CN101309107B - Wimax移动通信系统中执行切换的系统和方法 - Google Patents

Wimax移动通信系统中执行切换的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在支持宽带无线访问的微波存取全球互通(WiMAX)移动通信系统中执行切换的系统和方法。所述系统包括：多个移动站(MS)；至少一个分布式天线，具有与多个MS执行同时通信的能力；以及基站，通过光纤连接到至少一个分布式天线，用于与多个MS执行通信和切换。

Description

WIMAX移动通信系统中执行切换的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种宽带无线通信系统，更具体地说，涉及一种在支持点对多点(PMP)方案的微波存取全球互通(WiMAX)移动通信系统中执行切换的系统和方法。
背景技术
下一代通信系统持续发展的方式是为移动站(MS)提供多种丰富的高速服务。
下一代通信系统的一示例性实例是与基于电气电子工程师协会(IEEE)802.16标准的通信系统对应的WiMAX通信系统。
一般来说，WiMAX移动通信系统基于确保MS的移动性的IEEE 802.16e无线城域网络(WMAN)标准，并支持宽带无线访问(BWA)。IEEE 802.16标准所支持的网络结构根据包括网格方案和PMP方案的两种方案进行工作。
目前，在一些国家和地区，具有PMP结构的WiMAX移动通信系统正用于测试或商业目的。该WiMAX移动通信系统在高速数据通信、最大通信范围、相对便宜的成本各方面值得受到密切关注。然而，已经产生的问题在于具有PMP结构的WiMAX移动通信系统在安装热区(hot zone)上花费了高成本，所述热区的每一个起到用于中继无线电波来为多个用户MS及其频繁的移动服务的无线局域网(LAN)基站(BS)的作用，并且除了集中在限定的区域中(诸如闹市区，或大学图书馆)之外，没有安装热区的其他选择。
因此，使用多入多出(MIMO)或蜂窝划分技术的重组测量对于这些热区是必要的。
关于此，图1示出了在先蜂窝被划分为多个小蜂窝的一般蜂窝系统。通常，在具有蜂窝结构的移动通信系统中，基站(BS)控制一个蜂窝，并将服务提供给位于蜂窝中的MS。参照图1，由于通过蜂窝划分将服务覆盖区域划分为多个小区域造成一个蜂窝的半径从R改变为R/2，因此在彼此远离的两个蜂窝中使用相同的频率。频率重用因子(即，表示总频带分配给多少蜂窝的蜂窝数量)可增加在上述环境中的蜂窝系统的总容量。因此，发生通信拥塞的蜂窝被划分为更小的子蜂窝或微蜂窝，并且在每个子蜂窝或微蜂窝自身中存在BS。
以这种方式，由于蜂窝数量的增加与蜂窝的再生能力(即，蜂窝的重用能力的增加)匹配，因此，蜂窝划分导致蜂窝系统的总容量增加，然而由于设置呼叫(所述呼叫是从通过蜂窝划分而形成的当前蜂窝的基站，即，从服务基站到另一蜂窝目标的基站，即，目标基站)的蜂窝之间的频繁切换过程而对上层的控制强加了负担。
发明内容
因此，本发明提供一种在WiMAX移动通信系统中使用基站以执行切换的系统和方法，本发明消除了蜂窝之间的频繁切换以及由于频繁执行切换而导致的对于上层的相应负担。
根据本发明的第一示例性实施例，提供一种在支持宽带无线访问的微波存取全球互通(WiMAX)移动通信系统中执行切换的系统，包括：多个移动站(MS)；分布式天线，具有与所述多个MS中的至少一个执行同时通信的能力；以及基站，通过光纤连接到分布式天线以与所述多个MS执行通信和切换。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种在支持宽带无线访问的微波存取全球互通(WiMAX)移动通信系统中执行切换的方法，包括以下步骤：通过分布式天线从移动站(MS)接收关于执行切换的分布式天线的信息；从其他处理栈中区分与接收的信息对应的相关处理栈(processing stack)；如果存在与接收的信息对应的相关处理栈，则利用所述相关处理栈发送切换消息。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其他示例性特点、方面和优点将会变得清楚和更容易理解，其中：
图1示出在先蜂窝被划分为多个小蜂窝的一般蜂窝系统；
图2是示出根据本发明实施例的用于在WiMAX移动通信系统中执行切换的系统的结构框图；
图3是示出根据本发明实施例的具有彼此不同的分布式天线的蜂窝之间的连接状态的结构图；
图4是示出根据本发明实施例的在WiMAX移动通信系统中的彼此不同的基站的蜂窝之间执行切换时的信号的流程图；以及
图5是示出根据本发明另一实施例的在WiMAX移动通信系统中的相同基站的子蜂窝之间执行切换时的信号的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的示例性实施例。详细的描述包括诸如特定配置组件的细节，提供细节以支持对本发明的更全面的理解，并且本领域的技术人员很清楚，可在本发明的范围内对所述细节进行形式上的指定改变和修改。
图2是示出根据本发明实施例的在WiMAX移动通信系统中执行切换的系统的结构框图。参照图2，根据本发明实施例的WiMAX移动通信系统包括：多个用户MS 201，至少一个分布式天线202、包括多个处理栈203和进行控制的网络访问控制单元204的BS 205、访问控制路由器(ACR)206和骨干207。这里，所述至少一个分布式天线202可与多个用户MS 201中的至少一个通信。多个处理栈203都通过光纤连接到至少一个分布式天线202中的一个，并分别与所述至少一个分布式天线202中的一个对应。BS 205包括多个处理栈203和网络访问控制单元204，并与多个用户MS 201通信。ACR 206控制BS 205，并执行到另一网络的连接。骨干207连接到另一网络，并将数据发送到ACR 206。
首先，多个用户MS 201中的每个MS都与BS 205执行通信，以便根据对于呼叫连接的请求和其所在位置的信道条件获得对网络系统的访问。此事，每个MS 201选择其所在位置的相邻距离内能够使用最佳信号功率和信号质量(即，服务质量)进行通信的至少一个分布式天线202中的至少一个，以便从BS 205接收通信服务或者与另一MS进行呼叫连接，并与BS 205通信。
另外，选择的至少一个分布式天线202(装备有用于执行射频(RF)信号与数字中频(IF)信号之间的转换的收发器)中的至少一个与这样的至少一个分布式天线对应，所述至少一个分布式天线位于至少一个分布式天线202中的每一个能够与用于执行发送数字IF信号处理的基站205通信的范围内。
因此，多个MS 201与属于相同BS的至少一个分布式天线202通信，并且至少一个分布式天线202中的每一个都通过光纤连接到BS 205，由此依次形成与一个BS已经控制的范围对应的蜂窝。另外，位于单个BS已经控制的特定区域内的至少一个分布式天线202在来自至少一个分布式天线中的每一个202i的无线电波所到达的区域中形成至少一个子蜂窝。
在这点上，通过光纤连接到至少一个分布式天线202(每个都形成至少一个子蜂窝)的BS 205装备有多个处理栈203(所述处理栈203分别对应于BS 205获得访问的至少一个分布式天线202)，并将来自至少一个分布式天线202中的每一个的位置信息和关于通信MS的信息发送到网络访问控制单元204。网络访问控制单元204区分由至少一个分布式天线202中的每一个发送的信息和由多个处理栈203接收的信息，然后基于区分的信息引导ACR 206中的一个和多个处理栈203中的特定处理栈执行MS 201的切换。如果阻止与接收的信息对应的相关处理栈输入接收的信息，则引导ACR 206执行切换。
被BS 205中的网络访问控制单元204引导执行切换的ACR 206经由骨干207将该引导发送到另一网络，特定处理栈经由连接到所述特定处理栈的至少一个分布式天线202的分布式天线将指示发送到MS 201。
图3是示出根据本发明的具有彼此不同的分布式天线的蜂窝之间的连接状态的结构图。如图3所示，存在每个蜂窝的基站A和基站B，每个蜂窝包括至少一个分布式天线202各自的子蜂窝，其中，BS A或BS B控制BS A或BS B能够执行通信的区域内的子蜂窝。这里，经由分布式天线300A从BS A提供服务的MS 30移动到分布式天线300A所在的子蜂窝的边界点，并准备将其服务路由从通过分布式天线300A的路由改变为通过相同蜂窝内的分布式天线301A的另一路由，或者改变为通过另一蜂窝内的分布式天线350B的另一路由。因此，参照图4和图5，将分别描述BS A和BS B控制的蜂窝之间以及子蜂窝之间执行切换的处理。
图4是示出根据本发明实施例的在WiMAX移动通信系统中执行蜂窝之间的切换时的信号的流程图。如图4所示，首先，MS 40正在获得对MS 40正获取当前访问的天线(即，服务天线300A)的访问，并且与BS A进行通信。
当上面的MS 40移动时，在执行切换之前，MS 40扫描位于邻接距离内的分布式天线，以选择MS 40能够通过其以最佳质量和信号功率进行通信的天线(步骤400)。然后，为了搜索目标天线，MS 40需要获取关于相邻天线的信息，该信息可通过MS 40自己扫描相邻天线获得或者可从正在提供服务的服务BS被提供。这里，关于相邻天线的信息指示分布式天线的位置、接收的信号强度指示等。
如果在步骤400通过扫描天线确定了至少一个目的天线(即，目标天线)，则MS 40将请求切换的MOB_MSHO_REQ消息经由服务天线300A(MS 40正获得对其的访问)发送到当前服务区域内的BA，MS 40或服务BS 300A通过监测预设频带来选择并推荐满足服务质量的目标天线301A和350B(步骤410)。此时，MS 40发送的MOB_MSHO_REQ消息与IEEE 802.16e标准中规定的消息对应。
包括在服务BS A中的多个处理栈中的连接到服务天线300A的特定处理栈已经通过服务天线300A从MS 40接收到切换请求，该特定处理栈将关于MS 40推荐的目标天线301A和350B的信息发送到网络访问控制单元204。网络访问控制单元204区分选择的目标天线和特定处理栈，并将切换消息发送到相关处理栈的媒体访问控制(MAC)层(步骤412)。这里，切换消息包括MS的标识(ID)、带宽请求、服务质量(QoS)请求等。
此时，如果连接到处理栈的目标天线301A存在于MS 40当前所属的服务BS A内，则网络访问控制单元204将切换消息直接发送到位于相同BS的服务区域内的天线(步骤412)。当连接到目标天线350B的处理栈不存在于当前服务BS A内时，目标天线350B与位于另一BS的服务区域中的天线对应。因此，网络访问控制单元204将切换消息发送到ACR 206(步骤414和步骤415)。与从服务BS A的网络访问控制单元204接收切换消息的目标天线301A和350B相关的各个MAC层响应BS A的网络访问控制单元204(步骤416和418)。即，目标天线301A和350B发送答复是否能够根据MS 40的切换请求执行切换的响应(ACK lower QoS level)(步骤416和418)，所述响应包括关于频率带宽以及当MS 40的切换被发送到每个目标天线时由每个目标天线能够提供的服务等级的信息。
更具体地，通过分析从服务BS A的网络访问控制单元接收的切换消息，当要求MS 40进行切换时，MS 40选择能够最佳地提供MS 40所要求的频率带宽和服务等级的目标天线作为最终目标天线，MS 40通过所述最终目标天线完成切换。此外，在网络访问控制单元中与网络交换信息的接口对应于从包括互联网协议(IP)和异步传送模式(ATM)的组选择的协议之一所使用的接口。
例如，如果假设目标天线301A能够提供的服务等级低于MS 40所要求的服务等级，目标天线350B能够提供的服务等级等于MS 40所要求的服务等级，则服务BS A选择目标天线350B作为最终目标天线，MS 40通过该天线完成切换。
因此，当属于BS B的目标天线350B容易满足请求切换的MS 40的QoS请求时，服务BS A通过ACR经由骨干将与切换接受相关的响应消息发送到BS B，并给出通知：MS 40的切换将被发送到属于BS B的目标天线350B(步骤420)。同时，随着最终选择了目标天线350B，BS B中的网络访问控制单元将消息发送到连接到目标天线350B的处理栈的MAC层。
然后，服务BS A将移动用户站切换响应(MOB_HO_RSP)消息发送到服务天线300A(步骤424)，并推荐改变为目标天线350B。这里，MOB_HO_RSP包括关于MS 40的切换被发送到的目标天线的信息。另外，上述信息指示将被发送的消息类型、期望开始切换过程的时间和关于服务BS A选择的目标天线的信息。
为了选择切换被发送到的目标天线350B，接收MOB_HO_RSP消息的服务天线300A将移动用户站切换指示(MOB_HO_IND)消息发送到MS 40，所述MOB_HO_IND消息与响应于MOB_HO_RSP消息的消息对应。在感测到切换将被发送到包括在MOB_HO_IND消息中的目标天线350B之后，接收MOB_HO_IND消息的MS 40响应MOB_HO_IND，显示执行切换操作所需的时间，并解除与当前获得了对MS 40的访问的服务天线300A的通信(步骤426)。
接下来，MS 40从目标天线350B接收Fast_Ranging信息元素(IE)(UL_MAP)消息(步骤428)。UL_MAP消息包括基于非竞争的MS初始搜索机会。每当存在来自BS的请求时，执行Fast_Ranging从而BS可获得与用户的MS的同步。Fast_Ranging在用户的MS与BS之间进行准确时间偏移匹配，并被执行以调整发送功率。即，在通电之后，用户的MS在接收UL_MAP上获得与BS的同步，并执行Fast_Ranging以便调整发送功率。通过使用初始搜索机会，MS 40将RNG_REQ消息发送到服务天线300A(步骤430)。MS 40与服务天线300A交换RNG_REQ消息和RNG_RSP消息(步骤432)，建立正常操作状态，并随后完成执行切换的处理。
图5是示出根据本发明另一实施例的在WiMAX移动通信系统中执行子蜂窝之间的切换时的信号的流程图。如图5所示，MS 50正在获取对MS 50正获得当前访问的天线(即，服务天线300A)的访问，并与BS A的网络访问控制单元进行通信。当以上的MS 50移动时，在执行切换之前，MS 50扫描位于邻接距离内的分布式天线，以选择MS 50能够通过其以最佳质量和信号功率进行通信的天线(步骤500)。如果在步骤500通过扫描天线确定了至少一个目的天线(即，目标天线)，则MS 50将请求切换的MOB_MSHO_REQ消息经由服务天线300A(MS 50正获得对其的访问)发送到当前服务区域内的BS A，MS 50或服务BS 300A通过监测预设频带来选择并推荐满足请求的服务质量的目标天线301A和350B(步骤510)。
将关于MS 50推荐的目标天线301A和350B的信息发送到服务BS A中的网络访问控制单元。网络访问控制单元区分选择的目标天线和特定处理栈，并将切换消息发送到相关处理栈的媒体访问控制(MAC)层(步骤512)。此时，如果连接到处理栈的目标天线301A存在于MS 50当前所属的服务BS A内，则网络访问控制单元将切换消息直接发送到位于相同BS的服务区域中的天线(步骤514)，如果连接到目标天线350B的处理栈不存在于当前服务BS A内，则目标天线350B与位于另一BS的服务区域中的天线对应。因此，网络访问控制单元将切换消息发送到ACR 206(步骤515)。与从服务BS A的网络访问控制单元接收切换消息的目标天线301A和350B相关的各个MAC层响应BS A的网络访问控制单元。即，目标天线301A和350B发送答复是否能够根据MS 50的切换请求执行切换的响应(ACK lower QoS level)(步骤516和518)，所述响应包括关于频率带宽以及当MS 50的切换被发送到每个目标天线时由每个目标天线能够提供的服务等级的信息。因此，当位于相同BS控制区域的目标天线301A满足请求切换的MS 50的QoS请求时，选择目标天线301A(步骤520)。即，检查与MS 50相关的切换(步骤520)，因为连接到处理栈的目标天线301A存在于MS 50当前所属的服务BS A中，所以服务BS A通过网络访问控制单元直接发送与切换接受相关的响应消息。然后，服务BS A将移动用户站切换响应(MOB_HO_RSP)消息发送到服务天线300A(步骤522)。这里，MOB_HO_RSP包括关于MS 50的切换被传送到的目标天线的信息。
为了选择切换被传送到的目标天线301A，接收MOB_HO_RSP消息的服务天线300A将移动用户站切换指示(MOB_HO_IND)消息发送到MS 50，所述MOB_HO_IND消息与响应于MOB_HO_RSP消息的消息对应(步骤524)。在感测到切换将被发送到包括在MOB_HO_IND消息中的目标天线301A之后，接收MOB_HO_IND消息的MS 50响应MOB_HO_IND，显示执行切换操作所需的时间，并解除与当前获得对MS 50的访问的服务天线300A的通信。接下来，MS 50从目标天线301A接收Fast_Ranging信息元素(IE)(UL_MAP)消息(步骤526)。通过使用初始搜索机会，MS 50将RNG_REQ消息发送到服务天线300A。MS 50与服务天线300A交换RNG_REQ消息和RNG_RSP消息，建立正常操作状态，并随后完成执行切换的处理。
以下将描述如本发明公开的优选实施例的优点和效果以及如此配置以进行以上操作。
如上所述，根据本发明，可通过使用基站执行切换来消除蜂窝之间的频繁切换和由于频繁切换引起的上层的负担。另外，由于仅建立了天线和收发器而不用为BS提供每个在先蜂窝，因此没有由于蜂窝划分对上层控制造成的负担，并且不需要改变骨干网络和接口的结构，这又可依次降低整体系统的成本。
虽然已经参照本发明的特定示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。因此，本发明的精神和范围不必由在此描述的示例性实施例限定，而是在权利要求及其等同物中限定。

Claims (16)

1.一种用于在支持宽带无线访问的WiMAX移动通信系统中执行切换的系统，所述系统包括：
多个移动站MS；
至少一个分布式天线，被配置用于与所述多个MS中的至少一个MS执行同时通信；以及
基站BS，通过光纤连接到至少一个分布式天线，用于与所述多个MS中的每一个执行通信和切换，
其中，所述基站包括：
多个处理栈，每个处理栈分别连接到所述至少一个分布式天线中的不同天线以执行通信，所述多个处理栈中的每个栈具有物理层和媒体访问控制层；以及
网络访问控制单元，连接到所述多个处理栈中的每一个和网络，用于连接所述多个处理栈和网络并与所述多个处理栈和网络交换信号，以及用于执行切换。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个处理栈的每一个栈的物理层和媒体访问控制层基于IEEE 802.16标准。
3.如权利要求1所述的系统，其中，用于在网络访问控制单元中与网络交换信息的接口对应于从包括互联网协议和异步传送模式的组选择的协议之一所使用的接口。
4.如权利要求1所述的系统，其中，BS、所述多个MS和所述至少一个分布式天线形成与BS具有通信控制的范围对应的蜂窝。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个分布式天线中的每一个描述一个子蜂窝的范围。
6.如权利要求5所述的系统，其中，子蜂窝与描述子蜂窝的分布式天线能够通信的区域对应。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个分布式天线的每一个描述一个子蜂窝的范围。
8.如权利要求7所述的系统，其中，子蜂窝与描述子蜂窝的分布式天线能够通信的区域对应。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个分布式天线还包括收发器，被配置用于执行射频信号与数字中频信号之间的转换。
10.一种用于在支持宽带无线访问的WiMAX移动通信系统中执行切换的方法，所述方法包括以下步骤：
通过分布式天线从移动站接收关于执行切换的分布式天线的信息；
对与接收的信息对应的相关处理栈和基站中包括的多个其他处理栈进行区分；以及
如果存在与接收的信息对应的相关处理栈，则将切换消息发送到所述相关处理栈的媒体访问控制层，以将切换消息发送到所述相关处理栈。
11.如权利要求10所述的方法，还包括步骤：如果阻止所述与接收的信息对应的相关处理栈输入接收的信息，则将切换消息发送到访问控制路由器。
12.如权利要求10所述的方法，其中，关于执行切换的分布式天线的信息与能够使用最佳信号功率和最佳信号质量与移动站进行通信的天线对应。
13.如权利要求10所述的方法，其中，当存在多个处理栈时，存在多个分布式天线，从而在每个相关处理栈与所述多个分布式天线中的各个分布式天线之间存在一对一连接。
14.如权利要求10所述的方法，其中，发送步骤还包括射频信号与数字中频信号之间的转换步骤。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述相关处理栈和所述多个其他处理栈都包括基于IEEE 802.16标准的物理层和媒体访问控制层。
16.如权利要求10所述的方法，其中，接收步骤还包括步骤：当移动站移动时首先执行以下步骤：
在预设的邻接距离内扫描分布式天线；以及
选择在所述距离内扫描到的分布式天线，从而使移动的移动站能够使用最佳质量和最佳功率的信号进行通信。
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