好的子信道，设选出的子信道组合为

其中π_i为子信道在系统中的编号，在∏_m中按信道质量降序排列，即当i＞j时π_i的信道质量优于π_j。

更进一步地，当候选接入节点是基站节点时，优选采用如图3所示的方式判断其能否提供服务：

如果候选接入节点m是基站节点，它所在小区C_m从服务小区的报告中获知∏_m。根据C_m的调度算法和子信道的使用情况，在∏_m的N_a个子信道中选择N_b个为新用户服务，由此构成分配的子信道向量

此处，冗余的λ个子信道给候选小区的接入控制提供了灵活性。

在N_a个子信道中选择N_b个子信道的方式与小区采用的调度算法有关。本方案在这里给出一个简单的选择方式。若∏_m中被已有用户占用的子信道数小于λ，则从π₁起为用户分配子信道，若其间有子信道π_i被基站已有用户占用，则跳过π_i继续选择，直到选出N_b个子信道。若∏_m中被原有用户占用的子信道数大于λ，则从π₁开始，将占用π_i的原有用户调度到不属于∏_m的合适的子信道上(需要保证该用户的QoS)，释放出的π_i分配给新用户；

若候选基站不能根据调度算法和可用子信道为新用户提供服务，例如在上述选择方式中，无法找出N_b个可用子信道，则拒绝切换请求。

更进一步地，当候选接入节点是中继节点时，优选采用如图4所示的方式判断其能否提供服务：

如果候选接入节点m是中继节点，它所在小区C_m从服务小区的报告中获知∏_m和切换用户的QoS信息；

候选小区C_m的控制基站能够得到其与候选中继节点m之间backhaul link的各子信道信息，对切换用户分配backhaul link资源。如果候选小区无法找出若干个可用子信道来达到切换用户的QoS，则拒绝切换请求，并返回否定信息给服务小区，切换判定结束；相反地，如果能找到backhaul link的子信道向量∏′_m满足切换用户的QoS，则候选小区C_m的控制基站向候选中继节点m发送切换请求和∏_m；

中继节点在∏_m中选择N_b个子信道来满足切换用户的QoS要求：若∏_m中被已有用户占用的子信道数小于λ，则从π₁起为用户分配子信道，若其间有子信道π_i被基站已有用户占用，则跳过π_i继续选择，直到选出N_b个子信道。若∏_m中被原有用户占用的子信道数大于λ，则从π₁开始，将占用π_i的原有用户调度到不属于∏_m的合适的子信道上(需要保证该用户的QoS)，释放出的π_i分配给新用户；

如果按照上述规则在Access link时隙能找到可用的N_b个子信道，则返回分配的子信道向量∏′_m给候选小区的控制基站；否则，拒绝切换请求，返回切换失败信号。

本发明针对LTE-Advanced Type I中继系统的特点，提出了一种适用于中继OFDM蜂窝系统的切换方法，充分利用了中继站这个新的网络元素，不仅减少了反馈开销与算法复杂度，有效地提升了网络的用户满意率，保证了用户在移动环境下的通信服务质量，增强了系统吞吐量，使有限的无线资源得到了高效的利用，具有较强的实用性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种OFDM蜂窝中继网络的切换方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述对移动台测量具体指：根据导频信道质量的大尺度均值选择候选接入节点集合并反馈给该服务小区的基站，各候选接入节点所在的小区构成候选小区集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述是否进行切换的判定具体为：判断所述服务小区的当前接入链路信道质量是否满足用户业务QoS需求，若不满足则进行切换。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述信道质量最好的子信道组合按如下方式确定：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3中，所述候选节点分为候选基站节点和候选中继节点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按如下方式确定所述候选基站节点能否接入：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按如下方式确定所述候选中继节点能否接入：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述最佳目标接入节点是指导频信道质量的大尺度均值最大的应答小区。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，所述“最小”调制编码方式是指在系统可用调制编码方式集合中对信干比要求最小的调制编码组合。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小区内切换包含三种形式：中继到中继的切换、中继到基站的切换、基站到中继的切换；所述的小区间切换包含四种形式：基站到基站的切换、中继到中继的切换、中继到基站的切换、基站到中继的切换。