CN1262136C - 一种基于多天线结构的滑动切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多天线结构的滑动切换方法，适用于无线系统的接入点，其中所述的接入点包含多根天线，该方法包括步骤：所述接入点的物理层监测从所包含的所有相关天线接收到的来自移动终端的上行信号的强度；从该接入点所包含的所有天线中选出接收信号最强的一根或者多根天线形成激活天线群，并且建立该移动终端与该激活天线群的连接；当接入点的物理层检测到在预定时间周期内，某些候选天线接收到的信号强度超过所述激活天线群内某些激活天线的接收信号强度时，接入点的物理层提出切换请求，直接用这些候选天线替换这些激活天线，更新激活天线群，并且更新移动终端与激活天线群间的连接；接入点的物理层完成切换后将切换结果报告给接入点的无线资源管理层。

Description

一种基于多天线结构的滑动切换方法

技术领域

本发明涉及一种基于多天线结构的滑动切换方法，适用于使用联合发送(Joint Transmission(简称JT))、空时码(STC)、多输入和多输出天线(MIMO)、单频正交频分多址接入(单频OFDMA)、分布式天线等技术的多天线系统，诸如美国专利申请US 4932049公开的微蜂窝系统、采用SSDT(Site Selection DiversityTransmission)机制的系统、捆绑(bunched)系统以及中国专利申请01137188.9公开的基于群小区架构的系统等等。

背景技术

多天线系统由于在增加频谱效率、提高通信质量上的巨大潜力及其组织结构的灵活性，并且能够为各种新技术的采用提供广阔的发展空间，而成为未来移动通信系统设计中被广泛关注的架构。在超三代或第四代移动通信等无线系统的研究过程中，人们研究了大量先进的基于多天线结构的物理层技术，诸如空时码、联合发送、分布式天线、正交频分多址接入等。随着对物理层技术的深入研究，在系统结构和切换模式方面也需要进行一些突破，从而提供全新的高速高效的IP多媒体接入方式。针对上述问题，学术界以及业界提出了一些改进的系统构建方法。然而，在改进系统中仍然采用传统的切换模式(硬切换、软切换和更软切换)极大地限制了系统性能的进一步改善。因此有必要研究一种新型的、应用于未来移动通信系统的、适应多分离天线等技术的切换策略。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的提出了一种适用于多天线系统的滑动切换方法。

本发明的基于多天线结构的滑动切换方法，适用于无线系统的接入点，其中所述的接入点包含多根天线，该方法包括步骤：

(1)所述接入点的物理层监测从所包含的所有相关天线接收到的、来自移动终端的上行信号强度；

(2)从所述接入点所包含的所有相关天线中选出接收信号最强的一根或者多根天线形成激活天线群，并且建立该移动终端与该激活天线群的连接；

(3)当所述接入点的物理层检测到在预定时间周期内，某些候选天线接收到的信号强度超过所述激活天线群内某些激活天线的接收信号强度时，所述接入点的物理层提出切换请求，直接用所述候选天线替换所述激活天线，从而更新激活天线群，并且更新移动终端与更新后的激活天线群间的连接；

(4)所述接入点的物理层完成切换后将切换结果报告给所述接入点的无线资源管理层。

本发明的基本构思在于，由于多天线系统中的切换可以由网络发起，也可以由接入点(Access Point，以下简称为AP)的物理层根据测量结果提出请求，对于由网络发起的切换可采用传统的切换方式进行处理，而对于由AP的物理层检测辅助发起的切换，则可以采用本发明的滑动切换方法，即直接由AP的物理层执行滑动切换过程，并且将切换的结果报告给AP的无线资源管理层。AP的无线资源管理层可以不参加AP内的切换，只是通过报告结果进行监控，以便对资源进行有效的分配和利用。

根据本发明的方法，切换在大部分情况下可以采用物理层自适应地完成天线间切换的滑动切换方法，避免了移动终端在AP内的天线之间切换时复杂的信令交互，可以大大提高AP内切换的速度，同时提高了无线通信系统的抗干扰能力，降低了各小区接入点的复杂度，增加了系统容量。

附图说明

图1示意了根据本发明的在市内环境下AP内的滑动切换方式；

图2示意了根据本发明的在高速公路上AP内的滑动切换方式；

图3示意了根据本发明对于新移动终端产生和切换的处理流程图；

图4示意了根据本发明的市内环境群小区架构下采用滑动切换方式的等效路径损耗；

图5示意了根据本发明的市内环境群小区架构下采用非滑动切换方式的等效路径损耗；

图6示意了根据本发明的市内环境群小区架构下的滑动切换方式较之群小区架构的非滑动切换方式、普通小区架构下软切换方式系统容量的增加。

具体实施方式

在多天线系统中，每个AP(类似于第二代移动通信系统的基站收发信机(BTS)以及第三代移动通信系统的节点B(node B))内部有一根或者多根分离的天线，典型的天线间距为十几米到几十公里。天线和AP之间通过光纤、同轴电缆等方式连接。

本发明的基于多天线结构的滑动切换方法根据多天线结构的特点，将切换划分为由AP物理层辅助发起的切换以及由网络发起的切换。根据不同的切换类型，采用不同的切换方法。对于由AP物理层检测辅助发起的切换可以采用本发明的滑动切换方法，对于由网络发起的切换可采用传统的切换方法。由于基于多天线结构的系统中大部分切换由AP物理层辅助发起，可以减少切换过程中的信令交互，提高切换速度，增强无线通信系统的抗干扰能力，提高系统容量。

本发明的基于多天线结构的滑动切换过程详述如下：

当某个AP内出现一个新的移动终端时，该AP的物理层监测该AP中所有相关天线接收到的来自该移动终端的上行信号强度，从中选择信号最强的一根或者若干根天线，构成激活天线群。激活天线群内的天线称为激活天线，其他没有被选择的天线称为候选天线。激活天线群内所有天线使用相同的无线资源(诸如频率、时隙、码字)与该移动终端进行通信。在移动终端与激活天线群通信的同时，AP物理层检测该AP中相关天线(包括激活天线和部分或全部候选天线)接收信号的强度。

随着移动终端在该AP内的移动，激活天线群内某些天线的接收信号强度可能已不再满足要求，需要断开和这些天线的连接，建立同该AP内其他天线的连接。当发现某些候选天线的接收信号强度在一段时间内超过某些激活天线的接收信号强度时，AP的物理层可直接自适应地利用这些候选天线替换激活天线，从而更新激活天线群，并且更新移动终端与激活天线群之间的连接。

由于切换可以直接由AP的物理层智能、自适应地发起执行，因此这种由AP的物理层监测辅助的切换即为智能滑动群切换(简称为滑动切换)。

AP将切换的结果报告给AP的无线资源管理层(RRM)。RRM可以不参与AP内的滑动切换，只是通过对报告结果进行监控，实现对资源的更有效分配和利用。

在AP内的滑动切换过程中，AP分配给移动终端的资源(诸如频率、时隙、码字)可以保持不变，激活天线群内所有天线可以使用AP分配给移动终端的同一资源与之通信。

当更新后的激活天线群与原来的激活天线群之间没有共同天线时，实际上移动终端是从一组天线切换到另一组天线，在本发明中称之为非滑动切换。当激活天线群中天线数目等于1时，滑动切换和非滑动切换是等价的。

当移动终端穿越两个AP之间的边界时，需要进行AP间切换。此时的处理过程可以采用传统的切换，需要无线网络控制器(RNC)的RRM参与。

下面参照附图并结合本发明的实施例来描述本发明的基于多天线结构的滑动切换方法。

参见图1，图1中描述了一个典型的基于多天线架构的无线通信系统。一个AP下设置M根天线(本实施例中示为7根天线)，典型的天线间距为十几米到几十公里。移动终端就工作在这样的一个AP内，并与按照预定的准则选择出的最佳的m(m＜＝M，本图中m＝3)根天线构成的激活天线群通信。对于不同终端而言，相应选出的激活天线群是不同的，而且随着终端的移动选出的激活天线群也随之改变。

对移动终端1(MS1)而言，初始t1时选出的激活天线群中包括天线1、2、3；随着MS1的移动，在另一时刻t2选出的激活天线群包括天线3、4、5。

激活天线群内所有天线利用相同的资源与某一移动终端进行通信。当移动终端需要改变与激活天线群的连接时，移动终端使用的资源可以无须改变，这时切换就无须RRM的参与。例如，在t2时刻，AP物理层监测到天线3、4、5接收到来自MS1的上行信号最佳，则直接执行滑动切换，建立MS1与天线4、5的链路，断开与天线1、2的连接，保持与天线3的连接。终端由天线1、2、3组成的激活天线群滑动到由天线3、4、5组成的激活天线群，移动终端与这两个激活天线群进行通信时使用的无线资源(如：码字)可保持不变。切换完成后，AP物理层将结果汇报给RRM。该切换可以由物理层自适应地完成，然后将结果上报给RRM。

对于非滑动切换，在初始t1时选出的激活天线群中包括天线1、2、3；随着MS1的移动，在另一时刻t2选出的激活天线群包括天线4、5、6。在不同时刻选出的激活天线群之间没有共同天线。

图2中示意了一维高速公路上的滑动切换过程，该过程可看作滑动切换的一个特例。假设某一个移动终端沿着高速公路向前移动，如果该移动终端是在同一AP内天线间移动，则AP物理层通过测量所接收到的上行信号强度，决定是否改变接收和发射天线，即是否更新激活天线群。同时，AP物理层也将测量结果报告给RRM。若有必要，AP的RRM可向其物理层发送信息，请求改变某一个移动终端的无线资源。

图3示意了新移动终端产生后系统的处理过程以及随着移动终端移动，系统对于AP物理层辅助发起的切换和由网络发起的切换的不同处理流程。

下面结合附图3的流程图来描述本发明的滑动切换方法，该方法包括步骤：

(1)AP的物理层监测其下所有相关天线接收到的来自移动终端的上行信号的强度；

(2)根据预定的准则(诸如根据接收信号的强弱以及路径损耗大小等)，从该AP所包含的所有天线中选出一根或者若干根天线形成激活天线群，激活天线群中所有天线使用相同的无线资源与该移动终端进行通信；

(3)在移动终端与激活天线群通信的同时，AP的物理层监测该AP中相关天线(包括激活天线和部分或全部候选天线)的上行接收信号强度；

(4)当物理层检测到在预定时间周期内某些候选天线接收到的信号强度超过激活天线群内某些激活天线的接收信号强度时，AP物理层提出切换请求，称为AP物理层辅助切换，即滑动切换；

(5)AP物理层直接用这些候选天线替换这些激活天线，更新激活天线群，并且更新移动终端与激活天线群间的连接；

(6)AP的物理层完成切换后将切换结果报告给AP的RRM。如果有必要，AP的RRM直接向其物理层发送信息，要求改变某一个终端的无线资源。

其中在步骤(1)和(3)中，AP物理层对各天线的接收信号强度的监测可以是周期性触发，也可以是事件触发。

在步骤(2)中，AP中包含的天线数目、激活天线群中的天线数目以及选择激活天线群的准则可以根据网络设计设定，并可以根据需要随时改变。

在步骤(4)中，预定的时间周期可以根据网络设计设定，并且根据需要随时改变。

在步骤(5)中，AP的物理层智能、自适应地执行切换，同时断开和原激活天线群中某些天线的连接，建立和激活天线中某些天线的连接，对于它们共有天线的连接则保持不变。

在步骤(6)中，当AP物理层将切换结果报告给RRM时，会受到RRM的监控。当移动终端使用的或者将使用的资源已被其他移动终端的激活天线群使用时，则可能需要AP的RRM重新调整分配给该终端的激活天线群所使用的无线资源。RRM可以事先设定移动终端的优先级，当遇到资源冲突时，需要优先级低的移动终端改变资源配置。

图4、5中示意了以群小区为例采用滑动切换方法和非滑动切换方法的等效路径损耗。在多天线系统中，引入等效路径损耗以表征多天线带来的路径损耗的变化。

$\mathrm{Equivalent\; Pathloss}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{ti}}}{P_r}$

这里，P_ti是该移动终端所在激活天线群的第i根天线的发射功率，而P_r则是移动终端的接收功率。本图中，激活天线群中包含的天线数目为3，x轴、y轴表示距离。

图6中显示了分别采用滑动切换方式和非滑动切换方式的群小区结构和普通小区结构系统性能的差异，采用滑动切换方式的系统容量较之其他两种情况有所提高。图中横轴λ表示新用户到达率。

上面描述了本发明在群小区结构系统中的应用。滑动切换方法不仅可以应用到群小区架构的系统，而且也可以应用到其他的多分离天线的无线接入系统，如适用于使用联合发送、空时码、MIMO、OFDMA、分布式天线等物理层技术的多天线系统，诸如采用微小区概念的系统、采用SSDT机制的系统、分布式天线系统、捆绑系统以及基于群小区架构的系统等。对于本领域技术人员来说，在本发明的滑动切换方法的基础上提出新的适用于多天线系统的切换技术并不困难。而且，本领域技术人员根据本发明的教导，可以对于本发明做出各种改进和修改，但这些改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多天线结构的滑动切换方法，适用于无线系统的接入点，其中所述的接入点包含多根天线，该方法包括步骤：

(1)所述接入点的物理层监测从所包含的所有相关天线接收到的、来自移动终端的上行信号强度；

(2)从所述接入点所包含的所有相关天线中选出接收信号最强的一根或者多根天线形成激活天线群，并且建立该移动终端与该激活天线群的连接；

(3)当所述接入点的物理层检测到在预定时间周期内，某些候选天线接收到的信号强度超过所述激活天线群内某些激活天线的接收信号强度时，所述接入点的物理层提出切换请求，直接用所述候选天线替换所述激活天线，从而更新激活天线群，并且更新移动终端与更新后的激活天线群间的连接；

(4)所述接入点的物理层完成切换后将切换结果报告给所述接入点的无线资源管理层。

2.根据权利要求1的方法，其中激活天线群中所有天线使用相同的无线资源与该移动终端进行通信。

3.根据权利要求1的方法，其中所述的无线资源诸如频率、码字以及时隙。

4.根据权利要求1的方法，其中当该移动终端改变与激活天线群的连接时，移动终端所使用的资源可以无须改变。

5.根据权利要求1的方法，其中所述的相关天线包括激活天线和部分或全部候选天线。

6.根据权利要求1的方法，其中所述接入点的物理层对于相关天线的接收信号强度的监测可以是周期性触发，也可以是事件触发。

7.根据权利要求1的方法，在步骤(3)中，更新移动终端与激活天线群间的连接的步骤包括：断开和原激活天线群中某些天线的连接，建立和更新后的激活天线群中某些天线的连接，对于它们共有天线的连接则保持不变。

8.根据权利要求1的方法，还包括步骤：当移动终端使用的或者将使用的资源已被其他移动终端的激活天线群使用时，接入点的无线资源管理层重新调整分配给该终端的激活天线群所使用的无线资源。

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