CN105246115B

CN105246115B - 基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法

Info

Publication number: CN105246115B
Application number: CN201510601417.8A
Authority: CN
Inventors: 康桂华; 康鸿博
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN105246115A

Abstract

本发明公开了一种基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，该方法通过多小区协作准周期地向移动终端发送切换邀请和切换状态信息的共享机制，克服了传统的后向越区切换方法的缺点，使移动终端的越区切换更快速、高效和可靠。而且还采用大小可变的滑动窗口有序发送机制，有效避免了“乒乓切换”现象的发生，能实现无缝切换。同时能为小区边缘的移动终端提供协作分集增益，能克服小区间的互相干扰，降低了切换中因新链路建立失败而发生通信中断的概率。可广泛应用于移动线路较规则且相对固定、移动速度较高的无线通信环境中，如城市BRT线路、高速公路和高速铁路等。

Description

基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法

技术领域

本发明涉及协作无线移动通信与智能交通技术领域，尤其涉及公交车辆行驶中车载移动终端与道路周边各个无线网络接入点的信息传输技术。

背景技术

多小区协作又称为多基站协作、协作多点(CoMP)、网络MIMO等。多小区协作技术基本原理是通过小区基站间的相互协作，利用基站调度或联合处理的方式来消除小区边缘用户干扰，提高边缘用户的数据速率。多小区协作过程中小区基站间必须进行信息交换，因而会产生一定的协作开销，若设计时处置不当，协作开销可能会削弱甚至抵消协作增益。同时，协作过程中进行信息交换和共享要求基站间必须具备一定带宽的回环通路。新型的移动通信系统中已经具备这样的通路，如LTE系统中，小区基站(eNB)与网络的移动管理实体/网关(MME/S-GW)间通过S1接口连接，eNB间通过X2接口连接并构成Mesh网络，可提供一定的回环带宽，为多小区协作创造了有利的条件，因此多小区协作技术在未来的移动通信和无线网络中必将得到广泛的应用。

蜂窝网络中越区切换一般发生在小区边缘地区，一般分为硬切换和软切换，而软切换技术其实就是一种多小区协作的越区切换技术。基于CDMA系统的软切换技术通过多小区协作可使移动终端在切换过程中与多个基站建立链接，避免切换过程中产生通信中断现象，提升小区边缘用户的服务质量。软切换技术的缺点是越区切换过程需要花费较多时间、占用较多的通信资源，不能满足高速移动环境中越区切换的需要，如高速铁路、高速公路甚至城市BRT等场合。

随着城市公交系统PTS(Public Transport System)的快速发展，公交车联网除辅助安全驾驶、提高交通效率之外，还需要提供车载信息服务，如Internet接入服务或车载娱乐等。目前公交车辆是通过车载信息单元(OBU)与公交线路旁若干个路边单元(RSU)进行无线信息交换。车辆在行驶中必然会使OBU与RSU的无线信号链接从一个RSU跨越到另一个RSU，产生RSU切换问题，即OBU越区导致RSU切换。

目前车载单元(OBU)是通过WI-FI(IEEE 802.11)技术使广大乘客能够以较低代价享受Internet服务。现有的WI-FI技术对公交车载单元(OBU)越区切换工作支持较差，通常会产生较大延迟(几十毫秒～几秒)。特别地，对于诸如VoIP等延迟敏感性业务的支持更差。近年来，随着快速公交(BRT)系统的建设和投入运行，公交车行驶速度有了很大的提高。车速加快使得公交车通过两个相邻的路边单元(RSU)的信号重叠覆盖区的时间较短，导致车载单元(OBU)通常的越区切换过程不能按时完成，极大影响了用户的服务质量，因此迫切需要提高现有越区切换的速度。另外，公交车上常拥有多个乘客，这些乘客作为一组用户，整体移动，且每个乘客会有不同类型的信息服务请求，在跨越各个RSU时，必然会同时产生大量的切换请求，从而对切换的快速性提出了更高的要求。

随着我国城市建设水准的不断提高，城区高大建筑物越来越多，造成无线电波的传播环境变得越来越恶劣，以至于车载信息单元(OBU)在越区切换过程中极易产生信号中断，极大地损害了在线用户的服务质量与车辆运行的安全性。

目前移动通信中越区切换方式主要有三种，即网络控制、网络发起用户设备(UE)辅助、UE独立控制。后一种切换方式，虽然具有切换速度快的特点，但不便于统一管理，遇到多个用户同时切换时，失败概率较高。前两种切换方式在蜂窝移动网络中应用较广，两者都是由原基站(相当于RSU)向UE发出启动切换命令，再由UE尝试与新基站建立链接。这种切换方式被称为后向越区切换。车辆高速行驶中，信号的不稳定易造成切换联络信令的丢失等。虽然近来很多学者提出了很多改进措施，但仍然难满足高速移动环境越区切换的要求。归根到底，传统的基于接收信号强度指示(RSSI)判决机制属于被动切换方式，面对车辆高速行驶环境，改进空间越来越小。为此必须对现有的越区切换机制进行革新，变被动为主动。

如果改变切换过程的信令联络方式，采用由新小区基站主动向有切换意向的UE预先发出邀请，UE一旦接到了邀请，并做出响应，UE就与新小区建立链接。一方面能简化后向越区切换的信号测量和判决过程，克服基于RSSI切换判决机制的不可靠性。另一方面也能简化切换的联络过程，可降低切换时延和信令联络中断的概率。有别于传统的切换方式，称这种切换方式为前向越区切换。

要实现基于切换邀请的前向切换，首先要解决的问题是新小区如何向UE发送切换邀请，包括发送时间、发送方式以及发送的内容等。其次要解决UE接收到邀请后的处理及应答问题。为了提高发送切换邀请的有效性，需要选择合适的发送时机和确定合理的发送区域。前者可采用专利“基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制(专利号：201510128155.8)”中的方法。对于后者，倘若要使每一个需要切换的高速移动UE都能接收到邀请，应扩大切换邀请的发送范围，但范围太大会占用过多的通信资源。本发明依据移动UE的移动方向、各基站的位置及其相邻基站的位置信息，将当前服务小区及其周边的第一层小区聚合成小区簇，由小区簇内各基站向移动UE发送切换邀请，从而提高移动终端能接收到切换邀请的概率。

在发生越区切换的小区边缘重叠区域，移动终端可能接收来自主小区和次小区的切换邀请。如果不对发送信号的次序加以控制，可能出现某个次小区的切换邀请比主小区的切换邀请先到达移动终端，结果可能会导致移动终端刚从主小区切换到某次小区又要从某次小区切回到原主小区，产生“乒乓切换”的现象，从而导致一个不稳定的链接。为此需要对小区簇内多个小区发送切换邀请的次序进行适当调度，使多个小区协作向移动终端有序发送邀请。为此在本发明中构建一个滑动窗口来调度小区簇内的小区发送切换邀请的次序。发送窗口的大小是可变的，若发送窗口的大小为W，发送系统的时间利用率为1/W，显然，发送窗口不宜太大，太大了会影响发送效率。为了防止切换联络信号的丢失，需要将主小区一直保持在滑动窗口中。同时为了防止发生“乒乓切换”现象，需要安排主小区首先发送切换邀请，其次按照次小区到达移动终端信号强度由大到小的次序进行滑动，来安排次小区发送切换邀请的次序。

如果由于信道条件的变化等因素的影响，UE未能按预定时间接收到小区簇的基站发出的切换邀请，只要切换邀请发送定时器未超时，则小区簇的基站继续向UE发送切换邀请。如果在切换邀请发送定时器设定的时间内，UE在目前驻留的小区还未接收到小区簇的基站发出的切换邀请，说明UE这时有可能不在发送窗口所设定的小区覆盖范围内，则需要修改发送窗口。同理，如果小区簇的各基站未能在UE响应发送定时器设定的时间内接收到UE发出的响应，也需要调整发送窗口，重新发送切换邀请。有关小区簇获知UE是否接收到切换邀请信息以及UE获知小区簇是否接收到切换邀请响应的信息，都是通过UE的服务基站提供的信道来完成的。小区簇内各小区间的信息共享则是通过基站间的信号接口进行，如LTE系统中的X2接口。

移动终端接收到某小区发出的切换邀请后，立即向其发出响应，响应中包括该移动终端的身份信息以及当前服务小区的识别码(ID)。为了缩短切换执行时间和节约系统资源，小区簇内各小区基站需要共享越区切换过程进行的状态信息和移动终端的身份信息。一旦小区簇内某小区接收到移动终端对切换邀请的响应后，应通过基站间的信号接口立即通知其它小区，其它小区接收到通知后立即停止在本小区内继续发送切换邀请。

尽管物理层上的数据传输通道经过精心设计，但不可避免由于数据传输错误、超时等原因，切换邀请、应答信息的传送及信令控制可能失败，因此如何从失败中快速恢复信号链接而不使通信中断显得格外重要，这直接影响越区切换的可靠性和切换时延。本发明中通过小区簇内各小区共享移动终端(UE)的身份信息，且原服务小区基站中UE的身份信息一直要保留到切换成功后才清除，这样在切换执行期间UE可随时与原服务基站联络。如果UE的新链路建立失败，可很快恢复与原服务基站的链接，避免通信中断现象的发生。

为此本发明依据UE较规则的移动线路及其邻近基站部署的位置信息，针对UE移动速度相对较高的通信环境，利用多个小区基站协作发送切换邀请和共享切换过程的状态信息，提出基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法。

发明内容

本发明目的是为车载UE移动线路较规则而移动速度较高的通信环境，如高速铁路、高速公路和城市BRT等场合，提供一种基于切换邀请的多小区协作快速越区切换的方法，该方法通过多小区协作发送切换邀请和切换状态信息共享机制使越区切换的执行更快速、高效和可靠，有效避免了“乒乓切换”现象的发生，能实现无缝切换，同时能为小区边缘的移动终端提供协作分集增益，降低了切换中断发生的概率。

本发明实现上述目的的技术方案是：

一种基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)根据车载通信终端(简称移动终端或UE)的移动线路图、服务基站及其相邻基站的位置信息，将当前服务小区及其相邻的小区聚合成协作小区簇，且当前服务小区为主小区，与主小区相邻的小区为次小区；

2)由专利“基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制(专利号：201510128155.8)”估算发送切换邀请的基本周期或准周期，得到实际发送切换邀请的时间；

3)依据协作小区簇内各基站到达移动终端的信号强度大小对小区排序，建立发送切换邀请的滑动窗口；窗口的大小可变，最小值为2，最大值为协作小区簇的总小区数；窗口的上沿为主小区，窗口的下沿为次小区。并设置发送切换邀请定时器；

4)由协作小区簇内各基站准周期性地向移动终端发送切换邀请，如果移动终端未接收到切换邀请，查看发送切换邀请定时器的定时是否已到，如果未到，则协作小区簇内各基站继续向移动终端发送切换邀请；如果定时已到，则修改发送切换邀请的滑动窗口，重启发送切换邀请定时器，继续发送；如果移动终端接收到切换邀请，则转步骤5)；

5)移动终端在接收到切换邀请后，在当前驻留小区对发送切换邀请的小区发出响应，同时设置发送响应定时器；

6)如果协作小区簇内各基站都未接收到移动终端的响应，则查看发送响应定时器的定时是否已到，如果未到，则移动终端继续向协作小区簇发送响应；如果定时已到，则转步骤3)，重新构建发送切换邀请的滑动窗口，协作小区簇内各基站继续向移动终端发送切换邀请；

7)如果协作小区簇接收到移动终端的响应，则接收到移动终端响应的基站将响应中的基站ID与自身的ID比较，如果两者相同，则不进行切换，网络数据库中有关移动终端与小区基站的位置关系保持不变，协作小区簇继续向移动终端发送切换邀请；如果两者不同，则执行越区切换，并告知协作小区簇内其它各基站；

8)协作小区簇内的其它基站收到越区切换已执行命令后，停止向移动终端发送切换邀请；

9)移动终端的原服务基站向新的服务基站转发暂存的用户数据；

10)网络控制中心更新移动终端数据库中该移动终端的前一服务基站、现服务基站、现相邻基站及其对应的位置信息；

11)如果移动终端未到达最终目的地，则协作小区簇根据移动终端的现服务基站及其相邻基站的关系进行协作小区簇成员更新；

12)更新后的协作小区簇重复步骤2)，构建发送切换邀请的滑动窗口，再次向移动终端发出切换邀请，直至移动终端到达目的地。

所述的协作小区簇内各基站向移动终端发送切换邀请中包括移动终端的身份信息以及发出切换邀请的小区的基站识别码(ID)。

所述的协作小区簇向移动终端发送切换邀请时采用窗口大小可变的顺序发送机制，即如果窗口的宽度为2(最小值)，则协作小区簇发送切换邀请的次序为主小区(窗口上沿)、信号强度最大的次小区(窗口下沿)；如果窗口的宽度为3，则协作小区簇发送切换邀请的次序为主小区(窗口上沿)、信号强度最大的次小区、信号强度次大的次小区(窗口下沿)；…依此类推。

所述的发送切换邀请的滑动窗口发送机制是次小区发送切换邀请时是按照各个次小区到达移动终端信号强度由大到小依次进行滑动，主小区一直保持在窗口内(窗口上沿)，并安排首先发送切换邀请。次小区的滑动规则是：如果窗口宽度设置为2，窗口内的主小区保持不变，次小区向前滑动一位，即窗口的下沿取信号强度次大的次小区；如果窗口宽度设置为3，窗口内的主小区仍然保持不变，次小区向前滑动一位，那么窗口的下沿取信号强度第三大的次小区；依此类推。

在发送切换邀请定时器设定的时间内，UE在当前驻留的小区未接收到协作小区簇内各基站发出的切换邀请，则按照权利要求3和4所述的滑动窗口发送机制修改发送窗口，滑动窗口修改后，重启发送切换邀请的定时器，再次向UE发送切换邀请。

移动终端与协作小区簇的信息交互在越区切换前以及切换进行过程中是通过原服务基站提供的信道进行，越区切换成功后则是通过新服务基站提供的信道完成。协作小区簇内各小区间的信息共享则是通过基站间的接口进行。

所述的移动终端向协作小区簇发出切换邀请的响应信号中包括移动终端的身份信息以及移动终端当时驻留小区的小区识别码。

所述的移动终端发出的响应信号中的基站ID与接收到响应的小区基站ID相同，表示此时移动终端还位于原小区内，没有越区，无需进行小区切换；如果所述两小区基站的ID不同，说明这时移动终端已经进入新小区，需要进行小区切换。

所述的协作小区簇内各小区需要共享移动终端(UE)的身份信息和切换状态信息，且原服务基站中UE的身份信息一直要保留到切换成功后才清除，在切换执行期间UE可随时与原基站联络。如果UE的新链路建立失败，可很快恢复与原基站的链接，防止发生通信中断。

所述的网络控制中心更新移动终端数据库中的信息是改变当前服务小区、协作小区簇的成员以及移动终端与各小区相互关系的链接表，链接表主要包括移动终端的前一个服务小区、当前服务小区及其与相邻小区的位置关系和相应的小区识别码等。

所述的协作小区簇进行成员更新是在移动终端完成越区切换后，改变协作小区簇的小区成员以及移动终端与它们之间的位置关系，在协作小区簇中删除移动终端刚移出的小区，加入移动终端将要移入的小区，并设新的服务基站为主小区，与新服务基站相邻的小区为次小区。

本发明所达到的有益效果如下：

依据UE较规则的移动线路及其邻近基站部署的位置信息，构建小区簇，小区簇内多基站进行协作，准周期地向小区边缘的移动终端主动发出切换邀请，从而实现越区切换；能扩大移动终端接收切换邀请的范围，实现无缝切换，同时为小区边缘的移动终端提供协作分集增益，能克服小区间的互相干扰，降低切换的中断概率，增强越区切换的可靠性和准确性；能简化整个越区切换的实现步骤，从而缩短越区切换的执行时间，提高越区切换的速度和效率；同时还采用滑动窗口的发送机制，使切换邀请的发送和对移动终端响应的接收能有序进行，从而防止“乒乓切换”的发生；小区簇内各基站共享移动终端的身份信息和越区切换的状态信息，一旦小区簇内某个基站接收到响应，其它小区基站及时停发邀请，能节约发送载波和功率资源，且原服务基站中有关移动终端的身份信息一直保留到切换成功后才清除，万一移动终端与新服务基站建立新链路时失败，能够快速恢复与原服务基站的链接，避免通信中断现象的发生；能广泛地应用于移动线路较规则、移动速度相对较高的无线通信环境中，如高速铁路、高速公路和城市BRT等车载信息单元(OBU)与路边单元(RSU)的信息交换传输系统。

附图说明

图1是两辆公交车辆相向直行时车载移动终端越区切换示意图；

图2是基于切换邀请的多小区协作快速越区切换的信令控制流程图；

图3是基于切换邀请的多小区协作快速越区切换的实现流程框图；

图4a、4b、4c是多小区按发送窗口中的发送顺序依次发送切换邀请的示意图；

图5是多小区协作与不协作时UE接收信号的中断概率比较图；

图6是多小区协作与不协作发送切换邀请的出错率仿真比较图；

图7是多小区协作与不协作发送切换邀请的数据块吞吐量比较图。

具体实施方式

以下结合附图，给出本发明的具体实施方式，用以对本发明做进一步的说明。

假设公交车直线行驶时车载信息单元OBU与路边单元RSU的无线移动通信场境如图1所示，路边单元RSU为LTE小区基站eNB，基站的天线高度h_b＝150m，工作频率f＝2100MHz，发射功率为20W。各小区eNB间通过X2接口连接并构成Mesh网络，构成小区簇各小区间信息共享通道，eNB之间的距离为3km。且各小区eNB通过S1接口与LTE网络控制中心的移动管理实体/网关(MME/S-GW)相连，为简化图形结构，图1中只给出3个小区基站(b₁,b₂,b₃)，2辆公交车(m₁,m₂)，未给出MME/S-GW，本发明涉及的构建小区簇以及估算发送切换邀请的基本周期或准周期均由LTE系统中的MME/S-GW完成。BRT(快速公交)正沿直线行驶，最高速度为72km/h，车载信息单元OBU为IEEE 802.11b网关，车载天线的高度h_m＝3m，车上用户由IEEE 802.11b无线局域网提供信息服务。车辆行驶过程中，为使车载用户的网络在线信息不中断，OBU需要不断地进行路边LTE基站eNB的切换。

基于切换邀请的多小区协作快速越区切换的信令控制流程如图2所示，越区切换前，基站eNB 0为用户UE提供正常的通信服务，由eNB 0、eNB 1、…、eNB N组成切换协作小区簇，越区切换后，eNB 1成为了UE的新服务基站。整个越区切换过程可分为切换准备和切换执行两阶段。在切换准备阶段，主要完成组建协作小区簇、估算发送切换邀请的准周期以及构建发送切换邀请的滑动窗口等控制任务，此阶段的有关信息是通过移动终端与原服务基站之间的信道进行共享。在切换命令执行阶段，主要完成切换邀请的发送和接收、切换邀请响应的发送和接收、新链路建立等任务的控制。在切换命令执行前，此阶段的有关信息是通过UE与原服务基站eNB 0之间的信道进行传递，在切换命令执行后，越区切换的有关信息则通过UE与新服务基站eNB 1之间的信道进行传送。

基于切换邀请的多小区协作快速越区切换的实现流程如图3所示。

步骤301，根据UE的移动线路图、当前服务基站及其相邻基站的位置信息，构建协作小区簇；

步骤302，参考专利“基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制(专利号：201510128155.8)”，估算发送切换邀请的基本周期或准周期；

步骤303-305，依据小区簇内各基站到达UE的信号强度大小，建立发送切换邀请的滑动窗口，并设置发送切换邀请定时器，由协作小区簇内各基站准周期性地向UE发送切换邀请；

步骤306-308，如果UE未接收到切换邀请，查看切换邀请发送定时器的定时是否已到，如果未到，则小区簇内各基站继续向UE发送切换邀请；如果定时已到，则修改发送切换邀请的滑动窗口，重启定时器，继续向UE发送切换邀请；

步骤309-310，如果UE接收到切换邀请，则立即在当前驻留小区对发送切换邀请的小区发出响应，同时设置发送响应定时器；

步骤311-312，如果小区簇内各基站都未接收到UE的响应，则查看发送响应定时器的定时是否已到，如果未到，则UE继续向小区簇发送响应；如果定时已到，则转步骤303；

步骤313-315，如果小区簇接收到UE的响应，则接收到UE响应的基站将响应中的基站ID与自身的ID比较，如果两者相同，则不进行切换，网络数据库中有关UE与小区基站的位置关系保持不变，协作小区簇继续向UE发送切换邀请；如果两者不同，则执行越区切换，并告知小区簇内其它各基站；

步骤316-317，小区簇内的其它基站收到越区切换已执行命令后，停止向UE发送切换邀请，UE的原服务基站向新的服务基站转发暂存的UE数据；

步骤318，网络控制中心更新数据库中该UE的上一个服务基站、现服务基站、现相邻基站及其对应的位置信息，为UE建立新的通信链路；

步骤319-320，如果UE未到达最终目的地，则协作小区簇根据UE的现服务基站及其相邻基站的关系进行小区簇成员更新；更新后再转步骤302。

小区簇发送切换邀请的滑动窗口构建方法：

如图4a、图4b和图4c所示，为了实现无缝切换和自动适应UE的移动范围，发送切换邀请的窗口宽度设计成可变的，如果窗口的宽度W＝2(最小值)，则发送窗口内只包括2个小区，如图4a所示，这时发送切换邀请的时间顺序为：t＝t₁时刻，主小区发送(窗口上沿)，t＝t₂时刻，信号强度最大的次小区发送(窗口下沿)；如果窗口的宽度W＝3，则发送窗口内只包括3个小区，如图4b所示，此时发送切换邀请的先后次序为：t＝t₁时刻，主小区发送(窗口上沿)、t＝t₂时刻，信号强度最大的次小区发送，t＝t₃时刻，信号强度次大的次小区发送(窗口下沿)；如果窗口的宽度W＝4，则发送窗口内只包括4个小区，如图4c所示，…，依此类推。

每次发送切换邀请时，要求主小区一直保持在发送窗口内，并处在窗口上沿的位置，安排首先发送，目的是为了让主小区的信号首先到达UE端，防止“乒乓切换”的现象发生。窗口的滑动机制要求次小区发送切换邀请次序按照次小区到达移动终端信号强度由大到小的次序进行滑动。即当发送窗口的宽度为2时，如图4a所示，第一次发送时，小区的发送次序依次是主小区、信号强度最大的次小区，通过信道反馈，如果协作小区簇获知移动终端接收到切换邀请，则停止发送邀请，如图3所示。否则，进行第二次发送；第二次发送时，窗口上沿的主小区保持不变，窗口的下沿取信号强度次大的次小区(次小区2)，即次小区向前滑动一位，排在最前面的次小区(次小区1)则移到小区簇的末端；根据移动终端接收切换邀请的正确与否，决定是否需要进行第三或四次发送，每次发送时依据同样的滑动规则来安排次小区的发送次序，直至遍历小区簇内每一个小区；当发送窗口的宽度为3时，发送窗口的次序如图4b所示，如果第一次发送，移动终端未接收到切换邀请，则第2次的发送次序修改为：窗口内的主小区仍然保持不变，次小区向前滑动一位，那么窗口的下沿取信号强度第3大的次小区(次小区3)，次小区2取代次小区1的位置，次小区1则移到小区簇的末端；当发送窗口的宽度为4时，发送窗口的次序如图4c所示，发送窗口不宜太大，否则影响系统的时间利用率，根据实际网络的部署，发送窗口的宽度W＝3为宜。

多小区协作向移动终端发送切换邀请方法：

考虑一个由N个小区组成的协作小区簇，发送切换邀请时每个小区基站的频率都相同，小区簇内均匀分布着K个车载移动终端，如图1所示，为叙述方便起见，图1中假定N＝3，K＝2。将覆盖并服务于某移动终端的基站定义为该移动终端的“服务基站”，此时，各个小区中的移动终端除了能接收到服务基站发送的信号外，还能接收到来小区簇内其它小区基站发送的信号。假定小区簇内的小区基站n向移动终端k发送的信号表示为n∈{1,2,…,N}，k∈{1,2,…,K}，则小区簇内各基站按图4a、4b、4c所示的滑动窗口向移动终端k发送的信号可分别表示为由于基站n需要同时向K个不同的移动终端发送切换邀请，因此基站n在某时刻t向所有的移动终端发送的信号可分别表示为：

移动终端接收和处理切换邀请方法：

移动终端k的接收信号可表示为

其中，表示第k个接收端均值为0，方差为σ²的高斯噪声，h_n,k代表基站n到用户k的信道系数，可表示为

h_n,k＝g_n,kc_n,k (2)

其中，c_n,k表示窄带瑞利衰落信道下随机复信道增益，且c_n,k～CN(0,1)，g_n,k表示路径增益，该增益可表示为

其中，α表示单位距离内接收到的信号功率，β为路径损耗因子。

根据信息论的观点，最大速率无差错通信可通过有用信号的功率与干扰信号和噪声信号功率的比值，即SINR来表征。假定基站n至用户k的信号传输功率为则移动终端k接收到基站n信号的信干噪比可表示为

移动终端k将从N个基站接收的信号经过同步和合并，总的信干噪比为：

由香农公式，下行链路中第k个UE的数据速率可表示为：

下行链路的总数据速率为：

假定下行链路中断的信干噪比门限为那么UE接收切换邀请的中断概率近似为：

式(8)中分别表示下行链路中第k个UE接收信号的SINR分布的均值与方差。

移动终端向协作小区发送响应信号的方法

假定车载移动终端k向基站n发送的响应信号为表示为k∈{1,2,…,K}，n∈{1,2,…,N}，则移动终端k向小区簇内各基站发送的信号可分别表示为其中的内容包括第k个移动终端的识别码和当前服务小区基站的识别码，有为叙述方便起见，图1中仍假定N＝3，K＝2。

多小区接收移动终端的响应信号及其协作处理方法

小区基站n在某个时刻接收到移动终端k的信号为：

其中，δ_k,n～(0,σ²)表示接收端均值为0，方差为σ²的高斯噪声，h_k,n代表移动终端k到基站n的信道系数，可表示为

h_k,n＝g_k,nc_k,n (10)

其中，c_k,n表示窄带瑞利衰落信道下随机复信道增益，且c_k,n～CN(0,1)，g_k,n表示路径增益，该增益可表示为：

其中，α同样表示单位距离内接收到的信号功率，β为路径损耗因子。

基站n在某时刻接收到K个不同的移动终端的信号总和为即

假定移动终端k至小区基站n的信号传输功率为则小区基站n接收到移动终端k信号的信干噪比可表示为：

由香农公式，移动终端k至小区基站n的数据速率可表示为

移动终端到小区簇上行链路的总数据速率为

同理，假定上行链路中断的信干噪比门限为基站n接收切换邀请响应的中断概率近似为：

式(16)中分别表示上行链路中第n个基站接收信号的SINR分布的均值与方差。

实施例的仿真结果：

图5给出了基于切换邀请的3小区协作越区切换UE接收信号的中断概率的仿真结果，为便于比较，图5中也给出了同样通信环境中3小区不协作时UE接收信号的中断概率的仿真结果，从图5中可看出多小区协作时要优于不协作时UE接收信号的链路质量。

图6给出了基于切换邀请的3小区协作越区切换时协作发送切换邀请的数据块出错率仿真结果，同时也给出了不协作发送切换邀请时数据块出错率仿真结果，从图6中可看出协作发送切换邀请要低于不协作发送的数据块出错率。

图7给出了基于切换邀请的3小区协作越区切换时协作发送切换邀请的数据吞吐量仿真结果，同样图中也给出了不协作发送切换邀请的数据吞吐量仿真结果，从图7中可知协作发送时的数据吞吐量要比不协作发送时要高。

Claims

1.一种基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：包括以下步骤：

1）根据移动终端的移动线路图、服务基站及其相邻基站的位置信息，将当前服务小区及其相邻的小区聚合成协作小区簇，且当前服务小区为主小区，与主小区相邻的小区为次小区；

2）估算发送切换邀请的基本周期或准周期，得到实际发送切换邀请的时间；

3）依据协作小区簇内各基站到达移动终端的信号强度大小对小区排序，建立发送切换邀请的滑动窗口；窗口的大小可变，最小值为2，最大值为协作小区簇的总小区数；窗口的上沿为主小区，窗口的下沿为次小区；并设置发送切换邀请定时器；

4）由协作小区簇内各基站准周期性地向移动终端发送切换邀请，如果移动终端未接收到切换邀请，查看发送切换邀请定时器的定时是否已到，如果未到，则协作小区簇内各基站继续向移动终端发送切换邀请；如果定时已到，则修改发送切换邀请的滑动窗口，重启发送切换邀请定时器，继续发送；如果移动终端接收到切换邀请，则转步骤5）；

5）移动终端在接收到切换邀请后，在当前驻留小区对发送切换邀请的小区发出响应，同时设置发送响应定时器；

6）如果协作小区簇内各基站都未接收到移动终端的响应，则查看发送响应定时器的定时是否已到，如果未到，则移动终端继续向协作小区簇发送响应；如果定时已到，则转步骤3），重新构建发送切换邀请的滑动窗口，协作小区簇内各基站继续向移动终端发送切换邀请；

7）如果协作小区簇接收到移动终端的响应，则接收到移动终端响应的基站将响应中的基站ID与自身的ID比较，如果两者相同，则不进行切换，网络数据库中有关移动终端与小区基站的位置关系保持不变，协作小区簇继续向移动终端发送切换邀请；如果两者不同，则执行越区切换，并告知协作小区簇内其它各基站；

8）协作小区簇内的其它基站收到越区切换已执行命令后，停止向移动终端发送切换邀请；

9）移动终端的原服务基站向新的服务基站转发暂存的用户数据；

10）网络控制中心更新移动终端数据库中该移动终端的前一服务基站、现服务基站、现相邻基站及其对应的位置信息；

11）如果移动终端未到达最终目的地，则协作小区簇根据移动终端的现服务基站及其相邻基站的关系进行协作小区簇成员更新；

12）更新后的协作小区簇重复步骤2），构建发送切换邀请的滑动窗口，再次向移动终端发出切换邀请，直至移动终端到达目的地。

2.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：所述的协作小区簇内各基站向移动终端发送切换邀请中包括移动终端的身份信息以及发出切换邀请的小区的基站识别码ID。

3.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：所述的协作小区簇向移动终端发送切换邀请时采用窗口大小可变的顺序发送机制，即如果窗口的宽度为2，则协作小区簇发送切换邀请的次序为主小区、信号强度最大的次小区；如果窗口的宽度为3，则协作小区簇发送切换邀请的次序为主小区、信号强度最大的次小区、信号强度次大的次小区；…依此类推。

4.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：发送切换邀请的滑动窗口发送机制是次小区发送切换邀请时是按照各个次小区到达移动终端信号强度由大到小依次进行滑动，主小区一直保持在窗口内，并安排首先发送切换邀请；次小区的滑动规则是：如果窗口宽度设置为2，窗口内的主小区保持不变，次小区向前滑动一位，即窗口的下沿取信号强度次大的次小区；如果窗口宽度设置为3，窗口内的主小区仍然保持不变，次小区向前滑动一位，那么窗口的下沿取信号强度第三大的次小区；依此类推。

5.根据权利要求4所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：在发送切换邀请定时器设定的时间内，移动终端在当前驻留的小区未接收到协作小区簇内各基站发出的切换邀请，则按照滑动窗口发送机制修改发送窗口，滑动窗口修改后，重启发送切换邀请定时器，再次向移动终端发送切换邀请。

6.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：移动终端与协作小区簇的信息交互在越区切换前以及切换进行过程中是通过原服务基站提供的信道进行，越区切换成功后则是通过新服务基站提供的信道完成；协作小区簇内各小区间的信息共享通过基站间的接口进行。

7.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：步骤5）中，移动终端向协作小区簇发出的响应信号中包括移动终端的身份信息以及移动终端当时驻留小区的小区基站ID。

8.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：步骤7）中，移动终端发出的响应信号中的基站ID与接收到响应的小区基站ID相同，表示此时移动终端还位于原小区内，没有越区，无需进行小区切换；如果两小区基站的ID不同，说明这时移动终端已经进入新小区，需要进行小区切换。

9.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：所述的协作小区簇内各小区共享移动终端的身份信息和切换状态信息，且原服务基站中移动终端的身份信息一直保留到切换成功后才清除，在切换执行期间移动终端可随时与原基站联络。

10.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：步骤10）中，网络控制中心更新移动终端数据库中的信息是改变当前服务小区、协作小区簇的成员以及移动终端与各小区相互关系的链接表，链接表包括移动终端的前一个服务小区、当前服务小区及其与相邻小区的位置关系和相应的小区基站ID。

11.根据权利要求1所述的基于切换邀请的多小区协作快速越区切换方法，其特征是：步骤11）中，所述的协作小区簇进行成员更新是在移动终端完成越区切换后，改变协作小区簇的小区成员以及移动终端与它们之间的位置关系，在协作小区簇中删除移动终端刚移出的小区，加入移动终端将要移入的小区，并设新的服务基站为主小区，与新服务基站相邻的小区为次小区。