CN102196525B - 一种编码协作软切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种编码协作软切换方法，具体涉及一种编码协作越区软切换方法，属于无线移动通信领域。在移动信道下各基站对信源编码，编码码率受当前信道的大尺度信息控制，编码后信息进行分发，根据传输信息基站与其他各基站间的信道特性，对各基站进行编码码率和功率分配，后各基站进行协作传输，从而实现编码越区软切换。本发明能够有效提高频带利用率以及可靠性，采用基于时分双工的编码自适应技术使得越区切换快速、方便和实现容易，基于信道的互易特性使得收发双发无需信息传递即可互知信道信息。

Description

一种编码协作软切换方法

技术领域

本发明涉及一种编码协作软切换方法，具体涉及一种编码协作越区软切换方法，属于无线移动通信领域。

背景技术

随着技术的进步，新一代移动通信网络具有更完备的网络覆盖、更高速率的数据服务能力及综合实时多媒体业务，以及在更复杂的无线环境下为用户提供更优良的网络服务。新一代移动通信网对作为网络建设的关键环节“网络内切换”也提出了更高需求。越区切换发生于移动台从一个小区(指基站或者基站的覆盖范围)移动到另一个小区时，为了保持移动用户的不中断通信而进行的信道切换。判定移动台是否需要越区切换有三种判定方法：(1)依靠接收信号载波电平判定，即当信号载波电平低于门限电平(例如-100dBm)时进行切换；(2)依靠接收信号载/干比判定，即当载/干比低于给定值时进行切换；(3)依靠移动台到基站的距离判定，即当距离大于给定值时进行切换。具体越区切换准则如下：

准则1：相对信号准则。

在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。这种准则的缺点是：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引发太多不必要的越区切换。

准则2：具有门限规定的相对信号强度准则。仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱(低于某一门限)，且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。

准则3：具有滞后余量的相对信号强度准则。仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强度强很多(即大于滞后余量)的情况下进行越区切换。该技术可以防止由于信号波动引起的移动台在两个基站之间来回重复切换，即“乒乓效应”。

准则4：具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则。仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。

越区切换从技术上可分硬切换和软切换。硬切换为新的连接建立前，先中断旧的连接，具有先断后连的特点，适合宏蜂窝小区切换不太频繁的场景，例如GSM系统；软切换指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，即具有先连后断的特点，适合不频繁或中等频度的切换，当手机用户离开当前使用小区的信号覆盖区时，继续为手机用户提供连续的无中断的通信服务，例如CDMA系统。对于越区切换控制，只考虑移动台控制的越区切换，即移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量，当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。DECT等小系统常采用硬切换的方式，此方式在大系统中容易引起切换冲突。软切换是指在导频信道的载波频率相同时小区之间的信道切换。在切换过程中，移动用户与原基站和新基站都保持通信链路，只有当移动台在新目标基站的小区建立稳定通信后，才断开与原基站的联系，属于cdma通信息系统独有的切换功能，可有效提高切换可靠性。

微小区高速移动切换的问题，在微小区，高速移动用户仅有很少时间就需切换，对系统压力太大，一种宏小区与微小区相结合的伞状小区结构，切换时采用宏小区信道可解决上述问题。

随着新型移动通信网络的发展，小区切换尺寸不断缩小，从宏蜂窝过渡到微蜂窝进而过渡到微微蜂窝；同时，移动设备的移动速度也越来越快，导致越区切换越来越频繁，软切换能够降低用户不愉快体验，平衡当前区域负载，并且实现资源共享等功能。为提高频率复用效率，支持高速无线接入的需求，必须采用新的切换技术。

美国高通公司申请号为PCT/US00/35684 2000.12.28的国际专利，“第三代CDMA系统的改进软越区切换算法和无线通信系统”，内容涉及通过在MS和多个基站之间建立同步通信来完成软越区切换。

美国高通公司申请号为PCT/US00/30580 2001.11.6的国际专利，“高速通信系统中执行越区切换的方法和设备”，内容涉及一种包括闭环功率控制系统，移动台添加验证信息，基于功率控制参数判断反向链路信号是否由目标基站以足够能量接收，当提供最佳前向链路信号的基站没有以足够的能量从用户站接收到反向链路信号时，会强制进行越区切换。

上述两个专利提到基于功率控制反馈信息和同步通信实现软切换，没有给出具体功率检测及具体的软切换方法。

发明内容

本发明的目的是为了减少频繁的各小区切换情况下用户的不愉快体验，同时也为了进一步提高频率复用效率，支持高速无线的接入，提出一种编码协作软切换方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

采用编码技术来实现现有及未来移动通信网的越区软切换。当一个基站和另一个基站之间通过光纤可以直接通信，即每个基站和另一个基站具有无需其他转接的直接连接关系时，定义此二基站之间为邻居基站，则网络中每个基站和网络中一个或多个基站形成邻居基站关系。

移动用户设备即根据用户位置及实时信道估计信息，自适应调整分配给各基站的编码码率，采用编码信息进行越区软切换。高速移动环境下，通信的收发双方以传输数据为主，收发双方仅需互知信道的大尺度信息即可，大大降低了对信道互易性的要求。

在移动信道下各基站对信源编码，编码码率受当前信道的大尺度信息控制，编码后信息进行分发，根据传输信息基站与其他各基站间的信道特性，对各基站进行编码码率和功率分配，后各基站进行协作传输，从而实现编码越区软切换。

本发明的一种编码协作软切换方法，其具体步骤如下：

1)发送机根据信道信息求出各邻居基站与移动设备间对应的编码码率；

2)发送机检测步骤1)中各邻居基站与移动设备间对应的编码码率是否低于预设的最低门限值，若是则采用分配零速率的方式断开此通道，否则为各邻居基站分配相应速率；

3)发送机为各邻居基站分配基站与移动设备间的分发功率，该功率根据该基站与移动设备间的信道特性进行自适应调节，具体为采用注水定理进行功率分配；

4)发送机采用无比率编码对发送数据进行编码，该编码方式具有编码和同步复杂度低的特点，可以设计出各种码长的编码，从而实现任意比率的无比率编码；

5)发送机对步骤4)编码后的数据进行编码分发，发给邻居基站；

6)接收到编码数据的各邻居基站对编码分发后的数据进行协作传输；此过程中部分基站的信息丢失时，在各基站正确译码前提下，不影响用户接收效果；

7)接收机接收步骤6)中各基站经协作传输后发出的信息，并进行组合、解调，输出接收符号软信息；

8)接收机将解调后的接收符号软信息送到置信传播解码器，输出解码符号；

9)接收机将置信传播解码器输出的解码符号送到信宿，信宿正确解码后，接收机给发送机反馈停止发送信号，发送机此时停止向邻居基站进行广播分发数据信息，开始下一帧数据的传输；

上述发送机为基站或者移动设备，上述接收机也为基站或者移动设备。

本发明的一种编码协作软切换方法，在具体实现编码软切换时，基于3层级以上的编码切换无需空中接口支持；当覆盖当前区域的小区负载不平衡时，可以采用本发明编码软切换进行资源共享；与当前使用小区业务特性不符时，根据速度与业务分层来高效率的使用资源。

有益效果

采用本发明的一种编码协作软切换方法，能够有效提高频带利用率以及可靠性，基站之间采用编码协作的方式实现越区软切换，采用基于时分双工的编码自适应技术使得越区切换快速、方便和实现容易；基于信道的互易特性使得收发双发无需信息传递即可互知信道信息；基于3层级以上的编码切换无需空中接口支持，当覆盖当前区域的小区负载不平衡时可实现资源共享；与当前使用小区业务特性不符时，根据速度分层、业务分层，来高效率的使用资源。

附图说明

图1为两基站条件下，编码协作软切换的功率分配实施例示意图；

图2为本发明的信息传输示意图；

图3为本发明编码协作软切换方法中发送具体流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例对本发明提出的一种编码协作软切换方法实现过程中的参与协作软切换的不同基站间的功率分配问题进行了具体阐述，假设参与编码协作软切换的基站数目为2，分别是BSx和BSy，参与编码分发的用户设备数目为1即UE_k，基站BSx传输的信号为a，基站BSy传输的信号为b，如图1所示，则a和b可以表达为

a＝k₀x，b＝k₁x

其中

由于总功率是固定的，因此将总功率分为两份，系数分别是k₀和k₁，且

x为复星座点，UE_k接收到的信号为

y＝α·a+β·b+ζ

其中α和β为功率分配系数，ζ为复高斯变量，将a和b表达式代入y的表达式，得

y＝α·k₀x+β·k₁x+ζ

令

E|ζ|²＝N₀

则

$\mathrm{SNR}=\frac{(k_0\mathrm{\α}+k_1\mathrm{\β})E{\left|x\right|}^2}{N_0}=\frac{[k_0^2{\mathrm{\α}}^2+k_1^2{\mathrm{\β}}^2+2k_0{k}_1\mathrm{\α\β}]E_s}{N_0}$

其中E|ζ|²表示|ζ|²的数学期望，SNR为信噪比。

设定约束条件

$E=E_0+E_1=(k_0^2+k_1^2)E_s$

其中E₀和E₁分别为基站BSx和BSy分配的功率，Es为平均功率。

采用拉格朗日方法，最大化SNR，即最大化

$[k_0^2{\mathrm{\α}}^2+k_1^2{\mathrm{\β}}^2+2k_0{k}_1\mathrm{\α\β}]E_s$

经过推导得到

$y=\mathrm{\α}\·k_{0}x+\mathrm{\β}\·\sqrt{1-k_0^2}x+\mathrm{\ζ}$

从而接收信噪比

$F=\mathrm{SNR}=\frac{(k_0\mathrm{\α}+\sqrt{1-k_0^2}\mathrm{\β})E_s}{N_0}$

根据注水定理得最优的功率分配策略为：

$E_0=\frac{{\mathrm{\α}}^2{E}_s}{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2},$ $E_1=\frac{{\mathrm{\β}}^2{E}_s}{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}$

同时最优SNR为

$\mathrm{SNR}{|}_{\mathrm{opt}}=\frac{{(\frac{{\mathrm{\α}}^2}{\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}}+\frac{{\mathrm{\β}}^2}{\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}})}^2{E}_s}{N_0}=\frac{({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2)E_s}{N_0}.$

同理可将此实施例推广到多个基站为一个用户服务以及多个基站为多个用户服务的编码软切换应用中。

实施例2

一种编码协作软切换方法，用于宽带TDD(时分双工)移动通信系统，为实现快速和高效的编码协作软切换，信息速率和功率的分配过程可以分别采用无比率编码及如实施例1中的基于注水原理分配功率的方法。宽带TDD(时分双工)移动通信系统中分别的基站根据移动终端用户设备的位置，自适应调整编码码率，实现信息和功率的编码分发与信息传输，从而实现编码协作软切换，实现过程中信息传输示意图如图2所示，其中发送具体步骤流程图如图3所示，整个编码协作软切换方法的步骤如下：

1)发送机根据信道信息求出各邻居基站与移动设备间对应的编码码率；

2)发送机检测步骤1)中各邻居基站与移动设备间对应的编码码率是否低于预设的最低门限值，若是则采用分配零速率的方式断开此通道，否则为各邻居基站分配相应速率；

3)发送机采用注水定理为各邻居基站分配基站与移动设备间的分发功率；

4)发送机采用RC-LDPC或RC-LDGM的无比率编码方式对发送数据进行编码；

5)发送机对步骤4)编码后的数据进行编码分发，发给N₁到N_T共T个邻居基站；

6)N₁到N_T共T个邻居基站对编码分发后的数据进行协作传输；

7)接收机接收步骤6)中各基站经协作传输后发出的信息，并进行组合、解调，输出接收符号软信息；

8)接收机将解调后的接收符号软信息送到置信传播解码器，输出解码符号；

9)接收机将置信传播解码器输出的解码符号送到信宿，信宿正确解码后，接收机给发送机反馈停止发送信号，发送机此时停止向邻居基站进行广播分发数据信息，开始下一帧数据的传输。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种编码协作软切换方法，其特征在于具体步骤如下：

1）发送机根据信道信息求出各邻居基站与移动设备间对应的编码码率；

2）发送机检测步骤1）中各邻居基站与移动设备间对应的编码码率是否低于预设的最低门限值，若是则采用分配零速率的方式断开此通道，否则为各邻居基站分配相应速率；

3）发送机为各邻居基站分配基站与移动设备间的分发功率，该功率根据该基站与移动设备间的信道特性进行自适应调节；

4）发送机采用无比率编码对发送数据进行编码；

5）发送机对步骤4）编码后的数据进行编码分发，发给邻居基站；

6）接收到编码数据的各邻居基站对编码数据进行协作传输；

7）接收机接收步骤6）中各基站经协作传输后发出的信息，并进行组合、解调，输出接收符号软信息；

8）接收机将解调后的接收符号软信息送到置信传播解码器，输出解码符号；

9）接收机将置信传播解码器输出的解码符号送到信宿，信宿正确解码后，接收机给发送机反馈停止发送信号，发送机此时停止向邻居基站进行广播分发数据信息，开始下一帧数据的传输；

上述邻居基站为与本基站之间通过光纤可以直接通信的基站，也即邻居基站与本基站具有无需其他转接的直接连接关系；

上述发送机为基站或者移动设备，上述接收机也为基站或者移动设备。

2.根据权利要求1所述的一种编码协作软切换方法，其特征在于：所述步骤3）中发送机为各邻居基站分配基站与移动设备间的分发功率所采用的方法为注水定理。

3.根据权利要求1所述的一种编码协作软切换方法，其特征在于：所述步骤4）中发送机采用RC-LDPC或RC-LDGM的无比率编码对发送数据进行编码。

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