CN102932859B - LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法。本发明系统包括：定时测量模块：定时测量当前eNode B小区和相邻eNode B小区的信道质量；切换决策模块：用于源eNode B判决是否需要切换及向哪个目标eNode B切换；可靠切换模块：用于中继从源eNode B切换到目标eNode B；当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所需的信息转发给MR_UE2；MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，并快速切换到目标eNode B；群组切换模块：用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报MME；MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE，并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。

Description

LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别是涉及一种LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法。

背景技术

LTE-Advanced是LTE的演进版本，要求在100MHz带宽下，下行的峰值速率达到1Gbps，上行达到500Mbps。由于LTE-Advanced使用较高的频段资源，导致小区覆盖范围变小以及衰减损耗严重等问题的出现。如果单纯采用增加基站密度的方法来解决上述问题，则会对运营商带来成本的增加和部署难度的上升。为此，3GPP在LTE-A中引入了中继（relay）技术。引入中继节点（RN，relay node）后，用户设备（UE）和基站（eNode B）之间用回程链路（Backhaul Link）和接入链路（Access Link）来代替直传链路（Direct Link），如图1所示。

中继可分为带内（Inband）中继和带外（Outband）中继两类。带内中继是指Backhaul Link和Access Link使用相同的载波频率资源，而带外中继是指两条链路使用不同的载波频率资源。中继也可以分为固定中继和移动中继（MR）。现阶段的研究大多只考虑固定中继并且采用带内中继的方法。固定中继与eNode B之间通常不需要切换，因此UE和eNode B之间切换主要是固定中继与单个UE之间的切换，这可以采用已有的切换方法。

随着公共交通工具的发展普及，人们希望能在高速运动的交通工具中获得高速率的通信业务，这促进了移动中继的发展。此时，UE和eNode B之间不仅存在着UE和中继之间的切换，还存在着中继与eNode B之间的切换。由于UE和中继之间的弱移动性，Access link的信道质量较好，UE和中继之间的切换难度较小。但是，中继和eNode B之间存在着强移动性，相比Access link而言，Backhaul link的信道质量要差得多，中继和eNode B之间的切换难度很大。另外，移动中继通常接纳许多UE，中继和eNode B之间的切换还需要考虑中继如何将目标eNode B提供的资源分配给其所接纳的多个UE（即群组切换）。

移动通信中现有的切换技术主要有硬切换、软切换和接力切换。其中，接力切换主要用于TD-SCDMA。硬切换资源利用率高，但切换成功率较低。软切换成功率较高，但资源利用率低。由于LTE系统中完全放弃CDMA技术，而采用OFDM技术，因此软切换不能再用于LTE系统；由于移动中继尤其是高速移动中继与中继的切换时间非常短，而现有的硬切换技术无法保证切换的可靠性。因此，需要设计一种合适的切换机制来保证移动中继与eNode B之间的可靠切换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法，以保证移动中继在eNode B之间的可靠切换。

根据中继的功能，可以把中继设备逻辑上分解成两个单元：一个是相对于eNode B而言的UE单元（记为MR_UE），另一个是相对于UE群组而言的eNode B单元（记为MR_eNode B）。为简化中继移动时信道资源分配的复杂性，LTE-Advanced移动中继系统的Backhaul Link和Access Link采用带外中继的方法，即两条链路的信道资源分配相互独立。本发明的研究重点是在Backhaul Link上如何完成移动中继在eNode B之间的可靠切换，以及群组切换。

为了保证可靠切换，本发明中的MR_UE单元包含MR_UE1和MR_UE2两个子单元。MR_UE1和MR_UE2都用于中继和eNode B间的数据通信。其中，MR_UE1还负责测量移动中继与邻小区eNode B信道质量状况，向eNode B上报移动中继下属UE群组等信息。MR_eNode B单元用于对下属UE的资源分配及信息统计。

本发明采取以下技术方案：LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统，包括定时测量模块、切换决策模块、协作切换模块、群组切换模块。

定时测量模块：用于定时测量当前eNode B小区（源eNode B）和相邻eNode B小区的信道质量。移 动中继的MR_UE1定时测量其与当前eNode B和相邻eNode B的信道质量，并将测量结果上报给源eNode B。

切换决策模块：用于源eNode B判决是否需要切换以及向哪个目标eNode B切换。源eNode B判决测量报告中当前eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值，若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的状况确定目标eNode B。

可靠切换模块：用于中继从源eNode B切换到目标eNode B。当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所用的信息转发给MR_UE2。MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，快速切换到目标eNode B。

群组切换模块：用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报给MME（移动管理实体）。MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE（分配方法可按现有固定中继向用户分配资源的方式进行），并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。

本发明LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法，其按如下步骤：

① MR_UE1定时（时间长短可根据具体情况设置）对当前eNode B小区和相邻eNode B小区进行测量，并将测量报告上报给源eNode B。测量报告包括当前小区（小区1）的信号强度和相邻小区（如小区3、4、5等）的信号强度。

② 源eNode B根据测量报告进行切换（HO）决策，源eNode B判断上报的测量报告中当前eNode B小区（小区1）的信号强度是否低于预先设定的门限值。若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的资源状况、信道质量等确定目标eNode B（假设为小区4）。若高于门限值，则不需要切换，返回执行步骤①；

③ 源eNode B向目标eNode B发送切换请求；目标eNode B接纳控制，向源eNode B发送切换请求确认。

④ 源eNode B向MR_UE1发送允许切换，然后MR_UE1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留。如果MR_UE1不能与目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②（下次选取目标eNode B时排除此次申请预留资源失败的eNode B）。

⑤ 目标eNode B向MR_UE1发送定时，MR_UE1与目标eNode B建立连接；MR_UE1将目标eNode B的所有信息（包括同步、资源预留等信息）转发给MR_UE2。

⑥ MR_UE2断开与源eNode B的连接，MR_UE2利用已获得的信息快速切换到目标eNode B上。如果MR_UE2不能成功切换到目标eNode B上，则返回执行步骤⑥。

⑦ 目标eNode B通过MR_UE2向MR_eNode B发送群组切换指令；MR_eNode B对移动中继所接纳的UE进行资源分配，并统计相关信息，通过MR_UE1上报MME。

⑧ 目标eNode B向MME发送路径转换请求；MME向S-GW（服务网关）发送用户面更新请求。

⑨ S-GW向MME返回用户面更新请求确认。MME向 目标eNode返回路径转换请求确认；目标eNode B向源eNode B发送释放资源信令，源eNode B释放资源。此时整个切换过程完成。

上述切换方法中，移动中继不是直接与目标eNode B进行硬切换，而是先通过MR_UE1接入目标eNode B后，再断开MR_UE2与源eNode B的连接。同时，本发明还提出了群组切换的处理办法。因此，本发明既解决了移动中继与eNode B切换的问题，又解决了群组切换的问题。相比现有的LTE-Advanced移动中继与eNode B切换方法，本发明的优点是考虑全面、可靠性高。

附图说明

图1为增加中继节点后的LTE-Advanced系统结构图。

图2为移动中继的一个应用场景示意图。

图3为移动中继与eNode B切换方法的信令流程图。

图4为移动中继与eNode B切换过程的流程图。

图5为移动中继与eNode B切换的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明。

如图2所示的移动中继应用场景中，分别用标识符1~7标识7个小区，每个小区都有各自的eNode B。装有移动中继的公共汽车当前在小区1的服务下，运动方向可以向任意小区，这里假设向小区4运动。

移动中继包括MR_UE单元和MR_eNode B单元，MR_UE单元包括MR_UE1子单元和MR_UE2子单元。MR_UE1和MR_UE2都用于中继和eNode B间的数据通信。其中，MR_UE1还负责测量移动中继与邻小区eNode B信道质量状况，向eNode B上报移动中继下属UE群组等信息。MR_eNode B单元用于对下属UE的资源分配及信息统计。

图3是LTE-Advanced移动中继与eNode B切换的信令流程图。参见图4，LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法，具体执行步骤如下：

① MR_UE1定时（时间长短可根据具体情况设置）对当前eNode B小区和相邻eNode B小区进行测量，并将测量报告上报给源eNode B。测量报告包括当前小区（小区1）的信号强度和相邻小区（如小区3、4、5等）的信号强度。

② 源eNode B根据测量报告进行切换（HO）决策，源eNode B判断上报的测量报告中当前eNode B小区（小区1）的信号强度是否低于预先设定的门限值。若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的资源状况、信道质量等确定目标eNode B（假设为小区4）。若高于门限值，则不需要切换，返回执行步骤①；

③ 源eNode B向目标eNode B发送切换请求；目标eNode B接纳控制，向源eNode B发送切换请求确认。

④ 源eNode B向MR_UE1发送允许切换，然后MR_UE1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留。如果MR_UE1不能与目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②（下次选取目标eNode B时排除此次申请预留资源失败的eNode B）。

⑤ 目标eNode B向MR_UE1发送定时，MR_UE1与目标eNode B建立连接；MR_UE1将目标eNode B的所有信息（包括同步、资源预留等信息）转发给MR_UE2。

⑥ MR_UE2断开与源eNode B的连接，MR_UE2利用已获得的信息快速切换到目标eNode B上。如果MR_UE2不能成功切换到目标eNode B上，则返回执行步骤⑥。

⑦ 目标eNode B通过MR_UE2向MR_eNode B发送群组切换指令；MR_eNode B对移动中继所接纳的UE进行资源分配，并统计相关信息，通过MR_UE1上报MME。

⑧ 目标eNode B向MME发送路径转换请求；MME向S-GW（服务网关）发送用户面更新请求。

⑨ S-GW向MME返回用户面更新请求确认。MME向 目标eNode返回路径转换请求确认；目标eNode B向源eNode B发送释放资源信令，源eNode B释放资源。此时整个切换过程完成。

参见图5，本发明还公开了一种LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统，包括定时测量模块、切换决策模块、协作切换模块、群组切换模块。

定时测量模块：用于定时测量当前eNode B小区（源eNode B）和相邻eNode B小区的信道质量。移动中继的MR_UE1定时测量其与当前eNode B和相邻eNode B的信道质量，并将测量结果上报给源eNode B。

切换决策模块：用于源eNode B判决是否需要切换以及向哪个目标eNode B切换。源eNode B判决测量报告中当前eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值，若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的状况确定目标eNode B。

可靠切换模块：用于中继从源eNode B切换到目标eNode B。当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所用的信息转发给MR_UE2。MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，快速切换到目标eNode B。

群组切换模块：用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报给MME（移动管理实体）。MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE（分配方法可按 现有固定中继向用户分配资源的方式进行），并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。

上述实施例虽然以公共汽车为例，但是本发明可以扩展到任何移动交通工具，如火车等。本实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统，其特征是：移动中继包括MR_UE单元和MR_eNodeB单元，MR_UE单元包括MR_UE1子单元和MR_UE2子单元；MR_UE1和MR_UE2都用于移动中继和eNode B间的数据通信；其中，MR_UE1还负责测量移动中继与邻小区eNode B信道质量状况，向eNode B上报移动中继下属UE群组信息；MR_eNode B单元用于对下属UE的资源分配及信息统计；所述的切换系统包括：

定时测量模块：用于定时测量源eNode B小区和相邻eNode B小区的信道质量；移动中继的MR_UE1定时测量其与源eNode B和相邻eNode B的信道质量，并将测量结果上报给源eNode B；

切换决策模块：用于源eNode B判决是否需要切换以及向哪个目标eNode B切换；源eNode B判决测量报告中源eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值，若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的状况确定目标eNode B；

可靠切换模块：用于中继从源eNode B切换到目标eNode B；当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所用的信息转发给MR_UE2；MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，快速切换到目标eNode B；

群组切换模块：用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报给MME；MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE，并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。

2.LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法，其特征是：移动中继包括MR_UE单元和MR_eNodeB单元，MR_UE单元包括MR_UE1子单元和MR_UE2子单元；MR_UE1和MR_UE2都用于移动中继和eNode B间的数据通信；其中，MR_UE1还负责测量移动中继与邻小区eNode B信道质量状况，向eNode B上报移动中继下属UE群组信息；MR_eNode B单元用于对下属UE的资源分配及信息统计；所述的切换方法按如下步骤：

①MR_UE1定时测量其与源eNode B和相邻eNode B的信道质量，并将测量报告上报给源eNode B；测量报告包括源eNode B小区的信号强度和相邻eNode B小区的信号强度；

②源eNode B根据测量报告进行切换决策，源eNode B判断上报的测量报告中源eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值；若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的资源状况、信道质量等确定目标eNode B；若高于门限值，则不需要切换，返回执行步骤①；

③源eNode B向目标eNode B发送切换请求；目标eNode B接纳控制，向源eNode B发送切换请求确认；

④源eNode B向MR_UE1发送允许切换消息，然后MR_UE1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留；如果MR_UE1不能与目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②，下次选取目标eNodeB时排除此次申请预留资源失败的eNode B；

⑤目标eNode B向MR_UE1发送定时，MR_UE1与目标eNode B建立连接；MR_UE1将目标eNodeB的信息转发给MR_UE2；目标eNode B的信息包括同步、资源预留信息；

⑥MR_UE2断开与源eNode B的连接，MR_UE2利用已获得的信息快速切换到目标eNode B上；如果MR_UE2不能成功切换到目标eNode B上，则返回执行步骤⑥；

⑦目标eNode B通过MR_UE2向MR_eNode B发送群组切换指令；MR_eNode B把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE，统计相关信息，通过MR_UE1上报MME；

⑧目标eNode B向MME发送路径转换请求；MME向S-GW发送用户面更新请求；

⑨S-GW向MME返回用户面更新请求确认；MME向目标eNode返回路径转换请求确认；目标eNodeB向源eNode B发送释放资源信令，源eNode B释放资源。