CN1315339C - 线性覆盖网络中的小区切换判决方法 - Google Patents

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本发明涉及一种线性覆盖网络中的小区切换判决方法，特别适用于在全球铁路移动通信系统一类的线性覆盖网络中使用。包括：A获取单向移动的移动台的移动方向和移动速度；B判断移动速度是否大于一个设定值；C大于该设定值时执行步骤D，小于该设定值时，按基于信号强度、信号质量的切换判决方法进行小区切换；D判断移动台的移动方向是逐渐远离服务基站还是逐渐靠近服务基站，远离时启动小区切换，靠近时不发起小区切换。通过检测并计算移动台当前发射信号频率的频偏获取移动台的移动方向，频偏是正值时判断移动台靠近；频偏是负值时，判断移动台远离。计算频偏的时间极短，因而缩短了切换判决时间；保证移动台在快速移动时不会发生乒乓切换。

Description

线性覆盖网络中的小区切换判决方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，更确切地说是涉及一种小区切换判决方法，特别适用于在全球铁路移动通信系统(GSM-R：Railways Global System forMobile communication)一类的线性覆盖网络中使用。
背景技术
对于全球移动通信系统(GSM：Global System for Mobilecommunications)的蜂窝移动通信系统，在通话过程中，随着移动台(MS：Mobile Station)的移动，需要进行改变当前服务小区的切换操作。小区切换是由网络发起的，一般是根据MS上报的测量报告得到当前服务小区和相邻小区的信号强度与信号质量，再通过一定的切换判决算法来触发切换操作。
在铁路、高速公路、河流一类的运输作业中，火车、汽车、船舶等在一段时间内一般都是快速地往一个方向移动，因而在实现无线移动通信时，可以按线性覆盖的移动通信系统处理，即移动用户在较少的小区重叠区域内快速单向移动。
以全球铁路移动通信系统为例。GSM-R是欧洲制定的一套用于铁路移动通信的国际标准，它以GSM通信技术作为业务承载，满足铁路通信应用需要的高速通话、快速呼叫建立，以及列车的调度和自动控制等操作。GSM-R系统中的小区切换原理与GSM中的小区切换原理是一样的，但是GSM-R系统的无线环境有其自身的特殊性，即，线性覆盖，快速移动和单向移动。
如图1所示，GSM-R系统一般都只覆盖铁路沿线，称之为线性覆盖，如图中所示的小区11、12、13、14，在这种情况下，基站(BTS：Base TransceiverStation)都位于铁路沿线，如图中所示的站点16，每个小区都只沿铁路线与两个方向的小区分别相邻，如图中所示的小区重叠的区域15，称为切换区域(HO zone)。
由于GSM-R往往应用在高速列车上，所以当列车运行时，时速经常高达300KM/H以上，这样在通过两个小区的重叠区域15时，就要求通信能够迅速地从一个小区切换到另外一个小区，否则可能切换还没有启动，列车已经移动出服务小区，将可能导致通话中断。
在普通GSM系统中，通常由个人手持移动台，人在两个小区之间移动时，很可能方向也在不停地变化，可能导致相邻小区的通信信号不稳定，时好时坏，给切换判决造成难度。而在GSM-R系统中，列车一般都是快速地往一个方向运动，如果能够知道列车移动的方向，就可能在小区重叠区域及早地发起切换。
目前GSM系统采用的是基于信号强度的切换方法，也是一种基本的切换判决方法。该切换判决方法的基本原理是：在移动台(如手机)上报的M个测量报告中，如果其中N(N是小于等于M的一个值，通过网络参数进行配置)个测量报告中，报告某个相邻小区的信号强度都大于当前服务小区时，则发起切换，如图2中所示，位于小区21与小区22切换区域23的移动台20，报告相邻小区22的信号强度(-85dBm)大于当前服务小区21的信号强度(-97dBm)时，进行小区切换。之所以要根据多个测量报告来判决，是因为要防止无线信号的偶然跳变引起误切换。
由于MS可能在重叠覆盖区域处于静止状态或者来回移动的状态，因此GSM系统还引入了切换磁滞这个参数(一种信号强度量)来避免乒乓切换(即反复在小区21和小区22之间切换)，只有当一段时间内相邻小区的信号强度大于服务小区的信号强度与切换磁滞的和时，才发起切换。
该切换方法的缺点是：基于信号强度的切换方法在普通GSM系统中使用是没有问题的，但是考虑到GSM-R系统快速移动的特点，如果还是在一段时间内通过判断多个测量报告来进行切换，可能列车已经移动出服务小区，导致通话中断；但是如果调整参数，只根据少量的测量报告来进行切换，又可能导致列车在慢速运行时或者在铁路沿线的工作人员通话时，产生乒乓切换，影响通话效果。也即，GSM系统中普遍使用的基于判决信号强度的切换方法不适于在GSM-R系统中使用。
同理，在高速公路等移动通信系统中，针对其线性覆盖、快速移动和单向移动的特点，若采用目前的基于信号强度的切换判决方法，也同样会存在如上分析的问题，因而本发明虽然从GSM-R系统的小区切换判决问题引出，但实际针对的是线性覆盖网络中的小区切换判决问题。
发明内容
本发明的目的是设计一种线性覆盖网络中的小区切换判决方法，用于解决线性覆盖网络(如GSM-R系统)中，对于快速移动的MS，在较少的小区重叠区域内，快速并正确的启动切换，使快速移动的MS(如车载台)等移动通信终端能快速、高效、可靠地从一个小区切换到另外一个小区，保持通话连续性。
实现本发明目的的技术方案是这样的：一种线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于；
A.获取单向移动的移动台的移动方向和移动速度；
B.判断移动台的移动速度是否大于一个设定值；
C.当移动台的移动速度大于该设定值时执行步骤D的操作，当移动台的移动速度小于该设定值时，按GSM系统的基于信号强度、信号质量的切换判决方法进行小区切换；
D.判断移动台的移动方向是逐渐远离服务基站还是逐渐靠近服务基站，当移动台的移动方向是逐渐远离服务基站时启动小区切换，当移动台的移动方向是逐渐靠近服务基站时不发起小区切换。
所述步骤A中，获取移动台的移动方向进一步包括检测并计算移动台当前发射信号频率的频偏；
所述步骤D中，判断移动台的移动方向是逐渐远离服务基站还是逐渐靠近服务基站，进一步包括判断该频偏是正值还是负值，是正值时不发起小区切换，是负值时则启动小区切换。
所述步骤C中，在判断移动台的移动速度大于一个设定值、执行步骤D前，还进一步判断移动台上报的测量报告中，是否有相邻小区的通信信号好于服务小区，是则执行步骤D，否则不执行步骤D也不发起切换。
所述步骤A中，检测并计算移动台当前发射信号频率的频偏及移动速度进一步包括：
A1.检测移动台发射信号频率f0；
A2.利用公式Δf＝f0-fr计算频偏Δf，其中fr是移动台相对服务基站静止时，服务基站测量到的移动台的发射信号频率；
A3.利用公式Δf＝v×fr/c计算移动台相对服务基站的移动速度v，其中c表示电磁波的速度；
A4.根据获得的频偏Δf、移动速度v进行小区切换判决。
切换过程(包括切换判决过程)是发生在两个小区重叠覆盖的区域。本发明的方法，将移动台的移动方向和移动速度作为小区切换判决的依据参数。判断移动台的移动速度小于某个设定值时则可认为移动台处于慢速移动或静止状态，则按GSM系统传统采用的切换判决方法。判断移动台的移动方向是逐渐远离服务基站还是逐渐靠近服务基站，当移动台的移动方向是逐渐远离服务基站时启动小区切换，当移动台的移动方向是逐渐靠近服务基站时不发起小区切换。
其中判断移动台移动方向的依据可以是服务基站检测的移动台发射信号频率的频偏信息，并进而获得移动台的移动速度。频偏为负时，移动台逐渐远离服务基站；频偏为正时，移动台逐渐靠近服务基站。由于不必判断多个测量报告，故而缩短了切换判决时间，且使小区之间的重叠覆盖区域能够大大减少，从而在相同的网络设备配置下，使总体的覆盖区域和覆盖效果得到提高。同时，本发明的方法还保证了移动台只有在逐渐远离服务基站的情况下才发起切换，所以在快速移动时不会发生乒乓切换，保证了通话效果，减少了通话中断的概率。
附图说明
图1是小区线性覆盖示意图；
图2是基于信号强度的小区切换判决方法示意图；
图3是本发明的基于频偏的小区切换判决方法流程框图。
具体实施方式
仍以GSM-R系统为例。考虑到GSM-R系统中网络线性覆盖、移动台单方向移动和快速移动的特点，当MS快速移动时，如果通信系统能够知道MS的移动方向，那么当MS移动到小区重叠区域时，就可以立即将其切换到移动前方的小区，并避免再切换回后方的小区。
要实现这个目的，需要解决的问题有两个，一个是判断MS是否在快速移动，另一个是判断MS的移动方向。
利用多普勒(Doppler)效应可以解决上述两个问题。多普勒效应是指：当发射无线电波的发射源远离接收方时，波长较长、频率较低；当发射无线电波的发射源靠近接收方时，波长较短、频率较高。
应用到本发明中时，服务小区的基站(BTS)根据接收到的移动中的MS所发射的信号，可以计算出信号频率的偏移Δf(简称频偏)：
               Δf＝f0-fr……(1)
式(1)中fr是MS相对BTS静止时，BTS测量到的MS发射信号的频率，称作参考频率；f0是MS相对BTS移动时，BTS实际测量到的MS发射信号的频率。当Δf为正时，说明MS向该BTS方向移动，则不发起切换；当Δf为负时，说明MS远离BTS方向移动，则可启动切换。
同时，利用如下公式可以得出MS的移动速度：
                Δf＝v/λ＝v×fr/c……(2)
式(2)中，v表示MS相对BTS的移动速度，λ表示MS发射信号的波长，c表示电磁波的速度。
以MS移动速度为50KM/h，发射信号频率(fr)为900MHz为例，Δf＝(5×105×900×106)/(3600×3×108)＝41.7(Hz)。由此可见，由MS的移动速度可以计算出频偏Δf，反之亦然。
由于BTS计算频偏的时间很短，所以频偏信息几乎可以实时更新。
在GSM系统中，切换判决是由BSC来进行的，BTS需要把频偏信息发送给BSC，这可以通过定义BSC和BTS之间的Abis接口消息来实现。MS的移动速度可以在BTS侧计算，随频偏信息一齐发送给BSC，也可在BSC侧根据频偏信息进行计算，还可直接将频偏信息与设定值比较后得到(因为频偏与速度之间有确定的对应关系)。
下面结合附图3说明本发明的基于频偏的小区切换判决方法。
步骤31，基站(BTS)检测移动台(MS)当前发射信号频率f0；
步骤32，基站(BTS)利用公式(1)，根据检测到的移动台(MS)发射信号频率f0，和已知的fr计算频偏Δf，再利用公式(2)根据计算获得的频偏Δf及其他参量计算移动台相对BTS的移动速度v，并将频偏Δf和移动速度v送基站控制器(BSC)进行判决(实施时可以根据移动速度v计算频偏Δf，也可根据频偏Δf计算移动速度v)；
步骤33，判断MS的移动速度v的绝对值是否大于某个设定值(例如大于20KM/h，该值可根据经验确定)；
步骤38，当MS的移动速度v的绝对值小于等于某个设定值时，可以认为MS处于慢速移动或静止的情况下，则采用原GSM系统的普通切换判决方法进行小区切换判决；
步骤34，当MS的移动速度v的绝对值大于某个设定值时，可以认为MS处于高速移动情况下，则可以采用由步骤34至37所描述的切换方法，首先判断由MS上报的测量报告中，是否发现有某个相邻小区(由于线性覆盖，一般测量报告中只有一个相邻小区)的信号要好于服务小区，当相邻小区的信号不好于服务小区的信号时，则执行步骤36，不发起切换，当相邻小区的信号好于服务小区的信号时，则执行步骤35；
步骤35，进一步判断频偏Δf的正负性；
步骤36，如果频偏Δf为正，说明MS靠近BTS移动，则不发起切换；
步骤37，如果频偏Δf为负，说明MS远离BTS移动，则立即启动切换。
启动切换不需要计算多个测量报告，故而能缩短切换时间，且由于MS是单向快速移动，也不会发生乒乓切换，保证了通话效果，减少了通话中断的概率。
本发明的技术方案是根据频偏信息实现将MS的移动方向和移动速度作为切换判决的依据参数。
基于能够判断出单向移动的MS的移动方向与移动速度，即以此来作为切换判决的参数，因此除了频偏可以作为判断依据外，测量报告中的到达方向(TA)值也可以作为判断依据，通过TA值可以得出MS与BTS之间的大致距离，通过比较前后测量报告中TA值之差，也可以得出MS的移动方向和移动速度，所以通过前后两个测量报告的TA值之差，就可以满足在GSM-R的特殊覆盖条件下，进行快速而准确的小区切换。但这种方法的精度是有限制的。
本发明的方法，不仅可应用于GSM-R系统中，而且可以应用于其他具有网络线性覆盖、移动台单方向移动和快速移动特点的专用移动通信系统中。

Claims (10)

1.一种线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于包括以下处理步骤：
A.获取单向移动的移动台的移动方向和移动速度；
B.判断移动台的移动速度是否大于一个设定值；
C.当移动台的移动速度大于该设定值时执行步骤D的操作，当移动台的移动速度小于该设定值时，按GSM系统的基于信号强度、信号质量的切换判决方法进行小区切换；
D.判断移动台的移动方向是逐渐远离服务基站还是逐渐靠近服务基站，当移动台的移动方向是逐渐远离服务基站时启动小区切换，当移动台的移动方向是逐渐靠近服务基站时不发起小区切换。
2.根据权利要求1所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：
所述步骤A中，获取移动台的移动方向进一步包括检测并计算移动台当前发射信号频率的频偏；
所述步骤D中，判断移动台的移动方向是逐渐远离服务基站还是逐渐靠近服务基站，进一步包括判断该频偏是正值还是负值，是正值时不发起小区切换，是负值时则启动小区切换。
3.根据权利要求1或2所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述步骤C中，在判断移动台的移动速度大于一个设定值、执行步骤D前，还进一步判断移动台上报的测量报告中，是否有相邻小区的通信信号好于服务小区，是则执行步骤D，否则不执行步骤D也不发起切换。
4.根据权利要求3所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述相邻小区的通信信号是线性覆盖网络中一个相邻小区的通信信号。
5.根据权利要求2所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述步骤A中，检测并计算移动台当前发射信号频率的频偏及移动速度进一步包括：
A1.检测移动台发射信号频率f0；
A2.利用公式Δf＝f0-fr计算频偏Δf，其中fr是移动台相对服务基站静止时，服务基站测量到的移动台的发射信号频率；
A3.利用公式Δf＝v×fr/c计算移动台相对服务基站的移动速度v，其中c表示电磁波的速度；
A4.根据获得的频偏Δf、移动速度v进行小区切换判决。
6.根据权利要求5所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述步骤A1、A2、A3是由服务基站完成的；所述步骤A4，是由服务基站将获得的频偏Δf、移动速度v送基站控制器进行小区切换判决。
7.根据权利要求6所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述的步骤A4中，通过定义服务基站与基站控制器之间的Abis接口消息，服务基站将频偏Δf、移动速度v送基站控制器。
8.根据权利要求5所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述步骤A1、A2是由服务基站完成的，所述步骤A3、A4是由基站控制器完成的，服务基站将获得的频偏Δf送基站控制器，进行移动速度计算和进行小区切换判决。
9.根据权利要求8所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述的步骤A3中，通过定义服务基站与基站控制器之间的Abis接口消息，服务基站将频偏Δf送基站控制器。
10.根据权利要求1或2所述的线性覆盖网络中的小区切换判决方法，其特征在于：所述步骤B，是由基站控制器对服务基站传送的移动速度v的绝对值进行判断；所述的设定值是一个按经验确定的值。
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