CN102342150A - 用于增强移动站的切换的方法和用于执行该方法的基站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于增强移动站(20-23)从蜂窝网络的服务基站(1)到新基站的切换的方法，新基站从包括相邻基站的相邻列表中选择，相邻基站的无线覆盖小区(r2-r8)与所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)重叠。还提供一种用于执行该方法的基站。根据本发明，在划分所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)的多个扇区(s1-s3；s1-s6)中确定所述移动站(20-23)所处的当前扇区(s1-s3；s1-s6)，相邻基站列表仅包括其无线覆盖小区(r2-r8)与所述当前扇区(s1-s3；s1-s6)重叠的相邻基站。

Description

用于增强移动站的切换的方法和用于执行该方法的基站
技术领域
本发明通常涉及无线通信，特别地，涉及用于增强移动站从蜂窝网络的服务基站到新基站的切换的方法。本发明还涉及用于实现该方法的特定基站。
背景技术
从移动站执行的通信意味着移动站位于基站的无线覆盖小区内。执行与移动站的无线交换以致其可执行通信的基站通常被称为服务基站。
然而，在通信期间，例如当移动站离开服务基站所覆盖的区域时，蜂窝网络可能不得不执行通信从服务基站到新基站的转移，以避免丢失呼叫。
这种通信从服务基站到新基站的自动转移被称为切换。
采用基于大小区的系统，在通信期间切换事件发生的概率小。然而，实现以很高吞吐量传输语音和数据通信的高容量已要求小区尺寸的持续减小。因此，在用户通过其移动站执行通信期间发生一个甚至多个切换是非常普遍的。
当执行通信的移动站离开服务基站或当在与服务基站相关联的小区中没有剩余容量来连接新通信时，切换是必需的。
更准确地，执行通信的移动站周期性地执行质量和功率测量，以确定与服务基站相关联的信道条件是否满意。测量结果与通信并行地传输到基站。如果结果表明传输质量改变太多或者需要太大的功率向服务基站传输信号，则服务基站使移动站执行到另一个基站的切换。
可选择地，服务基站可检测到在其相关联的小区中没有剩余容量用于连接新的通信，进而提示当前正使用它执行通信的移动站执行到新基站的切换。
切换通常包括两个阶段。第一个阶段通常称为观察阶段，用于选择与当前服务基站相邻且最适合于继续与移动站的通信的基站。第二个阶段在于自动将通信转移到所选择的基站。
从移动站执行的通信在切换期间必须不可变的事实使得上述提出的两个阶段在非常短的延迟中完成。
在观察阶段，移动站对于特定列表的每个基站测量其从该基站接收的信号强度。该特定列表当前称为相邻列表，由服务基站在其提示移动站执行观察阶段时传输给移动站。该列表包括所有的相邻基站，以致这些相邻基站的覆盖区域与服务基站的覆盖区域重叠。
由移动站测量的每个信号强度被发送到服务基站，然后，服务基站根据由移动站执行并发送的测量的结果结合蜂窝网络的其它信息，在最适合于继续该通信的基站中选择新基站。然后，通信自动地转移到所选择的基站。
当信号强度的测量准确地执行时，便于选择新基站。
实际上，相邻列表包括所有的相邻基站，它们的覆盖区域与服务基站的覆盖区域重叠。因此，在列表中包括的基站的数量可能很大，这使得移动站执行大量的信号强度测量。在小区具有小尺寸的市区，这种情况尤其突出。
需要延迟的最小化来以满意的准确度执行每个信号强度测量。因此，当服务基站具有大量相邻基站时，观察阶段将花费较长时间以被正确地执行。
然而，如上所述，观察阶段必须在尽可能最短的延迟中执行。
这种情况导致要么延长观察阶段的延迟以使移动站能够以足够的准确度执行所有测量，要么根据较低准确度的测量执行新基站的选择。这两种选择对于确保通信的切换而没有改变或丢失通信的风险都不是满意的。
专利文献WO 99/27657公开了一种根据权利要求1的前序的用于增强移动站的切换的方法。
其它方法是已知的，诸如专利文献US 7092722所公开的用于蜂窝网络的方法，在该蜂窝网络中，每个小区被分成多个扇区，例如排列成饼状的三个扇区，由于对于各个基站使用多个定向天线或天线组件。
发明内容
本发明的目的是在使移动站能够执行准确的信号强度测量时实现移动站在短延迟中的切换。
在第一方面，提供一种用于增强移动站从蜂窝网络的服务基站到新基站的切换的方法，如权利要求1所述。
当服务基站的无线覆盖小区对应于至少一个定向发射/接收天线的无线覆盖波束时，其中无线覆盖波束沿着主轴扩展，则无线覆盖波束被划分成沿着主轴相对于所述天线同心扩展的一连串环形部，划分无线覆盖波束的多个扇区的每一个对应于一个所述环形部。
在这种情况下，当前扇区基于移动站与天线之间的距离的估计确定。
可选择地，当服务基站的无线覆盖小区对应于至少一个定向发射/接收天线的无线覆盖波束时，其中无线覆盖波束沿着主轴扩展，则无线覆盖波束被划分成沿着主轴相对于天线同心扩展的一连串环形部，划分所述无线覆盖波束的多个扇区的每一个扇区对应于一个所述环形部相对于所述主轴的一半。
在这种情况下，当前扇区基于所述移动站与所述天线之间的角度和距离的估计确定。
在第二方面，提供一种用于执行在第一方面公开的方法的基站。基站的特征在于，它包括：
-跟踪装置，用于确定所述移动站所处的当前扇区；以及
-划分装置，用于在所述列表中仅包括无线覆盖小区与所述当前扇区重叠的相邻基站。
附图说明
根据以下详细说明并参照附图，本发明的特征和优点将变得更加明显，其中：
图1a和1b示意性地表示根据本发明的方法被划分成多个扇区的基站的无线覆盖小区的两个例子。
图2a和2b表示示出对于图1a和1b中分别公开的每个扇区而根据本发明的方法计算的相邻基站的相关列表的表。
图3示意性地表示用于根据本发明的方法使移动站能够从基站切换的位于基站中的处理组件及其交互。
具体实施方式
如图1a所示，多个移动站20、21、22、23、24位于基站1的无线覆盖小区r1内。假定移动站20、21、22和23当前正在进行通信，并假定通信通过至少执行与基站1的无线发射/接收来实现。因此，基站1被认为是移动站20、21、22和23的服务基站。
进一步假定移动站20在其通信期间移动，并且当前正要离开无线覆盖r1。因此，需要使该移动站能够从服务基站1切换到一个相邻基站，而不改变它的通信。
为了使移动站20能够从服务基站1切换到适当的新基站，服务基站1向移动站20发送包括相邻基站的列表，在该列表中包括的每个相邻基站具有自己的无线覆盖r2、r3、...、r8，这些无线覆盖与服务基站1的无线覆盖r1重叠。然后，根据移动站20所执行的测量，从在列表中包括的相邻基站中选择新的基站。
如上面已经解释的，常用的用于实现移动站的切换的方法使用包括服务基站1的所有相邻基站的唯一列表。更准确地，所有离开无线覆盖r1的移动站都接收相同的唯一列表，并与所有相邻基站执行信号强度测量。
根据本发明的方法与常用方法的不同点在于服务基站1根据移动站的位置发送从多个列表中选择的列表。
更准确地，如图1a所示，无线覆盖小区r1被分成多个扇区s1、s2、...、s3。对于每个扇区s1、s2、s3，计算仅包括使其无线覆盖小区在该扇区内与服务基站1的无线覆盖小区r1重叠的相邻基站的列表。
在向移动站发送列表之前，确定移动站所处的扇区。然后，服务基站发送对于移动站所处的扇区计算的列表。由于每个所计算的列表仅包括有限数量的相邻基站，因此，移动站能够在短时间内以满意的准确度执行与在所计算的列表中包括的所有相邻基站的信号强度测量。
参照图1a、1b、2a、2b和3，在服务基站包括至少一个定向天线的情况下，详细说明将无线覆盖小区划分成多个扇区、计算多个列表和将多个列表中的一个列表传输到移动站所涉及的各种特征。
本发明决不限于图1和2所示的并在此说明的特定实施例。
如图1a所示，当服务基站1包括至少一个用于发射/接收无线通信的定向天线(未示出)时，无线覆盖小区r1对应于定向天线的发射/接收图。这种定向天线的图近似于与定向天线的主波瓣对应的椭圆。椭圆的主轴对应于主波瓣的方向。
如图1a所示，在该特定配置中，基站1并不位于无线覆盖小区r1的中央，而是位于椭圆的一个末端，其对应于定向天线的位置。
在这种情况下，将无线覆盖小区r1划分成扇区包括定义一连串圆c0、c1、...、cN，它们的中心是服务基站1。这一连串圆的每个圆c0、c1、...、cN具有在零和与在主轴的方向上的定向天线的广播范围相对应的值之间的半径。
为了更好地理解本发明，认为这一连串圆的第一个圆c0具有等于零的半径，并处在基站所位于的点。这一连串圆的最后一个圆cN具有等于广播范围的半径。
每个扇区对应于由椭圆与由两个相继的圆限定的环形的交集所定义的区域。
在图1a所示的特定例子中，已定义了一连串四个圆c0、c1、...、c3，服务基站1的无线覆盖小区r1已被划分成三个扇区s1、s2、s3。
根据本发明的方法，在定义了扇区之后，对于每个扇区，计算特定列表。所计算的与扇区相关联的每个特定列表仅包括使其无线覆盖小区在该扇区内与服务基站1的无线覆盖小区r1重叠的相邻基站。
图2a表示包括所计算的分别与如图1a所示的扇区s1、s2和s3相关联的列表l1、l2、l3的表。如该表所示，扇区s1与列表l1相关联，列表l1包括分别与无线覆盖小区r7、r8和r2相关联的相邻基站，因为只有这些无线覆盖小区在扇区s1中与无线覆盖小区r1重叠。同样，与扇区s2相关联的列表l2包括分别与无线覆盖小区r6、r7、r2和r3相关联的四个相邻基站，对扇区s3所计算的列表l3仅包括其无线覆盖小区分别是r3、r4、r5和r6的四个相邻基站。
有利地，服务基站1可包括专用的相邻列表计算模块10，其在扇区一旦已被定义时负责计算不同的列表。这个模块10可具有无线网络的拓扑结构的信息。更准确地，相邻列表计算模块可使用地理信息实施，诸如相邻基站的位置和在该相邻基站中实现的天线的广播范围。根据地理信息，相邻列表计算模块10确定各自的无线覆盖小区在特定扇区内与无线覆盖小区r1重叠的相邻基站。
另外，扇区的数量和大小可由服务基站1的管理系统(未示出)设置。扇区的数量在无线网络的每个基站中可以不同。大数量的扇区导致每个列表中小数量的基站。因此，最好定义大数量的扇区，以致移动站在切换期间不得不执行很少的信号强度测量。
如在图2a所示的表中，两个不同的列表可包括不同数量的相邻基站，并且由于一个相邻基站可以被包括在两个不同的列表中，因此允许冗余。
有利地，设置扇区的数量和大小，以致所有列表的平均大小是最小的。根据无线网络的拓扑结构(即，相邻基站的数量和位置)，用于定义扇区的环形具有不同的宽度是有利的(环形的宽度是两个相继的圆的半径之差)。
另外，有利地，包括最大数量的相邻基站的列表中的相邻基站的数量与包括最小数量的相邻基站的列表中的相邻基站的数量之间的差是最小的。
扇区的大小和数量的调整能够避免某些扇区具有包括非常小数量的相邻基站的列表，而某些其它扇区具有大的列表。因此，当执行切换时，无论移动站位于哪个扇区，将向该移动站提供包括大致相同数量的相邻基站的列表。
可选择地，扇区的数量或大小被设置成使不同列表之间的冗余最小。
根据本发明的方法，为了使移动站能够从服务基站切换到一个相邻基站，确定移动站所处的扇区，与该扇区相关联的列表被传输到移动站。
在服务基站包括至少一个定向天线的情况下，如在图1a所示的例子中已经考虑的，通过确定移动站与服务基站之间的距离来执行扇区的确定。
这种距离的确定可由服务基站1的测量模块11，通过解释例如移动站在经由基站执行通信时周期性地执行并发送的功率信号测量的结果来执行。
在测量模块11已确定移动站与服务基站之间的距离后，所确定的距离可被发送到相邻列表计算模块12，其使用该信息以识别移动站所处的扇区。
在一个实施例中，所确定的距离与用于定义扇区的不同的圆的半径进行比较。更准确地，当所确定的距离包含在圆ci的半径与圆ci+1的半径之间时，移动站就被认为位于与椭圆和由圆ci和ci+1限定的环形的交集相对应的扇区si中。
可选择地，相邻列表选择模块10首先对于每个扇区计算用于定义扇区的两个相继的圆的半径的平均值。然后，模块10计算所确定的距离与每个平均值之间的差。移动站被认为位于其平均值与所确定的距离的差最小的扇区。
参照图1a并假定移动站20、21、22和23正在离开无线覆盖小区r1。由于移动站20、21与服务基站1之间的距离d20、d21被包含在圆c2和c3的半径之间，因此，服务基站确定两个移动站都位于扇区s3内，并将列表l3发送给它们。然后，移动站将只执行与无线覆盖小区r3、r4、r5和r6所关联的基站的信号强度测量。
相反，移动站22和23被提供有仅包括三个基站的列表l1。由于只有有限数量的相邻基站被提供给移动站20、21、22和23，因此，与这些相邻基站的强度测量可以在短时间内以满意的准确度执行。
如图1a所示，应当注意，当定义这样的扇区时，移动站将被提供仅包括当移动站最终离开服务基站的无线覆盖小区时该移动站最有可能所处的无线覆盖小区的基站的列表。
如参照图1a和2a描述的，所有位于距离服务基站相同距离的移动站将被提供相同的相邻基站的列表。
然而，如图1a所示，虽然移动站20和21被提供了相同的列表l3，但考虑它们各自在扇区3中的当前位置，有理由相信从列表中选择的继续通信的基站将是不同的。实际上，考虑移动站20的位置，可以认为最适合的新基站是与无线覆盖r5相关联的基站。相反，用于使移动站21所执行的通信能够继续的未来基站当然是与无线覆盖r3相关联的基站。
虽然服务基站与移动站20、21之间的距离大致相同，但它们位于无线覆盖小区r1的两个相对的边界。使用由移动站20、21发送并由服务基站1的天线接收的信号的方向有益于减少在列表中包括的相邻基站的数量，而没有从列表中除去将被选择的最有可能的相邻基站的风险。
图1b表示与图1a相同的无线覆盖小区，其中，在图1a中公开的每个扇区已根据定向天线的发射/接收图的主轴被分成两个扇区。
更准确地，如图1b所示，扇区对应于如参照图1a所定义的交集的一部分，其位于定向天线的发射/接收图的主轴的左侧或者右侧。
因此，采用相同的一连串圆c0、c1、...、c3，服务基站的无线覆盖小区r1被划分成六个扇区s1、s2、...、s6。
在这种情况下，每个扇区只位于主轴的左侧或者右侧，如图1b所示，移动站所处的扇区的确定还包括从移动站发送并在服务基站处接收的信号的方向。
因此，当只考虑移动站与服务基站之间的距离时被提供了相同的初始列表的移动站20和21，在当前情况下，被提供了两个不同的列表。这两个不同的列表分别对应于已从中除去了相对于移动站20或移动站21所处的主轴的一侧而位于主轴的另一侧的相邻基站的初始列表。
图2b表示包括所计算的分别与如图1b所示的扇区s1至s6相关联的列表l1、l2、...、l6的表。如表所示，扇区s3与包括分别与无线覆盖小区r3和r4相关联的相邻基站的列表l3相关联。同样，与扇区s4相关联的列表l4包括分别与无线覆盖小区r4、r5和r6相关联的三个相邻基站。
当无线覆盖小区r1以图1b所示的方式被划分时，确定移动站所处的扇区包括执行服务基站与移动站之间的距离的估计和执行由移动站发送并由天线接收的信号的方向的估计。
所接收信号的方向可通过确定所接收的信号的方向与天线的发射/接收图的主轴的方向之间的角度来执行。
在天线包括多个发射/接收辐射单元以能够根据波束成形技术使用的情况下，角度可通过估计移动站所发送的信号在天线的两个不同的辐射单元上的接收时间之间的时间差来计算。
虽然本发明的不同技术特征和优点已参照在基站中实现的一个特定定向天线的发射/接收图进行了描述，但本发明并不限于只使用一个定向天线的基站。实际上，当前所使用的基站是两扇形或三扇形的。这些基站用两个或三个定向天线实现，基站的无线覆盖小区对应于每个定向天线的发射/接收图的总和。然后，划分基站的无线覆盖小区包括根据参照图1a和1b所公开的内容划分分别与在基站中实现的定向天线中的一个相关联的每个发射/接收图。
常见的定位处理可用于确定终端与基站的天线的位置角和距离。
在其它实施例中，服务基站的无线覆盖小区可对应于全向天线的发射/接收图。在这种情况下，所述多个扇区的每一个对应于所述发射/接收图的角扇区，所述当前扇区基于所述移动站与所述全向天线之间的角度的估计来确定。

Claims (12)

1.一种用于增强移动站(20-23)从蜂窝网络的服务基站(1)到新基站的切换的方法，所述新基站从包括相邻基站的相邻列表中选择，所述相邻基站的无线覆盖小区(r2-r8)与所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)重叠，所述方法包括以下步骤：
-在所述服务基站(1)处确定所述移动站(20-23)在所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)内的位置；以及
-根据所述位置，向所述移动站(20-23)发送简化的相邻列表；
其特征在于，所述确定所述移动站(20-23)的位置的步骤包括以下子步骤：
-将所述服务基站(1)的所述无线覆盖小区(r1)划分成多个扇区(s1-s3)；以及
-在所述多个扇区(s1-s3；s1-s6)中确定所述移动站(20-23)所处的当前扇区(s1-s3；s1-s6)；
其中，所述简化的相邻列表仅包括其无线覆盖小区(r2-r8)与所述当前扇区(s1-s3；s1-s6)重叠的相邻基站。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)对应于至少一个定向发射/接收天线的无线覆盖波束，所述无线覆盖波束沿着主轴(a1)扩展，所述无线覆盖波束被划分成沿着所述主轴(a1)相对于所述定向发射/接收天线同心扩展的一连串环形部；划分所述无线覆盖波束的所述多个扇区(s1-s3)的每一个对应于一个所述环形部；所述当前扇区(s1-s3)基于所述移动站(20-23)与所述定向发射/接收天线之间的距离的估计确定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)对应于至少一个定向发射/接收天线的无线覆盖波束，所述无线覆盖波束沿着主轴(a1)扩展，所述无线覆盖波束被划分成沿着所述主轴(a1)相对于所述定向发射/接收天线同心扩展的一连串环形部；划分所述无线覆盖波束的所述多个扇区(s1-s3)的每一个对应于一个所述环形部相对于所述主轴(a1)的一半；所述当前扇区(s1-s6)基于所述移动站(20-23)与所述定向发射/接收天线之间的角度和距离的估计确定。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述距离的估计基于由所述移动站(20-23)发送到所述服务基站(1)的信号强度测量的结果。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述定向发射/接收天线包括辐射单元阵列，其用于根据波束成形技术执行发射/接收，所述角度的估计基于由所述移动站(20-23)发射的信号在所述定向发射/接收天线的两个不同辐射单元上的接收时间之间的时间差。
6.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，还包括：对于所述多个扇区(s1-s3；s1-s6)中的每一个扇区，确定仅包括其无线覆盖小区(r2-r8)与所述扇区重叠的相邻基站的扇区列表。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
-确定在每个扇区列表中包括的相邻基站的数量；
-修改划分所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)的扇区的大小或数量，以平衡每个扇区列表的相邻基站的数量。
8.如权利要求2至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)对应于多个定向发射/接收天线的多个无线覆盖波束，所述方法用所述多个定向发射/接收天线中所述移动站(20-23)正通过其执行通信的天线执行。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)对应于全向发射/接收天线的发射/接收图，所述多个扇区的每一个对应于所述发射/接收图的角扇区；所述当前扇区基于所述移动站(20-23)与所述全向天线之间的角度的估计确定。
10.一种用于执行如权利要求1-9任意一项所述的方法的蜂窝网络的基站(1)，其特征在于，包括：
-跟踪装置(12)，用于确定所述移动站(20-23)所处的当前扇区(s1-s3；s1-s6)；以及
-划分装置(11，13)，用于在所述简化的相邻列表中仅包括其无线覆盖小区(r2-r8)与所述当前扇区(s1-s3；s1-s6)重叠的相邻基站。
11.如权利要求10所述的基站(1)，其用于执行如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述划分装置(11，13)还用于对于所述多个扇区(s1-s3；s1-s6)的每一个扇区，确定仅包括其无线覆盖小区(r2-r8)与所述扇区重叠的相邻基站的扇区列表。
12.如权利要求10所述的基站(1)，其用于执行如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述划分装置(11，13)还用于：
-确定在每个扇区列表中包括的相邻基站的数量；
-修改划分所述服务基站(1)的无线覆盖小区(r1)的扇区的大小或数量，以平衡每个扇区列表的相邻基站的数量。
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