宏分集切換和快速接入站交換的方法
2024-02-10 04:33:15
專利名稱：：宏分集切換和快速接入站交換的方法
技術領域：
：本發明總體上涉及無線多用戶行動網路，具體地說，涉及無線移動多用戶多跳網絡。
背景技術：
：IEEE標準在此通過引用併入以下的標準規範2006年3月的官方IEEE802.16j，"IEEE802.16jMobileMultihopRelayProjectAuthorizationRequest(PAR)"，2004年10月，IEEE計算機學會和正EE微波理論和技術學會的"正EEStandardforLocalandMetropolitanAreaNetworks-Part16:AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems,，，以及2006年2月，正EE計算機學會和IEEE微波理論和技術學會的"IEEEStandardforLocalandMetropolitanAreaNetworks-Part16:AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems,Amendment2:PhysicalandMediumAccessControlLayersforCombinedFixedandMobileOperationinLicensedBands"。定義在此相應地定義和使用以下的術語。基站(BS):用於在用戶設備和基礎結構或網絡主幹之間提供無線通信的設備。多跳中繼基站(MR-BS):遵循修正的IEEEStd802.16j到IEEEStd802.16的基站，其具有支持移動、多跳(MMR)網絡的擴展功能。用戶站(SS):被設置用於在用戶設備和基站(BS)之間提供通信的通用設備。移動站(MS):在移動或不確定地點使用的無線收發器。除非專門指明，MS始終是用戶站(SS)。中繼站(RS):其功能為在兩個或更多個站之間中繼數據和控制信息，並執行支持多跳通信的處理的無線收發器。錨定站(AnchorStation):其中MS或MRS被同步的站，該錨定站執行測距(ranging)並監測用於控制信息的下行鏈路。錨定站可以是RS、BS或MR-BS。快速接入站交換(FASS):使得MS可以根據站選擇機制逐幀地改變其接入站的方法。接入站可以是RS、BS或MR-BS。該MS在任意給定幀期間向活動站之一(錨定站)發送數據/從其接收數據。宏分集切換(MDHO):其中移動站(MS)從由一個或更多個接入站提供的空中接口遷移到由一個或更多個其他接入站提供的空中接口的處理。在下行鏈路(DL)中，通過使兩個或更多個接入站向該MS發送相同MAC/PHY協議數據單元(PDU)來實現該處理，以使得可以通過該MS來執行分集組合。在上行鏈路(UL)中，通過使兩個或更多個接入站從該MS接收(解調、解碼)相同PDU來實現該處理，以使得可以在這些接入站之間進行對所接收的PDU的分集組合。活動站被通知了必要的MS或MRSMAC/PHY信息以使其能夠在宏分集的環境中提供對該MS或MRS的接入的站。MMR分集集合給定MS的活動站的列表。該集合可應用於宏分集切換、協作中繼以及快速接入站交換。服務站對於任意MS，服務站是在初始接入網絡時或在切換過程中MS最近向其完成了登記的站。服務站可以是BS或MR-BS。鄰近站對於任意MS或RS，鄰近站是其下行鏈路傳輸可以由該MS或RS接收的站(不是錨定站)。鄰近站可以是RS、BS或MR-BS。目標接入站在切換之後作為MS網絡接入的主要候選的站。目標接入站可以是RS、BS或MR-BS。目標錨定站對於任意MS或MRS，在切換之後作為錨定站的主要候選的站。目標錨定站可以是RS、BS或MR-BS。目標服務站在切換之後作為用於MS登記的主要候選的站。目標服務站可以是BS或MR-BS。連接在物理層(PHY)，該連接經由一個或更多個發射天線從站的RP發射器，通過無線信道，經由一個或更多個接收天線，延伸到另一站的RF接收器。在物理上，該連接使用子信道和時隙的預定集合來傳遞RP信號。在邏輯層，該連接的關注部分從發射器中的協議棧的介質接入層(MAC)延伸到接收器中的介質接入層。在邏輯上，該連接以單個比特流傳送數據和控制信息。接入站給定MS或RS直接接入到網絡中的接入點處的站。接入站可以是BS、RS或MR-BS。這裡使用的所有其他常規首字母縮寫在上面的IEEE標準中進行了定義，也可以參見2006年10月的"Harmonizeddefinitionsandterminologyfor802.16JMobileMultihopRelay,，，IEEE802.16j-06/014rl,禾口W.Stallings,"DataandComputerCommunications,"Seventhedition,PrenticeHall,2003,在此通過引用併入它們。切換模式根據正EE802.16e標準，存在三種基本的切換模式硬切換(HO)、快速BS交換(FBSS)和宏分集切換(MDHO)。HO模式在HO模式中，MS在任何一個時刻僅與一個BS進行通信，這只允許低速移動性(例如，便攜性或簡單的移動性)。對於高速移動性(完全移動性)，FBSS和MDHO提供了更好的性能。FBSS模式在FBSS中，將數據發送到分集活動集合中的所有BS，而沒有進行分集組合。而且，僅在錨定BS中對數據進行處理。在錨定BS改變時，該切換模式不需要明確的切換信令消息。對於FBSS，基站(BS)使用快速交換機制來提高鏈路質量。在任意的給定幀處，移動站(MS)僅向活動BS之一(即，錨定BS)發送數據或從其接收數據。錨定BS可以根據基站(BS)選擇方案逐幀地變化。MDHO模式在MDHO模式中，MS可以並行地與分集活動集合中的所有BS進行通信。在上行鏈路(或下行鏈路)中，BS(MS)對所接收的信號進行分集組合。對於MDHO模式，移動站(MS)從由一個或更多個基站(BS)提供的空中接口(信道)遷移到由一個或更多個其他BS提供的空中接口。在下行鏈路(DL)中，通過使兩個或更多個BS向該MS發送相同MAC/PHY協議數據單元(PDU)來實現該處理，以使得可以通過該MS來執行分集組合。在上行鏈路(UL)中，通過使兩個或更多個BS從該MS接收(解調、解碼)相同PDU來實現該遷移，以使得可以在這些BS之間進行對所接收的PDU的分集組合。圖l示出了根據正EE802.16e標準的MDHO，其中MS101可以直接並且並行地與多個BS102進行通信。該網絡還包括有線主幹或基礎結構103。在後面的附圖中沒有示出該主幹。注意，這種常規網絡不包括中繼站。以上描述了用於兩個或更多個基站之間的切換過程的現有技術。然而，在移動多跳中繼(MMR)網絡中，通過一個或更多個中繼站(RS)從MR-BS和MS對用戶數據和可能的控制信息進行中繼。中繼站擴展了MMR網絡的覆蓋區域、範圍、吞吐量和容量，並且使得功率很低的設備能夠加入該網絡。這裡使用的形容詞"移動"表示支持移動用戶站和移動中繼站兩者的事實。可以在多跳中繼(MR)-BS和MS之間建立多條通信路徑，並且通過這兩條路徑來傳送相同的用戶數據和/或控制信息以提高性能。希望提供用於MMR網絡的切換機制。
發明內容本發明的實施方式提供了切換過程和MAC管理消息，以支持用於移動多跳中繼(MMR)網絡的切換過程。針對9類網絡拓撲描述了切換過程和MAC管理消息。提供了通過中繼站的MACMDHO和FASS切換過程以及對應的MAC管理消息，使得遵循正EE8Q2.16e的移動站可以在正EE802.16J標準或MMR網絡中無縫地進行切換。.因為網絡基礎結構包括中繼站，所以在MMR網絡中可能發生9種不同的MDHO和FASS切換情況。這9種情況可以分成兩個主要的切換類別，即(1)切換處於同一MMR小區中時的MS-BS內切換；以及(2)切換處於兩個不同MMR小區之間的MR-BS間切換。圖1是沒有中繼站的現有技術的MDHO網絡的示意圖；圖2是根據本發明的實施方式的MR-BS內切換的示意圖，其中當前錨定站和目標錨定站為同一MR-BS;圖3是根據本發明的實施方式的MR-BS內切換的示意圖，其中當前錨定站是RS並且目標錨定站是其服務MR-BS;圖4是根據本發明的實施方式的MR-BS內切換的示意圖，其中當前錨定站是MR-BS，並且目標錨定站是該MR小區中的RS;圖5是根據本發明的實施方式的MR-BS內切換的示意圖，其中當前錨定站和目標錨定站是同一RS;圖6是根據本發明的實施方式的MR-BS內切換的示意圖，其中當前錨定站和目標錨定站是不同的但是在同一MR小區中的RS;圖7是根據本發明的實施方式的MR-BS間切換的示意圖，其中當前錨定站和目標錨定站是不同的MR-BS;圖8是根據本發明的實施方式的MR-BS間切換的示意圖，其中當前錨定站是MR-BS，並且目標錨定站是由不同MR-BS控制的RS;圖9是根據本發明的實施方式的MR-BS間切換的示意圖，其中當前錨定站是RS，並且目標錨定站是不同MR小區中的MR-RS;圖10是根據本發明的實施方式的MR-BS間切換的示意圖，其中當前錨定站和目標錨定站是位於不同MR小區中的不同RS;圖11是用於圖10中所示的宏分集切換的消息的時序圖；圖12是根據本發明的實施方式的新的MAC管理消息表；以及圖13是根據本發明的實施方式的用於切換的方法的流程圖。具體實施例方式本發明的實施方式提供了用於無線多用戶、多跳中繼網絡中的宏分集切換和快速接入站交換的方法。由於網絡基礎結構中的中繼站，而導致存在MDHO或FASS切換兩個主要的類別在圖2-10中，一般地，橢圓表示基站小區，圓形表示中繼站小區並且箭頭表示切換。為清楚起見，在圖2-10中沒有示出圖1的主幹103。MR-BS內切換在MR-BS內切換中，在由同一服務MR-BS控制的一組RS或MR-BS之間對分集集合進行更新。該類別包括5種情況。如在此所使用的，一組移動站、中繼站或基站可以包括一個或更多個站。情況1:如圖2所示，當前錨定站和目標錨定站是與該組中繼站(RS1-RS6)202進行通信的MR-BS201。情況2:如圖3所示，當前錨定站是RS301並且目標錨定站是MR-BS302。情況3:如圖4所示，當前錨定站是MR-BS401並且目標錨定站是RS402。情況4:如圖5所示，當前錨定站和目標錨定站是同一RS501。情況5:如圖6所示，當前錨定站和目標錨定站是不同的RS601-602。MR-BS間切換在MR-BS間切換中，在由一組MR-BS控制的一組RS之間對分集集合進行更新。該類別包括4種情況。情況6:如圖7所示，當前錨定站和目標錨定站是不同的MR-BS701-702。情況7:如圖8所示，當前錨定站是MR-BS，並且目標錨定站是由不同MR-BS801-802控制的RS。情況8:如圖9所示，當前錨定站是RS901並且目標錨定站是不同MR小區中的MR-BS902。情況9:如圖10所示，當前錨定站和目標錨定站是不同的並且位於不同MR小區中的RS。圖11示出了用於圖10所示的情況9的MDHO/FASS切換過程的示例。在圖11中，箭頭表示消息的方向。圖11示出了MS1101、當前錨定RS1102、當前錨定服務MR-BS1103、目標服務MR-BS1104和目標錨定RS1105。還示出了開始Resource—Retain—Time計時器1111以及切換完成1112。圖12示出了用於網絡中的站的根據本發明的實施方式的新的MAC管理消息表，用於如圖10所示的遵循IEEE802.16e的MSMAC切換過程的各個階段。在列1201中對新的MAC消息進行命名，階段位於列1202中，而消息的描述位於列1203中。圖13示出了下面要詳細描述的根據本發明的實施方式的用於無線多用戶、多跳中繼網絡的宏分集切換和快速接入站交換的一般方法。如本領域中公知的，站之間的信令出現在無線中繼鏈路(信道)以及在有線"主幹"或網絡基礎結構上。對於如正EE802.16標準(在此通過引用將其併入)定義的廣播控制信息(例如前導碼、FCH、DL-MAP、UL-MAP、DCD禾BUCD消息)，切換過程可以依賴於MR-BS和下級RS之間的協調。在同步廣播系統中，僅MR-BS發送所有的廣播控制消息，或者同一MR小區中的RS向MS轉發相同的廣播控制消息。在異步廣播系統中，RS可以發送其自己的前導碼、FCH、DL-MAP、UL-MAP、DCD和UCD消息。本發明的實施方式提供了MR小區網絡中的MDHO切換和FASS切換，並定義了用於異步廣播系統的MAC切換過程。MAC切換過程和MAC消息使得遵循IEEE802.16e的MS能夠根據在IEEE802.16e-2005標準的子集6.3.22中定義的切換過程，無縫地進行切換。宏分集切換和快速接入站交換如圖13所示，該一般的方法執行1310網絡拓撲廣告。將在下面詳細描述該步驟。此後為MS分配1320掃描間隔，如下所述。可以通過如圖11所示的交換1330切換MAC管理消息來使能(enable)或禁能(disable)MDHO或FASS能力。在圖12中定義了這些消息。當使能MDHO或FASS時，MS進行下面的步驟。MDHO確定通過MS的確定來開始MDHO，以並行地向多個MR-BS和/或RS進行發送或從多個MR-BS和/或RS進行接收。MDHO可以以"切換管理消息"開始，並且可以交換"切換管理消息"。該切換管理消息可以是MS的MOB_MSHO-REQ消息或錨定站的MOB_BSHO-REQ消息。FASS確定通過MS的確定來開始FASS切換，以從可以在分集集合中改變的錨定站接收數據或向該錨定站發送數據。FASS切換也以"切換管理消息，，來開始，並且交換"切換管理消息"，這些切換管理消息可以是MS的MOB—MSHO-REQ消息或錨定站的MOB—BSHO-REQ消息。錨定站更新/選擇MS連續地監測包括在其分集集合1301中的站的信號強度，並通過添加或刪除站來相應地更新1340該分集集合。然後，該MS從其當前分集集合1301中選擇1350—個站作為錨定站，並且在CQICH或MOB—MSHO-REQ消息中用信號通知所選擇的錨定站。通常，所選擇的站是具有最佳信號強度的站。支持MDHO或FASS的MR-BS或RS廣播包括H—Add閾值和H—Delete閾值的DCD消息。這些閾值由能夠進行FASS/MDHO的MS使用，以確定是否應該發送MOB一MSHO—REQ消息。如果錨定站的長期載波與幹擾和噪聲比(CINR)小於預定閾值H—Delete閾值，則MS發送MOB—MSHO-REQ消息以請求將該錨定站從分集集合中刪除。如果鄰近MR-BS或RS的長期CINR大於預定閾值H_Add閾值，則該MS發送MOB—MSHO-REQ消息以請求將該鄰近MR-BS或RS添加到該分集集合。如在IEEE802.16e-2005標準中所定義的，MOB—BSHO-REQ消息和MOB—MSHO-RSP消息包括下面的與用於特定MS的可能的目標接入站相關的信息服務級別預測；前導碼索引/子信道索引；HO處理優化；網絡輔助HO支持；以及HO—授權策略支持。該信息可以通過IEEE802.16e網絡中的主幹103獲得，參見圖1。然而，該信息也可以通過中繼鏈路獲得。因此，我們定義兩個新的切換MAC管理消息，MR—HOINFO-REQ和MR—HOINFO-RSP，以交換與要包括在分集集合中的潛在站相關的信自必0用於MDHO/FBSS的分集集合更新當MS發送MOB_MSHO-REQ消息時，該MS可以提供要包括在MS的分集集合中的MR-BS和/或RS的可能列表。該MS可以通過所接收的MOB一NBR-ADV消息以及預先執行的信號強度測量、傳播延遲測量、掃描、測距以及相關行為，來評估MR-BS禾卩/或RS的該可能列表。當MS的當前分集集合中的錨定站發送MOB—BSHO-RSP消息時，MR-BS可以提供被建議併入到該MS的分集集合中的MR-BS或RS的列表。該分集集合中的MS和潛在站通過交換RNG-REQ和RNG-RSP消息來執行測距。MS可以通過發送包括站IDTLV的RNG-REQ消息表示切換意圖，並將測距目的指示TLV集合的位數設置為1。當接收該RNG-REQ消息時，如果所述站還沒有接收到該消息，則潛在站可以向MS請求信息。因為MS信息可能需要通過中繼鏈路以及通過主幹獲得，所以我們定義了兩個新的切換MAC管理消息MR—MSINFO-REQ和MR—MSINFO-RSP消息用於通知MS信息。基於信息的MDHO/FASS確定和開始基於上述信息，在步驟1360中，站可以確定進行切換並開始該切換。MDHO/FASS切換執行和終止在開始之後，執行切換1370，並且如果成功，則終止1380。根據IEEE802.16e-2005標準，通過先前的錨定BS在網絡主幹上通知分集集合處的成功MS網絡附屬(attachments然而，在IEEE802.16j標準中，該附屬可以通過中繼鏈路以及主幹來通知。因此，我們描述了新的切換MAC管理消息MRJIO-IND。該信息用於通知先前的錨定站在新的錨定MR-BS和/或RS處的成功MS網絡附屬。網絡拓撲廣告本部分描述對網絡拓撲廣告過程1301的補充和修改，以及用於當前標準的根據本發明的實施方式的MS掃描過程1320。MR-BS或RS周期性地向其小區中的所有MS廣播MOB—NBR-ADV消息。MOB一NBR-ADV消息包括其他站的接入鏈路信道信息。該信息可以通過無線中繼鏈路以及MR網絡中的主幹獲得。因此，我們定義了新的切換MAC管理消息MR—NBR-REQ，用於MR-BS和RS之間或RS和RS之間通過無線中繼鏈路的信息交換，如表1所示。新的MR一NBR-RSP消息可以定義為用於對MR—NBR-REQ消息的響應。接入站基於從所接收的MR—NBR-REQ消息收集的信息而準備MOB—NBR-ADV消息。然後，該接入站將該MOB—NBR-ADV消息發送給其相關的MS。RS或MR-BS使用該MR_NBR-REQ消息向服務MR-BS和上遊RS請求其他站的接入信道信息。在普通MAC報頭中編碼的CID是RS和MR-BS之間或請求RS和其上遊RS之間的主要CID。表1tableseeoriginaldocumentpage13MS掃描接入站可以為尋找和監測用於切換的潛在目標接入站的適用性的MS分配掃描間隔。如IEEE802.16e-2005中定義的，MS可以使用MOB—SCN-REQ消息來請求掃描間隔的分配和與各個潛在目標接入站的特定類型的關聯。在正EE802.16e-2005中，定義了三個關聯級別關聯級別0，關聯級別1和關聯級別2。所請求的關聯級別被編碼在MOB—SCN-REQ消息的掃描類型欄位中。當接收到MOB一SCN-REQ消息時，接入站使用MOB—SCN-RSP消息進行響應。在IEEE802.16e-2005中，BS之間的協作可以在主幹上實現。然而，正EE802.16j中，協作需要在中繼鏈路以及主幹上進行。我們定義了兩個新的切換MAC管理消息MR—SCN-REQ和MR—SCN-RSP，用於中繼鏈路上的協作，參見表2和3。當前接入站發送消息MR—SCN-REQ消息，以與上遊中繼站(或者甚至MR-BS)協商關聯級別，從而為MS分配合適的掃描間隔。表2tableseeoriginaldocumentpage14儘管已經通過優選實施方式的示例描述了本發明，但是應當理解，可以在本發明的精神和範圍內做出各種其他的調整和修改。因此，所附權利要求的目的在於覆蓋在本發明的精神和範圍內可以想到的所有的這些變化和修改。權利要求1、一種用於無線多用戶多跳中繼網絡中的移動站以及中繼站和基站的宏分集切換(MDHO)和快速接入站交換(FASS)的方法，該方法包括以下步驟執行用於所述移動站以及所述中繼站和基站的網絡拓撲廣告；根據所述網絡拓撲廣告向所述移動站分配掃描間隔；在所述移動站與所述中繼站和基站之間交換切換管理消息；更新用於與當前錨定站進行通信的移動站的分集集合；從所更新的分集集合中選擇目標錨定站；以及使所述移動站從當前錨定站切換到目標錨定站。2、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換管理消息在網絡的介質訪問(MAC)層定義。3、根據權利要求2所述的方法，其中，所述切換管理消息使能所述MDHO和FASS。4、根據權利要求1所述的方法，該方法還包括在所述移動站與所述中繼站和基站之間傳送用戶數據。5、根據權利要求3所述的方法，其中，在所述MDHO過程中，所述移動站從由一個或更多個接入站提供的空中接口遷移到由一個或更多個其他接入站提供的空中接口。6、根據權利要求3所述的方法，其中，在所述FASS過程中，所述移動站和接入站傳送用戶數據，並且所述用戶數據作為幀進行傳送，並且所述移動站根據站選擇機制逐幀地改變接入站。7、根據權利要求6所述的方法，其中，所述移動站在任意特定幀期間從一組活動站中的一個活動站傳送用戶數據。8、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換處於所述網絡的一個小區中。9、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換處於所述網絡的不同小區之間。10、根據權利要求8所述的方法，其中，所述當前錨定站和所述目標錨定站是特定的多跳中繼基站。11、根據權利要求8所述的方法，其中，所述當前錨定站是特定的中繼站，並且所述目標錨定站是特定的多跳中繼基站。12、根據權利要求8所述的方法，其中，所述當前錨定站是特定的多跳中繼基站，並且所述目標錨定站是特定的中繼站。13、根據權利要求8所述的方法，其中，所述當前錨定站和所述目標錨定站是特定的中繼站。14、根據權利要求8所述的方法，其中，所述當前錨定站和所述目標錨定站是不同的中繼站。15、根據權利要求9所述的方法，其中，所述當前錨定站和所述目標錨定站是不同的特定的多跳中繼基站。16、根據權利要求9所述的方法，其中，所述當前錨定站是特定的多跳中繼基站，並且所述目標錨定站是由不同的多跳中繼基站控制的特定的中繼站。17、根據權利要求9所述的方法，其中，所述當前錨定站是一個小區中的特定的中繼站，並且所述目標錨定站是不同小區中的特定的多跳中繼基站。18、根據權利要求9所述的方法，其中，所述當前錨定站和所述目標錨定站是不同小區中的不同中繼站。19、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換管理消息包括用於進行所述廣告的消息。20、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換管理消息包括多跳掃描間隔分配請求消息。21、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換管理消息包括多跳切換信息請求消息。22、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換管理消息包括多跳移動站信道信息請求消息。23、根據權利要求1所述的方法，其中，所述切換管理消息包括多跳切換指示消息。全文摘要本發明涉及用於無線多用戶多跳中繼網絡中的宏分集切換和快速接入站交換的方法。為無線移動多跳中繼(MMR)網絡提供了切換過程和新切換MAC管理消息的收集。所支持的切換類型包括宏分集切換(MDHO)和快速接入站交換(FASS)。對9種主要類型的網絡拓撲描述了用於這兩種類型的切換的切換過程和MAC消息。這9種類型的拓撲進一步被分成多個主要類別，即，切換處於MMR小區中時的多跳基站(MR-BS)內切換，以及切換處於兩個不同的MMR小區之間時的MR-BS間切換。文檔編號H04W36/08GK101227716SQ20071030117公開日2008年7月23日申請日期2007年12月26日優先權日2007年1月5日發明者張坤好,張錦雲,趙勝傑,陶志峰申請人:三菱電機株式會社