专利名称：宽带无线多媒体系统中大小基站的非对称无缝切换方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，给出了一种用于宽带无线多媒体系统的大小基站之间 进行无缝切换的方法，该方法基于大小基站模式，属于非对称式无缝切换，可以保证广播业 务服务质量的连续性，提高无线资源利用率。该方法适用于存在大基站边缘区域或中心盲 区的大小基站模式宽带无线多媒体系统。
背景技术：
随着宽带无线多媒体业务需求的不断增长，人们希望无线网络可以提供更高的 数据速率和更优的服务质量，这对无线通信系统提出了更高的要求，但是无线通信系统 可用的频谱资源是有限的，因此要提高无线通信系统的频谱利用率。宽带无线多媒体 (Broadband Wireless Multimedia ；简称为BWM)系统的大小基站模式是广播与通信融合 最为直观的方式，是广播网和蜂窝网的网络融合。在提高系统吞吐量和满足业务服务质量 要求下的大小基站之间无缝切换的研究得到了广泛关注。由于在大小基站模式中主要采用广播大基站的点到多点方式为用户提供广播业 务，而采用蜂窝小基站的点到点方式实现单播业务，可以提高系统的无线资源利用率。但是 当采用广播大基站的点到多点方式不能满足广播业务的服务质量要求时，如在大基站的边 缘区域或中心盲区，就需要无缝切换到蜂窝小基站采用点到点的方式实现广播业务，从而 保证广播业务服务质量的连续性。目前给出的无线切换方法都是蜂窝小基站之间的越区切换，没有考虑大小基站的 重叠组网及其覆盖范围差异对无线切换效用和效率的影响。同时，对大小基站无缝切换的 研究没有考虑其点到多点和点到点的不同方式，广播业务的服务质量没有保证且无线资源 利用率低。如果在大小基站的无缝切换时，综合考虑广播业务的服务质量和系统资源利用 率，尽量采用大基站的点到多点方式来实现广播业务，则可以有效地提高无线资源利用率， 从而提高整个系统的吞吐量，使得宽带无线多媒体系统可以适应无线网络宽带化的要求， 支持更高的移动速率，支持更优的宽带无线多媒体业务服务。随着宽带无线多媒体技术的发展，基于广播与通信融合的宽带无线多媒体系统的 大小基站模式应运而生，可以充分利用现有的无线网络资源为用户提供宽带无线多媒体业 务服务。与蜂窝小基站相比，广播大基站具有较大的发射功率而产生较大的覆盖范围。因 此，在大小基站模式中一个广播大基站服务区域范围内同时覆盖着多个蜂窝小基站的蜂窝 小区。广播大基站采用点到多点的方式实现广播业务，而蜂窝小基站采用点到点的方式实 现单播业务。但在如何解决大小基站之间的无缝切换问题上还有待进一步研究。现有的无线切 换方法都是适用于具有相同覆盖范围和点到点方式蜂窝小基站之间的对称式切换，在不同 的基站之间采用同样的切换判决方法，没有考虑与具有不同覆盖范围和点到多点方式广播 大基站之间切换而造成的广播业务服务质量和系统资源利用的变化。目前还没有研究给出 在大小基站模式中进行大小基站之间无缝切换的非对称式方法，而且这种在大小基站之间采用不同的切换判决方法来保证广播业务服务质量连续性的无缝切换方法的研究目前在 国内外尚属空白
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于宽带无线多媒体系统的大小基站的非对称无缝 切换方法。本发明实时监测用户接收的广播大基站信号强度，当其不能满足广播业务的服 务质量时，就切换到蜂窝小基站为用户提供广播服务；一旦广播大基站的广播业务服务质 量恢复正常，就由小基站切换回到大基站，从而保证广播业务服务质量的连续性，并综合考 虑切换时延和乒乓效应来研究最优无缝切换算法，满足广播业务服务质量要求的同时最大 化无线资源利用率。本发明提供的大小基站的非对称无缝切换方法，包括判决切换活跃区域在宽带无线多媒体系统的大小基站模式中，实时测量用户接 收的大基站信号强度，并与设定的切换活跃阈值进行比较，以判决其进入大基站的切换活 跃区域而进行大小基站之间的无缝切换；从广播大基站向蜂窝小基站切换根据切换时延采用预触发的方法完成从大基站 到小基站的无缝切换，保证用户在大基站的有效切换阈值进行准确切换和提高无线资源利 用率；从蜂窝小基站向广播大基站切换基于广播业务服务质量的切换门限进行判决执 行从小基站到大基站的无缝切换，防止乒乓效应和减少不必要的切换，保证用户从小基站 切换回到大基站时广播业务的服务质量。本发明提供的无缝切换方法为非对称式切换，在大小基站之间进行广播业务的无 缝切换。本发明提供的广播大基站点到多点方式和小基站点到点方式根据用户接收的大基 站信号强度进行动态选择来实现广播业务，可以保证广播业务服务质量的连续性，提高无 线资源利用率。本发明提供的大小基站的非对称无缝切换方法综合考虑切换时延和乒乓效 应的影响，在满足广播业务服务质量要求下使大小基站模式的系统资源利用率达到最佳。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的具体实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。图1为宽带无线多媒体系统大小基站模式的应用场景示意图；图2为本发明实施例的大小基站之间的切换场景示意图；图3为本发明实施例提供的广播大基站向蜂窝小基站切换方法的流程图；图4为本发明实施例提供的蜂窝小基站向广播大基站切换方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围图1为宽带无线多媒体系统大小基站模式的应用场景示意图。在图1所示应用场 景中，一个广播大基站服务区域范围内同时覆盖着多个蜂窝小基站的蜂窝小区。主要由广 播大基站采用点到多点的方式实现广播业务，而由蜂窝小基站采用点到点的方式实现单播 业务。在这种大小基站混合覆盖模式下，如果在大小基站之间进行无缝切换，需要考虑无缝 切换执行判决的阈值。本发明给出了一种大小基站的非对称无缝切换方法。以图1给出的应用场景为基 础，当采用广播大基站的点到多点方式不能满足用户的广播业务服务质量要求时，则根据 接收的大基站信号强度将用户无缝切换到蜂窝小基站采用点到点方式来实现广播业务。一 旦广播大基站为用户提供的广播业务服务质量恢复正常，就立即由蜂窝小基站切换回到广 播大基站。大小基站的非对称无缝切换方法的具体实施方式
包括步骤1，判决切换活跃区域在宽带无线多媒体系统的大小基站模式中，实时测量 用户接收的大基站信号强度，并与设定的切换活跃阈值进行比较，以判决其进入大基站的 切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换；由于每个用户的小区环境和业务需求不同，则设定的切换活跃阈值不同。图2为 本发明实施例的大小基站之间的切换场景示意图。如图2所示，假设用户的切换活跃区域， 并设定有效切换阈值Teht、切换活跃阈值That和切换触发阈值Thtt，依此类推，系统内的所有 大基站边缘区域和中心盲区都存在着切换活跃区域，其区域范围大小可以不相同。根据用 户接收的大基站信号强度，在大小基站之间进行广播业务的无缝切换。本实施例的步骤1具体包括步骤11，根据广播控制信道通告给用户的有效切换阈值Teht和活跃指数Pah进行估 算，获取切换活跃阈值That;在本实施例中，假设用户的有效切换阈值Teht和活跃指数Pah的参数取值都是在无 线网络层规划时由网络操作的上层而决定，并且均由广播控制信道来通告给各用户。切换 活跃阈值That是用户在切换活跃区域中所接收到的最大的大基站信号强度。因此，获取切 换活跃阈值That可以表示为公式(1)That = TEHT+PAH (1)其中，Teht是采用广播大基站的点到多点方式来满足广播业务服务质量时所需要 接收到的最小的大基站信号强度；Pah是决定切换活跃区域大小的活跃指数，对于某个用户 来说是一个固定的数值，但对于处于不同小区的不同环境中的用户来说又是不同的取值， 例如在步行区域的取值就会很小，而在车行区域的取值就会很大。步骤12，将获取的切换活跃阈值That与接收到的大基站信号强度进行比较而判决 切换活跃区域。若比较结果为信号强度的测量值大于切换活跃阈值That，则证明尚未进入切换活 跃区域，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决。否则，就 判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换。步骤2，从广播大基站向蜂窝小基站切换根据切换时延采用预触发的方法完成从大基站到小基站的无缝切换，保证用户在大基站的有效切换阈值进行准确切换和提高无 线资源利用率；图3为本发明实施例提供的广播大基站向蜂窝小基站切换方法的流程图。如图3 所示，首先将用户接收的大基站信号强度与切换活跃阈值That进行比较，若不大于则判决进 入切换活跃区域；然后再进一步将用户接收的大基站信号强度与切换触发阈值Thtt进行比 较，若不大于则执行切换预触发，并在有效切换阈值Teht完成大基站到小基站的准确切换。本实施例的步骤2具体 包括步骤21，通过对大基站信号强度变化速度Pak和切换时延τ的测量估算而获取预 触发因数值Ρρρ，再结合有效切换阈值Teht进行计算，获取切换触发阈值Thtt ；在本实施例中，由于用户从大基站向小基站进行切换时会受到网关的负载影响而 存在一定的延迟，则要保证用户在有效切换阈值Teht进行准确切换，就需要提前在切换触发 阈值Thtt执行触发。因此，获取切换触发阈值Thtt可以表示为公式(2):Thtt = ΤΕΗΤ+ΡΡΡ (2)其中，Ppp为预触发因数值，是切换触发阈值Thtt和有效切换阈值Teht之间的差值。进一步，通过用户对大基站信号强度进行持续性的测量而估算出其变化速度Pak， 再结合切换延迟τ进行计算，则获取预触发因数值Ppp可以表示为公式(3)Ppp = PaeX τ(3)其中，Pak是大基站信号强度的变化速度，由用户在一定周期内对大基站信号强度 的平均测量而获取；τ是切换延迟时间，可以通过基站周期性的测量并由下行控制信道广 播给用户。再进一步，由于对大基站信号强度进行周期性的平均测量可以防止信道快衰落的 影响而显著提升性能，但是因为短时间的存在会造成对Pak的计算产生延迟，所以这个周期 时间的长短应该在性能和时延之间进行折中考虑。一般选择200ms为一个短周期，五个短 周期再组成一个长周期，在Is的长周期的时间内对Pak进行测量。因此，获取大基站信号强 度的变化速度Pak可以表示为公式(4)
(4)
)i=0 ii + i — Ii其中，ti+1-ti = 200ms为一个测量周期，Pi和Pi+1分别为大基站在、和ti+1时刻的 信号强度。步骤22，将获取的切换触发阈值Thtt与接收到的大基站信号强度进行比较而判决 从广播大基站向蜂窝小基站切换触发。若比较结果为信号强度的测量值大于切换触发阈值Thtt，则证明尚未达到切换触 发状态，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决。否则，就 在切换触发阈值Thtt开始进行切换触发，并在有效切换阈值Teht执行从广播大基站到蜂窝 小基站的准确切换。但是，如果在估算完预触发因数值Ppp之后大基站信号强度的测量值又大于切换 活跃阈值THAT，则要重新判决用户进入大基站的切换活跃区域。步骤3，从蜂窝小基站向广播大基站切换基于广播业务服务质量的切换门限进行判决执行从小基站到大基站的无缝切换，防止乒乓效应和减少不必要的切换，保证用户 从小基站切换回到大基站时广播业务的服务质量。图4为本发明实施例提供的蜂窝小基站向广播大基站切换方法的流程图。如图4 所示，将用户接收的大基站信号强度直接与切换活跃阈值That进行比较，若不小于则判决执 行切换，并在切换活跃阈值That进行小基站到大基站的无缝切换。本实施例的步骤3具体 为将获取的切换活跃阈值That作为切换门限与接收到的 大基站信号强度进行比较而判决从蜂窝小基站向广播大基站切换执行。若比较结果为信号强度的测量值小于切换活跃阈值That，则证明仍处于切换活跃 区域，需要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决。否则，就在 切换活跃阈值That执行切换，完成从蜂窝小基站到广播大基站的无缝切换。本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过 程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序 在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
权利要求
一种用于宽带无线多媒体系统的大小基站的非对称无缝切换方法，其特征在于，包括判决切换活跃区域在宽带无线多媒体系统的大小基站模式中，实时测量用户接收的大基站信号强度，并与设定的切换活跃阈值进行比较，以判决其进入大基站的切换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换；从广播大基站向蜂窝小基站切换根据切换时延采用预触发的方法实现从大基站到小基站的无缝切换，保证用户在大基站的有效切换阈值进行准确切换和提高无线资源利用率；从蜂窝小基站向广播大基站切换基于广播业务服务质量的切换门限进行判决执行从小基站到大基站的无缝切换，防止乒乓效应和减少不必要的切换，保证用户从小基站切换回到大基站时广播业务的服务质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判决切换活跃区域包括根据广播控制信道通告给用户的有效切换阈值Teht和活跃指数Pah进行估算，获取切换 活跃阈值That ；将获取的切换活跃阈值That与接收到的大基站信号强度进行比较而判决切换活跃区域。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，根据广播控制信道通告给用户的有效切换 阈值Teht和活跃指数Pah进行估算，获取切换活跃阈值That具体为That — Teht+PAh其中，Teht为有效切换阈值； Pah为活跃指数； That为切换活跃阈值。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，将获取的切换活跃阈值That与接收到的大基 站信号强度进行比较而判决切换活跃区域，包括若大基站信号强度的测量值大于切换活跃阈值THAT，则证明尚未进入切换活跃区域，需 要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决；若大基站信号强度的测量值小于或等于切换活跃阈值ΤΗΑΤ，就判决其进入大基站的切 换活跃区域而进行大小基站之间的无缝切换。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，从广播大基站向蜂窝小基站切换包括 通过对大基站信号强度变化速度Pak和切换时延τ的测量估算而获取预触发因数值Ppp,再结合有效切换阈值Teht进行计算，获取切换触发阈值Thtt ；将获取的切换触发阈值Thtt与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从广播大基站 向蜂窝小基站切换触发。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，通过对大基站信号强度变化速度Pak和切换 时延τ的测量估算而获取预触发因数值Ρρρ，再结合有效切换阈值Teht进行计算，获取切换 触发阈值Thtt具体为THTT — TEHT+PPP其中，Teht为有效切换阈值； Ppp为预触发因数值；Thtt为切换触发阈值。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，通过用户对大基站信号强度进行持续性的 测量而估算出其变化速度Pak，再结合切换延迟τ进行计算，获取预触发因数值Ppp具体为Ppp — PaeX τ其中，Pak为大基站信号强度的变化速度； τ为切换延迟时间； Ppp为预触发因数值。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，通过对大基站信号强度进行周期性的平均 测量，获取大基站信号强度的变化速度Pak具体为rAR _ & 乙 t5 i = 0 ij+l — h其中，ti+1-ti = 200ms为一个测量周期；Pi和Pi+1分别为大基站在、和ti+1时刻的信号强度；Pak为大基站信号强度的变化速度。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，将获取的切换触发阈值Thtt与接收到的大基 站信号强度进行比较而判决从广播大基站向蜂窝小基站切换触发，包括若大基站信号强度的测量值大于切换触发阈值Thtt,则证明尚未达到切换触发状态，需 要继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决；若大基站信号强度的测量值小于或等于切换触发阈值Thtt，就在切换触发阈值Thtt开始 进行切换触发，并在有效切换阈值Teht执行从广播大基站到蜂窝小基站的准确切换；但是，若在估算完预触发因数值Ppp之后大基站信号强度的测量值又大于切换活跃阈 值ΤΗΑΤ，则要重新判决用户进入大基站的切换活跃区域。
10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，从蜂窝小基站向广播大基站切换具体为 将获取的切换活跃阈值为切换门限与接收到的大基站信号强度进行比较而判决从蜂窝小基站向广播大基站切换执行，包括若大基站信号强度的测量值小于切换活跃阈值τΗΑΤ，则证明仍处于切换活跃区域，需要 继续实时监测用户接收到的大基站信号强度的变化进行下一次判决；若大基站信号强度的测量值大于或等于切换活跃阈值That，就在切换活跃阈值That执行 切换，完成从蜂窝小基站到广播大基站的无缝切换。
全文摘要
本发明提供了一种大小基站的非对称无缝切换方法，适用于宽带无线多媒体系统的大小基站模式。在一个广播大基站服务区域范围内同时覆盖着多个蜂窝小基站的蜂窝小区。当采用广播大基站的点到多点方式不能保证广播业务的服务质量要求时，就需要无缝切换到所在蜂窝小区的小基站采用点到点方式来实现广播业务。一旦监测到大基站采用点到多点方式为用户提供广播业务的服务质量恢复正常，就马上由小基站切换回到大基站。可以保证广播业务服务质量的连续性，提高无线资源利用率。本发明提供的无缝切换方法为非对称式切换。从广播大基站切换到蜂窝小基站采用考虑切换时延的预触发方法，而从蜂窝小基站切换到广播大基站则是基于广播业务服务质量的切换门限进行判决。通过综合考虑切换时延和乒乓效应的影响，在满足广播业务服务质量要求下使大小基站模式的系统资源利用率达到最佳。
文档编号H04W36/08GK101969678SQ201010542538
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者冯春燕, 张天魁, 曾志民, 汪敏 申请人:北京邮电大学