CN1110220C - 越区切换方法 - Google Patents

Abstract

基于小区负荷的越区切换目的在于把拥挤小区的负荷卸载到附近不拥挤的小区中。对于现有技术的构造，问题在于该方法所需的繁重参数化和大量的信令。本发明的方法减少了所需的参数化和信令并以在一个网络组成单元集中操作为基础。

Description

越区切换方法

本发明涉及在移动通信系统中从拥挤的小区减少业务负荷。

在移动通信系统中，移动站和基站收发信机可通过所谓的无线接口的信道建立连接。始终分配特定频率范围供系统使用。在移动通信系统中为在有限的频带上获得足够的容量，使用中的信道必须被使用数次。为此，将系统的覆盖区划分成由单独的基站收发信机BTS的无线覆盖区形成的小区，为此，通常也称该系统为蜂窝无线系统。

图1示出网络组成单元和它们之间在已知的移动通信系统中的关系。所示网络与在本申请中作为例子使用的GSM系统一致。图中的实线描绘了包括信令和呼叫连接二者的连接，虚线示出仅包括信令的连接。网络包括经无线路径可与移动站用户的移动站MS建立连接的基站收发信机BTS，控制基站收发信机的基站控制器BSC，和移动业务交换中心MSC。按等级来说，MSC之下是数个基站控制器BSC，BSC之下是数个基站收发信机BTS。MSC和BSC之间的接口被称为接口A，而BSC和BTS之间的接口被称为接口A副(A-bis)。

已建立的呼叫连接从基站收发信机BTS通过基站控制器BSC传送到移动业务交换中心MSC。MSC将呼叫连接到其附属的基站控制器、其它MSC中心或公共交换电话网PSTN或综合业务数字网ISDN。网络还包括可用于收集与网络条件有关的信息和用于向其它网络组成单元提供信息和节目的网络管理系统NMS。

在空闲状态，移动站测量由基站收发信机发送的信号，在需要时，移动站将请求从每次服务最好的基站收发信机建立的连接。在连接期间，每当需要时，网络可通过小区之间的越区切换将移动站不断开地转移到另一个小区。

在有效呼叫状态，移动站MS通过正在服务的基站收发信机BTS向基站控制器BSC定期发送测量结果作为报告消息。该报告消息包括对正在服务的基站收发信机和提供最好信号的不超过六个相邻基站收发信机的信号强度的测量结果。除移动站外，基站收发信机BTS还进行连接质量的测量。在基站控制器BSC中分析移动站和基站收发信机执行的测量结果。基站控制器还保持与其附属小区的基站收发信机中的空闲信道有关的信息。在GSM系统中，对无线资源的测量几乎完全是基站控制器BSC的责任。

例如，当出现下列情况时，移动站通过越区切换从正在服务的小区移到某个相邻小区

^*移动站/基站收发信机的测量结果表明目前正在服务的小区的低信号电平和/或质量和可从周围小区获得更好的信号电平，

^*周围的某个小区允许以更低的传输功率电平通信，

^*当移动站MS已离正在服务的基站收发信机BTS很远时，或当

^*正在服务的小区中负荷太多。

也可针对一些其它原因进行越区切换，例如因基站收发信机中出现故障。在越区切换中影响目标小区选择的因素是例如信号电平和/或目标小区的负荷。为确保移动通信网的稳定性，在一个特定时隙范围平均越区切换中使用的测量结果和参数。这样，使得越区切换对可能由临时干扰或衰减造成的失真的测量结果不太敏感。

可在下列场合进行越区切换

^*一个小区的内部(小区内越区切换)，

^*附属于同一个基站控制器的两个小区之间(基站收发信机之间的越区切换)，

^*附属于附属同一个移动业务交换中心MSC的两个基站控制器的小区之间(基站控制器之间的越区切换)，或

^*附属于两个不同移动业务交换中心MSC的小区之间(移动业务交换中心之间的越区切换)。

越区切换几乎由基站控制器BSC单独负责。移动业务交换中心MSC仅参与由小区的负荷引起的基站控制器之间的越区切换。

本发明涉及因小区负荷引起的这种越区切换，图2中说明了其基本原理。该图示出7个小区，即小区A-G，其中负荷状况不同。小区A被加载到其容量的极限。加载到小区C的负荷比小区A的略多。小区B和E的负荷就其容量而言是正常的，而小区D、F和G有少许负荷。负荷状况与图中所示小区中斜线的粗细成正比。从整体的观点看，当所有小区的负荷在同一等级时，或当至少所有小区具有用于建立新连接的资源时达到最佳的网络操作。为实现这种状况，小区A的负荷通过按箭头指示的并由该小区的负荷引起的越区切换卸载到有少许负荷的小区D、F和G中。

通过由过量小区负荷引起的越区切换，在小区中为新连接创造空间。如果没有连接空间，该连接已通过呼叫建立阶段的引导重试越区切换到另一个信道。然而，必须仅根据少量的测量报告在呼叫建立阶段进行引导重试。因此，必须根据很少的测量结果选择越区切换的目标小区。另一方面，与该小区的基站收发信机有连接的至少某些移动站通常也与某个其它基站收发信机获得相同的连接质量。从整体的观点来看，把处在有效状态的一个或数个移动站从该小区移到相邻小区并建立新连接而在呼叫建立阶段没有任何越区切换是最有利的。

由过量小区负荷引起的越区切换的好处的另一个例子是在小区S1中和小区S2中都有一个空闲信道的状况，并在小区S1进行尝试以建立需要使用两个信道的高速连接。因而能够通过越区切换移动小区S1到小区S2中的连接之一，从而在小区S1中获得两个空闲信道供新连接使用。

下面是按欧洲电信标准协会ETSI公布的GSM08.08(版本4.7.1)中描述的由过量小区负荷引起的现有技术越区切换的检验，图3中示出其所需的信令。

MSC通过向基站控制器发送资源请求消息301向基站控制器BSC查询与单个小区的拥挤状况有关的信息，其中识别资源请求消息301中的小区、报告类型和报告周期，如果有的话。

基站控制器BSC通过MSC指出的报告类型开始报告有关该小区容量的利用率。基站控制器一直监测空闲信道的干扰电平。根据其干扰电平把空闲信道分成由网络管理系统NMS确定的五个等级。BSC在其发射的资源指示消息302中向MSC报告每个干扰等级中空闲信道的数量。

移动业务交换中心MSC研究其已接收有关不同小区的负荷状况的信息，并在图3中的方框303检验某个小区是否满足触发由小区负荷引起的越区切换的退出标准。退出标准是在移动业务交换中心MSC中分别为每个小区定义的标准，并且定义了应减少小区负荷的状况。通过建立标准，能够例如确定在该小区中应总是至少保持一个信道空闲的目标。

MSC指定满足进入标准的那些小区的集合{Si}作为目标小区候选者。进入标准定义了仍可增加小区负荷而没有因分配给该小区的业务量而引起越区切换的问题的状况。例如在处于干扰等级1、2和3中小区中有多于4个空闲信道的状况中，可允许向该小区分配基于业务量的越区切换。为了对由小区负荷引起的越区切换做出决定，因此，除了其已从过载小区本身接收的信息外，移动业务交换中心MSC也需要关于与该小区相邻的小区的负荷状况的信息。

已经发现了必需进行由负荷引起的越区切换，已经断定必须从该小区移去多少移动站和已经发现了用于越区切换的目标小区候选者后，移动业务交换中心通过向基站控制器发送越区切换候选者查询消息304来向基站控制器发送通过越区切换把特定数量的移动站移出该小区的请求。在该消息中，移动业务交换中心指定从其进行越区切换的小区，应移出该小区的移动站的数量和用于越区切换的目标小区候选者的集合{Si}。

在方框305，基站控制器开始把移动业务交换中心MSC请求的移动站数量移出拥挤的小区，进入移动业务交换中心的越区切换候选者查询消息中指定的小区{Si}中。基站控制器决定哪个移动站从拥挤的小区移出和将把它们移到MSC指定的哪个小区。基站控制器以其了解的移动站的那些测量报告作为其决定的基础。

如果移动站对小区S2的信号强度的平均测量结果表明小区S2的信号比在小区S1中为其预定的TRHO目标电平(S2)极限值高，可通过越区切换把一个移动站从小区S1移入小区S2。对于每个小区的相邻小区Si，逐一地为每个小区建立TRHO目标电平(Si)极限值。使用TRHO目标电平参数的想法是向移动站和基站收发信机之间的连接质量太差的小区中进行由小区负荷引起的越区切换。

已决定它希望将哪些移动站移出拥挤的小区和哪些是用于各个移动站的越区切换目标小区后，基站控制器开始越区切换。如果一个移动站的越区切换目标小区处在同一个基站控制器的管理下，BSC将通过基站收发信机BTS向移动站MS发送越区切换命令消息，其中指出了供移动站使用的新信道。如果目标小区附属于另一个基站控制器BSC2，BSC向移动业务交换中心发送带有＂响应MSC的请求＂合理代码的所需要的越区切换消息，其中给出一个可能出现的越区切换目标小区的顺序表。已开始越区切换后，BSC在越区切换候选者响应消息306中向MSC指出它正在移动多少个移动站。

实现由业务量引起的越区切换需要在基站控制器BSC和移动业务交换中心二者中的参数化。必须在基站控制器BSC中为这些小区的每个相邻小区定义TRHO目标电平参数。如果没有为小区Si的某个相邻小区Sj定义TRHO目标电平参数，则不能向小区Sj中进行由小区Si的负荷引起的越区切换。

必须在移动业务交换中心中为可从其进行由小区负荷引起的越区切换的所有那些小区定义退出标准条件。必须为应通过由小区负荷引起的越区切换将其它小区的负荷应移入的所有那些小区定义进入标准参数。由于参数化涉及很多工作并且必须在几个不同地方进行，通常仅在总是出现拥挤的那些小区中使用由小区负荷引起的越区切换。这就是很少完全使用现有技术中由小区负荷引起的过区切换来减轻由拥挤状态造成的，例如因业务量故障引起的短期负荷峰值的原因。

上述方法的缺陷是该方法需要麻烦的参数化特性和加重基站控制器BSC与移动业务交换中心MSC之间接口A的负荷。特别是在由一个基站控制器BSC的内部小区负荷引起的越区切换中不必向接口A加负荷。在使用由不同制造商制造的基站控制器和移动业务交换中心的网络中可能出现其它问题。因此，移动业务交换中心MSC和基站控制器BSC二者必须支持由小区负荷引起的越区切换。

本发明的目的是消除或至少减轻现有技术中的上述问题。

本发明的构思是集中在基站控制器BSC中实施由小区负荷引起的越区切换。该实施方案需要在基站控制器中实施与由小区负荷引起的越区切换有关的所有那些操作和标准。

通过集中化获得的优点是例如所需的信令更少。由于该方法与其它网络组成单元无关，所有必须需要的参数化在一个网络组成单元中进行。这样便于操作的引入和维护。

由于用于决定越区切换的所有信息和操作在基站控制器中，可将越区切换标准定义为动态标准。例如，在建立新呼叫时，在基站控制器BSC中进行检验以找出小区中的空闲容量是否足够建立新连接，以便可将该信息作为触发由小区负荷引起的越区切换的退出标准和进入标准的基础灵活使用。这样，总是能在最好的小区中建立呼叫。

参考作为实例的附图更详细地描述本发明，其中

图1示出已知的蜂窝无线网络的结构；

图2示出由小区负荷引起的越区切换的原理；

图3示出现有技术中由小区负荷引起的越区切换中的信令；

图4示出不断检验满足退出标准与进入标准的算法；

图5示出触发由小区负荷引起的越区切换的算法的结构；

图6示出执行由小区负荷引起的越区切换的算法的结构；

图7示出两个移动站通过越区切换从一个超负荷的小区向另一个小区移动；和

图8示出根据本发明的基站控制器的功能框。

在本发明中，在基站控制器BSC中以集中方式执行由小区负荷引起的越区切换。因此，本发明的实施方案需要在基站控制器中实施监测触发操作和实施目标小区选择算法的退出标准的算法。

例如，可将小区中没有空闲信道的状况定义为用于触发由小区负荷引起的从该小区向外的越区切换的退出标准。在其最简单的形式中，可为附属于基站控制器的所有小区定义相同的标准。由于可提供给基站控制器的有关小区的负荷状况的信息比提供移动业务交换中心的更好，另一方面，也可将退出标准定义为动态际准。定义为动态标准的一个例子是这样一种标准，该标准规定小区中至少有如此多的信道应总是保持空闲，以致可通过基站收发信机实施由基站收发信机接收的连接建立请求中请求的连接建立。因此，当在基站收发信机空闲的信道不足以建立请求的连接时，以新连接的建立开始向小区外转移负荷。

例如，可将一个小区中有3个空闲信道的状况定义为进入标准。在其最简单的形式中，附属于基站控制器的所有小区的进入标准也相同。与现有技术相比的一个优点在于，当检验基站控制器中是否满足退出标准条件时，供比较使用的有关目标小区负荷的信息比移动业务交换中心中执行比较中的更新。也可定义进入标准根据例如按时间估算的新连接的建立速度动态地改变。基站控制器BSC具有与这些小区的空闲信道中的干扰有关的信息，该信息比适用于移动业务交换中心的信息准确得多。另外，BSC具有关于移动站的测量报告的信息。可通过在基站控制器中将这两部分信息组合来评估一个小区接收由另一个小区的负荷引起的越区切换的能力。因此，这一评估比在移动业务交换中心仅根据信道干扰值进行的评估要好得多。

可借助例如其它越区切换中使用的RXLEV MIN无线标准定义在由小区负荷引起的越区切换中为目标小区的信号建立的TRHO目标电平无线标准。在其最简单的形式中，当满足在其它越区切换中使用的无线标准时，总是认为由小区负荷引起的越区切换的无线标准满足该小区。然而，必须以某种其它方式，例如使用定时器来防止移动站通过所进行的越区切换几乎立即返回到原始小区，以得到最好的无线信道。

在本发明的一个优选实施例中，根据无线信道的质量通过降低为向小区外的越区切换建立的HO MARGIN标准来把一些移动站引导到超负荷的小区之外。如果发现在目标小区中以低于特定HOMARGIN的传输功率实现了相同的信噪比，则由基于无线信道质量的越区切换改变信道。例如，6dB是一个典型HO MARGIN值。后面使用余量的想法是减少小区之间来回越区切换。通过降低所需的功率余量，使超负荷小区的某些移动站根据正常的越区切换程序执行到另一个小区的越区切换。与此对应，对于到该小区的越区切换，必须增加HO MARGIN，从而减少引导到该小区的和将要加重该小区负荷的那些越区切换。图4中检验了该实施例。

图4示出不断检验满足退出标准与进入标准的算法。如果在方框402发现满足退出标准，在方框403进行检验处理以得出HOMARGIN是否已在例如在网络管理系统NMS中向其赋予的其MIN(HO MARGIN)最大值。如果情况不是这样，操作进行到方框404，按预定步骤减少基于无线信道质量的越区切换的HOMARGIN功率余量。对于所有目标小区候选者，可将该标准降低到等于例如1dB，从而使所需的参数化最小。同样，在需要时，可为每个目标小区候选者定义单独的降低步骤。

如果不满足退出标准，在方框411进行检验以得出是否满足进入标准。如果不满足该标准，操作返回开始。如果满足该标准，在方框412检验HO MARGIN是否已在其建立的最大MAX(HOMARGIN)值。如果情况不是这样，按预定步骤提高功率余量。本实施例的一个优点是完全不必有用于由小区负荷引起的越区切换的必须分别为该小区的每个相邻小区参数化的那些单独的TRHO目标电平无线标准。

如图5所示的算法可以用来例如检验是否满足退出标准。该算法从呼叫控制得到与该小区中空闲信道的数量K有关的恒定信息(方框501)和与实现向该小区进行的连接请求所需信道的数量L有关的信息(方框511)。另外，向该算法提供参数N以确定应保持空闲的信道的最小数量。如果K＜N或K＜L，操作进行到方框503，发现其满足退出标准。否则，操作进行到方框513，发现其不满足该标准。

下面研究根据本发明实现基于小区负荷的越区切换的实例。所有小区附属于同一个基站控制器。为所有小区建立相同的退出标准，表明在每个小区中总是保持至少一个信道空闲的目的，另一个目的是总是通过由小区负荷引起的过区切换在小区中为新连接请求提供空间。

如果越区切换后在小区中至少保留三个空闲信道，同样为所有小区定义相同的进入标准，表明可向该小区进行由另一个小区的负荷引起的越区切换。

图6示出位于基站控制器中用于控制由小区负荷引起的越区切换的算法的流程图。在条件方框602，该算法一直对是否满足所提到的退出标准进行检验。当满足该条件时，这些步骤开始从拥挤的小区移动移动站。在方框603，为由小区负荷引起的越区切换寻找目标小区候选者{Si}。那些小区属于满足上述进入标准的目标小区候选者的集合{Si}。在方框604，寻找这样一个移动站MSK，即根据移动站对相邻小区信号进行的测量，在属于集合{Si}的某个小区Sj中实现了最好的无线参数。在方框605检验在方框604定义为最佳候选者的越区切换候选者是否满足无线条件，即由移动站MSK从小区Si测量的信号强度超过TRHO目标电平。如果满足该条件，功能进行到方框606，为移动站MSK进行到小区Sj的越区切换。在方框607，通知移动业务交换中心MSC已进行了越区切换。在整个操作中，这是移动业务交换中心唯一可看到的地方。

如果在方框605发现不满足无线条件，操作进行到方框611，从目标小区候选者的集合{Si}去掉小区Sj。如果去掉该小区后表中仍保留一些小区，操作从方框604继续。如果集合为空集，结束该操作而不进行任何越区切换。

图7中检验了一种状况，通过向小区S2和S3的越区切换使小区S1的负荷减轻。在小区S1中，1个信道空闲，在小区S2中，4个信道空闲，和在小区S3中，4个信道空闲。

在该阶段，小区S1的基站收发信机接收用一个信道建立新连接的请求，并建立该连接。建立该连接后，小区S1的所有信道处在使用中。然后得出小区S1中满足退出标准。响应该标准的满足，处理进行到图6所示算法中的方框603，控制由小区负荷引起的越区切换。在方框603发现小区S2和小区S3中都满足进入标准。在小区S1中的移动站与小区S2或小区S3的基站收发信机之间连接的时刻，基站控制器从由基站控制器从与小区S1的基站收发信机处于有效合作的移动站接收的测量报告发现在移动站MS1与小区S3的基站收发信机之间获得最佳无线参数。在方框605进行检验，以得出移动站MS1报告的有关小区S3的基站收发信机信号的信号强度测量是否超过TRHO目标电平参数定义的极限值。由于在我们的例子中情况是这样，在方框606通过越区切换把移动站MS1转到小区S3。最后，通过越区切换完成消息把进行的越区切换报告给移动业务交换中心MSC。进行了越区切换后，小区S1中有1个空闲信道，小区S2中有4个空闲信道，小区S3中有3个空闲信道。

此后，基站控制器接收利用小区S1中的两个并行信道建立连接的请求。响应连接建立的请求，基站控制器检验小区S1中是否有足够的空闲容量用于新连接。由于情况不是这种，满足退出标准，并且图6的算法进行到方框603。在该方框发现仅在小区S2中满足进入标准。在小区S1中的移动站与小区S2的基站收发信机之间连接的时刻，基站控制器从由基站控制器从与小区S1的基站收发信机处于有效合作的移动站接收的测量报告发现在移动站MS2与小区S2的基站收发信机之间获得的最佳无线参数。在方框605进行检验，以得出移动站MS2报告的有关小区S3的基站收发信机的信号的信号强度测量是否超过TRHO目标电平参数定义的极限值。由于情况不是我们例子中的这样，在方框606通过越区切换把移动站MS2移到小区S2。最后，向移动业务交换中心MSC报告进行了越区切换。进行了越区切换后，小区S1中有2个空闲信道，小区S2中和小区S3中都有3个空闲信道。

进行了越区切换后，小区S1中有2个空闲信道，因此能够利用两个并行信道建立请求的连接。当已建立连接时，小区S1满足进入标准，但由于在方框603形成的目标小区候选者的集合{Si}是空集，直到某个小区中的新容量变为空闲为止不能通过由负荷引起的越区切换减轻小区负荷。

图8示出实现根据本发明方法的基站控制器结构的实例。根据本发明，在基站控制器中必须有一个存储区MA1 801，其中存储有关触发由小区负荷引起的越区切换标准的信息。另外，根据本发明，基站控制器必须能够具有比较装置802，以便把根据现有技术已知的并存储在存储区MA2 803中的小区负荷状况与存储区MA1 801中存储的标准比较。根据比较结果，触发越区切换实施装置804，以便以现有技术的方式在基站控制器中执行越区切换操作。根据本发明实施该操作的装置可以连接到例如总线800，执行BSC功能的其它单元也连接到总线800。这些单元可以是例如控制交换现场812的交换控制811，附连用来与基站控制器同步的同步单元821，附连用来连接到网络管理系统NMS的网络管理单元831，以及处理移动站和基站收发信机的测量报告的测量报告分析单元841。

该方法不能直接用于基站控制器之间基于小区负荷的越区切换。在基站控制器之间的越区切换中，实际上其数量明显小于基站控制器的内部越区切换的数量。能够通过例如现有技术的越区切换进行。另一种替换也是根据本发明通过对基站控制器BSC中的越区切换做出决定和通过用作为合理带码的小区负荷向移动业务交换中心MSC发送所需要的越区切换来进行越区切换。然而，必须指出，后一个实施例与GSM08.08规定不完全兼容。第三替换实施例是根据本发明实施例如图4所示改变基于更好的无线信道的越区切换中所需的信号余量。然后，以基站控制器之间的正常越区切换形式进行越区切换以获得更好的无线信道。

很显然，本发明的实施例不限于上面作为实例给出的实施例，而是可根据所附权利要求的范围改变。

Claims (7)

1.在移动通信系统中根据一个基站收发信机的负荷状况实施越区切换的方法，该移动通信系统

至少包括移动站(MS)、基站收发信机(BTS)、基站控制器(BSC)和移动业务交换中心(MSC)，和其中

移动站与基站收发信机连接，对相邻基站收发信机的信号强度进行测量，并将其测量结果报告给基站收发信机，

基站收发信机向基站控制器转发移动站的测量报告，

当信号质量满足预定的越区切换标准时向提供更好的信号质量的信道进行越区切换，以获得更好的无线信道质量，

基站控制器(BSC)具有有关基站收发信机的负荷状况的信息，和

在系统中从该基站收发信机向该基站收发信机的相邻基站收发信机进行用来减轻该基站收发信机的负荷的越区切换，

其特征在于：在基站控制器(BSC)中

存储有关满足表明必须进行尝试以减少基站收发信机负荷的那些标准的信息，

对该标准的满足进行检验，和

响应对标准的满足，通过改变将要进行的越区切换的标准把基站收发信机的一部分负荷引导到该基站收发信机的相邻基站收发信机，以获得更好的无线信道质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该标准包括在基站收发信机空闲的信道数量的最小目标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：该最小目标是可动态改变的。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：最小目标取决于建立基站控制已知的新连接的需要。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该标准包括在该基站收发信机的相邻基站收发信机空闲的信道数量的最小要求。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该标准包括对由移动站对相邻基站收发信机的信号强度进行的测量结果的最小要求。

7.一种在至少包括移动站(MS)、基站收发信机(BTS)、基站控制器(BSC)和移动业务交换中心(MSC)的移动通信系统中的基站控制器，其中

移动站(MS)与基站收发信机连接，对相邻基站收发信机的信号强度进行测量，并将其测量结果报告给基站收发信机(BTS)，该基站收发信机向基站控制器(BSC)转发移动站的测量报告，

当信号质量满足预定的越区切换标准时向提供更好的信号质量的信道进行越区切换，以获得更好的无线信道质量，

基站控制器(BSC)具有有关基站收发信机的负荷状况的信息，和

在系统中从该基站收发信机向该基站收发信机的相邻基站收发信机进行越区切换，以减轻该基站收发信机的负荷，

其特征在于：基站控制器中包括：

存储器装置，用于存储触发减少基站收发信机负荷的操作的标准，

比较装置，用于对该标准的满足进行检验，和

响应比较装置和响应对标准的满足时使用的越区切换实施装置，用于通过改变将要进行的越区切换的标准把基站收发信机的一部分负荷引导到该基站收发信机的相邻基站收发信机，以获得更好的无线信道质量。

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