CN1918824B - 宽带无线通信系统中通过快速测距而执行快速切换的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种在宽带无线通信系统中用于由用户站(SS)来执行切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务基站(BS)，与SS通信；以及至少一个邻近BS，与所述服务BS邻近。所述SS从服务BS和邻近BS接收下行链路信号；测量从服务BS接收的下行链路信号和从邻近BS接收的下行链路信号之间的到达时间差；以及向服务BS发送所测量的到达时间差。

Description

宽带无线通信系统中通过快速测距而执行快速切换的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及一种宽带无线通信系统，特别涉及一种用于使用快速测距(ranging)而执行快速切换的方法和装置。
背景技术
在电器和电子工程师协会(IEEE)802.16标准组中正在讨论的宽带无线接入通信系统在基站(BS)和用户站(SS)之间执行点对多点的通信。物理(PHY)层标准将时分双工(TDD)和频分双工(FDD)定义为双工方案，并将使用单个载波的时分复用(TDM-SC)、正交频分复用(OFDM)和正交频分多址(OFDMA)定义为复用方案，并且定义了能够在前述PHY标准中共同工作的介质访问控制(MAC)层标准。
参照图1，将描述考虑IEEE802.16的传统通信系统的结构。
图1是示意性描述引进小区概念的宽带无线接入通信系统的结构的图，具体而言，是IEEE802.16e通信系统的结构。
参照图1，IEEE802.16e通信系统基于小区结构，包括其每个管理自己的小区的BS#1110和BS#2130，以及由BS#1110管理的多个SS120a、120b、120c和120d，由BS#2130管理的多个SS140a、140b和140c。根据它们的移动性，将SS分为固定SS(FSS)和移动SS(MSS)。
使用前述的PHY方案来实现BS110和130与SS120a、120b、120c、120d、140a、140b和140c之间的无线链接150，通过其发送/接收信号。使用导线将BS110和130彼此连接，用于在它们之间交换信息。
如果MSS#4120d正移动到由BS#1110和BS#2130管理的小区间的交迭区域，且继续从当前为MSS#4120d服务的BS#1110(称为服务BS)移动到作为MSS#4120d的目标的BS#2(称为目标BS)，则将发生越区切换(handoff)或切换(handover)。也就是说，MSS#4120d的服务BS从BS#1110变为BS#2130。
图2是描述作为宽带无线接入通信系统的示例的TDDOFDMA系统的帧结构的图。
参照图2，水平轴表示OFDM符号编号，垂直轴表示子信道编号。如图2所示，每个OFDMA帧包括由多个(例如6个)OFDM符号组成的下行链路(DL)子帧以及由多个(例如5个)OFDM符号组成的上行链路(UL)子帧。每个OFDM符号包括多个(例如M个)子信道。
每个TDDOFDMA帧具有表示下行链路/上行链路子帧的资源分配信息的DL-MAP210和UL-MAP220。DL-MAP消息指示如何将组成下行链路子帧的资源分配给SS，而UL-MAP消息指示如何将组成上行链路子帧的资源分配给SS。
TDDOFDMA帧可以包括下行链路信道描述符(DCD)消息230a、上行链路信道描述符(UCD)消息230b和邻近通告(NBR-ADV)消息230c，这些消息被周期性地包括在TDDOFDMA帧中并且就接收时段而言，能够彼此不同。DCD消息230a包括关于下行链路信道的参数，UCD消息230b包括关于上行链路信道的参数，且NBR-ADV消息230c包括关于邻近BS的信息。
图3是描述宽带无线接入通信系统中用于补偿由于BS和SS之间的位置差所导致的往返行程时延(RTD)的初始测距过程的框图。参照图3，BS310分配初始测距间隔311，该初始测距间隔311对应于多个能够接受位于其小区覆盖范围的最远位置的SS#n330的RTD的初始测距传输时机。在图3中，BS310包括一个初始测距传输时机。在分配初始测距间隔之后，BS310通过UL-MAP将其信息广播给所有的SS。
在由UL-MAP指派的初始测距间隔311的起始时刻，例如SS#1320和SS#n330的应当执行初始测距的SS分别发送测距请求(RNG-REQ)消息321和331。在OFDMA方案中，RNG-REQ消息包括CDMA测距代码。
在竞争原则上发送RNG-REQ消息321和331，对于位于离BS310相同距离的SS来说，基于竞争的传输可能导致消息冲突。为了解决该问题，IEEE802.16e通信系统标准允许SS在发送RNG-REQ消息之前随机确定传输时机。OFDMA方案允许SS在传输之前从特定组中不仅选择传输时机，而且选择测距代码，从而减少消息冲突。然而，OFDMA方案中仍然受到消息冲突的损害。
由于SS#1320和SS#n330到BS310的距离不同，所以它们不存在RNG-REQ冲突。因此，BS310可以成功接收所发送的RNG-REQ消息。BS310可以通过计算从SS#1320发送的RNG-REQ消息321的接收时刻和初始测距间隔311的起始时刻之间的时间差来测量SS#1320的RTD值312a，并且可以通过计算从SS#n330发送的RNG-REQ消息331的接收时刻和初始测距间隔311的起始时刻之间的时间差来测量SS#n330的RTD值312b。
BS310通过经由测距响应(RNG-RSP)消息322和332向SS#1320和SS#n330提供所测量的RTD值来允许SS320和330调节它们的上行链路传输时间。重复上述处理，直到SS320和330的上行链路传输时间达到BS310所规定的范围为止。当BS310向SS#1320和SS#n330分配上行链路资源时，可以在非竞争原则上获得随后的RNG-REQ传输。
图4是描述根据IEEE802.16e通信系统标准的MSS的初始网络进入和切换过程的流程图。参照图4，当通电时，MSS首先执行小区选择处理(步骤401)。所述小区选择处理是对于上行链路/下行链路信道的质量测量处理，并且包括对于下行链路的接收DL/UL-MAP消息和DCD/UCD消息的处理和对于上行链路的初始测距处理。在小区选择处理中，MSS记录关于多个小区的所收集的信息，以备将来使用，从小区中选择提供最好的上行链路/下行链路质量的小区，并且根据小区选择结果而执行下述的网络进入处理。
在小区选择完成之后，MSS执行与所选择的小区的BS提供的下行链路同步并获得接收参数的处理(步骤403)。参数获取处理包括连续接收DL-MAP消息并接收它们相关的DCD消息的处理。在下行链路同步之后，MSS应当从BS接收UCD消息，以获得关于上行链路信道的可能的传输参数(步骤405)。
在获得上行链路参数之后，MSS通过初始测距过程调节诸如时间偏置、频率偏置和功率偏置的上行链路传输参数(步骤S407)。在初始测距过程期间，从BS向MSS分配后面将用于控制消息的发送/接收的连接标识符(CID)。
当完成初始测距时，MSS将其业务发送/接收能力提供给BS，BS基于关于MSS的信息和其发送/接收能力，通过消息将随后的MSS-BS业务发送/接收能力提供给MSS，从而执行基本容量协商过程(步骤409)。
在基本容量协商过程之后，MSS应当根据在IEEE802.16e标准中规定的过程执行授权和与BS的密钥交换(步骤411)。在完成授权和密钥交换之后，从BS向MSS分配用于控制目的附加CID并向BS进行注册(步骤413)。在完成向BS注册之后，在IP连接建立处理期间，向MSS分配用于业务发送/接收的网际协议(IP)地址(步骤415)，并执行设置系统时间和获得系统工作参数的处理(步骤417)。随后，向MSS分配关于每个服务流的用于业务发送/接收的附加CID(步骤419)，然后，如果其达到用于业务发送/接收的正常模式，则结束网络进入过程。(步骤423)。
在正常模式中，能够发送/接收业务的MSS需要在与BS协商的时间间隔上执行周期性测距，以获得上行链路的同步，并保持/校正传输参数。另外，MSS应当在BS的帮助下获得网络拓扑(步骤421)。这使得在切换期间能够进行快速的网络再进入处理。通过BS周期性地广播邻近BS的信息而完成网络拓扑获取(步骤421)。这里，BS广播邻近BS的信息是通过NBR-ADV消息的传输来完成的。
如果从BS(即服务BS)发送的下行链路信号的电平下降到低于特定阈值，则MSS使用通过NBR-ADV消息获得的邻近BS的信息来搜索BS，以充当新的服务BS(即目标BS)。这样，MSS只能测量来自候选目标BS的下行链路信号的电平，或者向候选目标BS发送RNG-REQ消息和关于下行链路信号的电平测量。在后面的描述中，将其中MSS只能测量来自目标BS的下行链路信号的电平的前种情况称为“被动扫描”，将其中MSS既执行下行链路信号电平测量又执行RNG-REQ消息传输的后种情况称为“主动扫描”。
接收通过主动扫描发送的RNG-REQ消息的候选目标BS经由RNG-RSP传输向MSS提供上行链路参数调节值和所估计的服务电平。当服务BS的下行链路信号电平小于通过扫描处理收集的候选目标BS的信号电平时，MSS向服务BS发送切换请求(HO-REQ)消息，从而开始切换处理(步骤425)。
HO-REQ消息可以包括涉及多个候选目标BS的信息。接收HO-REQ消息的服务BS通过与候选目标BS的信息交换来选择最好的目标BS，并且通过切换响应(HO-RSP)消息将所选择的最好的目标BS通知MSS。接收HO-RSP消息的MSS向服务BS发送切换指示(HO-IND)消息，并且当接收到HO-IND消息时，服务BS收回分配给MSS的所有系统资源(步骤427)。
从与来自目标BS的下行链路同步和获得相关的参数的处理开始，MSS开始到目标BS的网络再进入处理(步骤431)。随后，MSS通过上行链路参数获取过程(步骤433)和测距过程(步骤435)执行上行链路参数调节处理(步骤437)。
在成功地调节了上行链路参数之后，MSS用新的服务BS执行授权处理(步骤439)，并通过向新的服务BS执行注册处理来利用MAC层建立连接(步骤441)。通过这样做，MSS通常可以利用新的服务BS来执行数据发送/接收，并且在后面的处理中可以被分配新的IP地址(步骤443)。
如上所述，在传统技术中，当响应于RNG-REQ消息而发送RNG-RSP消息时，BS可以向相应的SS分配CID，并且可以为后面的非基于竞争的RNG-REQ消息的传输分配上行链路资源。这样，这样的资源对于旨在小区选择和拓扑获取的SS来说是不必要的。
发明内容
传统技术的缺点在于，在网络拓扑获取处理或网络再进入处理中，经历切换的SS执行基于竞争的测距传输。这不仅可导致网络资源的浪费，而且可导致不期望的相当大的延迟，并且变成了导致用于试图切换的SS的服务业务的质量下降的直接原因。
此外，在传统技术中，当目标BS为快速测距分配信息元素时，需要目标BS分配能够如上所述接受最大RTD的资源，导致资源的低效使用，并且在扫描处理中发生的基于竞争的测距请求导致不期望的相当大的延迟。
因此，本发明的目的是提供一种在使用小区方案的宽带无线接入通信系统中用于更有效地进行测距处理工作的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种在宽带无线接入通信系统中在扫描切换期间的用于通过从目标基站接收所分配的临时连接标识符(CID)而更快速地执行切换的方法和装置。
本发明的再一个目的是提供一种在宽带无线接入通信系统中用于通过由用户站有效地估计用于被请求进行切换的目标基站的往返行程时延(RTD)来更快速地执行切换的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种在宽带无线接入通信系统中用于在切换期间通过基于短距CID，利用目标基站执行快速测距来更快速地执行切换的方法和装置。
根据本发明的第一方面，提供了一种在宽带无线通信系统中用于由用户站(SS)来执行切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务基站(BS)，与SS通信；以及至少一个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：从服务BS和邻近BS接收下行链路信号；测量从服务BS接收的下行链路信号和从邻近BS接收的下行链路信号之间的到达时间差；以及向服务BS发送所测量的到达时间差。
根据本发明的第二方面，提供了一种在宽带无线通信系统中用于由用户站(SS)执行的从服务基站(BS)到从多个邻近BS中选择出来的目标BS的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：向目标BS发送测距请求消息；响应于测距请求消息而从目标BS接收包括分配给SS的临时连接标识符(CID)的测距响应消息；以及当确定到目标BS的切换时，通过临时CID从目标BS接收所分配的快速测距信息元素。
根据本发明的第三方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于由用户站(SS)执行的从服务基站(BS)到从多个邻近BS中选择出来的目标BS的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：测量从目标BS接收的下行链路信号相对于从服务BS接收的下行链路信号的到达时间差；使用所测量的到达时间差估计SS和邻近BS之间的往返行程时延；以及向服务BS发送包括所估计的往返行程时延的切换请求消息。
根据本发明的第四方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于由用户站(SS)执行的从服务基站(BS)到从多个邻近BS中选择出来的目标BS的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：测量从服务BS发送的信号的载波-干扰和噪声比(CINR)；以及将所测量的结果值与预定阈值进行比较。如果所测量的结果值小于阈值，则扫描邻近BS，检测从邻近BS发送的信号，并测量所检测的信号的CINR和相对于从服务BS发送的信号的信号到达时间差；在扫描邻近BS之后，发送包括所测量的信号到达时间差的切换请求消息；当响应于切换请求消息而从服务BS接收切换响应消息时，向服务BS发送切换指示消息；以及对于到目标BS的切换，利用由信号达到时间差反应的往返行程时延(RTD)来执行网络再进入处理。
根据本发明的第五方面，提供了一种在宽带无线通信系统中用于支持由服务基站(BS)执行的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与用户站(SS)进行数据通信；以及至少一个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：从SS接收包括由SS测量的来自服务BS的下行链路信号和来自所选择的邻近BS的下行链路信号之间的到达时间差的切换请求消息；通过到达时间差估计往返行程时延(RTD)信息；以及向所选择的邻近BS发送所估计的RTD信息。
根据本发明的第六方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于支持由服务基站(BS)执行的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与用户站(SS)进行数据通信；以及至少一个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：从SS接收包括由SS估计的SS和所选择的邻近BS的邻近BS之间的往返行程时延(RTD)信息的切换请求消息；以及向所选择的邻近BS发送RTD信息。
根据本发明的第七方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于支持由服务基站(BS)执行的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与用户站(SS)通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：当从特定SS接收到切换请求消息时，使用涉及切换请求消息的信息生成切换表格；向邻近BS发送包括涉及发送切换响应消息的SS的信息的切换通告消息；当从邻近BS接收到与切换通告消息对应的切换通告响应消息时，使用在切换通告响应消息中包含的信息来更新切换表格；通过分析在切换通告响应消息中包括的临时连接标识符(CID)，来设置能够给SS提供适当的服务级别的目标BS，并向目标BS发送指示SS将被切换给目标BS的切换确认消息；以及在发送切换确认消息之后，向SS发送包括关于目标BS和临时CID的信息的切换响应消息。
根据本发明的第八方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于支持由服务基站(BS)执行的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与特定用户站(SS)通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：从服务BS接收包括SS和目标BS之间所估计的往返行程时延的切换通告消息；确定批准在切换通告消息中包括的由切换请求SS所请求的切换，确定可以提供给SS的带宽和服务级别；向服务BS发送切换通告响应消息，在该切换通告响应消息中包括所确定的信息；以及当响应于切换通告响应消息从服务BS接收到切换确认消息时，向SS分配用于快速测距的由所估计的往返行程时延反映的快速测距信息元素。
根据本发明的第九方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于执行由用户站(SS)进行的从服务基站(BS)到从多个邻近BS中选择目标BS的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该方法包括步骤：基于对于服务BS的往返行程时延(RTD)值以及从服务BS接收的信号和从目标BS接收的信号之间的信号到达时间差来估计对于目标的RTD值；向目标BS发送对于服务BS的所估计的RTD值；以及确定执行到目标BS的切换，并从目标BS接收包括所分配的快速测距信息元素和所估计的RTD值的消息。
根据本发明的第十方面，提供了一种在宽带无线通信系统中，用于执行从服务基站(BS)到从多个邻近BS中选择的目标BS的切换的用户站(SS)装置，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近。该用户站(SS)装置包括：接收器，用于计算从服务BS接收的信号和从目标BS接收的信号之间的到达时间差；介质访问控制(MAC)处理器，用于基于对于服务BS的往返行程时延(RTD)值和由接收器计算的到达时间差来估计对于目标BS的RTD值；以及发送器，用于向服务BS或目标BS发送由MAC处理器估计的对于目标BS的RTD值。
附图说明
通过下面结合附图所进行的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是描述支持切换的宽带无线接入通信系统的结构的图；
图2是描述TDDOFDMA宽带无线通信系统的时间-频率域的帧结构的图；
图3是描述宽带无线接入通信系统中用于补偿由于BS和SS之间的位置差所导致的往返行程时延(RTD)的初始测距过程的图；
图4是描述根据IEEE802.16e通信系统标准的MSS的初始网络进入和切换过程的流程图；
图5是描述由于MSS的移动而发生的切换情况的图；
图6是描述根据本发明的第一实施例的通过快速测距的基于主动扫描的切换过程的信令图；
图7是描述根据本发明的第二实施例的通过快速测距的基于被动扫描的切换过程的信令图；
图8是描述根据本发明的实施例的在SS装置中的收发器的结构的框图；
图9是描述根据本发明的实施例的由SS执行的切换过程的流程图；
图10是描述根据本发明的实施例的由服务BS执行的切换过程的流程图；以及
图11是根据本发明的实施例的由目标BS执行的切换过程的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的几个优选实施例；在下面的描述中，为了简明的目的，省略了合并于此的公知功能和结构的详细描述。
本发明提出了一种间接初始测距(IIR)方法，用于减少在切换期间目标基站(BS)所执行的初始测距处理中需要的时间延迟。
根据本发明的IIR方法通过经由在扫描处理期间从目标BS接收的下行链路帧先导信号(preamble)(DFP)来允许用户站(SS)估计往返行程时延(RTD)而减少了扫描开销，并最小化时间延迟。
在本发明中，在切换期间，为了区分相应的SS，分配快速测距信息元素(IE)的BS使用16位临时连接标识符(CID)来代替48位MAC地址，从而提高了资源效率。
另外，本发明通过允许在用于切换的扫描期间从目标BS向SS分配临时CID而使得在切换期间可以进行快速测距。
现在将参照图5至11来详细描述本发明的优选实施例。
参照图5，将对其中在宽带无线接入通信系统中发生切换的情况作主要描述。
图5是描述由于MSS的移动而导致的切换情况的图。参照图5，当正在由BS#1520服务的MSS#1510移动到BS#2530时，BS#1520试图将MSS#1510切换给BS#2530。在这种情况下，根据本发明，BS#1520、MSS#1510和BS#2530执行快速测距处理。这里，如上所述，BS#1520和BS#2530可以通过连接到其的有线网络540而交换信息。
在这种结构中，传统的快速测距方法允许MSS#1510向BS#2530发送基于非竞争的初始测距请求，从而使得进行更快的测距。然而，传统的快速测距方法导致了低效率的BS#2530的资源分配。也就是说，BS#2530应当分配能够接受MSS#1510和BS#2530之间的RTD的资源。另外，BS#2530应当使用48位MAC地址，以通过UL-MAP消息在资源分配通告处理中指派SS#1510。因此，本发明通过图6和7提出了一种有效的快速测距方法。
如上所述，将其中SS对从邻近BS接收的信号的电平进行测量以执行切换的扫描处理划分为被动扫描(其中，SS仅测量来自目标BS的下行链路信号的电平)和主动扫描(其中，SS既执行下行链路信号电平测量也执行RNG-REQ消息传输)。现在将对于基于被动扫描的快速测距方法和基于主动扫描的快速测距方法分别做出详细描述。
第一实施例(基于主动扫描的切换过程)
图6是描述根据本发明的第一实施例的通过快速测距的基于主动扫描的切换过程的信令图。参照图6，根据本发明的第一实施例的切换方法通过16位CID分配上行链路资源，而不是在传统快速测距方法中使用的SS的48位MAC地址。
参照图6，需要切换的SS#1610向BS#1620发送扫描请求(SCN-REQ)消息(步骤641)，并响应于SCN-REQ消息从BS#1620接收扫描响应(SCN-RSP)消息(步骤643)。此后，SS#1610根据主动扫描处理向BS#2630发送初始测距请求(RNG-REQ)消息(步骤645)。BS#2630响应于RNG-REQ消息向SS#1610发送测距响应(RNG-RSP)消息(步骤647)。这样，根据本发明的实施例，BS#2630可以向SS#1610分配临时CID。临时CID表示可被SS#1610临时使用、以执行用于切换的对于目标基站(即BS#2630)的初始测距。因此，可以实现BS#2630，以便如果直到特定时间也没有使用所分配的临时CID从SS#1610发送的业务，则取消所分配的临时CID。
在完成扫描过程之后，如果SS#1610向BS#1620发送用于切换到BS#2630的切换请求(HO-REQ)消息(步骤649)，则BS#1620使用切换通告(HO-Notification)消息通知BS#2630由SS#1610所请求的切换(步骤651)。然后，BS#2630使用切换通告响应(HO-Notification.Response)消息告知BS#1620是否接受切换(步骤653)。BS#1620接收HO-Notification.Response消息，并且如果确定BS#2630可以接受切换，则将BS#2630确定为SS#1610将被切换至其的目标BS。此后，BS#1620向BS#2630发送切换确认(HO-Confirm)消息(步骤654)。
此后，BS#1620响应于来自SS#1610的HO-REQ消息，使用切换响应(HO-RSP)消息通告SS#1610该BS#2630是否接受切换(步骤655)。然后，SS#1610向BS#1620发送切换指示(HO-IND)消息(步骤657)，从而做出最后的切换决定。
当BS#2630从SS#1610接受切换请求时，它可以通过快速测距IE分配将一个基于非竞争的初始测距请求消息传输机会给予SS#1610(步骤659)。根据本发明的实施例，快速测距IE分配可以使用在扫描处理中分配的临时CID来代替SS#1610的MAC地址。在给定所述SS#1610的MAC地址通常包括48位且CID通常包括16位的情况下，使用临时CID可以有助于减少资源。
此后，SS#1610向/从BS#2630发送/接收RNG-REQ消息和RNG-RSP消息(步骤661和663)，从而执行初始测距。
前述根据本发明的第一实施例的方法是基于主动扫描的方法，其不能确保快速测距，因为在前述处理中发生了基于竞争的初始测距请求消息传输。本发明的第二实施例提出了一种间接初始测距(IIR)方法，作为能最小化切换延迟的另一种方法。
IIR方法允许希望执行切换的SS省略主动扫描处理，并允许目标BS利用较高的资源效率来分配快速测距IE，从而使得能够进行具有较高资源效率的快速切换。现在将参照图7来详细描述根据本发明的第二实施例的IIR方法。
第二实施例(基于IIR的切换过程)
图7是描述根据本发明的第二实施例的通过快速测距的基于被动扫描的切换过程的信令图。图7描述了在本发明中提出的用于快速切换的IIR过程，其中，在切换期间执行的网络拓扑获取过程中，SS通过使用从服务BS和目标BS发送的参考信号之间的到达时间差来简单估计目标BS的RTD值，而无需向/从目标BS发送/接收测距消息。
参照图7，希望执行切换的SS#1710从BS#1720接收其每个具有TDD/FDD帧持续时间周期的周期性下行链路帧先导信号(DFP)741a、741b、741c、745和749。SS#1710可以基于从BS#1720周期性地发送的DFP信号741a、741b、741c、745和749生成和校正其自己的时钟。
如果从BS#1720发送的DFP741b的载波-干扰和噪声比(carrier-to-interferenceandnoiseratioCINR)值低于特定阈值，则SS#1710向BS#1720发送SCN-REQ消息，以搜索新的BS，然后从BS#1720接收SCN-RSP消息，以执行扫描(步骤743)。
这样，SS#1710接收从BS#2730发送的DFP747，并可以通过其基于从BS#1720周期性地发送的DFP741a、741b、741c、745和749而生成/校正的自己的时钟来测量来自BS#1720的DFP745和来自BS#2730的DFP747之间的差值Δ(770)，即下行链路帧先导信号到达的时间差(DTPA)。
SS#1710可以通过所测量的DTPA值770来估计对于BS#2730的RTD值RTD_BS2。根据等式1，可以利用BS#1720通过测距处理而测量的RTD值RTD_BS_1和DTPA值770来估计RTD_BS2。
RTD_BS2＝RTD_BS1+2DTPA………(1)
参照等式1，可以将SS#1710和BS#2730之间的RTD值RTD_BS2估计为通过在SS#1710和BS#1720之间的RTD值RTD_BS1中反映BS#1720和BS#2730之间的往返行程时间差(2×DTPA)而确定的值。因此，所估计的BS#2730的RTD值RTD_BS2可被用作当SS#1710将其发送到BS#2730时可以被反映的时间校正值。这里，可以通过利用SS#1710和BS#2730的初始测距请求/响应来获得所估计的BS#2730的RTD值RTD_BS2。
为了使BS#2730利用较高的资源效率将快速测距IE分配给SS#1710，SS#1710需要知道作为要被应用于上行链路传输的校正值的RTD_BS2值。为此，本发明的第二实施例在HO-REQ消息传输处理中允许SS#1710包括所测量的DTPA值770或RTD_BS2值(步骤751)。
接收HO-REQ消息的BS#1720在HO-pre-Notification(即HO-Nofication)消息中包括所接收的估计的DTPA值或所估计的RTD_BS2(ERTD)值，并将HO-pre-Notification消息发送给BS#2730(步骤753)。通过经由从BS#1720接收的HO-pre-Notification消息反映SS#1710的RTD_BS2校正值，BS#2730可以利用较高的资源效率来执行快速测距IE分配。
与本发明的第一实施例类似，本发明的第二实施例也可以使用16位CID来代替SS#1710的48位MAC地址。也就是说，BS#2730将临时CID分配给通过HO-pre-Notification消息而识别的SS#1710，并且通过HO-pre-Notification.Response(即HO-Notification.Response)消息通知BS#1720该临时CID的分配(步骤755)。然后，接收HO-pre-Notification.Response消息的BS#1720确定BS#2730可以接受切换，并将BS#2730选择为SS#1710将被切换到其的目标BS。然后，BS#1720向BS#2730发送HO-Confirm消息(步骤756)。此后，BS#1720通过HO-RSP消息通知SS#1710所接收的临时CID(步骤757)。
接收HO-RSP消息的SS#1710将HO-IND消息发送到BS#1720(步骤759)，并从BS#2720接收快速测距IE(步骤761)。此后，SS#1710和BS#2730在根据图6所述的方法中彼此交换RNG-REQ消息和RNG-RSP消息(步骤763和765)，执行初始测距。
虽然根据本发明的第一实施例的基于主动扫描的切换方法允许当从目标BS(即BS#2)接收RNG-RSP消息时向用户站(即SS#1)分配临时CID，但是优选的是，根据本发明的第二实施例的基于被动扫描的切换方法允许当从BS#2接收HO-RSP消息时向SS#1分配临时CID。
表1到表4描述了消息格式，其中，应当根据本发明的实现而部分修改或添加字段。
表1
句法 大小
HO-REQ_Message_Format(){
Message_Type 8位
N_Recommended 8位
所估计的HO时间 8位
For(j＝0；j＜N_Recommended；j++){
邻近BSID 48位
BS CINR 8位
DTPA or ERTD 8位
服务级别预测 8位
}
}
表2
句法 大小
HO-RSP_Message_Format(){
Message_Type 8位
所估计的HO时间 8位
N_Recommended 8位
For(j＝0；j＜N_Recommended；j++){
邻近BSID 48位
临时CID 16位
服务级别预测 8位
}
}
表3
句法 大小
HO-pre-Notification_Message_Format(){
全局报头 152位
For(j＝0；j＜Num_Records；j++){
SS唯一标识符 48位
所估计的HO时间 8位
所需的BW 8位
所需的QoS 8位
ERTD 8位
}
安全字段 48位
CRC字段 8位
}
表4
句法 大小
HO-pre-Notification_response_Message_Format(){
全局报头 152位
For(j＝0；j＜Num_Records；j++){
SS唯一标识符 48位
所估计的BW 8位
所估计的QoS 8位
临时CID 16位
}
安全字段 48位
CRC字段 8位
}
参照表1到表4，表1的HO-REQ消息格式应当具有被添加到传统消息格式中的DTPA或所估计的RTD(ERTD)字段，表2的HO-RSP消息格式应当具有被添加到传统消息格式中的临时CID字段，表3的HO-pre-Notification消息格式应当具有被添加到传统消息格式中的ERTD字段，并且表4的HO-pre-Notification.Response消息格式应当具有临时CID字段，其代替传统消息格式中的Ack/Nack字段。
参照图8，将对用于执行根据本发明的实施例的切换方法的SS的收发器进行描述。
图8是描述用于执行在图7中所述的SS的操作的装置的框图。参照图8，该SS装置包括接收器810、MAC处理器820以及发送器830。接收器810包括DFP处理模块(DPM)840、时间生成模块(TGM)850、DTPA计算模块860、用于接收数据处理的快速傅立叶变换(FFT)单元870以及解调器和FEC解码器880。
DPM840是这样的模块，其被用于处理从当前服务BS接收的DFP或参考信号，测量服务BS的CINF，且如果所测量的CINR下降到低于阈值，则通知MAC处理器820所测量的CINR的下降。此外，DPM840向TGM850通知周期性的DFP到达时间，并且响应于MAC处理器820的扫描请求而接收邻近BS的DFP。另外，DPM840向DTPA计算模块860通知通过扫描接收的邻近BS的DFP的到达时间，并将在DFP之后接收的数据发送到FFT单元870。
TGM850通过从DPM840周期性接收到的信号而生成其自己的时钟信息，并将参考时间值提供给DTPA计算模块860。DTPA计算模块860计算基于由TGM850提供的参考时间信息而估计的当前服务BS的DFP到达时间与DPM840所提供的新的BS的DFP到达时间之间的差值DTPA(或Δ)。
该差值被提供给MAC处理器820，MAC处理器820向发送器830发送扫描请求消息，并响应于从DPM840接收的新BS搜索请求而命令DPM840搜索新的BS。当从DTPA计算模块860接收到所计算的DTPA值时，MAC处理器820基于所接收的DTPA值来估计对于新的BS的RTD值。
发送器830将从MAC处理器820接收的消息发送到服务BS或新的BS。
参照图9到图11，将描述根据本发明的实施例的由SS、服务BS和目标BS执行的切换过程。
图9是描述根据本发明的实施例的由SS执行的切换过程的流程图。参照图9，SS在每帧测量从服务BS接收的DFP的CINR值(步骤901)。如果所测量的值DFPCINR sevingBS小于预定阈值TH_a(步骤903)，则SS开始扫描邻近BS(步骤905)。在扫描处理中，SS检测从邻近BS发送的DFP信号，测量DFP信号的CINR值，并通过图8所示的装置来测量DTPA值(步骤907)。
此后，SS完成对于服务BS通知的所有邻近BS的扫描(步骤909)，并将BS设置为其考虑向该BS进行切换。可以以多种方式来实现用于将BS设置为考虑向其进行切换的方法。在本发明中，SS如下生成HO-REQ消息：在其内包括每个BS的BSID、CINR和DTPA，并仅考虑在扫描处理中测量的CINR值大于阈值的BS。然后，SS向服务BS发送HO-REQ消息(步骤911)。然而，本发明不限于此方法，可以使用许多其他方法来设置目标BS。
SS发送切换所需的所期望的时间以及HO-REQ消息。此后，SS从服务BS接收HO-RSP消息(步骤913)。SS检测包括在HO-RSP消息中的由目标BS分配的临时CID。此后，SS将HO-IND消息返回到服务BS(步骤915)，最后，SS将上行链路传输时间向着所选择的目标BS移动ERTD值(步骤917)，并执行用于切换的网络再进入处理(步骤919)。
图10是描述根据本发明的实施例的响应于SS的切换请求由服务BS执行的切换过程的流程图。参照图10，服务BS从特定SS接收HO-REQ消息(步骤1001)。HO-REQ消息包括SS所考虑的用于切换的所估计的切换时间(EHOT)，以及候选目标BS的相关信息(CINR、DTPA和ERTD)。
当接收到HO-REQ消息时，服务BS使用关于HO-REQ消息的信息来构造切换表格(步骤1003)。所述切换表格如表5所示，可以实现服务BS以利用在表5中所示的切换表格来管理关于HO-REQ消息的信息(步骤1009)。
表5
Figure A20058000466700271
如表5所示，通过在水平轴上列举服务BS的邻近BS和在垂直轴上列举发送HO-REQ消息的SS，切换表格在其内写入包括在HO-REQ消息中的信息以及应当通过后面的操作而收集的信息元素。
参照表5，将描述通过HO-REQ消息而考虑切换到邻近BS的BS#1到BS#i的SS#1。
在HO-REQ消息中，SS#1包括通过扫描选择出来的BS#1到BS#i的估计的切换时间EHOT_1和CINR_1-1/ERTD_1-1到CINR_1-i/ERTD_1-i，并且向服务BS发送HO-REQ消息，服务BS在如表5所示的切换表格中写入所接收的信息。此外，服务BS基于SS#1所写入的信息来分析指示SS#1所需的带宽的SS#1的需要带宽(R_BW_1)以及指示SS#1所需的服务质量(QoS)的SS#1的需要QoS(R_QoS_1)，并且在表5的R_BW和R_QoS字段中写入R_BW_1和R_QoS_1。以这种方式，服务BS在表格5的切换表格中写入从另一个SS接收的HO-REQ信息。
此后，服务BS试图与邻近BS通信，以完成其自己的切换表格。管理表5的切换表格的服务BS首先向BS#1发送HO-pre-Nofification(即HO-Notification)消息，该HO-pre-Nofification消息包括SS#1到SS#m的ID(MAC地址)/EHOT_1/ERTD_1-1/R_BW_1/R_QoS_1到ID(MAC地址)/EHOT_m/ERTD_1-m/R_BW_m/R_QoS_m。另外，服务BS在HO-pre-Notification消息中包括前述信息，并且将HO-pre-Notification消息发送到BS#2到BS#n(步骤1005)。
在发送HO-pre-Notification消息之后，服务BS从邻近BS接收HO-pre-Notification.Response(即HO-Notification.Response)消息(步骤1007)，并且该HO-pre-Notification.Response消息包括关于包含在HO-pre-Notification消息中的SS的信息。所述信息包括可以由发送HO-pre-Notification.Response消息的BS提供给SS的所提供的带宽(P_BW)、所提供的QoS(P_QoS)和临时CID(T_CID)。如果T_CID值为0x0000，则意味着发送HO-Notification.Response消息的BS不能接受SS。
此后，服务BS在切换表格中反映包括在HO-pre-Notification消息的信息(步骤1009)。基于所反映的信息，服务BS确定指示所预测的服务级别的服务级别预测(SLP)值，邻近BS可以根据所预测的服务级别向相应的SS提供服务。随后，服务BS确定可以为请求切换的SS提供合适的SLP值的BS，并将HO-Confirm消息发送到所确定的BS(步骤1011)，从而通知接收HO-Confirm消息的BS，SS将向其执行切换。
服务BS在HO-RSP消息中包括关于发送HO-Confirm消息的BS的信息(BSID和SLP)，并将HO-RSP消息发送到相应的SS(步骤1013)。如果服务BS响应于所发送的HO-RSP消息而接收HO-IND消息(步骤1015)，则其在表5的切换表格中反映包括在HO-IND消息中的最后的目标BS信息，从而完成该过程。
图11是描述根据本发明的实施例的响应于来自SS的切换请求而由目标BS执行的切换过程的流程图。参照图11，目标BS从服务BS接收HO-pre-Notification消息(步骤1101)，从而开始切换过程。基于包括在HO-pre-Notification消息中的SS信息，目标BS确定其是否批准SS所请求的切换(步骤1103)。
如果目标BS可以批准该切换，则目标BS确定要分配给相应SS的临时CID(T_CID＝一个除了0x0000之外的值)(步骤1109)，并确定可以被提供给SS的P_BW和P_QoS(步骤1111)。随后，目标BS在HO-pre-Notification.Response消息中包括所确定的信息，并将该HO-pre-Notification.Response消息发送给发送HO-pre-Notification消息的服务BS(步骤1113)。此后，如果目标BS从服务BS接收到HO-Confoirm消息(步骤1115)，则目标BS向包括在HO-Confirm消息中的SS分配用于快速测距的快速测距IE(步骤1117)。
这里，根据本发明实施例的目标BS反映通过HO-pre-Notification消息提供的SS的ERTD，而不是分配快速测距IE，从而其可以基于小区覆盖范围而接受最大的RTD，从而分配具有较高的资源效率的间隔。
然而，如果目标BS不能接收通过HO-pre-Notification消息通知的SS的切换请求，则目标BS将临时CIDT_CID设置为0x0000(步骤1105)，并发送包括否定切换请求的T_CID信息的HO-pre-Notification.Response消息(步骤1107)。
如上所述，本发明允许BS分配用于快速测距的快速测距IE使用16位CID来代替相应SS的48位MAC地址，从而提高了无线资源的效率。另外，根据本发明的实施例的IIR方法在扫描处理中允许SS仅接收新的BS的DFP，并经由服务BS通知该新的BS可以基于DFP而估计的对于新的BS的RTD值，从而减少扫描开销和延迟，并使得目标BS可以执行具有较高的资源效率的快速测距IE分配。
虽然已参照本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当明白，在不背离如所附权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出各种形式上和细节上的变化。

Claims (17)

1.一种在宽带无线通信系统中用于由用户站SS来执行切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务基站BS，与SS通信；以及至少一个邻近BS，与所述服务BS邻近，该方法包括步骤：
从服务BS和至少一个邻近BS接收下行链路信号；
测量从服务BS接收的下行链路信号和从至少一个邻近BS接收的下行链路信号之间的到达时间差；
向服务BS发送包括所测量的到达时间差的切换请求消息，以及
确定执行到特定邻近BS的切换；以及响应于其中反映到达时间差的切换请求消息来从至少一个邻近BS接收快速测距信息，
其中，所述方法还包括：
在发送切换请求消息之后，响应于切换请求消息，从服务BS接收包括分配给SS的临时连接标识符CID的切换响应消息；
当确定到特定邻近BS的切换时，从特定邻近BS接收快速测距信息元素；以及
当接收到快速测距信息元素时，通过临时CID执行与特定邻近BS的初始测距。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述到达时间差是用于补偿由所述特定邻近的BS和位于距服务BS一距离内的SS之间的信号发送/接收导致的往返行程时延RTD的值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，依据下式，使用来自服务BS的下行链路信号的RTD值RTD_BS1和来自服务BS的下行链路信号与来自至少一个邻近BS的下行链路信号之间的到达时间差、即下行链路帧先导信号到达时间差DTPA来估计RTDRTD_BS2：
RTD_BS2＝RTD_BS1+2DTPA，
其中，RTD_BS2表示对于所述特定邻近BS的RTD值。
4.一种在宽带无线通信系统中用于由用户站SS执行的从服务基站BS到从多个邻近BS中选择出来的目标BS的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近，该方法包括步骤：
测量从目标BS接收的下行链路信号和从服务BS接收的下行链路信号之间的到达时间差；
使用所测量的到达时间差估计SS和多个邻近BS之一之间的往返行程时延RTD；
向服务BS发送包括所估计的RTD的切换请求消息，
从目标BS接收由所估计的RTD调节的快速测距信息元素；以及
当接收到快速测距信息元素时，执行用于切换到目标BS的初始测距，
其中，所述方法还包括：
在发送切换请求消息之后，响应于切换请求消息，从服务BS接收包括分配给SS的临时连接标识符CID的切换响应消息；
当确定到目标BS的切换时，从目标BS接收快速测距信息元素；以及
当接收到快速测距信息元素时，通过临时CID执行与目标BS的初始测距。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，从目标BS接收的下行链路信号相对于所述从服务BS接收的下行链路信号的到达时间差是这样的值：其被用于补偿由目标BS和位于距服务BS一距离内的SS之间的信号发送/接收导致的RTD。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，依据下式，使用来自服务BS的下行链路信号的RTD值RTD_BS1和来自服务BS的下行链路信号与来自该目标BS的下行链路信号之间的到达时间差、即下行链路帧先导信号到达时间差DTPA来估计RTDRTD_BS2：
RTD_BS2＝RTD_BS1+2DTPA，
其中，RTD_BS2表示对于所述目标BS的RTD值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将对于目标BS的RTD用于在SS发送上行链路信号到目标BS时通过SS和目标BS之间的初始测距反映的时间校正。
8.根据权利要求4所述的方法，还包括步骤：
通过从服务BS发送的切换通告消息，由目标BS识别SS；以及
由目标BS向所识别的SS分配相应的临时CID，并向服务BS发送包括该临时CID的切换通告响应消息，
其中，所述服务BS通过切换响应消息向所述SS发送从目标BS接收的临时CID。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述临时CID是被SS临时使用以执行对于目标BS的初始测距的CID，其包括16位。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，如果直到预定时间也没有使用所分配的临时CID的业务连接，则所述目标BS收回该临时CID。
11.一种在宽带无线通信系统中用于由用户站SS执行的从服务基站BS到从多个邻近BS中选择的目标BS的切换的方法，所述宽带无线通信系统包括：服务BS，与SS通信；以及多个邻近BS，与所述服务BS邻近，该方法包括步骤：
基于对于服务BS的往返行程时延RTD值以及从服务BS接收的信号和从目标BS接收的信号之间的到达时间差来估计对于目标BS的RTD值；
向服务BS发送包括对于目标BS的所估计的RTD值的切换请求消息；以及
确定执行到目标BS的切换，并从目标BS接收包括所分配的快速测距信息元素和对于目标BS的所估计的RTD值的消息，
其中，切换请求消息还包括从服务BS接收的信号和从目标BS接收的信号之间的到达时间差，其中，在发送切换请求消息之后，所述SS从服务BS接收包括由目标BS分配的临时连接标识符CID的切换响应消息。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过如下来计算所述对于目标BS的所估计的RTD值：
RTD_BS2＝RTD_BS1+2DTPA
其中，RTD_BS2表示对于目标BS的RTD值，RTD_BS1表示对于服务BS的RTD值，DTPA表示从服务BS接收的信号和从目标BS接收的信号之间的到达时间差。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，从服务BS和目标BS接收的、用于计算到达时间差的信号是下行链路帧先导信号DFP信号。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述SS使用所分配的临时CID执行与目标BS的初始测距。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述临时CID是被SS临时使用以执行对于目标BS的初始测距的CID，其包括16位。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，如果直到预定时间也没有使用所分配的临时CID的业务连接，则所述目标BS收回该临时CID。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，当接收所分配的快速测距信息元素时，SS通过所分配的快速测距信息元素执行与目标BS的快速测距。
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