CN103096403A - 一种自适应切换方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种自适应切换方法和装置，其中该方法包括：当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的切换区域时，在合适的切换时机发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。本发明实施例提供的自适应切换方法和装置可以确定最优切换点，切换区域，及切换时机。

Description

一种自适应切换方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种自适应切换方法和装置。

背景技术

随着我国高速铁路和客运专线建设，高速铁路的无线通信系统也得到了很大的发展，但是由于高铁列车的时速基本在250Km/h以上，而导致列车运行过程中越区切换频繁发生，切换性能对系统的服务质量和行车安全有很大的影响，如何使切换时间更短，提高切换成功率，可靠性和有效性，是高铁无线通信中需要解决的技术难题。

同时，在移动通信系统中，如果在一定区域内两相邻基站的信号强度剧烈变化，那么终端设备就会在两基站之间来回切换，产生所谓的“乒乓效应”。高速铁路中，由于地形、天气的变化以及列车处于高速行驶状态下，如果采用基于信号强度的切换方法，上述乒乓效应情况会很严重，导致通信不稳定，甚至断路。因此必须提高终端设备在相邻基站之间切换的可靠性和准确性，避免“乒乓效应”。

高速列车上的终端设备也会随着列车高速移动，因此如果按照传统的切换方法来对高速列车上的终端设备执行切换的话，那么会存在如下问题：

1、采用基于信号强度的切换技术需要数据的测量与处理：在高速环境下，由于交通工具的高速移动和天气地形环境的快速变化，接收信号强度变化非常快，此时，根据若简单依据接收信号强度测量值进行切换会造成数据传输中丢包，错包甚至通信中断等问题，考虑到列车高速行驶的情况，即使采用一定的手段来缩短对无线链路测量的时间，增加测量数据以提高切换的准确性，也会造成切换的延时，滞后等情况，导致通信的中断，切换的可靠性和准确性不高。

2、采用全球定位系统GPS辅助的切换技术：虽然利用GPS能够实现高精度快速定位，有效避免乒乓效应，但当列车进入隧道、山区、森林等地时存在信号遮挡，也可能导致定位的不准确，同时，如果卫星故障，GPS定位性能出现恶化而导致切换无法进行，使得切换的可靠性和准确性不高。

发明内容

为提高运行中的高速列车上的终端设备在相邻的两个基站之间切换的可靠性和稳定性问题，本发明实施例提供了一种自适应切换方法和装置。

一种自适应切换方法，包括：

当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据中自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；

确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；

确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的位置时，发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

一种自适应切换装置，包括

测量单元，用于当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据中自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；

第一确定单元，用于确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；

切换单元，用于确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的位置时，发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

本发明实施例提供的自适应切换方法和装置，采用经验数据库系统记录列车沿途接收到的来自服务基站的接收信号强度记录并拟合信号强度曲线以确定最优切换点。当通过列车多次采集信号强度数据之后，在通信环境没有发生较大变化的情况下，依靠列车自带的切换记录进行主动切换，增强了切换可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中基于经验数据库的自适应切换判决流程示意图；

图2为本发明实施例中基于经验数据自适应系统与地理位置辅助切换示意图；

图3为本发明实施例中周期性测量接收信号强度的测量点分布；

图4为本发明实施例中切换区域接收信号强度测量点分布；

图5为本发明实施例中装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例提供的一种自适应切换方法和装置进行详细的描述。

在本发明实施例中，高速列车的越区切换过程主要包括测量、触发、选择和执行四个过程。其中触发过程和选择过程在内部完成，这段时延可以忽略不计。而越区切换所需要的时延主要由测量过程时延和执行越区切换的时延两部分组成。测量过程的时延主要取决于对移动台和基站测量到的结果的处理时延，与所需处理数据量的大小有关。执行越区切换的时延又可分为激活目标小区信道需要的时间和移动台离开原信道调整到新信道所需的时间。切换执行时间主要取决于信令流程的复杂度和网络设备对信令的处理时间。

在本发明实施例中，GPS是全球定位系统的简称，在静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体(如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等)。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。将GPS定位技术引入越区切换的过程中以提高切换质量，尤其适用于通信环境变化较快的应用场景中，在一定程度上可有效防止因接收信号剧烈变化引起的切换过程中的兵乓效应。

鉴于在传统切换方式中，基于接收信号强度的切换方式由于在高速运动坏境下存在较大的不确定性，采用GPS辅助切换之后，仍不足以应对通信环境的快速变化。我们采用经验数据库系统记录列车沿途接收到的来自服务基站的接收信号强度，并拟合信号强度曲线以确定最优切换点。当列车多次采集同一路段的信号强度数据之后，在通信环境没有发生较大变化的情况下，该路段两基站之间的信号强度曲线在经验数据库中趋向于稳定，则在GPS失效的情况下，列车可依靠自带的切换记录进行主动切换，增强了切换的可靠性。

本发明实施例提供的自适应切换方法和装置，包括：

S100、当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据中自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；

S200、确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；

S300、确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的位置时，发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

在本发明的另外一个实施例中，

所述高速列车行进过程中，根据预设的时间间隔，对所述基站BS1和基站BS2的值进行测量，并记录测量点对应的地理位置信息；

将所述测量到的信号强度值和对应的地理位置信息记录在所述高速列车的经验数据库中。

如高速列车运行在基站BS1和基站BS2之间，则按照预定的时间t1对BS1和BS2的信号强度进行测量，并记录该测量点的地理位置信息，记录在高速列车的经验数据库中。

在本发明的另外一个实施例中，

确定所述相邻基站BS1和BS2的切换区域；

在所述切换区域内，调整系统测量时间间隔，缩短在所述切换区域内的系统测量时间间隔，以准确定位该区域内的切换点位置。

其中，确定基站BS1和基站BS2之间的切换区域的方法，在后面实施例会有详细介绍，在此不再赘述。在切换区域内，可以缩小测量的时间间隔，如以t2为时间间隔进行测量，其中t2＜t1，以提高测量精度。

在本发明实施例中，在所述切换区域内，可以根据相邻基站负载情况，灵活选择进行所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换的时机。

在本发明另外一个实施例中，检测所述高速列车经过的环境是否发生变化，如果发生变化，则重新测量所述高速列车相邻基站BS1和BS2的信号强度信息，以及对应测量点的地理位置信息，并记录在经验数据库中；如果没有发生变化，则可以不用再继续测量。

其中在对经验数据库自适应系统的初始化阶段，需要根据小区的覆盖范围调整相应的测量周期，在相应路段根据系统设定的采集周期对来自基站的信号强度进行记录，并根据记录时刻测量的位置信息记录在经验数据库中。如图1所示，经验数据库自适应系统记录每次切换过程中依据的地理位置信息以及信号强度测量信息，对比切换后信号质量对当前数据记录点的切换门限进行调整以确定切换点门限值，并与地理位置信息进行对应，存储在经验数据库中用以作为切换判决参考。

其中，系统的切换判决不仅仅由信号强度(Received Signal StrengthIndication，接收的信号强度指示)测量来决定，而是需要根据经验数据库自适应系统中的经验数据库作为辅助切换判决的依据。对于经验数据库自适应系统来说，不但需要记录沿途接收到来自服务基站的信号强度，还需要对信号强度测量间隔和时点进行调整，同时需要获取来自定位设备的定位信息，并控制定位设备的工作状态。

经验数据库自适应系统根据来自定位设备的位置信息，拟合沿途两基站之间的信号强度经验数据曲线，如图2所示，用以确定两基站之间的最佳切换点。在这个过程中，经验数据库自适应系统通过已测量的信号强度数据，调整可切换区域内的测量频率，以获得更准确的切换点信息，如在可切换区域内，缩短测量间隔等。

由于列车在固定线路上行驶，因此，经过多次自适应调整后，在沿途每一个切换点处可以近似实现平滑切换以最大程度的适应沿途信道条件。如图2所示，经验系统的接收信号强度经过多次迭代后，基站的信号强度曲线会接近稳态。在经验数据库自适应系统中，BS1和BS2之间的可切换区域在物理位置B和C之间，其中，曲线R12拟合了BS1的信号强度曲线，曲线R21拟合了BS2的信号强度曲线，不同的行驶路段对应的曲线依通信环境特点而不同，因此切换点也需要根据具体的通信环境确定。图中BC路段对应于BS1和BS2的小区边缘覆盖路段，从图2中可以看出，R12拟合曲线和R21拟合曲线有一个交点，该交点即为BS1和BS2之间BC路段的最优切换点，同时，从图2中可以看出，该最优切换点并不总是在两基站之间的物理距离的中点位置，基于经验数据库曲线#1的切换点偏离BC的中点，因此可以有效避免简单的基于物理位置切换方法的弊端。与BS1和BS2之间的切换类似，在BS2和BS3之间也可以通过经验数据库曲线#2确定最优的切换点实现在DE路段之间的平滑切换，其中，曲线R23拟合了BS2的信号强度曲线，曲线R32拟合了BS3的信号强度曲线，曲线R23和曲线R32的交叉点即为BS2和BS3之间DE路段的最优切换点。

基于经验数据库自适应系统的切换方法可以有效的保障切换在相邻基站之间的切换点的切换质量，同时切换点可以根据相邻小区的负载进行相应调整，达到平衡相邻小区的业务量的目的，提升系统整体性能。

如图3所示，本发明实施例中介绍了如何确定切换区域的办法，基站BS1的覆盖区域从直线上看是从A到C，基站BS2的覆盖区域从直线上看是从B到E，基站BS3的覆盖区域从直线上看是从D到F，其中，B到C为基站BS1和BS2之间的切换区域，D到E为基站BS2和BS3之间的切换区域。图中的圆点表示测量点，如在从A到F的区间内，每相隔时间t0测量一次基站的信号强度，那么对应的记录位置信息即为图3中A到F区间上的周期性测量点。可以将该测量到的信号强度信息和对应的地理位置信息记录在经验数据库中。

另外，确定切换区域，也可以按照基站的信号强度，当某一个区域同时能接收到相邻两个基站的信号，并且强度都不低于某一个门限值的话，那么个区域也可以认为是切换区域。

当经验数据库中的接收信号强度曲线尚未进入稳态之前，或者高速列车第一次通过该相邻基站时，可根据传统的基于门限或者GPS位置信息进行切换。如测量到的信号强度值小于一预设门限时，则进行切换，或者当有GPS辅助时，达到一定位置时，则进行切换等。

在首次周期性测量之后，经验数据自适应系统可根据首次测量后插值拟合的相邻基站的接收信号强度曲线计算切换点，并将相应切换后的延迟等参数记录在经验数据库中作为切换效果比较的依据。

在本发明实施例中，在获得周期性测量点数据之后，系统可根据首次接收到相邻小区信号的物理位置作为其相邻小区的切换边界，如图4中所示，在BS1和BS2之间可以根据接收信号强度测量信息确定BC路段为两小区之间的切换区域，即在位置B首次接收到基站BS2的信号，在位置C最后一次接收到基站BS1的信号。在初次经验数据库数据记录之后，需要对该切换区域的测量提高精度，以使得接收信号强度曲线在该区域内更为精确，从而最优化切换位置。类似的，对应于BS2和BS3之间的切换区域也做进一步提高精度的测量，并记录相应测量数据于经验数据库中，从而使得接收信号强度曲线更为平滑，接近实际值。具体的，在切换区域内，可以缩小测量间隔，如在非切换区域的切换间隔为t1，那么在切换区域内的切换间隔可以设为t2，其中，t2的值小于t1的值等。

在经过多次测量和迭代计算之后，经验数据库中相应路段切换区域中的接收信号强度曲线接近稳态，根据来自相邻两基站的接收信号强度曲线的交点可确定最优切换点。在周围通信环境没有发生较大改变的条件下，交通设备行驶至该路段时可根据经验数据库信息确定最优的切换点，而无需通过对接受信号强度比对切换门限做出切换决定。若周围环境发生较大变化，则仍可根据经验数据库中的测量曲线选择切换点，但需要对该路段接收信号强度重新测量以拟合新的测量曲线。

在经验数据库中的切换点可根据相邻小区的负载情况进行微调，例如在图2中，BC为相应的可切换区域，在图中标识为阴影区域。因此实际中，在进入该切换区域之后即可进行切换操作，但根据测量曲线可以确定切换效果最优的切换点#1，并有相应的地理位置信息作为参照。若此时BS1的服务负载已接近饱和，而BS2相应较为空闲，则经验数据库可根据这一情况在到达最优切换点之前通知切换装置发起切换。此时可选择在最优切换点#1附近的合适位置进行提前切换，以此来平衡BS1和BS2之间的负载，从而实现小区负载均衡，提高网络性能和服务质量。

本发明实施例还提供了一种自适应切换的装置，包括

测量单元201，用于当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据中自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；

第一确定单元203，用于确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；

切换单元205，用于确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的位置时，发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

在本发明的另外一个实施例中，所述测量单元201，还用于所述高速列车行进过程中，根据预设的时间间隔，对所述基站BS1和基站BS2的值进行测量，并记录测量点对应的地理位置信息；该装置还包括：

记录单元，用于将所述测量到的信号强度值和对应的地理位置信息记录在所述高速列车的经验数据库中。

在本发明的另外一个实施例中，该装置还包括：

第二确定单元，用于确定所述相邻基站BS1和BS2的切换区域；

调整单元，用于在所述切换区域内，调整系统测量时间间隔，使得在所述切换区域内的系统测量时间间隔小于非切换区域的系统测量时间间隔。

在本发明的另外一个实施例中，所述切换单元205，还用于在所述切换区域内的任意一个位置，都可以进行所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

在本发明的另外一个实施例中，该装置还包括：

检测单元，用于检测所述高速列车经过的环境是否发生变化，如果发生变化，则重新测量所述高速列车相邻基站BS1和BS2的信号强度信息，以及对应测量点的地理位置信息，并记录在经验数据库中。

需要说明的是，本发明的装置实施例和本发明的方法实施例是相对应的，在本装置实施例里面没有详尽描述的部分，可以参照方法实施例中的描述。

本发明实施例提供的自适应切装置，采用经验数据库系统记录列车沿途接收到的来自服务基站的接收信号强度记录并拟合信号强度曲线以确定最优切换点。当通过列车多次采集信号强度数据之后，在通信环境没有发生较大变化的情况下，依靠列车自带的切换记录进行主动切换，增强了切换可靠性。

以上是本发明实施例一个较佳的实施方式而已，任何人在熟悉本领域技术的前提下，在不背离本发明的精神和不超出本发明涉及的技术范围的前提下，可以对本发明描述的细节作各种补充和修改。本发明的保护范围不限于实施例所列举的范围，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自适应切换方法，其特征在于，包括

当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据中自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；

确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；

确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的切换区域时，在合适的切换时机发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述高速列车行进过程中，根据预设的时间间隔，对所述基站BS1和基站BS2的值进行测量，并记录测量点对应的地理位置信息；

将所述测量到的信号强度值和对应的地理位置信息记录在所述高速列车的经验数据库中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

确定所述相邻基站BS1和BS2的切换区域；

在所述切换区域内，缩短系统测量时间间隔，使得在所述切换区域内，系统测量时间间隔小于非切换区域内的系统测量时间间隔，提高切换点位置选择的准确性。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述切换区域内，根据切换区域相邻小区基站BS1和BS2的负载情况，调整所述切换区域内的切换时机。

5.如权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述高速列车经过的环境是否发生变化，如果发生变化，则重新测量所述高速列车相邻基站BS1和BS2的信号强度信息，以及对应测量点的地理位置信息，并记录在经验数据库中。

6.一种自适应切换装置，其特征在于，包括

测量单元，用于当高速列车行进在相邻两个基站BS1和BS2之间时，所述高速列车根据经验数据中自适应系统中记录的所述BS1和BS2接收的信号强度信息，并拟合所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线；

第一确定单元，用于确定所述BS1的信号强度曲线和所述BS2的信号强度曲线的交叉点，所述交叉点即为该所述高速列车在所述基站BS1和基站BS2之间的最优切换点；

切换单元，用于确定所述交叉点对应的位置信息，当所述列车运行到所述交叉点对应的位置时，发起所述基站BS1和所述基站BS2之间的切换。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述测量单元，还用于所述高速列车行进过程中，根据预设的时间间隔，对所述基站BS1和基站BS2的值进行测量，并记录测量点对应的地理位置位置信息；

记录单元，用于将所述测量到的信号强度值和对应的地理位置信息记录在所述高速列车的经验数据库中。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

第二确定单元，用于确定所述相邻基站BS1和BS2的准确切换位置；

调整单元，用于在所述切换区域内，缩短系统测量时间间隔，使得在所述切换区域内，系统测量时间间隔小于非切换区域内的系统测量时间间隔，提高切换点位置选择的准确性。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述切换单元，还用于在所述切换区域内，根据切换区域相邻小区基站BS1和BS2的负载情况，调整所述切换区域内的切换时机。

10.如权利要求6至9任一所述的装置，其特征在于，还包括：

检测单元，用于检测所述高速列车经过的环境是否发生变化，如果发生变化，则重新测量所述高速列车相邻基站BS1和BS2的信号强度信息，以及对应测量点的地理位置信息，并记录在经验数据库中。

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