專利名稱：用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換方法。
背景技術(shù)：
隨著寬帶無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求不斷增加，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)吞吐量和覆蓋范圍等性能的增強(qiáng)提出了更高的要求。這不僅需要采用先進(jìn)傳輸技術(shù)，還需要新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)支持。在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入中繼技術(shù)，不但能夠提升用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率，還能擴(kuò)大無(wú)線通信的覆蓋范圍進(jìn)而達(dá)到一致數(shù)據(jù)傳輸速率(uniform data rate)的特性，從而彌補(bǔ)現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，降低網(wǎng)絡(luò)投資和運(yùn)營(yíng)成本，因此是一種極具吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力的未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，終端的移動(dòng)性以及無(wú)線傳播信道的時(shí)變性會(huì)實(shí)時(shí)地影響用戶當(dāng)前鏈路的傳輸質(zhì)量，為保證用戶始終保持正常的通信，系統(tǒng)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化即時(shí)地調(diào)整和建立新的通信鏈路，并實(shí)現(xiàn)新舊鏈路間的平滑切換。切換作為一項(xiàng)重要的移動(dòng)性管理功能，同時(shí)也是移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵特征，其流程提供以及觸發(fā)和決策機(jī)制將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。
中繼技術(shù)的應(yīng)用也給蜂窩網(wǎng)絡(luò)的切換機(jī)制和決策方法帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，原有的切換機(jī)制將無(wú)法適應(yīng)新的系統(tǒng)要求。
首先，在傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，切換僅在源基站、目的基站和終端三種網(wǎng)絡(luò)元素之間進(jìn)行。隨著中繼技術(shù)的引入，在網(wǎng)絡(luò)中除了原有的基站、終端之外，還增加了中繼站這種新的網(wǎng)絡(luò)元素，而且傳輸?shù)穆窂揭搽S之增加了基站與中繼站之間的中繼鏈路，以及中繼站與用戶之間的用戶鏈路，可見(jiàn)由于可切換目標(biāo)的增加以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜化，蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換較之傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)將更加復(fù)雜。
其次，與現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同，由于引入了中繼站，蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中的用戶鏈路將存在多種類型的切換。除了在基站間的切換外，用戶還可能在相鄰小區(qū)的基站與中繼站、中繼站與中繼站之間切換。并且切換不僅會(huì)發(fā)生在小區(qū)邊界處，還可能會(huì)發(fā)生在小區(qū)內(nèi)部，即用戶在同一小區(qū)內(nèi)的基站與中繼站、中繼站與中繼站之間切換。
不論是哪類切換，都需要在更改通信鏈路時(shí)仍能進(jìn)行正常的通話，而且還要做到快速、有效，這樣才有利于降低整個(gè)系統(tǒng)干擾，減少掉話，提高系統(tǒng)容量。
顯然，傳統(tǒng)的不同小區(qū)基站之間的切換機(jī)制和決策方法已不適用于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)，所以應(yīng)當(dāng)針對(duì)蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，重新考慮在引入中繼技術(shù)情況下的切換問(wèn)題。
因此，提供一種新的切換方法，能夠根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息并同時(shí)針對(duì)蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)切換的特點(diǎn)，優(yōu)化切換觸發(fā)及決策方法，盡可能合理、有效的利用有限的系統(tǒng)資源，提高傳輸速率、通信質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)容量，成為兩跳蜂窩中繼系統(tǒng)需要面對(duì)的一個(gè)基本問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)兩跳蜂窩中繼系統(tǒng)的需求和現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適用于BS集中控制的兩跳蜂窩中繼系統(tǒng)的切換觸發(fā)方法和切換決策方法，在考慮切換前后傳輸質(zhì)量的同時(shí)，根據(jù)兩跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞确矫媾c傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比的所具有的新特點(diǎn)，兼顧了切換的延時(shí)及其信令開(kāi)銷，降低了切換請(qǐng)求率和切換失敗率，提高了資源利用率，保證了用戶在移動(dòng)環(huán)境下的通信服務(wù)質(zhì)量。并且通過(guò)對(duì)算法復(fù)雜度和性能增益的折衷考慮，在提高切換性能的同時(shí)盡量減少額外的網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷，以極少的反饋信息換得系統(tǒng)性能的大幅度提高，性能代價(jià)比高，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換觸發(fā)方法，包括步驟(1)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果、切換類型、切換失敗信息、移動(dòng)站的移動(dòng)性以及當(dāng)前業(yè)務(wù)類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)；(2)根據(jù)所述構(gòu)建的代價(jià)函數(shù)計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，并且計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值；(3)在所述備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值小于所述當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值時(shí)，請(qǐng)求將移動(dòng)站切換到與代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站。
其中在步驟(2)中，通過(guò)計(jì)算移動(dòng)站和接入站之間的用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值，得到各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，以及通過(guò)計(jì)算移動(dòng)站與備選接入站之間的用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值，得到當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值。
其中所述接入站是基站或者中繼站，所述備選接入站以及所述目標(biāo)接入站是本小區(qū)中的基站和中繼站，或者是相鄰小區(qū)的基站和中繼站。
其中在步驟(1)中，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)站與備選接入站中的各個(gè)接入站之間鏈路質(zhì)量，得到所述移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果。
其中所述切換類型包括在同小區(qū)中移動(dòng)站從基站到中繼站的切換、從中繼站到基站的切換以及從中繼站到中繼站的切換，在相鄰小區(qū)間移動(dòng)站從本小區(qū)基站到相鄰小區(qū)基站的切換、從本小區(qū)基站到相鄰小區(qū)中繼站的切換、從本小區(qū)中繼站到相鄰小區(qū)基站的切換、從本小區(qū)中繼站到相鄰小區(qū)中繼站的切換。
其中在步驟(1)中，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)站的移動(dòng)速度，得到所述移動(dòng)站的移動(dòng)性。
其中所述業(yè)務(wù)類型是在具體網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定的業(yè)務(wù)類型。
所述切換觸發(fā)方法還包括步驟在所述目標(biāo)接入站不允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，向所述切換觸發(fā)模塊發(fā)送切換失敗通知，并且所述切換觸發(fā)模塊更新與所述切換相對(duì)應(yīng)的切換失敗信息；基于所述更新后的切換失敗信息，執(zhí)行步驟(2)、(3)，并且在所述目標(biāo)接入站允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，通知上層實(shí)體執(zhí)行相應(yīng)的處理。
所述切換觸發(fā)模塊位于移動(dòng)站側(cè)或者網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
按照以下公式計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的代價(jià)函數(shù) 其中，Sl為建立從所述移動(dòng)站到備選接入站rk備選用戶鏈路l對(duì)應(yīng)的切換類型所需的切換信令開(kāi)銷，Pl為從各個(gè)備選用戶鏈路的測(cè)量結(jié)果中獲得的接收功率，μ，λ和ω為權(quán)重因子，且μ，ω均可根據(jù)當(dāng)前待切換移動(dòng)站的業(yè)務(wù)類型自適應(yīng)配置， VMS為速度修正因子，所述速度因子的數(shù)值由具體設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)vMS進(jìn)行設(shè)定，Tlfailure為嘗試切換到備選用戶鏈路l所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站的失敗次數(shù)。
其中按照以下公式計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)flocal＝-P0-VMS其中P0為移動(dòng)站在當(dāng)前用戶鏈路上的接收功率。
其中按照以下公式計(jì)算代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路lmin=argminl{fl}]]>所述切換觸發(fā)方法還包括步驟在所述目標(biāo)接入站不允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，向所述切換觸發(fā)模塊發(fā)送切換失敗通知，并且所述切換觸發(fā)模塊更新更新所述切換對(duì)應(yīng)的切換失敗次數(shù)Tlfailure；如果 小于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則執(zhí)行步驟(2)、(3)，并且在所述目標(biāo)接入站允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，通知上層實(shí)體執(zhí)行相應(yīng)的接入處理；如果 大于或等于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則所述切換結(jié)束。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換決策方法，包括步驟(1)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果、切換類型、切換失敗信息、移動(dòng)站的移動(dòng)性以及當(dāng)前業(yè)務(wù)類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)；(2)根據(jù)所述構(gòu)建的代價(jià)函數(shù)計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，并且計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值；(3)在所述備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值小于所述當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值時(shí)，請(qǐng)求將移動(dòng)站切換到與代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站；(4)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合待切換的移動(dòng)站的當(dāng)前用戶鏈路質(zhì)量、切換類型、當(dāng)前業(yè)務(wù)狀態(tài)和業(yè)務(wù)類型以及用戶類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)函數(shù)；(5)根據(jù)所述構(gòu)建的優(yōu)先級(jí)函數(shù)，計(jì)算各個(gè)待切換移動(dòng)站的優(yōu)先級(jí)；(6)按照優(yōu)先級(jí)從高到低的順序，切換決策模塊對(duì)待切換移動(dòng)站逐個(gè)執(zhí)行切換操作。
其中在步驟(4)中，通過(guò)檢測(cè)移動(dòng)站是否有正在傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)確定所述移動(dòng)站的當(dāng)前業(yè)務(wù)狀態(tài)。
其中在步驟(4)中，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)定義不同用戶的不同級(jí)別來(lái)確定所述用戶類型。
其中按照以下公式構(gòu)建優(yōu)先級(jí)函數(shù)pMSn=ρSIRMSn-ηGMSn-ϵWMSn+σUMSn,]]>其中SINRMSn為待切換移動(dòng)站當(dāng)前用戶鏈路的信號(hào)與干擾加噪聲比，GMSn為對(duì)應(yīng)切換類型所能獲得的資源釋放增益，其中，ρ，η，和σ是權(quán)重因子， WMSn為由具體網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備決定的業(yè)務(wù)級(jí)別參數(shù)，UMSn為由具體網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備決定的用戶等級(jí)參數(shù)。
在本發(fā)明中，所述的兩跳蜂窩中繼系統(tǒng)由多個(gè)蜂窩小區(qū)構(gòu)成，每個(gè)小區(qū)中包含一個(gè)基站BS，一個(gè)或多個(gè)中繼站RS以及一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)用戶終端MS。MS既可以直接通過(guò)BS接入網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)RS建立與BS的連接以接入網(wǎng)絡(luò)。
其中所述BS集中控制的兩跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)是指在該網(wǎng)絡(luò)中對(duì)切換請(qǐng)求的處理和決策必須在BS中進(jìn)行。
其中所述的目標(biāo)接入站是在一次切換過(guò)程中由切換觸發(fā)方法從備選接入站中選出的作為切換目標(biāo)的接入站。這里，接入站是指MS接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)所直接連接的設(shè)備，接入站可以是BS或RS；備選接入站是指MS可能切換至的接入站，備選接入站可以是本小區(qū)BS或RS或者相鄰小區(qū)的BS或RS。
本發(fā)明針對(duì)兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了一種與之相適應(yīng)的切換觸發(fā)方法和切換決策方法，不僅減少了切換的延時(shí)及其信令開(kāi)銷，降低了切換請(qǐng)求率和切換失敗率，保證了用戶在移動(dòng)環(huán)境下的通信服務(wù)質(zhì)量，還使有限的無(wú)線資源得到了有效的利用。同時(shí)以極少的反饋信息換得系統(tǒng)性能的大幅度提高，性能代價(jià)比高，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。


下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。其中圖1示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的切換方法流程圖，包含切換觸發(fā)方法流程圖和切換決策方法流程圖；圖2示出了本發(fā)明涉及的七種切換類型示意圖；圖3示出了本發(fā)明中所提供的二維信令開(kāi)銷矩陣S；圖4示出了本發(fā)明中所提供的二維資源釋放矩陣G；
圖5至圖11示出了為驗(yàn)證本發(fā)明的性能而給出的由BS集中控制并由BS發(fā)起切換的七種切換類型對(duì)應(yīng)的信令流程；圖12和圖13為在圖5至圖11所示的切換流程下計(jì)算得到的信令開(kāi)銷矩陣S′和資源釋放矩陣G′。
圖14示出了用戶數(shù)逐漸變化時(shí)，系統(tǒng)平均切換等待時(shí)延的性能變化曲線。
圖15示出了用戶數(shù)逐漸變化時(shí)，系統(tǒng)信令容量比的性能變化曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1至圖4來(lái)描述本發(fā)明的切換方法。
首先，在MS和其所屬小區(qū)的BS都應(yīng)維護(hù)著該MS的備選接入站集合 ，備選接入站 ，k＝1，2，…，K，K為該MS的備選接入站個(gè)數(shù)。該接入站可以是本小區(qū)BS或RS或者相鄰小區(qū)的BS或RS。
其次，本切換方法包含切換觸發(fā)方法模塊與切換決策方法模塊，其中前者既可以位于MS側(cè)也可以位于網(wǎng)絡(luò)側(cè)，由不同網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備決定。后者位于網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
再次，在BS端應(yīng)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的切換信令開(kāi)銷配置一個(gè)信令開(kāi)銷矩陣S供切換觸發(fā)模塊使用，同時(shí)還要根據(jù)兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑渲靡粋€(gè)資源釋放增益矩陣G供切換決策模塊使用。這里，定義本小區(qū)BS、本小區(qū)RS、相鄰小區(qū)BS、相鄰小區(qū)RS的類型編號(hào)分別為0，1，2，3。則信令開(kāi)銷矩陣S的元素Sij(i＝0，1；j＝0，1，2，3；i，j≠0)和資源釋放增益矩陣G的元素gij(i＝0，1，2，3；j＝0，1；i，j≠0)分別表示從類型編號(hào)為i的接入站向類型編號(hào)為j的接入站切換時(shí)的信令開(kāi)銷和資源釋放增益。信令開(kāi)銷的計(jì)算由具體網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備決定，而在配置切換信令開(kāi)銷矩陣時(shí)需要作歸一化處理，即 ；資源釋放增益表示在MS切換后釋放無(wú)線資源所帶來(lái)的系統(tǒng)性能增益，其具體量化計(jì)算方式由實(shí)際網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備決定最后，MS會(huì)對(duì)備選用戶鏈路的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，獲得在各條備選用戶鏈路上的接收功率等參數(shù)。測(cè)量的時(shí)間間隔由具體網(wǎng)絡(luò)決定。
在MS端每次測(cè)量完成之后，將測(cè)量結(jié)果報(bào)告給位于MS側(cè)或網(wǎng)絡(luò)側(cè)的切換觸發(fā)模塊，該模塊將執(zhí)行以下步驟第一步，切換觸發(fā)模塊獲得備選接入站的類型編號(hào)和當(dāng)前接入站的類型編號(hào)及其相應(yīng)用戶鏈路的測(cè)量結(jié)果。首先根據(jù)當(dāng)前接入站類型編號(hào)i和目標(biāo)接入站類型編號(hào)j，從二維信令開(kāi)銷矩陣中查出建立從該MS到rk的備選用戶鏈路l對(duì)應(yīng)的切換類型所需的切換信令開(kāi)銷Sl＝Sij。然后，從各個(gè)備選用戶鏈路的測(cè)量結(jié)果中獲得其接收功率Pl和待切換MS的當(dāng)前速度vMS。這里，根據(jù)以上參數(shù)以及由業(yè)務(wù)類型決定的權(quán)重因子構(gòu)建一個(gè)代價(jià)函數(shù) 其中，μ，λ和ω為權(quán)重因子，且μ，ω均可根據(jù)當(dāng)前待切換MS的業(yè)務(wù)類型自適應(yīng)配置，以反映不同業(yè)務(wù)類型對(duì)切換時(shí)延的不同要求。 VMS為速度修正因子，該因子的數(shù)值由具體設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)vMS進(jìn)行設(shè)定。Tlfailure為嘗試切換到備選用戶鏈路l所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站的失敗次數(shù)。
第二步，用(1)式計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)，用公式(2)計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)flocal＝-P0-VMS(2)第三步，從第二步計(jì)算得到的所有備選用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值fl中選出最小值及其所對(duì)應(yīng)的鏈路，即lmin=argminl{fl}---(3)]]>如果flmin+lag_th<flocal]]>，則切換觸發(fā)模塊將通知其上層實(shí)體發(fā)起切換請(qǐng)求，要求切換到鏈路lmin所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站，并報(bào)告該MS在鏈路lmin上的SINR值。否則，保持原用戶鏈路。其中，滯后門限 wintra和winter可根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)自行配置。
第四步，若切換觸發(fā)模塊收到切換失敗通知，則更新該切換對(duì)應(yīng)的切換失敗次數(shù)Tlfailure。如果 小于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則轉(zhuǎn)到第二步。如果 大于或等于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則此次切換結(jié)束，切換觸發(fā)模塊通知上層實(shí)體進(jìn)行相應(yīng)的處理。
當(dāng)切換請(qǐng)求到達(dá)切換決策模塊時(shí)，執(zhí)行以下步驟第一步，首先，切換決策模塊從切換請(qǐng)求中獲取待切換MS當(dāng)前用戶鏈路的SINR值SINRMSn(dB)、業(yè)務(wù)狀態(tài)和業(yè)務(wù)類型以及用戶類型，其中MSn為某個(gè)待切換的MS。接著，根據(jù)MSn當(dāng)前接入站類型編號(hào)i和目標(biāo)接入站類型編號(hào)j，從二維資源釋放增益矩陣中查出對(duì)應(yīng)切換類型所能獲得的資源釋放增益gMSn=gij]]>，根據(jù)以上參數(shù)以及由業(yè)務(wù)類型決定的權(quán)重因子構(gòu)建一個(gè)優(yōu)先級(jí)函數(shù)pMSn=ρSIRMSn-ηGMSn-ϵWMSn+σUMSn---(5)]]>其中，ρ，η，和σ是權(quán)重因子。 WMSn為業(yè)務(wù)級(jí)別參數(shù)，它體現(xiàn)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，該參數(shù)值由具體網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備決定，其值越小，表示對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求越高。UMSn為用戶等級(jí)參數(shù)，它體現(xiàn)對(duì)應(yīng)用戶的等級(jí)，該參數(shù)值由具體網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備決定，其值越小，表示對(duì)應(yīng)用戶的等級(jí)越高，越應(yīng)該優(yōu)先保證其服務(wù)質(zhì)量。
第二步，用(5)式計(jì)算各個(gè)待切換MS的優(yōu)先級(jí)函數(shù)值。
第三步，將第二步計(jì)算得到的優(yōu)先級(jí)函數(shù)值排序，PMSn值越小，則優(yōu)先級(jí)越高，然后按照優(yōu)先級(jí)從高到低的順序?qū)Υ袚QMS逐個(gè)執(zhí)行切換操作。
下面根據(jù)一個(gè)具體的切換實(shí)施例來(lái)驗(yàn)證本發(fā)明切換方法的優(yōu)越性。
圖5至圖11示出了為驗(yàn)證本發(fā)明的性能而給出的由BS集中控制并由BS發(fā)起切換的七種切換類型對(duì)應(yīng)的信令流程。其中的信令和消息說(shuō)明如下MS_MSR-REP為包含MS測(cè)量結(jié)果報(bào)告的信令。BSHO-REQ為BS根據(jù)切換觸發(fā)方法決定發(fā)起切換時(shí)，通知MS或者通知MS及其當(dāng)前所接入的RS進(jìn)行切換處理的信令。HO_INFO-IND為當(dāng)切換目標(biāo)接入站為RS時(shí)，該RS所屬小區(qū)的BS通知該RS進(jìn)行接入待切換MS的相應(yīng)準(zhǔn)備和處理的信令。HO_INFO-ACK為RS成功完成接入待切換MS的相應(yīng)準(zhǔn)備和處理之后，回復(fù)其所屬BS的信令。HOinformation request和HO information response。
為當(dāng)目標(biāo)接入站位于相鄰小區(qū)時(shí)，在本小區(qū)BS和相鄰小區(qū)BS之間傳遞的切換請(qǐng)求和應(yīng)答消息，它們將通過(guò)具體網(wǎng)絡(luò)所定義的BS之間的接口進(jìn)行傳輸。
根據(jù)圖5至圖11所示的七種切換類型對(duì)應(yīng)的信令流程的實(shí)施例，且假設(shè)在本實(shí)施例中以信令條數(shù)為信令開(kāi)銷單位，參照本發(fā)明中所述的通用信令開(kāi)銷計(jì)算方法可以得到采用當(dāng)前實(shí)施例時(shí)的信令開(kāi)銷矩陣S′，如圖12所示。另外，假設(shè)在本實(shí)施例中以MS切換前與切換后接入網(wǎng)絡(luò)所使用的鏈路條數(shù)之差作為資源釋放增益，可以計(jì)算得到采用當(dāng)前實(shí)施例時(shí)的資源釋放矩陣G′，如圖13所示。
在圖12和圖13所示的信令開(kāi)銷矩陣S′和資源釋放矩陣G的條件下，仿真得到系統(tǒng)的平均切換時(shí)延和信令容量比(SCR)如圖14和圖15所示，在這里的仿真中我們沒(méi)有考慮用戶速度、業(yè)務(wù)狀態(tài)和業(yè)務(wù)類型以及用戶類型的影響。
圖14示出了在圖12和圖13分別示出了在信令開(kāi)銷矩陣S′和資源釋放矩陣G′條件下，且BS下行最大發(fā)射功率為1w，RS下行最大發(fā)射功率為0.2w時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的切換觸發(fā)方法和切換決策方法，隨系統(tǒng)負(fù)載，即用戶數(shù)逐漸變化時(shí)，系統(tǒng)平均切換等待時(shí)延的性能變化曲線。
圖15示出了在圖12和圖13分別示出了在信令開(kāi)銷矩陣S′和資源釋放矩陣G′條件下，且BS下行最大發(fā)射功率為1w，RS下行最大發(fā)射功率為0.2w時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的切換觸發(fā)方法和切換決策方法，隨系統(tǒng)負(fù)載，即用戶數(shù)逐漸變化時(shí)，系統(tǒng)信令容量比的性能變化曲線。
圖14顯示了系統(tǒng)的平均切換時(shí)延隨著系統(tǒng)負(fù)載的性能曲線。這里將平均切換時(shí)延定義為系統(tǒng)所有用戶從第一次發(fā)起切換請(qǐng)求時(shí)刻直至其切換成功時(shí)刻的時(shí)延統(tǒng)計(jì)平均值。由圖可得，考慮切換時(shí)延的策略優(yōu)于不考慮切換時(shí)延的策略，即ω＝1時(shí)切換時(shí)延要小于ω＝0時(shí)，因?yàn)椋瑢?duì)于一個(gè)MS來(lái)說(shuō)，當(dāng)切換目標(biāo)為RS時(shí)，如果RS沒(méi)有可用資源，此MS將選擇其他切換目標(biāo)BS或者RS，減小平均切換時(shí)延，同時(shí)也起到了負(fù)載平衡的作用。當(dāng)同時(shí)考慮信令開(kāi)銷時(shí)，MS傾向于切換到BS上，由于BS可支配資源大于RS可支配資源，從而減小了切換被拒絕的機(jī)會(huì)，最終降低切換時(shí)延。
為了綜合評(píng)價(jià)本發(fā)明中算法的性能，定義信令容量比(SCR)為信令開(kāi)銷與信道容量比值，即SCR=Singaling_CostCapacity---(6)]]>SCR越小，表明該方法能通過(guò)較小的信令開(kāi)銷來(lái)?yè)Q取較大的系統(tǒng)容量，則系統(tǒng)性能越好。從圖15中可以看出，考慮信令開(kāi)銷策略的系統(tǒng)SCR比不考慮信令開(kāi)銷策略的小，即μ＝1時(shí)SCR要優(yōu)于μ＝0時(shí)。
需要指出的是，雖然仿真針對(duì)一套特定的切換信令流程，但是由于本發(fā)明方法采用的算法、代價(jià)函數(shù)以及優(yōu)先級(jí)函數(shù)本身具有一定的普遍性，因此，當(dāng)應(yīng)用于采用不同切換信令流程的網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，本發(fā)明方法仍能體現(xiàn)出優(yōu)越性。
綜合圖例可見(jiàn)，本發(fā)明的切換方法不僅減少了切換的延時(shí)及其信令開(kāi)銷，降低了切換請(qǐng)求率和切換失敗率，保證了用戶在移動(dòng)環(huán)境下的通信服務(wù)質(zhì)量，還使有限的無(wú)線資源得到了有效的利用。同時(shí)以極少的反饋信息換得系統(tǒng)性能的大幅度提高，性能代價(jià)比高，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
盡管參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明并驗(yàn)證了本發(fā)明的優(yōu)越性，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)參考說(shuō)明書實(shí)施例和附圖可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改和替換，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神和范圍。因此這些修改和替換都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換觸發(fā)方法，包括步驟(1)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果、切換類型、切換失敗信息、移動(dòng)站的移動(dòng)性以及當(dāng)前業(yè)務(wù)類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)；(2)根據(jù)所述構(gòu)建的代價(jià)函數(shù)計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，并且計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值；(3)在所述備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值小于所述當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值時(shí)，請(qǐng)求將移動(dòng)站切換到與代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中在步驟(2)中，通過(guò)計(jì)算移動(dòng)站和接入站之間的用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值，得到各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，以及通過(guò)計(jì)算移動(dòng)站與備選接入站之間的用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值，得到當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換觸發(fā)方法，其中所述接入站是基站或者中繼站，所述備選接入站以及所述目標(biāo)接入站是本小區(qū)中的基站和中繼站，或者是相鄰小區(qū)的基站和中繼站。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中在步驟(1)中，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)站與備選接入站中的各個(gè)接入站之間鏈路質(zhì)量，得到所述移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中所述切換類型包括在同小區(qū)中移動(dòng)站從基站到中繼站的切換、從中繼站到基站的切換以及從中繼站到中繼站的切換，在相鄰小區(qū)間移動(dòng)站從本小區(qū)基站到相鄰小區(qū)基站的切換、從本小區(qū)基站到相鄰小區(qū)中繼站的切換、從本小區(qū)中繼站到相鄰小區(qū)基站的切換、從本小區(qū)中繼站到相鄰小區(qū)中繼站的切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中在步驟(1)中，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)站的移動(dòng)速度，得到所述移動(dòng)站的移動(dòng)性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中所述業(yè)務(wù)類型是在具體網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定的業(yè)務(wù)類型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，還包括步驟在所述目標(biāo)接入站不允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，向所述切換觸發(fā)模塊發(fā)送切換失敗通知，并且所述切換觸發(fā)模塊更新與所述切換相對(duì)應(yīng)的切換失敗信息；基于所述更新后的切換失敗信息，執(zhí)行步驟(2)、(3)，并且在所述目標(biāo)接入站允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，通知上層實(shí)體執(zhí)行相應(yīng)的處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中所述切換觸發(fā)模塊位于移動(dòng)站側(cè)或者網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，其中按照以下公式計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的代價(jià)函數(shù) 其中，Sl為建立從所述移動(dòng)站到備選接入站rk的備選用戶鏈路l對(duì)應(yīng)的切換類型所需的切換信令開(kāi)銷，Pl為從各個(gè)備選用戶鏈路的測(cè)量結(jié)果中獲得的接收功率，μ，λ和ω為權(quán)重因子，且μ，ω均可根據(jù)當(dāng)前待切換移動(dòng)站的業(yè)務(wù)類型自適應(yīng)配置， VMS為速度修正因子，所述速度因子的數(shù)值由具體設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)vMS進(jìn)行設(shè)定，Tlfailure為嘗試切換到備選用戶鏈路l所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站的失敗次數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的切換觸發(fā)方法，其中按照以下公式計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)flocal＝-P0-VMS其中P0為移動(dòng)站在當(dāng)前用戶鏈路上的接收功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換觸發(fā)方法，其中按照以下公式計(jì)算代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路lmin=argminl{fl}.]]>
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換觸發(fā)方法，還包括步驟在所述目標(biāo)接入站不允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，向所述切換觸發(fā)模塊發(fā)送切換失敗通知，并且所述切換觸發(fā)模塊更新更新所述切換對(duì)應(yīng)的切換失敗次數(shù)Tlfailure；如果 小于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則執(zhí)行步驟(2)、(3)，并且在所述目標(biāo)接入站允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，通知上層實(shí)體執(zhí)行相應(yīng)的接入處理；如果 大于或等于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則所述切換結(jié)束。
14.一種用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換決策方法，包括步驟(1)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果、切換類型、切換失敗信息、移動(dòng)站的移動(dòng)性以及當(dāng)前業(yè)務(wù)類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)；(2)根據(jù)所述構(gòu)建的代價(jià)函數(shù)計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，并且計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值；(3)在所述備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值小于所述當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值時(shí)，請(qǐng)求將移動(dòng)站切換到與代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站；(4)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合待切換的移動(dòng)站的當(dāng)前用戶鏈路質(zhì)量、切換類型、當(dāng)前業(yè)務(wù)狀態(tài)和業(yè)務(wù)類型以及用戶類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)函數(shù)；(5)根據(jù)所述構(gòu)建的優(yōu)先級(jí)函數(shù)，計(jì)算各個(gè)待切換移動(dòng)站的優(yōu)先級(jí)；(6)按照優(yōu)先級(jí)從高到低的順序，切換決策模塊對(duì)待切換移動(dòng)站逐個(gè)執(zhí)行切換操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換決策方法，其中在步驟(4)中，通過(guò)檢測(cè)移動(dòng)站是否有正在傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)確定所述移動(dòng)站的當(dāng)前業(yè)務(wù)狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換決策方法，其中在步驟(4)中，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)定義不同用戶的不同級(jí)別來(lái)確定所述用戶類型。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中在步驟(2)中，通過(guò)計(jì)算移動(dòng)站和接入站之間的用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值，得到各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，以及通過(guò)計(jì)算移動(dòng)站與備選接入站之間的用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值，得到當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的切換觸發(fā)方法，其中所述接入站是基站或者中繼站，所述備選接入站以及所述目標(biāo)接入站是本小區(qū)中的基站和中繼站，或者是相鄰小區(qū)的基站和中繼站。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中在步驟(1)中，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)站與備選接入站中的各個(gè)接入站之間鏈路質(zhì)量，得到所述移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中所述切換類型包括在同小區(qū)中移動(dòng)站從基站到中繼站的切換、從中繼站到基站的切換以及從中繼站到中繼站的切換，在相鄰小區(qū)間移動(dòng)站從本小區(qū)基站到相鄰小區(qū)基站的切換、從本小區(qū)基站到相鄰小區(qū)中繼站的切換、從本小區(qū)中繼站到相鄰小區(qū)基站的切換、從本小區(qū)中繼站到相鄰小區(qū)中繼站的切換。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中在步驟(1)中，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)站的移動(dòng)速度，得到所述移動(dòng)站的移動(dòng)性。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中所述業(yè)務(wù)類型是在具體網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定的業(yè)務(wù)類型。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，還包括步驟在所述目標(biāo)接入站不允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，向所述切換觸發(fā)模塊發(fā)送切換失敗通知，并且所述切換觸發(fā)模塊更新與所述切換相對(duì)應(yīng)的切換失敗信息；基于所述更新后的切換失敗信息，執(zhí)行步驟(2)、(3)，在所述目標(biāo)接入站允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，通知上層實(shí)體執(zhí)行相應(yīng)的處理。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中所述切換觸發(fā)模塊位于移動(dòng)站側(cè)或者網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，其中按照以下公式計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的代價(jià)函數(shù) 其中，Sl為建立從所述移動(dòng)站到備選接入站rk的備選用戶鏈路l對(duì)應(yīng)的切換類型所需的切換信令開(kāi)銷，Pl為從各個(gè)備選用戶鏈路的測(cè)量結(jié)果中獲得的接收功率，μ，λ和ω為權(quán)重因子，且μ，ω均可根據(jù)當(dāng)前待切換移動(dòng)站的業(yè)務(wù)類型自適應(yīng)配置， VMS為速度修正因子，所述速度因子的數(shù)值由具體設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)vMS進(jìn)行設(shè)定，Tlfailure為嘗試切換到備選用戶鏈路l所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站的失敗次數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的切換觸發(fā)方法，其中按照以下公式計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)flocal＝-P0-VMS其中P0為移動(dòng)站當(dāng)前用戶鏈路上的接收功率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的切換觸發(fā)方法，其中按照以下公式計(jì)算代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路lmin=argminl{fl}.]]>
28.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換觸發(fā)方法，還包括步驟在所述目標(biāo)接入站不允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，向所述切換觸發(fā)模塊發(fā)送切換失敗通知，并且所述切換觸發(fā)模塊更新更新所述切換對(duì)應(yīng)的切換失敗次數(shù)Tlfailure；如果 小于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則執(zhí)行步驟(2)、(3)，并且在所述目標(biāo)接入站允許所述移動(dòng)站接入時(shí)，通知上層實(shí)體執(zhí)行相應(yīng)的接入處理；如果 大于或等于具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的切換失敗次數(shù)的上限值，則所述切換結(jié)束。
29.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換決策方法，其中按照以下公式構(gòu)建優(yōu)先級(jí)函數(shù)pMSn=ρSIRMSn-ηGMSn-ϵWMSn+σUMSn,]]>其中SINRMSn為待切換移動(dòng)站當(dāng)前用戶鏈路的信號(hào)與干擾加噪聲比，GMSn為對(duì)應(yīng)切換類型所能獲得的資源釋放增益，其中，ρ，η，和σ是權(quán)重因子， WNSn為由具體網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備決定的業(yè)務(wù)級(jí)別參數(shù)，UMSn為由具體網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備決定的用戶等級(jí)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于基站集中控制的兩跳蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的切換觸發(fā)方法，包括步驟(1)針對(duì)不同的具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合移動(dòng)站測(cè)量結(jié)果、切換類型、切換失敗信息、移動(dòng)站的移動(dòng)性以及當(dāng)前業(yè)務(wù)類型中的一個(gè)或多個(gè)，構(gòu)建相應(yīng)的代價(jià)函數(shù)；(2)根據(jù)所述構(gòu)建的代價(jià)函數(shù)計(jì)算各個(gè)備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值，并且計(jì)算當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值；(3)在所述備選用戶鏈路的最小代價(jià)函數(shù)值小于所述當(dāng)前用戶鏈路的代價(jià)函數(shù)值時(shí)，請(qǐng)求將移動(dòng)站切換到與代價(jià)函數(shù)值最小的用戶鏈路相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)接入站。
文檔編號(hào)H04W36/08GK101072436SQ20071006492
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者王瑩, 張平, 束超, 吳彤, 俞欣旻, 黃晶 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)