CN1111341C - 多蜂窝通信系统中确定越区切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在多蜂窝通信系统中为移动台确定越区切换的方法，该多蜂窝通信系统具有一个服务小区、至少一个越区切换目标小区以及至少一个控制小区，所述控制小区并不是越区切换的目标小区，其中诸小区由至少一个宏小区和多个微小区组成，该方法包括如下步骤：在移动台测量一个来自控制小区的接收信号，将来自控制小区的该接收信号与一个参数值比较，以及基于比较确定越区切换。

Description

多蜂窝通信系统中确定越区切换的方法

技术领域

本发明一般涉及多蜂窝通信系统中确定越区切换(handover或handoff)的方法，尤其涉及多蜂窝通信系统中基于来自一个控制小区的接收信号确定越区切换的方法。

背景技术

蜂窝环境中，在任何时候，通常存在一个服务小区，该小区被定义成拥有这样一个基站，运行移动台从该基站接收业务使得该移动台可通过该服务小区基站接收并传输通信信息。存在多个周围小区，它们是相邻小区。服务小区也可指移动单元预占(camp on)的小区。在多蜂窝环境中，可能存在不同大小的小区，其中多个具有相仿大小的小区位于一个更大的小区(伞形小区)之内。伞形小区内的诸较小的小区被称为微小区。伞形小区可被称为宏小区。

微小区建立在用户人数密集的地方，以容许蜂窝系统拥有更大的用户容量并改善频谱效率。微小区方便较短距离内的频率再用。因此，移动单元可既处在一个微小区内又处在一个伞形小区内。

这样一种两层重叠组合小区结构包含一个覆盖(overlay)宏小区层，至少由一个宏小区和一个衬垫(underlay)微小区层组成，该衬垫微小区层由多个微小区组成。

蜂窝无线系统将提供服务的区域划分为多个称为小区的较小区域，如先前所指出的，这些小区的每个由它自己的基站站点服务。每个小区具有一付或若干付自己的天线用于向移动台传输或从移动台接收。蜂窝无线电的一个重要原理在于，假若诸小区的地理分隔足以保证诸共同频率不彼此干扰，则系统的诸频率可被几个小区再用。这允许蜂窝系统所有者的可用频谱的有效使用。

当一移动台从一个小区的服务区移动进入另一个小区的服务区时，必须指令它与新小区通信并停止与原小区通信。该过程被称为“越区切换”。

在诸移动通信系统中，越区切换过程有赖于移动台、服务基站、或诸周围基站所进行的测量。一类重要的越区切换，通常称为“功率预算越区切换”，涉及行进中对联合(移动台与服务小区基站)的无线链路进行测量，辅之以预测倘若该移动台由另一基站服务是否能享有更好的质量的测量。这些辅助测量可由移动台对若干个其它基站进行，或由若干个其它基站对移动台进行。任何情形下，当测量指示如果该移动台越区切换至另一个基站将存在一条更好的无线链路时，则启动向该基站的越区切换。

随着对多蜂窝无线网络的业务容量要求的增加，小区大小可以减小以增加固定频谱内每单位面积内的业务携载信道的密度。然而，用户形式多种多样，某些用户由较大的小区服务更好些。此外，业务密度不均匀，同时某些区域可能需要非常小的小区而其它的则不需要。出于这些原因，已提出了包括不同大小的多种小区的多蜂窝网络，如先前所述，这些小区布置成若干层，这些层是一个叠加在另一个顶上的。

移动台的速度和路线以及小区的大小决定着穿越小区所花的时间。因此，当不同层内的小区具有不同的大小时，移动台的速度成为用来确定哪一层小区将为一个移动台提供最佳服务的一个重要的因素。此处重要的不是绝对速度，而是诸小区单元内每单位时间测得的速度。

因此，明显地，在这样的网络中最佳性能可通过在诸移动台可能经历的越区切换的数量所确定的速度的基础上来分隔诸移动台而最好地获得。

已提出若干种这样的机制，这些机制在越区切换过程中引入一个延迟，使得相对于正服务移动台的网络层中小区的大小而言极快速行进的移动台将免于停留在该层中。然而，我们的观点是，这一机制存在若干严重的缺陷，这些缺陷源于它所产生的对“最佳服务者”小区边界的变形。在极端情况下，这导致一个移动台将越区切换至一个已经被完全通过的相邻微小区的情形。这些变形可引起更大的干扰，并增加规划网络的难度。

发明内容

因此，存在对速度灵敏越区切换方法的需求——这种方法能克服基于简单延迟的方法的某些主要缺点。

根据本发明，提供一种在多蜂窝通信系统中为移动台确定越区切换的方法，该多蜂窝通信系统具有一个服务小区、至少一个越区切换目标小区以及至少一个控制小区，所述控制小区并不是越区切换的目标小区，其中诸小区由至少一个宏小区和多个微小区组成，该方法包括如下步骤：在移动台测量一个来自控制小区的接收信号，将来自控制小区的该接收信号与一个参数值比较，以及基于比较确定越区切换。

附图说明

图1描述多蜂窝环境的一个示例。

图2是根据本发明的一个实施方式的流程图。

图3描述本发明的一个进一步的实施方式。

具体实现方式

参看图1，所示的一个多蜂窝(或微蜂窝)环境包含至少一个宏小区2(或伞形小区)和多个微小区3-5。每个小区包括一个典型地靠近该小区的地理中心设置的基站(未示出)。一个基站典型地确定小区的大小和容量。一个通信系统可以包括不同大小的若干小区以及这样一个移动台1，该移动台可以接收来自宏小区2的一基站或诸微小区3之一的一基站的业务。就能接收和传输呼叫而言，从一个特定基站接收业务亦被称为预占该特定基站。

相邻小区是这样的小区，它们被移动台出于越区切换的目的监视，并通常与服务小区覆盖区域重叠或邻接。例如，图1中，如果移动台1由微小区3服务，它的相邻小区将至少是宏小区2和微小区4。

本发明将一组“控制”邻区(控制小区)加到移动台出于越区切换目的而请求监视的诸邻区的名单上。这些控制小区可在向移动台提供业务的小区的诸真实规划邻区之外。因此，对微小区3中的移动台1来说，微小区5可以是一个控制小区。

本发明提供一种在这样的多蜂窝通信系统中为移动台确定越区切换的方法，该多蜂窝通信系统拥有服务小区1、相邻小区2、4、以及至少一个控制小区5，其中诸小区由至少一个宏小区2和多个微小区3-5组成。该方法包括如下步骤：在移动台1测量一个来自控制小区5的接收信号，将该来自控制小区5接收信号与一个参数值比较，以及基于比较确定越区切换。该参数值可以是来自一个目标小区4的接收信号。

本发明的一个可供选择的实施方式包括以下步骤：从诸相邻小区的名单中确定一个目标小区4，在移动台测量一个来自目标小区4的接收信号，在移动台测量一个来自控制小区5的接收信号，将来自控制小区5的接收信号与来自目标小区4的接收信号比较，并基于比较确定越区切换。目标小区是这样一个相邻小区，该相邻小区可能成为下一个有望的越区切换小区。

一个进一步的实施方式包含延迟向目标小区的越区切换直至完成基于比较确定一个越区切换的步骤。然而，这样一种延迟机制足以移动(displace)。仅需移动台以使得被延迟的越区切换候选基站对控制邻区来说不再满足某种相对准则，而不是必须满足Rxlev(接收信号电平)或Rxqual(接收信号质量)的某种绝对准则。该延迟机制消除了出现向一已经通过的邻区小区的越区切换的情况。

在与控制小区的信号强度的比较指示出向延迟邻区的越区切换不再是最佳选择的情形下——这最可能是因为与当前层内小区的大小相比移动台相对快速地移动，则向上一层内小区(即宏小区)的越区切换当是最佳选择。

具体地，参看图2描述本发明的一个可能的实施方式。

在步骤20移动台1监视对服务小区3和邻区小区4、2的测量报告(参看图1)。如在步骤21，当由微小区3服务的移动台1检测出邻区小区4在超过一阈值的功率上被接收，它开始计时，步骤22。计时器行进的同时，将来自邻区小区4的接收信号与来自一个控制小区5的信号接收比较，步骤23。如果从控制小区5接收的功率大于从邻区小区4(目标小区)接收的功率则可确定移动台1在快速移动，并且向宏小区层的越区切换将生效，步骤24。一当检测出该条件，或在计时器逾期且发觉控制小区功率超过目标小区的功率的条件为真时，向宏小区2的越区切换生效。

如果来自目标小区的接收信号大于来自控制小区的接收信号，则在步骤26确定计时器是否逾期。如果计时器已逾期则重复监视过程。如果计时器未逾期，则在步骤27确定目标小区是否达到一个功率预算越区切换，如果是，则在步骤28移动台被越区切换至该目标小区，如果否，则重复监视过程。

与使用简单延迟机制相比，在已在前阶段检测出移动台“快速”移动的条件时，随着移动台速度增大，本发明将能够减轻小区边界偏斜。

现有技术的简单延迟机制中，小区偏斜是不可避免的，此外，当移动台已经通过一个目标小区时，有时仍可出现向该目标小区的越区切换。

为简单起见，根据GSM建议(GSM Recommendation)的并行越区切换机制未在诸图中示出。因此，出于其他原由比如Exlev或Rxqual等的越区切换亦是可能的，并且这样的越区切换根据可与本发明中所示方法并行产生。

本发明描述多蜂窝系统中确定越区切换的这样一种方法，这种方法间接地对移动台穿过小区边界的速度敏感。如上所述，一个使用本发明的方法的通信系统系统包含若干个移动台出于越区切换目的监视的邻区小区、至少一个与来自诸邻区小区的可能的越区切换候选邻区(目标小区)一同被监视的有关控制小区、一种用于比较诸目标小区和诸控制小区中的信号功率与阈值及计时器值的机制、一种基于比较来确定是否出现越区切换以及最佳越区切换候选小区是否应在网络的当前层内或是向由更大小区组成的网络的上一层内的一个小区越区切换的机制。

本系统的一个实施方式包含确定越区切换时亦考虑服务小区的强度和/或服务小区的任何其它参数的情形，比如考虑Rxqual。

本发明可供选择的实施方式包含对该越区切换方法的一种修改，以便指令(无线链路测量已确定出在另一个基站上应存在一条更好的无线链路之后)移动台越区切换至一个不同的基站。

越区切换的目标基站被指定成无线链路测量结果的一个函数(function)。与常规越区切换算法的差异在于此处自由地指定目标基站——它不必是根据测量提供最佳无线链路的基站。

这种变通的优点在于存在这样的情形，其中越区切换过程中所进行的测量能导致有关目标基站选择的错误结论。指定一个不同基站可避免这些问题。以下描述一个示例。

GSM标准是一种基于TDMA(时分多址)技术的蜂窝无线系统的技术标准。GSM系统中，为越区切换过程进行的测量有两种类型：

a)由移动台对服务基站和其他邻区基站进行的测量；以及

b)由服务基站对移动台进行的测量。

移动台对服务小区基站和诸周围基站进行信号强度测量并将这些测量的结果传回服务小区基站。移动台还对现有无线链路的质量进行测量。这个质量测量涉及链路的比特差错率。

服务小区基站对移动台的信号强度和无线链路的质量进行测量。它还测量移动台当前所使用的时标提前量(该时标提前量被用于补偿移动台与基站之间的传播延迟。正确的时标提前量值的应用将来自移动台的传输保持在基站所定义的接收时隙窗内)。

无论使用任何准则触发越区切换，常规越区切换均是使用最高功率预算对基站进行的。对可能的目标基站的功率预算基本上是表达式：

信号强度(目标基站)-信号强度(当前服务基站)+若干补偿因子。

诸补偿因子包含诸如该小区内允许的最大移动传输功率的因子，并被包含以计及并置有若干具有不同大小的小区的情形。问题在于拥有最大功率预算的基站不必是最佳的。例如，微蜂窝系统是这样的高容量蜂窝系统，其中天线架设得低于房顶。这种系统中的传播基本上被限制为沿街道传播。这种系统典型地使用较大的覆盖宏小区以填充覆盖区空挡(hole)并处理快速移动台。通常是这样的情形：一个微蜂窝系统中的可用频谱是有限的并且因此避免相邻小区内使用相邻频率的情形成为不可能。如果这些小区在街角附近则将出现图3所描述的情形。此处，移动台30正沿拥有基站32的微小区36方向转过街角，移动台30当前处在拥有工作于频率f1的基站31的微小区37上。微小区36使用频率f2，该频率与频率f1相邻。

这种情形下常规功率预算越区切换没有好的效果。当

                  功率预算＞HO_MARGIN时，触发常规功率预算越区切换。

对每个邻区小区HO_MARGIN是一常数。

在转过街角时，来自微小区37基站31的信号迅速下降而来自微小区36基站32的信号迅速上升。该情形下出现的问题无外乎有两种主要类型：(1)越区切换出现前。必须在来自微小区36基站32的信号超过来自微小区37基站31的信号约9dB之前触发越区切换。一旦基站32的信号超过服务小区基站31的信号该值以外，则服务小区成为有噪的(noisy)，并且在最坏情况下越区切换指令将不能被正确接收。街角处的快速信号变化造成这种困难。这可通过将邻区小区36的HO_MARGIN设成负值加以解决。不幸地，这存在造成第二类问题的后果：(2)越区切换出现之后如果使用负的HO_MARGIN，则当移动台到达微小区36内时，它将把来自微小区37的信号看作干扰，该干扰高于微小区36的电平之上并因此可能引起降质。

本发明的可供选择的实施方式使我们避免这种情形，这是通过允许使用负HO_MARGIN触发越区切换并因此避免类型1的问题而实现的。然而，越区切换是向一个完全不同的小区(宏小区35)进行的并因此亦避免了类型2的问题。随后当移动台充分处在小区36的覆盖区之内以足以避免相邻信道干扰时可出现从宏小区向下的越区切换。

因此，本发明的变通地教导这样一种蜂窝或基站，它在诸邻区小区的功率预算表示式超过给定阈值时触发越区切换请求。随后执行越区切换至这样一个小区，该小区可能不是曾触发请求的小区。该目标小区可不必满足测量准则。

在发生向目标的越区切换之前，对目标小区的信号强度测量可必须超过一个给定阈值。

本发明涉及在这样一种分层蜂窝无线系统中越区切换的机制，该系统基于间接速度检测技术使用有移动台协助的越区切换的某种机制。该技术的基础是将向邻区的越区切换延迟给定的一段时间，以在计时过期时确定是否实施向该邻区的越区切换，这是通过比较该邻区的信号强度与来自这样一个更外边的小区的信号强度实现的，该更外边的小区被出于越区切换目的不被用作一个邻区。可供选择地，可进行向另一个小区的越区切换，该另一个小区可以是一个不曾触该发越区切换的控制小区或目标小区。

Claims (3)

1.一种在多蜂窝通信系统中为移动台确定越区切换的方法，该多蜂窝通信系统具有一个服务小区、至少一个越区切换目标小区以及至少一个控制小区，所述控制小区并不是越区切换的目标小区，其中所述小区包括至少一个宏小区和多个微小区，该方法包括步骤：

在移动台测量来自所述控制小区的接收信号；

将来自所述控制小区的接收信号与一个参数值比较；以及

基于该比较确定越区切换。

2.根据权利要求1的方法，其中所述参数值是来自一个越区切换目标小区的接收信号。

3.根据权利要求1的方法，其中所述参数值是来自所述服务小区的接收信号。