CN103369614A

CN103369614A - LTE-Advanced移动中继的切换系统

Info

Publication number: CN103369614A
Application number: CN2013103046375A
Authority: CN
Inventors: 严军荣; 吴志坚
Original assignee: Sunwave Communications Co Ltd
Current assignee: Sunwave Communications Co Ltd
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: CN103369614B

Abstract

本发明公开了LTE-Advanced移动中继的切换系统，包括：回程链路定时测量模块：用于移动中继定时测量当前eNode B小区和相邻eNode B小区的信道质量；接入链路定时测量模块：用于UE定时测量当前MR_UE小区和相邻MR_UE小区的信道质量；分类切换判决模块：用于移动中继判决需要进行的切换类别；回程链路切换模块：用于移动中继从源eNode B切换到目标eNode B；接入链路切换模块：用于UE从源MR_UE切换到目标MR_UE。本发明具有优点：1、提出了包含两级切换的完整的移动中继切换系统。2、当回程链路和接入链路同时需要切换时，优先进行回程链路的切换，可避免两级切换同时发生引起的性能恶化。3、对目标中继和源中继属于同一个eNode B的接入链路切换，简化切换步骤，缩短UE切换时间。

Description

LTE-Advanced移动中继的切换系统

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别涉及一种LTE-Advanced移动中继的切换系统。

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，导致覆盖范围变小以及衰减损耗严重等问题。如果单纯采用增加基站密度的方法来解决上述问题，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（eNodeB）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。

在目前的中继技术研究中，大多数还停留在固定或静止中继的场景。随着公共交通工具的普及发展，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，这便促进了移动中继技术的发展。在移动中继系统中，中继和eNode B之间存在着强移动性，中继和eNode B之间切换频繁；而UE和中继之间是相对静止或弱移动性，UE与中继之间的切换较少。因此，在UE和eNode B之间的切换可分类成三种情形，第一种是在回程链路的中继与eNode B之间的切换；第二种是在接入链路的UE与中继之间的切换；第三种是回程链路和接入链路Access Link同时发生切换（即两级切换）。目前针对移动中继切换的研究很少且主要研究第一种切换。例如中国专利申请号201110293416.3提出一种面向高速铁路的LTE通信系统的切换系统，该技术方案中，若需切换，由车载中继站控制车头天线接入目标基站，同时车尾天线与源基站保持连接；当车尾天线满足切换条件时，由车载中继站根据车头天线在目标基站中申请的资源，控制车尾天线接入目标基站。又如，中国专利申请号201210367341.3提出一种LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统和方法。目前还没有找到研究前述第二种切换和第三种切换的文献。为此，本发明提出了一种针对LTE-Advanced移动中继包含上述三种切换的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTE-Advanced移动中继的切换系统，其保证了移动中继和用户在BackhaulLink和Access Link的有序切换。

根据中继的功能，可以把移动中继在逻辑上分解成两个单元：一个是与eNode B通信的单元，记为MR_eNode B；另一个是与UE通信的单元，记为MR_UE。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。

本发明中的MR_eNode B单元包含MR_eNode B1和MR_eNode B2两个子单元。MR_eNode B1和MR_eNode B2都用于移动中继和eNode B间的数据通信。其中MR_eNode B1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_UE单元用于完成移动中继对下属UE的资源分配及信息统计。

本发明采取以下技术方案：LTE-Advanced移动中继的切换系统，包括回程链路定时测量模块、接入链路定时测量模块、分类切换判决模块、回程链路切换模块和接入链路切换模块。

回程链路定时测量模块：用于移动中继定时测量当前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_eNode B1定时测量其与当前eNode B（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。

接入链路定时测量模块：用于UE定时测量当前MR_UE小区（源MR_UE）和相邻MR_UE小区的信道质量。UE定时测量其与当前MR_UE小区（源MR_UE）和相邻MR_UE小区的信道质量，并将测量结果上报给源移动中继。

分类切换判决模块：用于移动中继判决需要进行哪种类别切换。移动中继根据回程链路和接入链路的测量结果判决进行哪一类别切换：（a）回程链路和接入链路均不需要切换；（b）回程链路需要切换，接入链路不需要切换；（c）回程链路不需要切换，接入链路需要切换；（d）回程链路和接入链路均需要切换。

注意：如果判断为情况a，则直接结束；如果判断为情况b，则只执行回程链路切换模块；如果判断为情况c，则只执行接入链路切换模块；如果判断为情况d，则按顺序先执行回程链路切换模块后执行接入链路切换模块。

回程链路切换模块：用于移动中继从源eNode B切换到目标eNode B。首先通过MR_eNode B1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_eNode B2。MR_eNode B2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。

接入链路切换模块：用于UE从源MR_UE切换到目标MR_UE。UE判断目标MR_UE与源MR_UE是否属于同一个eNode B。如果是，则UE直接从源MR_UE切换到目标MR_UE即可；否则，UE从源MR_UE切换到目标MR_UE后，还需更新MME（Mobility Management Entity移动管理实体）和SGW。

基于上述LTE-Advanced移动中继的切换系统，具体操作流程如下：

①移动中继的MR_eNode B1定时（时间长短可根据具体情况设置）对当前eNode B小区（源eNodeB）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eNode B小区的信号强度和相邻eNode B小区的信号强度等。

同时，UE定时（时间长短可根据具体情况设置）对当前MR_UE小区（源MR_UE）和相邻MR_UE小区进行测量，并将测量报告上报给源MR_UE。测量报告包括当前MR_UE小区的信号强度和相邻MR_UE小区的信号强度等。

②移动中继的MR_eNode B1和MR_UE分别根据回程链路和接入链路的测量结果判断测量报告中当前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；若高于门限值，则不需要切换。判决结果分为四类：（a）回程链路和接入链路均不需要切换；（b）回程链路需要切换，接入链路不需要切换；（c）回程链路不需要切换，接入链路需要切换；（d）回程链路和接入链路均需要切换。

注意：如果判断为情况a，则直接结束；如果判断为情况b，则执行步骤③④⑤⑥，然后结束；如果判断为情况c，则忽略步骤③④⑤⑥，执行步骤⑦⑧⑨⑩，然后结束；如果判断为情况d，则按顺序依次执行。

③源eNode B根据回程链路测量报告中相邻小区的资源状况，信道质量等确定目标eNode B。源eNodeB向目标eNode B发送切换请求，目标eNode B接纳控制，并向源eNode B发送切换请求确认。

④源eNode B向MR_eNode B1发送“允许切换”消息，MR_eNode B1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留，目标eNode B向MR_eNode B1发送定时。

⑤目标eNode B与MR_eNode B1之间建立连接后，MR_eNode B1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_eNode B2。MR_eNode B2断开与源eNode B的连接并利用已获得的信息快速切换到目标eNode B。然后目标eNode B对其与MR_eNode B1、MR_eNode B2的回程链路资源进行合理分配并通知MR_UE。

⑥MR_UE通过MR_eNode B1和目标eNode B，把UE群组信息上报给MME；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；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。此时回程链路切换过程完成。

⑦源MR_UE根据接入链路测量报告中相邻小区的资源状况，信道质量等确定目标MR_UE。同时，判断目标MR_UE和源MR_UE是否属于同一个eNode B。如果不属于同一个eNode B（源eNode B），则按顺序执行至⑩结束；否则按顺序执行至⑨结束。

源MR_UE向目标MR_UE发送切换请求，目标MR_UE接纳控制，并向源MR_UE发送切换请求确认。

⑧源MR_UE向UE发送“允许切换”消息，UE开始与目标MR_UE建立同步、申请资源预留，目标MR_UE向UE发送定时。同时，目标MR_UE通知与其相关联的eNode B预留回程链路资源。

⑨UE与目标MR_UE建立连接后，通知源MR_UE释放资源。同时，与其相关联的eNode B为新接入的UE分配回程链路资源。

⑩对于目标MR_UE和源MR_UE不属于同一个eNode B的情形，目标MR_UE还需要通过相连接的eNode B向系统更新UE的MME和SGW。

采用本发明技术方案的优点在于：（1）针对移动中继系统，提出了包含两级切换的完整的移动中继的切换系统。（2）当回程链路和接入链路同时需要切换时，优先进行回程链路的切换，可以避免两级切换同时发生引起的性能恶化。（3）对目标中继和源中继属于同一个eNode B的接入链路切换，简化切换步骤，缩短UE切换时间。

附图说明

图1为增加中继节点后的LTE-Advanced系统的结构图。

图2为移动中继切换系统的功能模块框图。

图3为移动中继的一个应用场景示意图。

图4为移动中继切换系统的信令流程图。

图5为移动中继切换系统的流程图。

具体实施案例

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

如图2所示，本发明LTE-Advanced移动中继的切换系统，包括回程链路定时测量模块、接入链路定时测量模块、分类切换判决模块、回程链路切换模块和接入链路切换模块，各模块具体如下所述：

注意：如果判断为情况a，则不再执行任何模块；如果判断为情况b，则只执行回程链路切换模块；如果判断为情况c，则只执行接入链路切换模块；如果判断为情况d，则按顺序先执行回程链路切换模块后执行接入链路切换模块。

接入链路切换模块：用于UE从源MR_UE切换到目标MR_UE。UE判断目标MR_UE与源MR_UE是否属于同一个eNode B。如果是，则UE直接从源MR_UE切换到目标MR_UE即可；否则，UE从源MR_UE切换到目标MR_UE后，还需更新MME和SGW。

根据本发明内容所述，在此选取一个两级切换（回程链路和接入链路同时发生切换）的场景，对于单个的回程链路或接入链路切换可以对两级切换流程进行删减得到。

如图3所示的移动中继应用场景中，某车辆上安装有3个移动中继，分别标识为MR1、MR2和MR3，移动中继之间相互独立。当前时刻该车辆上的MR2和MR3位于基站eNode B2的覆盖范围，MR1位于基站eNode B1的覆盖范围。此时MR2位于基站eNode B2边缘准备向基站eNode B1切换，MR2下UE（图3中标出）向MR3的覆盖范围内移动。

分析场景可知，此时移动中继MR2和UE同时需要切换（即两级切换）。根据本发明内容所述，两级切换的顺序是：首先是MR2在回程链路上从基站eNode B2切换到基站eNode B1，然后MR2下的UE从MR2切换到MR3。注意，此时MR2和MR3分别处于基站eNode B1和eNode B2的覆盖范围，即UE是在不同基站小区下的两个移动中继之间发生切换。这是最复杂的两级切换场景。

根据上述场景，图4给出了LTE-Advanced移动中继系统两级切换的信令流程图。参见图5，基于本发明LTE-Advanced移动中继的切换系统，具体执行步骤如下：

①移动中继MR2的MR_eNode B1（记作MR2_eNode B1）定时对当前eNode B小区（源eNode B为eNode B2）和相邻eNode B小区（eNode B1）进行测量，并将测量报告上报给源eNode B（eNode B2）。测量报告包括当前eNode B小区（eNode B2）的信号强度和相邻eNode B小区（eNode B1）的信号强度等。

同时，某UE定时对当前MR_UE小区（源MR_UE为MR2_UE）和相邻MR_UE小区（MR1_UE和MR3_UE）进行测量，并将测量报告上报给源MR_UE（MR2_UE）。测量报告包括当前MR_UE小区（MR2_UE）的信号强度和相邻MR_UE小区（MR1_UE和MR3_UE）的信号强度等。

②移动中继MR2的MR2_eNode B1和MR2_UE分别根据回程链路和接入链路的测量结果判断测量报告中当前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；若高于门限值，则不需要切换。此时的判决结果分为前述第四类（d），即回程链路和接入链路均需要切换。

③源eNode B（eNode B2）根据回程链路测量报告中相邻小区的资源状况，信道质量等确定目标eNodeB（eNode B1）。源eNode B（eNode B2）向目标eNode B（eNode B1）发送切换请求，目标eNode B（eNodeB1）接纳控制，并向源eNode B（eNode B2）发送切换请求确认。

④源eNode B（eNode B2）向MR2_eNode B1发送“允许切换”消息，MR2_eNode B1开始与目标eNode B（eNode B1）建立同步、申请资源预留，目标eNode B（eNode B1）向MR2_eNode B1发送定时。

⑤目标eNode B（eNode B1）与MR2_eNode B1之间建立连接后，MR2_eNode B1将目标eNode B（eNode B1）的所有信息（包括同步、资源预留等信息）转发给MR2_eNode B2。MR2_eNode B2断开与源eNode B的连接并利用已获得的信息快速切换到目标eNode B（eNode B1）。然后目标eNode B（eNode B1）对其与MR2_eNode B1、MR2_eNode B2的回程链路资源进行合理分理并通知相关联的MR2_UE。

⑥相关联的MR2_UE通过MR2_eNode B1和目标eNode B（eNode B1），把UE群组信息上报给MME；目标eNode B（eNode B1）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；S-GW向MME返回用户面更新请求确认。MME向目标eNode（eNode B1）返回路径转换请求确认；目标eNode B（eNode B1）向源eNode B（eNode B2）发送释放资源信令，源eNode B（eNode B2）释放资源。此时回程链路切换过程完成。

⑦源MR_UE（MR2_UE）根据接入链路测量报告中相邻小区的资源状况，信道质量等确定目标MR_UE（MR3_UE）。同时，判断目标MR_UE（MR3_UE）和源MR_UE（MR2_UE）是否属于同一个eNodeB。此时，源MR_UE（MR2_UE）属于eNode B1而目标MR_UE（MR3_UE）属于eNode B2，两者不属于同一个eNode B。

源MR_UE（MR2_UE）向目标MR_UE（MR3_UE）发送切换请求，目标MR_UE（MR3_UE）接纳控制，并向源MR_UE（MR2_UE）发送切换请求确认。

⑧源MR_UE（MR2_UE）向该UE发送“允许切换”消息，该UE开始与目标MR_UE（MR3_UE）建立同步、申请资源预留，目标MR_UE（MR3_UE）向该UE发送定时。同时，目标MR_UE（MR3_UE）通知与其相关联的eNode B（eNode B2）预留回程链路资源。

⑨该UE与目标MR_UE（MR3_UE）建立连接后，通知源MR_UE（MR2_UE）释放资源。同时，与其相关联的eNode B（eNode B2）为新接入的UE分配回程链路资源。

⑩目标MR_UE（MR3_UE）通过相关联的eNode B（eNode B2）向系统更新UE的MME和SGW。

本领域的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。

Claims

1.LTE-Advanced移动中继的切换系统，其特征是包括：

回程链路定时测量模块：用于移动中继定时测量当前eNode B小区和相邻eNode B小区的信道质量；

接入链路定时测量模块：用于UE定时测量当前MR_UE小区和相邻MR_UE小区的信道质量；

分类切换判决模块：用于移动中继判决需要进行的切换类别；

回程链路切换模块：用于移动中继从源eNode B切换到目标eNode B；

接入链路切换模块：用于UE从源MR_UE切换到目标MR_UE。

2.如权利要求1所述LTE-Advanced移动中继的切换系统，其特征是：移动中继的MR_eNode B包含MR_eNode B1和MR_eNode B2，MR_eNode B1和MR_eNode B2都用于移动中继和eNode B间的数据通信；MR_eNode B1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当前eNodeB。

3.如权利要求1所述LTE-Advanced移动中继的切换系统，其特征是：MR_UE单元用于完成移动中继对下属UE的资源分配及信息统计。

4.如权利要求1所述LTE-Advanced移动中继的切换系统，其特征是：移动中继根据回程链路和接入链路的测量结果判决进行切换：（a）回程链路和接入链路均不需要切换；（b）回程链路需要切换，接入链路不需要切换；（c）回程链路不需要切换，接入链路需要切换；（d）回程链路和接入链路均需要切换。

5.如权利要求2所述LTE-Advanced移动中继的切换系统，其特征是：回程链路切换模块：首先通过MR_eNode B1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_eNode B2；MR_eNode B2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。

6.如权利要求1或3所述LTE-Advanced移动中继的切换系统，其特征是：接入链路切换模块：UE判断目标MR_UE与源MR_UE是否属于同一个eNode B，如果是，则UE直接从源MR_UE切换到目标MR_UE即可；否则，UE从源MR_UE切换到目标MR_UE后，更新MME和SGW。