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CN101594653A - 无线终端和基站控制站及无线通信系统中的切换控制方法 - Google Patents

无线终端和基站控制站及无线通信系统中的切换控制方法 Download PDF

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CN101594653A
CN101594653A CNA2009101335590A CN200910133559A CN101594653A CN 101594653 A CN101594653 A CN 101594653A CN A2009101335590 A CNA2009101335590 A CN A2009101335590A CN 200910133559 A CN200910133559 A CN 200910133559A CN 101594653 A CN101594653 A CN 101594653A
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wireless
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内田努
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

要解决的问题是，在存在多个不同频率的基站的系统中，适当地实现效率良好的切换。并且，提供一种终端不需要搜索全部相邻基站，只搜索基站选择的一个相邻基站即可，所以处理量非常少、负荷较小的方法。在与无线终端进行通信的无线频率按每个无线基站不同的无线通信系统中，在基站控制站，预先准备有对各个基站存储了位置信息、在与终端的发送接收中使用的频率的信息、和切换时的判定条件的表，在从无线终端接收到位置信息时，参照表，根据无线终端的位置信息、各个基站的位置信息和切换时的判定条件，选择切换候选的基站，将包括切换候选的基站的频率信息的切换请求消息，通过正在与无线终端通信的基站发送给无线终端。

Description

无线终端和基站控制站及无线通信系统中的切换控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信技术，尤其涉及通过无线方式与终端进行通信的频率按每个基站而不同的移动体通信系统中的切换控制技术。
背景技术
从移动体终端向因特网的连接的应用在逐年扩大，除网页浏览外，针对音乐或影像等容量较大的数据的发送接收的需求也在增加。在这种背景下，为了实现无线通信中的高速的网站访问、高速的数据通信，正在迅速推进高速宽频带化的研究。在当前采用1xEV-DO Rev.A方式的无线通信系统中，可以实现上行1.8Mbps、下行3.1Mbps的通信，但在下一代的系统中，以更高速、宽频带化为目标，正在推进实现可以进行上行50Mbps、下行100Mbps以上的通信的系统的研究。
另一方面，电波资源是有限的，由于用户的增加和通信的高速化，电波的频带不足成为问题。由于每个基站能够处理的频率频带也已经确定，因此在很多用户想在一个基站的区域中通信时，将产生电波的频率频带不足、拥挤以及数据通信速度的下降。为了解决这种问题，通信业者采用在用户比较集中的都市地带增加设置基站等方法来消除频率不足。
并且，最近也在推进被称为毫微微蜂窝基站(femtocell)的超小型基站的研究。毫微微蜂窝基站是将手机的基站小型化并可以连接宽带线路的系统。通过在电波不易到达的地下或室内设置毫微微蜂窝基站的基站，可以覆盖到目前电波难以到达的区域或室内的具体位置。在具有毫微微蜂窝基站的基站构成的无线通信系统中，基站中的频率不足的问题属于将其对策推给用户的形式。
通过增设这种新频率的基站即毫微微蜂窝基站并加以利用，在无线通信系统中混合存在多个不同频率的基站。在这种不同频率的基站混合存在的系统中，当终端在不同频率的基站之间移动时，需要将与终端通信的基站转换为不同频率的基站。把该转换称为频率间切换(handoff)。与此相对，把终端在使用相同频率的基站之间移动时的切换称为软切换。
频率间切换有终端主导型的方法和基站主导型的方法。终端主导型的代表示例有移动站辅助切换(MAHO：Mobile Assist Handoff)。在MAHO中，终端始终从当前正在通信的基站接收相邻基站信息(该相邻基站包括相同频率、不同频率的基站)。在相邻基站信息中，作为与当前正在通信的基站相邻的基站的相关信息，包括PN信息(CDMA系统中的各个扇区的识别代码)和频率信息。
终端依次接收通过各个基站的控制信道发送过来的导频信号，将接收到的功率值报告给当前正在通信的基站(Serving BS：Serving Base Station)。通常，终端只搜索相同频率的相邻基站的导频信号即相邻导频(neighborpilot)，在快要到达服务范围外时，开始搜索不同频率的相邻基站的相邻导频。终端在相邻导频的接收功率值超过阈值时，利用路径更新(route update)将该情况通知当前正在通信的基站。基站向终端发送使该导频成为有效集(active set)的业务信道分配(Traffic Channel Assignment)。
另一方面，基站主导型的代表示例是使用伪导频(pilot beacon)的切换方法。所谓伪导频指与正在通信中的基站为不同频率的相邻基站使用与正在通信中的基站的频率相同的频率发送给终端的导频信号。终端把来自正在通信中的基站的导频接收功率值和来自伪导频的接收功率值报告给基站控制装置(以下称为BSC：Base Station Controller)，在来自伪导频的接收功率值超过阈值时，BSC指示终端向上述不同频率的相邻基站进行切换。
虽然不是频率间切换，但作为与切换目的地的选择相关的发明，有专利文献1和专利文献2。专利文献1中提出了以防止因为多路径环境下的接收功率值不稳定而错误切换为目的，使用终端的GPS位置信息的软切换控制方法。
并且，专利文献2以能够在短时间内高效进行切换目的地的搜索为目的，以预先存储了从终端的GPS接收的终端的位置信息和基站控制站中的各个基站的设置位置的相关信息的数据库为基础，判定最适合作为切换目的地的基站。
【专利文献1】日本特开平2002-232928号公报
【专利文献2】日本特开平9-261711号公报
在前述以往的切换中，终端根据正在通信中的基站发送的相邻基站信息，依次接收相邻基站的导频并测定功率值，将测定到的功率值报告给正在通信中的基站，从而进行控制。
在像毫微微蜂窝基站那样存在多个不同频率的基站的系统中，基站可以通知终端的相邻基站的数量是有限的，所以不能发送极限数量以上的相邻基站的信息(例如，该极限数量在1xEV-DO Rev.A系统的情况下是31)。在毫微微蜂窝基站的系统中，当BS1的属下存在99个较小的不同频率基站时，基站数量超过极限数量，不能发送全部相邻基站的信息。另外，在以往的控制中，终端逐个地搜索基站，所以在相邻基站的数量较多时，导频的搜索处理花费时间，不得不降低搜索频度。
并且，采用伪导频的切换方式把1扇区量的资源用作伪导频，所以不是有效的资源利用方法。
并且，在前述专利文献1中，当正在通信中的基站(BS1)的属下存在覆盖范围较小的基站(BS2、BS100)时，如果来自正在通信中的基站的功率值足够大，则不会发生切换。在这种情况下，即使正在通信中的基站(BS1)拥挤、BS2的资源具有富余，也不能向BS2切换。
并且，在专利文献2中，也有相邻基站中存在多个与终端的距离大致相同的基站的情况，仅依靠位置信息，未必能够实现最佳的切换。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，在存在多个不同频率的基站的系统中，适当地实现效率良好的切换。并且，其目的在于，提供一种终端不需要搜索全部相邻基站，只搜索基站选择的一个相邻基站即可，所以处理量非常少、负荷较小的方法。
一种与无线终端进行通信的无线频率按每个无线基站不同的无线通信系统，在基站控制站，预先准备有表，该表对于各个基站，存储了位置信息、在与终端的发送接收中使用的频率的信息、和切换时的判定条件，在从无线终端接收到位置信息时，参照表，根据无线终端的位置信息、各个基站的位置信息和切换时的判定条件，选择切换候选的基站，将包括切换候选的基站的频率的信息的切换请求消息，经由正在与无线终端通信的基站发送给无线终端。
更详细地，作为存储在表中的切换的判定条件，对每个基站设定了无线终端与各个基站之间的距离的阈值、以及无线终端中的各个基站的无线信号的功率值的阈值，基站控制站根据从无线终端接收到的位置信息和存储在表中的各个基站的位置信息，求出无线终端与各个基站之间的距离，并与对每个基站设定的距离的阈值进行比较，在该比较结果为在距离的阈值以下时，将该基站作为切换候选的基站，指示无线终端变换为该切换候选的基站的频率，接收到频率的变换指示的无线终端，按照指示进行频率的变更，测定来自切换候选的基站的无线信号的功率值，并经由正在通信中的基站通知给基站控制站，基站控制站参照表，当所通知的功率值为存储在表中的切换候选的基站的功率值的阈值以上时，控制无线终端向该切换候选的基站进行切换。
发明效果
在存在多个不同频率的基站的系统中，可以适当地实施效率良好的切换。并且，提供一种终端不需要搜索全部相邻基站，只搜索基站选择的一个相邻基站即可，所以处理简单且负荷较小的方法。
附图说明
图1是说明适用本发明的无线通信切换系统的整体结构的图。
图2是说明本发明的一个实施方式的无线终端的硬件结构的图。
图3是说明本发明的一个实施方式的无线基站和基站控制站的结构的图。
图4是说明本发明的实施例1的切换序列的图。
图5是说明本发明的实施例2的切换序列的图。
标号说明
100-1、2终端；200-1、2、3基站；300基站控制站；400公众网络。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。
在以下的实施方式中，作为无线通信方式，说明采用1xEV-DO Rev.A的示例。
1xEV-DO Rev.A系统是可以实现最大上行1.8Mbps、下行3.1Mbps的通信的系统。与前一代系统即EV-DO Rev.0系统相比，自适应调制编码实现高度化，也可以应对组播、QoS。
图1是说明适用本发明的无线通信系统的方框图。
在图1中，终端100-1通过无线线路连接至接收区域内的基站200-1，可以从基站控制站(BSC)300通过公众网络400与终端100-2通信。终端100-1在与基站200-1通信的过程中，周期性地将从GPS得到的自身的位置信息(经度、纬度)经由基站200-1报告给基站控制站。基站控制站300具有关于属下各个基站的位置信息和发送频率的信息、以及用于确定是否需要切换的距离和功率值的阈值的信息。并且，基站控制站300使用由终端报告的位置信息和基站控制站具有的存储器中的相邻基站的位置信息，计算终端100-1与各个相邻基站200-1、200-2、200-3、……、200-100的距离，并与存储器中的距离的阈值进行比较。
说明终端100-1朝向基站200-2移动的情况。
假设在终端100-1朝向基站200-2移动途中的某个时刻，终端100-1与基站200-2的距离低于阈值s2。根据上述周期性的来自终端的位置信息的报告，基站控制站计算与各个相邻基站之间的距离，检测到终端100-1与基站200-2的距离低于阈值s2这一情况，并指示终端100-1搜索基站200-2的频率f2。
终端100-1接受来自基站控制站300的搜索指示，得到基站200-2的频率信息，将终端内部的硬件的频率转换为f2。在转换后，接收基站200-2的导频信号。
接收到导频信号的终端100-1通过正在通信的基站200-1，将基站200-2的导频接收功率值报告给基站控制站300。基站控制站300对从终端100-1接收的基站200-2的功率值与基站控制站300内的存储器中的功率值阈值p2进行比较。
如果从终端100-1接收的基站200-2的功率值为p2以上，则指示终端100-1向基站200-2进行切换。并且，切断终端100-1与基站200-1的连接，开始与基站200-2的连接。
在从终端100-1接收的基站200-2的功率值低于p2时，终端100-1返回基站200-1的频率f1，继续与基站200-1的连接。
下面，说明终端的结构。
图2是说明终端的硬件结构的图。
终端为了在与基站之间发送接收电波，具有发送高频信号的天线101、和接收并处理高频信号的接收RF信号处理部111。并且，具有GPS(GlobalPositioning System：全球定位系统)接收部102，通过从GPS天线接收并解析GPS卫星信号，检测终端100-1自身的当前位置(经度、纬度)。另外，还具有：测定所接收的信号的功率的接收功率测定部103；基带信号调制解调部104，其进行高频信号的调制及解调，并变换为低频的基带信号；把数据信号变换为语音信号的语音编解码器部105；麦克风106，其把所输入的声音作为电信号输出给语音编解码器105；扬声器107，其被输入从语音编解码器105输出的声音的电信号，并作为声音输出；存储器109；键输入部108，用于操作者进行语音通话的连接及切断等操作；控制各个部分的控制部112。终端可以得到基站的频率信息，并通过控制部112的控制转换终端内部的硬件的频率。
下面，说明基站和基站控制站的结构。
图3是表示基站和基站控制站的结构的图。
基站200具有：天线201，用于从该基站覆盖的区域内的终端接收无线信号；接收GPS卫星信号的GPS接收天线206；GPS接收部202，其解析从GPS接收天线接收到的信号，并获取基站自身的位置信息；接收高频信号的RF接收部203；调制解调部204，其调制并解调高频信号，并变换为低频的信号；装置管理部205，其进行整个装置的管理及与维护终端的连接，并存储基站的各个封装体(package)的软件。
并且，基站控制站300包括以下部分：消息处理部301，其处理来自各个基站的各个消息，根据需要取出与其对应的消息；存储器302，用于存储基站控制站属下的各个基站的位置信息、位置阈值、功率值的阈值表；距离及阈值比较部303，其获得终端的位置信息，计算终端与各个基站之间的距离，并与各个基站的阈值比较；信道转换控制部304，其向切换目的地的基站输出切换控制信号。
以下，说明在上述结构的系统和装置之间如何进行本发明的切换的实施例，但首先说明本发明的切换序列的实施例概况。
首先，终端AT例如利用路径更新(Route Update)消息，经由正在通信的基站周期性地向基站控制站发送GPS的位置信息。
基站控制站根据上述的终端AT的GPS位置信息和基站控制站具有的表中的相邻基站的位置信息，计算终端与各个相邻基站之间的距离。如果计算结果是相对基站n接近距离阈值时，则例如利用路径更新请求(Routeupdate request)消息，向终端发送基站n的频率、PN信息等。
接收到该消息的终端将频率转换为基站n的频率，并尝试搜索基站n的导频信号。例如利用路径更新(Route Update)消息，将搜索到的导频的功率值经由正在通信的基站发送给基站控制站。
基站控制站对从终端发送过来的导频的功率值和基站n的功率阈值进行比较，如果超过阈值，则指示终端向基站n进行切换。例如，通过基站向终端发送业务信道分配消息(Traffic Channel Assignment)，终端被分配了基站n的业务信道(Traffic Channel)，并开始与基站n的通信。终端向基站n发送业务信道完成(Traffic Channel Complete)消息应答。
在本发明中，BSC(基站控制站)具有保存终端与各个基站的距离阈值、功率阈值的表的存储器，在所保存的表中设定的距离阈值和功率阈值根据各个基站的区域(cell)半径确定，所以相比目前的1xEV-DO Rev.A系统，可以更加灵活地设定切换阈值。下面，说明序列图和表示消息的格式的实施例。
【实施例1】
图4是说明本发明的一个实施例的处理序列的图。
终端AT周期性地将自身的GPS位置信息装载于路径更新消息中，并经由基站BS1发送给基站控制站。
本发明的特征在于路径更新消息。为了比较，首先说明以往的路径更新消息。
表1是以往的路径更新消息的格式。在路径更新消息中包含路径更新消息的ID、序号、或终端接收到的导频的数量、导频的PN序号、导频的接收强度等。
【表1】
表1
  字段   比特数   概况
  Message ID   8   Route Update Message ID
  Message Sequence   8   Route Update Message序号
  Reference Pilot PN   9   参照导频PN序号
  Reference Pilot Strength   6   参照导频的接收强度
  Reference Keep   1
  Num Pilots   4   导频数量
  Pilot PN Phase   15
  Channel Included   1
  Channel   0或24
  Pilot Strength   6   上述导频的接收强度
  Keep   1
  Reserved   可变
另一方面，表2表示本发明的一个实施例的路径更新消息。本发明的一个实施例的路径更新消息的格式，与表1所示的以往的路径更新消息格式相比，将表示终端的位置消息的终端的经度、纬度分别增加8比特。在本实施例中，终端周期性地将位置信息装载于路径更新消息中，并经由基站发送给基站控制站。
【表2】
表2
  字段   比特数   概况
  Message ID   8   Route Update Message ID
  Message Sequence   8   Route Update Message序号
  Reference Pilot PN   9   参照导频PN序号
  Reference Pilot Strength   6   参照导频的接收强度
  Reference Keep   1
  Num Pilots   4   导频数量
  Pilot PN Phase   15
  Channel Included   1
  Channel   0或24
  Pilot Strength   6   上述导频的接收强度
  Keep   1
  Reserved   可变
  Latitude   8   终端AT的纬度
  Longitude   8   终端AT的经度
接收到从终端周期性地发送过来的路径更新消息中存储的位置信息的基站控制站，对接收到的终端的位置信息与自身具有的表中存储的各个基站的位置信息进行比较。
基站控制站求出终端的位置信息与第n个基站n的距离，如果距离低于预先确定的阈值，则将基站n的频率、PN信息装载于路径更新请求消息中，并发送给终端AT。
表3表示用于将基站n的频率和PN信息通知给终端的路径更新消息。表3在路径更新请求消息中示出了一部分参数。路径更新请求消息是从基站发送给终端的消息。在消息中包含表示扇区的位置的扇区的经度和纬度、相邻基站的数量、相邻基站的PN代码、相邻基站的频率等。
【表3】
表3
  Parameter   备注
  Latitude   扇区的纬度
  Longitude   扇区的经度
  Route Update Radius
  Num Neighbors   相邻基站的数量
  Neighbor PN   相邻基站的PN代码
  Neighbor Channel Included
  Neighbor Channel   相邻基站的频率
根据路径更新请求消息，终端可以得知相邻基站的频率。
接收到该路径更新消息的终端把自身的接收频率转换为基站n的频率，并搜索基站n的导频信号。
终端AT利用路径更新消息发送接收功率值。如果来自基站n的接收功率值和距离双方超过各自的阈值，则基站对终端AT分配业务信道，并完成切换。
表4是将业务信道的分配通知给终端的消息的格式的一例。根据该消息，可以得知基站将哪个信道分配给了终端。在业务信道分配消息中包含分配给终端AT的扇区的MACID。
【表4】
表4
  字段   比特数   概况
  Message ID   8
  Message Sequence   8
  Channel Included   1
  Channel   0或24
  Frame Offset   4
  DRC Length   2
  DRC Channel Gain   6
  Ack Channel Gain   6
  Num Pilots   4
  Pilot PN   9
  Softer Hand off   1
  MAC Index   6   分配给终端AT的扇区的ID
  DRC Cover   3
  RAB Length   2
  RAB Offset   3
【实施例2】
下面，说明其他的实施例。
图5是说明本发明的其他实施例的处理序列的图。
在实施例2中，与上述实施例1相同，终端AT周期性地将自身的GPS位置信息装载于路径更新消息中，并经由基站BS1发送给基站控制站。
接收到从终端AT发送过来的位置信息的基站控制站，对所接收的终端的位置信息和自身具有的表进行比较。在比较结果是低于基站n的距离阈值时，指示终端AT向基站n进行切换，并分配业务信道。终端将频率转换为基站n的频率，在完成切换后，向基站输出业务信道完成的消息。
表5表示切换完成后终端发送给基站的业务信道完成的消息。在接收到表4的业务信道分配消息后，终端向切换目的地基站发送业务信道完成的应答消息。
【表5】
表5
  字段   比特数   概况
  Message ID   8   消息ID(0x02)
  Message Sequence   8

Claims (6)

1.一种无线通信系统的切换控制方法，该系统具有多个无线终端、与该无线终端进行无线通信的多个基站、和进行这些基站的控制的基站控制站，该系统允许所述无线基站与所述无线终端进行通信的无线频率不同，该方法的特征在于，
所述无线终端具有位置信息检测单元，将由该位置信息检测单元检测到的位置信息，经由正在通信中的无线基站发送给基站控制站，
在基站控制站，预先准备有表，该表对于连接至自身的各个基站，存储了位置信息、在与终端的发送接收中使用的频率的信息、和切换时的判定条件，
基站控制站在从无线终端接收到位置信息时，参照所述表，根据所述无线终端的位置信息、各个基站的位置信息和所述切换时的判定条件，选择切换候选的基站，将包括该切换候选的基站的频率的信息的切换请求消息，经由正在与所述无线终端通信的基站发送给所述无线终端。
2.根据权利要求1所述的切换控制方法，其特征在于，
作为存储在所述表中的切换的判定条件，对每个基站设定了无线终端与各个基站之间的距离的阈值、以及无线终端中的各个基站的无线信号的功率值的阈值，
基站控制站根据从无线终端接收到的位置信息和存储在所述表中的各个基站的位置信息，求出所述无线终端与各个基站之间的距离，并与对每个基站设定的距离的阈值进行比较，
在该比较结果为在距离的阈值以下时，将该基站作为切换候选的基站，指示所述无线终端变换为该切换候选的基站的频率，
接收到频率的变换指示的无线终端，按照指示进行频率的变更，测定来自所述切换候选的基站的无线信号的功率值，并经由正在通信中的基站通知给基站控制站，
基站控制站参照所述表，当所述通知的功率值为存储在所述表中的切换候选的基站的功率值的阈值以上时，控制所述无线终端向该切换候选的基站进行切换。
3.一种无线通信系统的无线终端，该系统具有多个无线终端、与该无线终端进行无线通信的多个基站、和进行这些基站的控制的基站控制站，该系统允许所述无线基站与所述无线终端进行通信的无线频率不同，该无线终端的特征在于，
具有位置信息检测单元和转换终端内部的硬件的频率的频率转换单元，
将由该位置信息检测单元检测到的位置信息，经由正在通信中的无线基站发送给基站控制站，并且
在从基站控制站接收到包括切换候选的基站的频率的信息的切换请求消息时，通过所述频率转换单元转换无线终端内部的硬件的频率，接收来自所述切换候选的基站的无线信号。
4.根据权利要求3所述的无线终端，其特征在于，
所述无线终端按照来自基站控制站的消息进行无线终端内部的硬件的频率变更，测定来自所述切换候选的基站的无线信号的功率值，并经由正在通信中的基站通知给基站控制站之后，
按照来自基站控制站的向切换候选的基站进行切换的切换指示，切换至所述切换候选的基站。
5.一种无线通信系统的基站控制站，该系统具有多个无线终端、与该无线终端进行无线通信的多个基站、和进行这些基站的控制的基站控制站，该系统允许所述无线基站与所述无线终端进行通信的无线频率不同，该基站控制站的特征在于，
具有表，该表对于连接至自身的各个基站，存储了位置信息、在与终端的发送接收中使用的频率的信息、和切换时的判定条件，
在接收到从无线终端周期地发送来的位置信息时，参照所述表，根据所述无线终端的位置信息、各个基站的位置信息和所述切换时的判定条件，选择切换候选的基站，将包括该切换候选的基站的频率的信息的切换请求消息，经由正在与所述无线终端通信的基站发送给所述无线终端。
6.根据权利要求5所述的基站控制站，其特征在于，
作为存储在所述表中的切换的判定条件，对每个基站设定了无线终端与各个基站之间的距离的阈值、以及无线终端中的各个基站的无线信号的功率值的阈值，
基站控制站根据从无线终端接收到的位置信息和存储在所述表中的各个基站的位置信息，求出所述无线终端与各个基站之间的距离，并与对每个基站设定的距离的阈值进行比较，
在比较结果为在距离的阈值以下时，将该基站作为切换候选的基站，指示所述无线终端变换为该切换候选的基站的频率，
在接收到在所述无线终端中测定的所述切换候选的基站的功率值的信息时，参照所述表，当所述功率值为存储在所述表中的切换候选的基站的功率值的阈值以上时，控制所述无线终端向该切换候选的基站进行切换。
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