一種在中繼系統中保證業務服務質量的切換方法

2023-04-26 21:32:36

專利名稱：：一種在中繼系統中保證業務服務質量的切換方法
技術領域：
：本發明屬於移動通信中的移動性控制
技術領域：
，具體涉及中繼系統中保證業務服務質量的切換方法。
背景技術：
：在無線通信系統中，當移動臺從一個小區(指基站及其覆蓋的範圍)移動到另一個小區時，為了保持移動用戶的不中斷通信需要進行信道切換。《國際電子與電氣工程師協會通信雜誌》(IEEECommunicationmagazine2004，Volume.42，issue9，卯.80-89，2005)認為，在下一代蜂窩網絡中，中繼技術是一種提升容量和擴大覆蓋範圍，提高小區邊緣吞吐量的重要技術。在中繼系統中，用戶不僅直接和基站通信，而且可以通過中繼站將其信息傳遞到基站。但中繼的引入會形成很多"微小區"，從而導致小區內移動用戶切換次數增多；且中繼在切換過程中信令交互的多跳，會造成很大的數據中斷時延。根據《第三代合作夥伴計劃協議》(3GPP.TS36.331V8.5.0)中的規定，觸發切換的條件事件A5為移動臺到當前小區基站的信道質量Ms加上為了減少桌球切換而設置的遲滯量Hys之和小於加入情況門限Threshl，即Ms+HysThresh2其中Hys、Threshl和Thresh2由系統配置，Mn與Ms由移動臺測量得到。觸發切換的門限對使用不同業務的用戶是無差異的，這對具有不同需求的業務而言，不能提供更好的服務質量保證。非保證比特速率(NonGBR)承載的業務對時延不敏感，切換帶來的時延對於該類業務用戶是可以容忍的；而保證比特速率(GBR)承載的業務對時延敏感，在中繼系統中切換次數頻繁和很長時間的數據中斷時延會嚴重影響到該業務的用戶體驗。
發明內容本發明的目的是提出一種在中繼系統中保證業務服務質量的切換方法，通過在切換判決條件中根據不同業務的用戶取不同業務專屬的切換偏移參量os，以避免保證比特速率業務用戶不必要的切換，從而提高中繼系統中用戶切換時的業務體驗。本發明在中繼系統中保證業務服務質量的切換方法，包括在每個小區設置一個基站，小區邊緣設置中繼站；移動臺隨機分布在各小區內隨機運動；移動臺直接和基站通信或者通過中繼站和基站通信；移動臺從基站或者中繼站的小區廣播系統信息中提取包括遲滯量Hys、加入情況3門限Threshl和離開情況門限Thresh2在內的系統配置參數；由基站或中繼站向移動臺發送需要測量的鄰小區基站或中繼站標識來觸發移動臺的測量過程；移動臺根據所屬基站或中繼站的參考信號的功率的平均值與所有信號的功率的平均值的比值作為當前小區的信道質量Ms，需要測量的鄰小區基站或中繼站的參考信號的功率的平均值與所有信號的功率的平均值的比值作為鄰小區的信道質量Mn;其特徵在於如果移動臺使用一種業務，服務基站或中繼站根據其業務承載類型映射到一個業務專屬切換偏移量OS;對於保證比特速率(GBR)業務用戶的業務專屬切換偏移量取4dB和遲滯量Hys之差即4dB-Hys;對於非保證比特速率(NonGBR)業務用戶的業務專屬切換偏移量取2dB和遲滯量Hys之差即2dB-Hys;如果移動臺同時使用保證比特速率的業務和非保證比特速率的業務，服務基站或中繼站選取保證比特速率業務的業務專屬切換偏移量；基站或中繼站將業務專屬切換偏移量通過小區廣播系統信息發送到移動臺；所述直接和基站通信的移動臺如果滿足移動臺到當前小區基站的信道質量Ms、遲滯量Hys和業務專屬偏移量0S之和小於事件專屬門限Threshl，即Ms+Hys+0SThresh2時，移動臺將"測量報告"消息直接上報到基站，基站選擇測量信息最強的有效小區確定為目標小區，之後原小區基站向移動臺發送切換命令，移動臺根據切換命令斷開與原小區基站的連接，開始同步到目標小區，並在目標小區上開始接受和發送用戶數據，移動臺所屬原基站釋放原小區的無線資源，即切換完成；否則移動臺仍直接和當前的小區基站進行通信；所述通過中繼站和基站通信的移動臺，如果滿足移動臺到當前中繼站的信道質量Ms、遲滯量Hys和業務專屬偏移量OS之和小於事件專屬門限Threshl，即Ms+Hys+0SThresh2時，移動臺將"測量報告"消息直接上報到中繼，中繼再通過回程鏈路上報到基站；基站選擇測量信息最強的有效小區確定為目標小區，之後原小區基站通過回程鏈路向移動臺發送切換命令，中繼站再將切換命令發送給移動臺；移動臺根據切換命令斷開與原小區中繼站的連接，開始同步到目標小區，並在目標小區上開始接受和發送用戶數據，移動臺所屬原中繼站釋放原小區的無線資源，即切換完成；否則移動臺仍直接和當前的小區中繼站進行通信。與現有技術相比較，本發明提出的考慮業務特徵的切換觸發方法，通過在觸發切換的條件等式中引入業務專屬的切換偏移參量OS，儘量避免保證比特速率承載業務用戶不必要的切換，同時鼓勵非保證比特速率承載業務用戶有選擇地進行切換，從而提高中繼系統中用戶切換時的業務體驗。圖1為網絡電話(VoiceoverInternetProtocol,VoIP)業務丟包率和OS的關係曲線a;圖2為VoIP切換次數(次/秒)和OS的關係曲線b;圖3為文件傳輸協議(FileTransferProtocol,FTP)業務傳輸速率和OS的關係4曲線c;圖4為FTP業務切換次數和OS的關係曲線d。具體實施例方式以下結合本方法的實施例。實施例1:本實施例以長期演進計劃(LongTermEvolution,LTE)系統中移動臺的切換流程作為表述基礎。採用的蜂窩小區系統中有19個六邊形小區，在每個小區設置一個基站，小區邊緣設置中繼站，每個小區有3個扇區，每個扇區配置兩個中繼，中繼到基站的距離為500m，中繼採用解調轉發的方式。載波頻率設為2GHz，信道帶寬為10MHz。基站採用120°定向天線，天線增益為,)=-min12fA-18(^<18，是定向天線的方位角。e，設定為70度，Am設為20dB，每條天線的最大增益是14dBi，這個最大增益值取決於天線的指向。隨著與視軸方向的偏離，天線增益逐步降低，最大衰減為20dB。中繼端採用全向天線。基站到移動臺及中繼到移動臺基站到中繼站的大尺度衰落為128.l+37.61ogl。(d)，d是移動臺到基站的距離，單位為千米。小尺度衰落在每個時隙都要更新，本實施例採用瑞利信道模型，其都卜勒頻率定義為600Hz。設基站和中繼站的發送功率分別為10dBm和20dBm。熱噪聲密度為-104dBm/Hz。基站中繼站和移動臺均為單天線配置。信道模型為瑞利信道。本實施例採用《第三代合作夥伴計劃協議》(3GPP)中設置的幀結構，自適應編碼調製為QPSK1/3，QPSK1/2，QPSK2/3，16QAM2/3。數據中斷時延(即中斷時間)，表示的是在切換過程中，用戶數據面發送暫停的時間，直接影響到切換過程中的用戶體驗。表1給出了數據中斷時延的各組成部分；表1數據中斷時延的組成部分tableseeoriginaldocumentpage5表1中的時延參數是在理想傳輸條件下得到的，實際系統中單跳的切換時延約30ms，中繼中的多跳切換時延約69ms;這對於時延不敏感的非保證比特速率承載業務是可以接受的，但對於對時延敏感的保證比特速率承載業務，將會嚴重影響用戶的體驗；保證比特速率業務用戶對於時延敏感的而對數據速率不敏感，例如VoIP業務用戶，可以忍受相對惡劣的話音質量而不能容忍話音的延遲，當時延超過50ms時會發生丟包行為。因此這類用戶是對切換"畏懼"的用戶。非保證比特速率業務用戶對時延不敏感而對數據速率敏感，例如FTP業務，則可以忍受較長的數據包延遲。因此這類用戶是對切換"偏好"的用戶，對這類用戶，數據速率主要是由信道質量和系統資源決定的。因此當檢測到有信號質量更好的小區可以接入時，應該立即切換。本實施例中採用兩種業務應用，一種是FTP業務，一種是VoIP業務，兩者的比例為1:1。小區系統內有500個用戶，每一個用戶只使用一種業務。仿真時間是1000s，每秒鐘切換一次。幀結構是10ms—幀，Hys參數設置為0.設定兩類業務的參數如下表2所示表2業務模型的參數tableseeoriginaldocumentpage6移動臺隨機性的分布在各個小區內，移動臺的移動速度為30m/s，移動方向隨機。移動臺和距離自己最近的基站或者中繼站進行通信；將移動臺分為兩類，一類是直接和基站通信的移動臺，一類是通過中繼和基站通信的移動臺；移動臺從基站或者中繼站的小區廣播系統信息中提取包括遲滯量Hys、加入情況門限Threshl和離開情況門限Thresh2在內的系統配置參數；由基站或中繼站向移動臺發送需要測量的鄰小區基站或中繼站標識來觸發移動臺的測量過程；移動臺根據所屬基站或中繼站的參考信號的功率的平均值與所有信號的功率的平均值的比值作為當前小區的信道質量Ms，需要測量的鄰小區基站或中繼站的參考信號的功率的平均值與所有信號的功率的平均值的比值作為鄰小區的信道質量Mn;如果移動臺使用一種業務，服務基站或中繼站根據其業務承載類型映射到一個業務專屬切換偏移量(OS);對於保證比特速率(GBR)業務用戶的業務專屬切換偏移量取4dB-Hys;對於非保證比特速率(NonGBR)業務用戶的業務專屬切換偏移量取2dB-Hys;如果移動臺同時使用保證比特速率的業務和非保證比特速率的業務，服務基站或中繼站選取保證比特速率業務的業務專屬切換偏移量；基站或中繼站將業務專屬切換偏移量通過小區廣播系統信息發送到移動臺。所述直接和基站通信的移動臺如果滿足移動臺到當前小區基站的信道質量Ms、遲滯量Hys和業務專屬偏移量OS之和小於事件專屬門限Threshl，即Ms+Hys+0SThresh2時，移動臺將"測量報告"消息直接上報到基站，基站選擇測量信息最強的有效小區確定為目標小區，之後原小區基站向移動臺發送切換命令，移動臺根據切換命令斷開與原小區基站的連接，開始同步到目標小區，並在目標小區上開始接受和發送用戶數據，移動臺所屬原基站釋放原小區的無線資源，即切換完成；否則移動臺仍直接和當前的小區基站進行通信。所述通過中繼站和基站通信的移動臺，如果滿足移動臺到當前中繼站的信道質量Ms、遲滯量Hys和業務專屬偏移量OS之和小於事件專屬門限Threshl，即Ms+Hys+0SThresh2時，移動臺將"測量報告"消息直接上報到中繼，中繼再通過回程鏈路上報到基站；基站選擇測量信息最強的有效小區確定為目標小區，之後原小區基站通過回程鏈路向移動臺發送切換命令，中繼站再將切換命令發送給移動臺；移動臺根據切換命令斷開與原小區中繼站的連接，開始同步到目標小區，並在目標小區上開始接受和發送用戶數據，移動臺所屬原中繼站釋放原小區的無線資源，即切換完成；否則移動臺仍直接和當前的小區中繼站進行通信。附圖l為VoIP業務丟包率和OS的關係曲線a;橫坐標是OS的取值，縱坐標是VoIP業務的丟包率，未引入業務專屬的切換偏移，即在OS取OdB的時候，切換由兩個小區的信號質量決定，只要鄰小區信號質量好於當前小區，就執行切換。這時候丟包主要是由於切換引起的。在0S取-ldB的時候，鄰小區信號弱於當前小區的信號質量不大於ldB的時候，強制切換，此時丟包不僅由切換引起而且由於信道質量變差引起丟包，所以此時的丟包率稍微變高。在0S取0dB到4dB的時候由於鄰小區的信號質量高於當前小區和OS才進行切換，儘量避免切換，所以丟包率降低，當0S取4dB以上時，由於當前小區信道質量太差，使丟包率上升。所以綜合信道質量變化和切換引起的丟包，在VoIP業務時，取0S為4dB的時候，7丟包率最小。附圖2為VoIP切換次數(次/秒)和OS的關係曲線b;橫坐標是OS的取值，縱坐標是VoIP業務的切換次數，隨著切換門限的提高，切換次數逐漸減少，和不添加OS參數時相比，丟包率降低了30%，而且切換次數降低了70%。附圖3為FTP業務傳輸速率和0S的關係曲線c;橫坐標是OS的取值，縱坐標是FTP業務的丟包率，FTP業務對時延不敏感，切換對其丟包影響較小，此時，傳輸速率主要是由信道質量決定的。附圖3可以發現FTP在以OS取以OdB為中心的2dB範圍內有較好的傳輸性能。此時切換由兩個小區的信號質量決定，只要鄰小區信號質量好於當前小區，就執行切換。附圖4為FTP業務切換次數和OS的關係曲線d。橫坐標是OS的取值，縱坐標是FTP業務的切換次數，因此OS可以選取在FTP速率穩定範圍內切換次數最少的一點。OS取值l-2dB時，和不考慮業務特徵的切換方案相比，數據速率基本不變，但切換次數降低了60%。與現有技術相比較，本發明提出的考慮業務特徵的切換觸發方法，通過引入業務專屬的切換偏移參量OS，儘量避免切換"畏懼"的保證比特速率承載業務用戶不必要的切換，同時鼓勵切換"偏好"的非保證比特速率承載業務用戶有選擇地進行切換，從而提高中繼系統中用戶切換時的業務體驗。權利要求一種在中繼系統中保證業務服務質量的切換方法，包括在每個小區設置一個基站，小區邊緣設置中繼站；移動臺隨機分布在各小區內隨機運動；移動臺直接和基站通信或者通過中繼站和基站通信；移動臺從基站或者中繼站的小區廣播系統信息中提取包括遲滯量Hys、加入情況門限Thresh1和離開情況門限Thresh2在內的系統配置參數；由基站或中繼站向移動臺發送需要測量的鄰小區基站或中繼站標識來觸發移動臺的測量過程；移動臺根據所屬基站或中繼站的參考信號的功率的平均值與所有信號的功率的平均值的比值作為當前小區的信道質量Ms，需要測量的鄰小區基站或中繼站的參考信號的功率的平均值與所有信號的功率的平均值的比值作為鄰小區的信道質量Mn；其特徵在於如果移動臺使用一種業務，服務基站或中繼站根據其業務承載類型映射到一個業務專屬切換偏移量OS；對於保證比特速率業務用戶的業務專屬切換偏移量取4dB和遲滯量Hys之差即4dB-Hys；對於非保證比特速率業務用戶的業務專屬切換偏移量取2dB和遲滯量Hys之差即2dB-Hys；如果移動臺同時使用保證比特速率的業務和非保證比特速率的業務，服務基站或中繼站選取保證比特速率業務的業務專屬切換偏移量；基站或中繼站將業務專屬切換偏移量通過小區廣播系統信息發送到移動臺；所述直接和基站通信的移動臺如果滿足移動臺到當前小區基站的信道質量Ms、遲滯量Hys和業務專屬偏移量OS之和小於事件專屬門限Thresh1，即Ms+Hys+OS＜Thresh1；同時移動臺到鄰小區基站或中繼站的信道質量Mn減去遲滯量Hys再減去業務專屬偏移OS之差大於事件專屬門限Thresh2，即Mn-Hys-OS＞Thresh2時，移動臺將「測量報告」消息直接上報到基站，基站選擇測量信息最強的有效小區確定為目標小區，之後原小區基站向移動臺發送切換命令，移動臺根據切換命令斷開與原小區基站的連接，開始同步到目標小區，並在目標小區上開始接受和發送用戶數據，移動臺所屬原基站釋放原小區的無線資源，即切換完成；否則移動臺仍直接和當前的小區基站進行通信；所述通過中繼站和基站通信的移動臺，如果滿足移動臺到當前中繼站的信道質量Ms、遲滯量Hys和業務專屬偏移量OS之和小於事件專屬門限Thresh1，即Ms+Hys+OS＜Thresh1；同時移動臺到鄰小區基站或中繼站的信道質量Mn減去遲滯量Hys再減去業務專屬偏移OS之差大於事件專屬門限Thresh2，即Mn-Hys-OS＞Thresh2時，移動臺將「測量報告」消息直接上報到中繼，中繼再通過回程鏈路上報到基站；基站選擇測量信息最強的有效小區確定為目標小區，之後原小區基站通過回程鏈路向移動臺發送切換命令，中繼站再將切換命令發送給移動臺；移動臺根據切換命令斷開與原小區中繼站的連接，開始同步到目標小區，並在目標小區上開始接受和發送用戶數據，移動臺所屬原中繼站釋放原小區的無線資源，即切換完成；否則移動臺仍直接和當前的小區中繼站進行通信。全文摘要本發明公開了一種在中繼系統中保證業務服務質量的切換方法，特徵是通過在觸發切換的條件等式中引入業務專屬的切換偏移參量OS，以儘量避免保證比特速率承載業務用戶不必要的切換，同時鼓勵非保證比特速率承載業務用戶有選擇地進行切換，從而提高中繼系統中用戶切換時的業務體驗。文檔編號H04W36/30GK101742601SQ20091025149公開日2010年6月16日申請日期2009年12月24日優先權日2009年12月24日發明者劉蓓,邱玲申請人:中國科學技術大學