專利名稱：一種基于移動臺雙窗口測量的切換方法
技術領域：
本發明涉及CDMA系統，具體的說涉及CDMA系統中的一種基于移動臺雙窗口測量的切換方法。
在將來的蜂窩移動通信系統中，為了增加系統容量，小區的覆蓋范圍將變得更小，成為微小區甚至微微小區，這時，頻繁的切換使切換管理顯得更為重要。在第二代和第三代移動通信系統中，廣泛采用了移動臺輔助的切換算法即移動臺HO算法。由移動臺測量各小區的導頻信號強度，當鄰近小區的信號能量達到某一要求時，則移動臺通過上行鏈路向服務小區基站申請切換。由于移動信道的影響，移動臺對各基站信號必須經過一個平均過程，才能獲得比較可靠的測量結果，與此同時平均窗口的大小影響切換的速度和切換的次數。常見的平均窗口有矩形窗和指數窗兩種，由于指數窗較為復雜，所以實際應用中一般采用簡單的矩形窗平均。在CDMA蜂窩移動通信系統中特有的軟切換過程中，移動臺需要測量有效集(Active set)、候補集(candidate set)、鄰集(neighbor set)中各基站的導頻信號(CPICH)強度，考慮到移動臺結構的復雜性，這些測量是分時共用一個接收機完成的，如果對每個基站導頻信號的測量時間過長，會導致切換時延的增加，。在切換執行過程中，如果目標小區的載干比較低，會嚴重影響切換后鏈路的質量。所以適當的選擇測量平均窗口是十分關鍵的。目前尚未檢索到解決上述問題的有關國內外文獻。
本發明的目的在于提出一種采用對信號測量，動態選擇測量平均窗大小并將測量結果上報，并依據該結果進行切換的方法。
本發明提供的一種基于移動臺雙窗口測量的切換方法，包括如下步驟(1)在已知移動臺移動速度條件下，根據速度測量的結果，選擇切換判決窗口進行測量；(2)根據窗口速度測量的結果，進行切換判決；(3)根據判決的結果，執行切換；所述的步驟(1)中根據移動速度來選擇平均窗的大小包括如果移動臺速度過快(大于100里/小時)則用短窗測量；如果移動臺速度太慢(小于3公里/小時)則用長窗測量；如果移動臺速度為中速，則先用短窗測量，根據判決結果再用長窗測量；所述的步驟(2)中根據窗口速度測量的結果，進行切換判決包括如果移動臺速度大于100里/小時，則直接根據短窗測量結果進行切換判決；如果移動臺速度小于3公里/小時，則直接根據長窗測量結果進行切換判決；如果在移動臺速度3-100里/小時之間，則先根據短窗測量結果判決，如果判決可以切換，再根據長窗測量結果判決；所述的步驟(2)中對中速的移動臺采用雙窗口的切換判決算法如下中速移動臺使用窄窗口(長度為davs)搜索鄰近小區的平均信號電平(或其他物理量)，如果鄰近小區B與目前小區A的平均信號電平不滿足切換條件，則移動臺搜索另一鄰近小區C，但如果滿足切換條件，則移動臺進一步擴寬平均窗口為davw(davw＞davs)，如果這時測得兩基站的平均信號電平仍然滿足切換條件，則發生切換，否則退回搜索下一鄰近小區C；所述的步驟(2)中運用切換判決算法進行切換判決進一步包括軟切換和硬切換；如果測量的是同頻小區信號，則采用軟切換判決；所述軟切換判決是指運用下式實現的設定有效集的大小為Active_size＝N，Mnew≥S·(Σi=1NMi)+(1-S)·MBest-hadd----(1)]]>Mnew為監控基站信號測量平均值，Mbest為有效集中基站最優信號測量值，Mi為有效集中基站信號測量值，S是過濾因子，hadd是有效集加入遲滯參數；
當移動臺監測到的基站信號質量滿足(1)時，將監控小區加入有效集，使移動臺和多個小區通信；反之，當移動臺接收到的在有效集中的小區信號滿足(2)時，將有效集中鏈路量差的小區刪除出有效集。則，Mj≤S·(Σi=1,i≠jNMi)+(1-S)·Mworst+hdrop----(2)]]>Mj是有效集中可能刪除的基站信號測量均值，Mworst是有效集中最差的基站信號測量均值，hdrop是刪除遲滯參數；如果測量的是不同頻率的信號，則采用硬切換判決所述硬切換是運用以下的公式實現的Mnew≥Mnow+h (3)；Mnow是當前小區的信號測量值，MNEW是測量到的鄰小區的信號；所述的步驟(3)中，根據判決的結果，執行切換是指將周期監測移動臺切換到目標小區的無線鏈路的CPICH的SIR(用于表征載干比)，如果SIR達到一個閾值(predetermined level)，則繼續執行切換；否則，強制終止正在進行的切換，保持原來的鏈路，并通知基站控制器切換失敗。
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。


圖1是CDMA系統的越區切換示意圖；圖2是本發明方法流程圖；圖3是本發明切換方法的信令流程圖；圖4是切換算法的仿真結果中遲滯參數和切換次數的關系圖；圖5是遲滯參數和交叉點的關系圖。
圖1是CDMA系統的越區切換示意圖。在移動蜂窩系統中，無線覆蓋區域由許多有重疊的小區構成，移動臺從小區1向小區2移動，移動臺會不停的測量基站1，2的信號質量。當測量到的基站2的信號質量滿足無線鏈路切換判決條件時，會將基站2加入有效集；當基站1的信號質量差到一定切換條件時，將基站1與移動臺之間的鏈路刪除。通常，根據無線鏈路的質量情況作出切換，也可能根據其它原因，例如負載平衡，發射功率調整等作出切換。
圖2是本發明的方法流程圖。
首先，在已知移動臺移動速度條件下，根據速度測量的結果，選擇切換判決窗口進行測量210。本發明的方法是根據移動臺的速度來選擇平均窗的大小。對于高速如大于100公里/小時的移動臺，因其需要較快的切換，采用窄窗平均，減少時延；對于低速(小于3公里/小時)的移動臺，因其信號變化較慢，采用寬窗平均，減少測量次數；對于中速的移動臺，則對其進行雙窗口測量，具體方法如下先對測量的信號進行窄窗平均，然后對平均結果進行切換判決，如果滿足可以切換的條件，再對測量的信號進行寬窗平均，然后再對寬窗的平均結果進行切換判決，如果滿足切換條件就切換否則不切換。
現有技術中的切換算法中，測量一般采用單一平均窗，或者同時采用雙窗平均。對于前者，單一的平均窗如果是寬窗，對高速的移動臺切換時延相對較大；如果是采用窄窗，對于低速的移動臺，切換判決容易出錯。對于后一種方法，測量均采用雙窗平均增加了測量時延，切換的時延加大。而采用本方法，則減小了上述情況的影響。
同時，對于平均窗的選擇可以有多個判據，本發明給出的根據移動臺速度來選擇窗口大小的判據是其中較易實現的一種，采用其它的判據也是可行。
對于切換判決的物理量，本發明采用的是信號的電平值，采用其它測量的物理量(如CPICH的SIR，RSCP等)，此方法同樣適用，只是切換判決的門限值不同而已。
其次，根據窗口速度測量的結果，進行切換判決220。切換的判決在軟切換和硬切換情況下判決依據是不同的，本發明分別提出了一種硬切換以及一種軟切換的判決方法，對于切換類型的判決可參見中國專利98126057.8。
對于硬切換，設定移動臺接收到的基站A，B的信號電平分別為a(d)和b(d)，平均后的電平分別為a(d)和b(d)，x(d)表示接收到的兩個基站平均信號電平之差x(d)＝a(d)-b(d)，(xs(d)，xw(d)分別為采用窄窗和寬窗平均的差值)
如果x(d)＜-h(1)則決定切換，否則繼續監測其它小區信號。如果采用雙窗口測量，先判斷xs(d)和xw(d)是否(1)式，分別對應不同的遲滯參數hs和hw。即移動臺先使用窄窗口(長度為davs)搜索鄰近小區的平均信號電平，如果鄰近小區B與目前小區A的平均信號電平(xs(d)≥-hs)，hs為采用窄窗口時的滯后參數，則移動臺搜索另一鄰近小區C，但如果{xs(d)＜-hs}，則移動臺進一步擴寬平均窗口為davw(davw＞davs)，如果這時測得兩基站的平均信號電平xw(d)≥-hw{xw(d)≤-hw}，hw為采用寬窗口時的滯后參數，則發生切換，否則退回搜索下一鄰近小區C。
對于軟切換，設定有效集的大小為Active_size＝N，Mnew≤S·(Σi=1,NMi)+(1-S)·MBest-hadd----(2)]]>Mnew為監控基站信號測量平均值，Mbest為有效集中基站最優信號測量值，Mi為有效集中基站信號測量值，S是過濾因子，hadd是有效集加入遲滯參數。
反之，Mj≤S·(Σi=1,i≠jNMi)+(1-S)·MBest-hdrop----(2)]]>Mj是有效集中可能刪除的基站信號測量均值，hdrop是刪除遲滯參數。
無論是硬切換還是軟切換，在滿足切換判據后，基站控制器會向移動臺發送切換命令，同時啟動定時器(如TIMER1)，在固定時間內如果沒有收到移動臺的切換完成信息，就認為切換失敗。
最后，在移動臺接收到切換命令后，執行切換，進行無線鏈路的配置230。在執行過程中，將周期監測移動臺同切換到的目標小區的無線鏈路的CPICH的SIR(用于表征載干比)，如果SIR達到一個閾值(predetermined level)，則繼續執行切換；否則，強制終止正在進行的切換，保持原來的鏈路，并通知基站控制器切換失敗。
一般的切換控制只是通過定時器(TIMER1)來實現，本方法在執行過程中既通過定時器，又通過測量的SIR(用于表征載干比)值來控制切換，可以加快對失敗切換的終止，提高系統性能。
圖3是此切換方法的信令流程圖，描述了切換的信令過程。
首先是移動臺根據測量控制消息的要求進行測量，并發送測量報告。
基站控制器根據測量報告，作出切換判決，經基站控制器上層算法，決定目標小區。
然后基站控制器發出切換的命令。在移動臺執行切換的過程中，移動臺會監測其目標小區的鏈路質量，一旦發現到新小區的質量不能滿足要求(這里用CPICH的SIR作為判決依據)，就會停止向目標小區的切換，保持原來的鏈路。
圖4是切換算法的仿真結果中遲滯參數和切換次數的關系圖；該圖是基于本發明方法的仿真結果。橫作標是遲滯參數的變化范圍，縱坐標是切換的平均次數。從仿真結果可以看出基于雙窗口測量的切換算法的切換次數介于寬窗和窄窗之間。
數學模型建立如下假定移動臺在兩個小區間切換，兩個基站A(NodeB1)和B(NodeB2)，相距D米，如圖所示。移動臺測量基站的信號，測量值分別為a(d)和b(d)，經過矩形窗平均后為a(d)和b(d)，單位為分貝。假定基站的發射功率相同，移動臺測量到的基站信號強度經過了路徑損耗，陰影衰落和瑞利衰落.其中，瑞利衰落的影響可以通過窗口平均消去。d表示移動臺與基站A間的直線距離。
a(d)＝K1-K2log(d)+u(d)b(d)＝K1-K2log(D-d)+υ(d)d∈(0，D)其中K1和K2是路徑損耗的參數，在城市，K2的典型值為30.{u(d)}和{υ(d)}表示陰影衰落，它們是獨立、同分布的零均值穩態高斯隨機過程。經過矩形窗平均后，移動臺接收到的來自基站A和基站B的平均信號電平分別為a‾(c)=1dav∫0dava(d-x)dx]]>b‾(d)=1dav∫0davb(d-x)dx]]>x(d)＝a(d)-b(d)切換判決方法如下一般情況下，移動臺使用窄窗口(長度為davs)搜索鄰近小區的平均信號電平，如果鄰近小區B與目前小區A的平均信號電平滿足(xs(d)≥-hs)，hs為采用窄窗口時的滯后參數，則移動臺搜索另一鄰近小區C，但如果{xs(d)＜-hs}，則移動臺進一步擴寬平均窗口為davw(davw＞davs)，如果這時測得兩基站的平均信號電平xw(d)≥-hw{xw(d)≤-hw}，hw為采用寬窗口時的滯后參數，則發生切換，否則退回搜索下一鄰近小區C。
兩個平均窗口長度選為davs＝15m和davw＝30m，K1＝0dB，K2＝30dB，根據切換次數，切換時延和dav之間的關系，采用參考文獻[1]中的切換算法分析模型，得到本發明的防真結果。
圖5是遲滯參數和交叉點的關系圖。橫坐標是遲滯參數，縱坐標是交叉點的位置。為了設定一個切換時延的標準，我們采用了在[1]、[2]中使用的交叉點(crossoverpoint)的定義在交叉點上，移動臺與小區A保持通信的概率小于0.5，同時與小區B建立通信的概率剛好達到0.5。從中可以看出，采用相同的遲滯參數判斷切換，采用本算法的切換時延在寬窗和窄窗之間。
綜合圖4和圖5可知，采用雙窗口的測量來判決切換，可以在切換時延和切換次數之間取得一個良好的平衡。
綜合圖4和圖5可知1.采用雙窗口的切換時延同樣介于兩個單窗口的切換時延之間，當hw＞hs時，切換時延趨于寬窗口的切換時延，當hw＜hs時，切換時延趨于窄窗口的切換時延。
2.通過選擇合適參數davs、davw、hs和hw，可以在切換時延和切換平均次數這對矛盾之間取得更為有效的平衡。
本發明公開了一種CDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換切換方法。該方法適用于通過各種測量物理量來作出切換判決，并適用于各種CDMA通信系統。所述方法采用對對目標小區載干比的監測信號測量，根據切換的目標要求，動態選擇測量平均窗大小并將測量結果上報，根據切換判據決定是否切換，既保證快速切換的要求，又保證切換的次數和切換失敗概率在滿意的條件下低速切換的可靠性。本發明的另一個優點是控制切換的次數和切換時延，相對已存在的方法有更優的特性。本發明給出了切換判決的基本方法，適用于各種CDMA系統。
權利要求
1.一種在WCDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換方法，其特征在于包括以下步驟步驟1在已知移動臺移動速度條件下，根據速度測量結果，選擇切換判決窗口并對窗口速度進行測量(210)；步驟2根據窗口速度測量的結果，進行切換判決(220)；步驟3根據判決的結果，執行切換(230)。
2.根據權利要求1所述的WCDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換的方法，其特征在于所述的步驟1(210)中根據移動臺速度來選擇判決窗口包括如果移動臺速度過快(大于100里/小時)則用短窗測量；如果移動臺速度太慢(小于3公里/小時)則用長窗測量；如果移動臺速度為中速，則先用短窗測量，根據判決結果再用長窗測量。
3.根據權利要求1所述的WCDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換的方法，其特征在于所述的步驟2(220)中根據窗口速度測量的結果，進行切換判決包括如果移動臺速度大于100里/小時，則直接根據短窗測量結果進行切換判決；如果移動臺速度小于3公里/小時，則直接根據長窗測量結果進行切換判決；如果在移動臺速度3-100里/小時之間，則先根據短窗測量結果判決，如果判決可以切換，再根據長窗測量結果判決。
4.根據權利要求1所述的WCDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換的方法，其特征在于所述的步驟2(220)中對中速的移動臺采用雙窗口的切換判決算法如下中速移動臺使用窄窗口(長度為davs)搜索鄰近小區的平均信號電平(或其他物理量)，如果鄰近小區B與目前小區A的平均信號電平不滿足切換條件，則移動臺搜索另一鄰近小區C；如果滿足切換條件，則移動臺進一步擴寬平均窗口為davw(davw＞davs)；如果這時測得兩基站的平均信號電平仍然滿足切換條件，則發生切換，否則退回搜索下一鄰近小區C。
5.根據權利要求4所述的WCDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換的方法，其特征在于切換判決中運用切換判決算法進一步包括軟切換和硬切換；如果測量的是同頻小區信號則采用軟切換判決，所述軟切換判決是運用以下的公式實現的如此時信號加強，設定有效集的大小為Active_size＝N，Mnew≥S·(Σi=1NMi)+(1-S)·MBest-hadd----(1)]]>Mnew為監控基站信號測量平均值，Mbest為有效集中基站最優信號測量值，Mi為有效集中基站信號測量值，S是過濾因子，hadd是有效集加入遲滯參數；當移動臺監測到的基站信號質量滿足(1)時，將監控小區加入有效集，使移動臺和多個小區通信；反之，當移動臺接收到的在有效集中的小區信號滿足(2)時，將有效集中鏈路量差的小區刪除出有效集；則，Mj≤S·(Σi=1,i≠jNMi)+(1-S)·Mworst+hdrop----(2)]]>Mj是有效集中可能刪除的基站信號測量均值，Mworst是有效集中最差的基站信號測量均值，hdrop是刪除遲滯參數；如果測量的是不同頻率的信號，則采用硬切換判決所述硬切換是運用以下的公式實現的Mnew≥Mnow+h (3)；Mnow是當前小區的信號測量值，MNEW是測量到的鄰小區的信號。
6.根據權利要求1所述的WCDMA系統中基于移動臺雙窗口測量的切換的方法，其特征在于所述的步驟3(230)中根據判決的結果，執行切換是將周期監測移動臺切換到目標小區的無線鏈路的CPICH的SIR(用于表征載干比)，如果SIR達到一個閾值(predetermined level)，則繼續執行切換；否則，強制終止正在進行的切換，保持原來的鏈路，并通知RNC切換失敗。
全文摘要
本發明涉及CDMA系統中一種基于移動臺雙窗口測量的切換方法。所述方法采用對信號測量,根據切換的目標要求,動態選擇測量平均窗大小并將測量結果上報,根據切換判據決定是否切換。本發明的特點是在選擇測量平均窗時考慮到切換的要求,確定至少一種選擇方法,動態選擇平均窗,這樣既保證快速切換的要求,又保證切換的次數和切換時延在滿意的條件下進行。
文檔編號H04W24/10GK1355621SQ0012760
公開日2002年6月26日 申請日期2000年11月25日 優先權日2000年11月25日
發明者田丹 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司