CN1409936A - 用于实时分组数据网的快速小区重选 - Google Patents

Abstract

公开当移动站在蜂窝分组数据网络系统中参与分组数据会话时用于重选到相邻小区的系统。该系统包括一个移动站控制系统，适用于传送请求以便把信道从分组数据会话的服务基站变更到新基站，并且如果请求被接受，那么移动站通过新基站获取服务，否则移动站继续与服务基站通信。网络控制系统适用于服务基站和新基站进行通信，以选择性地接受或拒绝变更信道的请求，并且向移动站发送一个响应，指示该请求被接受或被拒绝，并且如果该请求被接受，则网络控制系统也传送与新基站相关联的新信道的标识信息。

Description

用于实时分组数据网的快速小区重选

发明背景

本发明总地涉及蜂窝和无线通信。更具体的说，本发明涉及在分组数据通信系统中实现快速信道重选的方法和装置。

最近，在电信领域已出现一个趋势，即越来越关注无线分组数据通信而不是电路交换通信。随着因特网用户的巨大增长，以及互联网协议的使用，可以相信分组交换通信不久将超过在今天占据主导地位的电路交换通信，如蜂窝通信。因此，蜂窝通信系统制造商和运营商正在寻找把其电路交换业务和无线分组交换业务集成在一起的解决方案，以便能够为分组交换用户如因特网用户提供可靠和频谱效率更高的连接。这种趋势已经使得不同类型的分组交换通信系统的发展繁荣起来。在电信领域，较著名的分组交换蜂窝系统之一是目前GSM(移动通信全球系统)蜂窝通信系统的扩展，称为GPRS(通用分组无线业务)。

GPRS是分组交换系统，它使用与目前GSM蜂窝通信系统相同的物理承载结构，且被设计成与GSM共存并提供与GSM相同的覆盖。GPRS无线接口因此是基于TDMA(时分多址)构架的系统，把200kHz的载频以GMSK(高斯最小移频键控)调制方式划分为8个时隙。复用使得几个用户能被分配到同一个时隙，仅当需要传送数据时才使用该时隙。一个用户也能够被分配多于一个时隙，以提高其在空中的数据吞吐量。

GPRS规范包括根据无线载频的质量来使用的许多不同的编码方案。采用GPRS，数据速率超过100kbps将成为可能。

现在也正在进行GSM中新的空中接口模式的开发和标准化，这将对分组交换和电路交换两种模式均产生影响。这个新的空中接口模式被称为EDGE，(用于全球演进的增强数据速率)。EDGE的主要特征是用于分组交换和电路交换数据通信的新的调制和编码方案。除了高斯最小移频键控(GMSK)调制这种当今用于GPRS和GSM电路交换模式的调制方式之外，8符号相移键控(8PSK)调制也被引入。这种调制方式在好的无线环境中能够比GMSK提供给用户更高的数据速率。

采用EDGE调制的分组数据模式被称为EGPRS(增强GPRS)而电路交换数据模式被称为ECSD，增强电路交换数据。对于EGPRS，采用EDGE则数据速率超过384kbps将是可能的。

对于另一种基于TDMA的蜂窝系统，即与ANSI/136标准兼容的蜂窝通信系统，下面称为TDMA/136，其最近发展已经集中在把分组数据系统与TDMA/136电路交换模式集成起来。

这种分组数据系统也将基于为GPRS扩展所定义的新EDGE技术。它将接着允许TDMA/136运营商采用一种分组数据模式，在200kHz的载频上使用为EGPRS定义的GMSK和8PSK调制提供高达384kbps的数据速率。

EGPRS的两种模式将得到标准化以便与TDMA/136系统一起使用，其中一种依赖系统中基站之间的时间同步而另一种不需要。这两种模式通常分别称为COMPACT(紧凑)和传统(Classic)。

虽然蜂窝分组数据通信的演变开始是集中在开发一个有效地利用资源来传送时延不敏感数据的系统，但是这个焦点现在转移为时延敏感的传输和较高质量的业务需求。讨论的主要应用是语音。

虽然今天为语音通信建立和保持一个电路交换连接相当简单，但是对于分组交换系统而言做同样的事非常困难，因为这些系统传统意义上是为时延不敏感的数据而设计的。这些较低时延需求很容易以例如资源分配的方式识别并且小区或信道重选是在例如GPRS/EGPRS系统中进行。例如如果发到服务基站和从服务基站发出的传输信号电平变得太差，则需要进行小区重选，或者更确切地说从第一基站(指提供服务的基站)到第二基站(指目标基站)。可替换地，网络能够以不同的方式决定把移动站的分配移到另一个基站。

正如早些时候提到的，资源分配使得几个用户可以复用到一单个传输资源上。如果，例如，分配到同一资源的几个用户同时有数据需要传送，这显然可以导致一些时延(和时延变化)。这与电路交换连接形成对比，在电路交换连接中用户是资源的唯一拥有者，而不论数据传送是否实际发生。

其中网络和移动站相互作用以便保证移动站一直由可能是最好的可用信道服务的这个过程可被称为重选。

对于一个电路交换连接来说，它是当今用于语音通信的常用连接，为了最大化服务质量，重选以尽可能平滑的方式进行。网络决定应该进行重选并且保证在用户被命令终止与当前服务基站的连接的同时，目标基站准备好作为用户的新服务基站。网络依据由移动站发出的测量报告作出决定。在电路交换系统中且在活动连接期间，通常称该过程为“移动辅助切换”。

在分组交换系统如GPRS中，重选被设计为使得MS可以自治确定何时重选将发生。MS保留现行与服务基站的连接并建立(借助给目标基站的控制信令)一个新的连接，向目标基站请求传输资源。因而在电路交换情况下，在切换实际发生前有大量的“准备”：目标基站被识别，并且在基站转换发生之前资源得以分配。在分组交换系统中，采用自治重选，在网络中没有进行准备工作。在目标基站中的资源可以得到分配之前，这可能引起一些时延。如果用户例如正在因特网上浏览网页，则这些中断很小或微不足道，然而如果用户正在进行时延敏感的应用如语音，则可能发现这是不可接受的。因此需要一种机制也在分组数据系统中保证“类似切换的”重选，使得通过分组数据承载的语音一直在质量上可以与当前电路交换语音连接相比较。

发明简述

在本发明的一个方面，提供了用于在蜂窝分组通信系统中快速重选的一种方法和装置。这个方法和装置确保了从服务基站到目标基站的基站重选，可以在没有引入时延的情况下完成到目标基站的信令和传输资源分配。这基本上将减少时间以加速重选，并因此缩短挂起与服务基站中的移动站的通信和恢复与目标基站中的用户设备的通信这两者之间的时间。

在本发明的一方面，快速重选在移动站中通过向一个服务基站传送一个重选命令得以启动。这个重选请求包含至少一个参数，对于服务基站识别一个目标基站至少是充分的。服务基站(或控制服务基站的网络节点)接着发送信号到目标基站(或控制目标基站的网络节点)来请求为移动站预留传输资源。目标基站响应服务基站，该请求的结果是传送至少一个参数。对于该请求的响应可以是“确认”，表示传输资源得到预留，或者是“不确认”，表示传输资源没有得到预留。该请求的结果接着由服务基站恰当地作用并被传送到移动站。

在本发明的另一方面，包含在从移动站传送到服务基站的重选命令消息中的参数可以由网络借助于在一个已分配的传输资源上传送的广播消息或相关联的控制信令消息确定。

在本发明的另一方面，定时超前值在移动站中得以确定，该移动站运行在基站站点是时间同步的系统中。定时超前值指明对应于基站和移动站之间的传播时延的定时差别，它在移动站与目标基站进行任何通信之前确定。对于目标基站的定时超前值的确定，通过估计源自服务基站的传输和源自目标基站的传输的时间对准中的差别，由移动站单独完成。

通过参考附图所示的例子，本发明上述的以及其他的特征和优势在这里将得到详细解释。那些本领域的普通技术人员将理解这些所述的实施例为举例的目的而提供，那些各种同等的实施例也是可预料的。

附图简述

通过阅读如下的详述并参考其中的附图，本发明的特征、目的和优点对那些本领域的技术人员来说是显而易见的，其中

图1表示在示范蜂窝分组数据通信系统中的蜂窝图案示意；

图2表示根据本发明的示范实施例，在一个移动站中实现的重选过程的流程图；

图3表示根据本发明的示范实施例，在一个网络中实现的重选过程的流程图；

图4表示在一个示范GPRS系统中出现的GPRS节点的简图。

发明详述

现在本发明通过结合基于GPRS的蜂窝分组数据通信系统和它的扩展将得到描述，所述通信系统正如在背景知识中简要描述的一样。

在GPRS通信系统中，其上发生通信的物理信道被划分为射频载波上的时隙。每个载波频率被划分为8个时隙，或8个物理信道。8个连续时隙构成了一个GSM帧。时隙(TS0-TS7)指上行和下行链路的时隙。

图1表示一个简单的蜂窝再用的示意图。一个移动站，MS(10)表示为正在与基站(12)通信。当在传输和接收过程中占用时，移动站(10)被分配一个传输资源。在该图中，MS(10)所位于的覆盖区域中的传输资源是由F2表示的频率。MS将通过频率F2进行通信，直到被触发进行信道资源的重选为止。这可能发生在如下情况，例如当MS(10)移动到距服务基站(12)很远的位置，以致于信号质量劣化，例如由于太高的路径损耗引起的信号质量劣化。在这种情况下，如果MS与另一个基站(14)通过另一个频率F3进行通信，则本系统的蜂窝结构通常提供较好的通信质量。在图1中，来自目标基站(14)的信号质量可以为通信提供足够的信号质量条件，当服务基站(12)不再有能力时，MS(10)应当因此进行到基站(14)的重选。

在活动通信会话期间和在空闲模式下，移动站都监视着相邻基站，不仅是通过读取基站身份码(BSIC)广播而用于识别的目的，而且也为了监视接收到的信号电平。所监视的基站或者更确切地说所监视的物理信道在来自服务基站的广播消息中指示出来。为了达到移动辅助移交(MAHO)的目的，这些测量在电路交换系统中通常连续报告给网络节点，但是在分组交换系统中对于重选的目的，这不是必须的。

在本发明的一个方面，在相邻基站传输中进行的信号强度测量不必报告，移动站负责确定何时重选应当发生。这样，与电路交换系统相比较，这里电路交换系统的测量报告被重复传送到一个服务基站，而在本发明的快速重选方法中没有这样的测量报告得以传送。这将节省相当数量的上行链路资源，这些资源能被用于其他通信。

占用传输的移动站可以自己确定何时重选应当发生，并通过向服务基站发送一个重选请求来启动该重选。这个重选请求可以包含关于已被移动站确定为目标基站的那个基站的信息。另外的信息也可以得以传送，例如服务基站和目标基站的信号强度值，或者证明重选请求的其他指示。服务基站接收重选请求并转发该请求，可能经由一个或几个网络节点，到达目标基站。也可能，服务基站处理该请求，例如增加或删除信息，诸如传输的当前分配情况和质量需求情况。这不是必须包含在由移动站传送的重选请求之中的，因为该信息也出现在服务基站中。目标基站接收该请求，并且要么为移动站分配资源(如果资源可用)并接受该重选请求，要么不分配资源，也就是不接受为移动站提供服务。一个响应接着从目标基站传送到服务基站，指示是否该移动站可以通过目标基站开始通信。如果接受，则该响应包含一个“确认”消息，如果不接受，则一个“不确认”消息通过与服务基站之间的传输资源转发给移动站。如果确认，则到移动站的响应也指示分配信息，也就是什么时隙在新的小区中开始通信。重选可以通过由移动站到服务基站的确认来完成，该确认指示重选已经/将完成。服务基站把这个指示转发到目的基站，以警告该移动站将进行重选。典型地，当重选将实际发生时，这个信息也可以包含某个时间指示。

如果重选请求在目标基站中没有得到确认，对移动站的响应可以包含信息，指示在一定时间段内没有到同一目标基站的进一步重选尝试可以出现。

现在参考图2，其中说明了在移动站的控制系统中用于快速重选的过程。在图2中描述了用于在一个数据会话中活动的、也就是发送或接收或者是准备发送和接收数据(20)的移动站的过程。根据由服务基站广播的邻居列表，移动站连续地监视来自其它基站传输的信号强度(21)。当在移动站和服务基站之间通信中信号质量发生劣化时，移动站确定是否有要进行重选到的另一个基站(22)。如果没有，则MS继续与服务基站进行通信。如果有，则该移动站向服务基站发出一个重选请求(23)。移动站接收来自服务基站的对于该重选请求的响应(24)。根据重选请求的结果，移动站或者继续与当前的服务基站保持通信(未确认)(25)，或者根据指示(确认)执行重选(26)并且继续与目标基站之间进行通信(27)。目标基站随之成为新的服务基站并且重选接着得以完成(28)。

典型地在与服务基站继续传输的步骤(25)中有惩罚指示的更新，禁止该移动站在一定量的时间内企图重选同一个目标基站。

现在参考图3，其中说明了在服务基站和目标基站中或者在一个或几个控制着这些基站的网络节点中用于快速重选的过程。在图3中描述了当一个服务基站在与移动站通信中活动的过程(30)。一个服务基站正在接收一个重选请求(31)，并且可能在对包括在该请求中的数据进行一些处理之后，或者在将数据添加到存储在基站中有关该通信的请求上之后，将其转发给该请求中指示的基站(32)。该服务基站接收来自目标基站的对该请求的响应(33)。如果重选被目标基站所接受(36)，则服务基站可以将此通知一个网络节点(37)，该网络节点控制着到不同基站的通信流。确认消息也被发送到移动站(38)以致于该移动站能够进行重选。如果重选没有被接受(24)，服务基站将把这个拒绝结果发送到移动站。

很可能，在这个传送中，通过增加或提取信息，该服务基站可以处理发送到移动站、网络节点和目标基站的消息以及从移动站、网络节点和目标基站发出的消息。可替换地该服务基站自身可以根据来自移动站的重选请求原因的信息，确认或不确认该请求。

现在参考图4，其表示在按照GPRS的示范分组数据通信系统中的许多系统节点。在其他的示范系统中，额外的节点可能出现，或者一些节点可能不出现。在图1中，一个MS(42)可以与一个服务基站通信(43)。该服务基站(43)是接收重选请求的基站。当然，更多的基站和MS通常出现在如图1所示的分组数据系统中。该服务基站可以连接到一个基站控制节点BSC(44)，BSC依次连接到一个服务GPRS支持节点SGSN(45)，它服务于一个或几个BSC。典型地SGSN是这样一个节点，它通过BSC控制着到不同基站的分组流或来自不同基站的分组流。另一个GPRS支持节点是一个连接到例如因特网或其他外部网络(没有表示)的网关GPRS支持节点(46)。在图4中，一个控制单元(47)被表示出来。它示范地位于基站(43)中，但是替换地也可以位于其他网络节点，例如BSC或SGSN。控制功能也可以在不同的节点之间得以分割，然而，为了简单起见在图4中它位于一个节点中。该控制单元在这个示范系统中将控制着基站中的分配还有传输流和重选。这样，在服务基站中的控制单元接收来自一个移动站的一个重选请求并且在把它转发到一个目标基站(48)之前，也可能对其进行处理。一个目标基站以虚线的形式表示出来(48)。在这个示范系统中，目标基站由同一个BSC(44)提供服务。可替换地由另一个BSC(图中没有表示)提供服务的目标基站也可以加以考虑。在目标基站(48)中的控制单元接收重选请求，把它进行处理并向服务基站(43)发回一个响应。如果重选得到确认，服务基站(43)也传送一个指示给SGSN(45)或BSC(44)节点(或者两个)，以把业务量重新定向到这个新的目标基站。

根据本发明的另一方面，一个MS可以在一个基站站点是时间同步的系统中参与通信。一个这样的典型系统是被称作COMPACT的分组数据系统。然而这也是基于EGPRS技术，以便能够允许带宽受限的实施，该系统是时间同步的。用于COMPACT的原理在Mazur等人的美国专利申请第09/263950号“High Speed Data Communication Systemand Method(高速数据通信系统和方法)”中有所解释，该申请被在此引入作为参考。

一个经由其服务基站向网络报告它建议变更基站的MS也根据传播时间估计其到目标基站的距离。通常这是通过向目标基站发送一个缩短的脉冲串，即一个接入脉冲串来完成的。该接入脉冲在目标基站中得以接收，接着一个响应被发送到该MS，指示传播延迟时间。该移动站接着在下面与目标基站的通信中考虑到该响应。这个响应在这里指定时超前值。该定时超前值被编码为某些数目的调制符号时长。

由于在COMPACT系统中的基站被同步，MS可以在没有发送接入脉冲串的情况下确定其到目标基站的距离。通过比较来自服务基站的时隙传输的开始和来自目标基站的时隙传输的开始之间的时间差，该距离得以发现。这两个时刻和该MS对其服务基站使用的定时超前值足以为目标基站计算新的定时超前值：

              TAnew＝TOLD-2(tmsold-tmsnew)

这里TAnew是到目标基站的定时超前值，TOLD是到服务基站的定时超前值，tmso1d是在移动站中来自服务基站的下行链路时隙的已知开始，tmsnew是来自目标基站的下行链路时隙的已知开始，其中tmsold和tmsnew以调制符号周期或调制符号周期的一部分来测量。

采用这个方法，移动站不必使用随机接入资源来确定其到目标基站的距离。与此相反，当服务基站已经告知了移动站关于在目标基站中分配情况的时候，它可以立即开始与目的基站信道进行通信。

虽然本发明是通过与GPRS/GSM规范兼容的分组交换通信系统的例子来阐述的，但是也应该注意到这里提出的解决方案同样可以很好地应用到任何其它的具有相同或相似结构和功能性的分组交换数据通信系统。因此这个具体的实施例应当被认为是示范的而不是限制本发明的范围。本发明应当由下面的权利要求书所规定。

Claims (20)

1.在一个蜂窝分组数据网络中通信的移动站重选到相邻小区的方法，其包含如下步骤：

由移动站发送一个把信道从一个服务基站变更到一个新基站的请求；

服务基站与新基站通信以选择地接受或拒绝变更信道的请求；

服务基站向移动站发送一个响应来指示该请求被接受或被拒绝，并且如果该请求被接受，则也要发送与新基站相关联的一个新信道的标识信息；并且

如果该请求被接受，那么该移动站在新的信道上获得服务，否则该移动站继续与其服务基站进行通信。

2.如权利要求1的方法其中在与服务基站的一个分组数据信道上活动时，移动站周期性地监视邻近小区的信号强度。

3.如权利要求2的方法还包括如果相邻小区基站的信号强度强于服务基站的信号强度则由移动站发出请求。

4.如权利要求1的方法其中服务基站与新基站通信的步骤包括服务基站发送一个变更信道分配消息到该新基站，并且如果被接受，则新基站发送一个变更信道分配确认消息连同指示相关分配参数的标识信息到服务基站。

5.如权利要求1的方法还包括服务基站发送变更信道指示消息到一个网络支持节点的步骤，其后该支持节点发送指定给移动站的分组数据到新基站。

6.如权利要求1的方法还包括服务基站发送变更信道指示消息到一个网络支持节点的步骤，其后该支持节点发送指定给移动站的分组数据到服务基站和新基站。

7.如权利要求1的方法还包括在新信道上获得服务之前由移动站确定供新信道使用的时间对准的步骤。

8.如权利要求7的方法还包括通过比较服务基站和新基站之间的下行链路时间差由移动站确定时间对准的步骤。

9.如权利要求1的方法还包括在与服务基站的分组数据信道上活动时移动站周期性地监视在已存储的重选列表中标识的邻近小区的信号强度的步骤。

10.如权利要求9的方法还包括如果变更信道到特定小区的请求被拒绝则把该特定小区从重选列表中清除的步骤。

11.在一个蜂窝分组数据网络系统中，一种当移动站参与一个分组数据会话时重选到一个相邻小区的系统，包括：

具有移动站控制系统的移动站，所述的移动站控制系统发送一个把信道由分组数据会话的服务基站变更到新基站的请求，如果请求被接受，则移动站用新基站获得服务，否则继续与服务基站通信；以及

耦合到服务基站和新基站的网络控制系统，所述的网络控制系统与新基站通信以选择性地接受或拒绝变更信道的请求，所述的网络控制系统还发送响应到移动站指示该请求被接受或被拒绝，并且如果该请求被接受，则也要发送与新基站相关联的新信道的标识信息。

12.如权利要求11的系统其中当参与与服务基站的分组数据会话时移动站控制系统周期性地监视邻近小区的信号强度。

13.如权利要求12的系统其中如果相邻小区基站的信号强度强于服务基站的信号强度则移动站控制系统发出请求。

14.如权利要求11的系统其中网络控制系统从服务基站向新基站发送变更信道分配消息，并且如果被接受，则新基站经由网络控制系统发送一个变更信道分配确认消息连同指示相关分配参数的标识信息到服务基站。

15.如权利要求11的系统其中网络控制系统发送一个变更信道指示消息到网络支持节点，其后该支持节点传送指定给移动站的分组数据到新基站。

16.如权利要求11的系统其中网络控制系统从服务基站发送一个变更信道指示消息到网络支持节点，其后该支持节点传送指定给移动站的分组数据到服务基站和新基站。

17.如权利要求11的系统其中移动站控制系统在新信道上获得服务之前确定供新信道使用的时间对准。

18.如权利要求17的系统其中移动站控制系统通过比较服务基站和新基站之间的下行链路时间差确定时间对准。

19.如权利要求11的系统其中当在与服务基站的分组数据信道上活动时移动站控制系统周期性地监视在已存储的重选列表中标识的邻近小区的信号强度。

20.如权利要求19的系统其中移动站控制系统还包括如果变更信道到特定小区的请求被拒绝，则从重选列表中清除该特定小区。

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