专利名称：LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法
技术领域：
本发明属于移动通信技术领域,特别是涉及一种LTE-Advanced移动中继与eNodeB的切换系统及方法。
背景技术：
LTE-Advanced是LTE的演进版本,要求在IOOMHz带宽下，下行的峰值速率达到IGbps,上行达到500Mbps。由于LTE-Advanced使用较高的频段资源，导致小区覆盖范围变小以及衰减损耗严重等问题的出现。如果单纯采用增加基站密度的方法来解决上述问题，则会对运营商带来成本的增加和部署难度的上升。为此，3GPP在LTE-A中引入了中继(relay)技术。引入中继节点(RN, relay node)后,用户设备(UE)和基站(eNode B)之间用回程链路(Backhaul Link)和接入链路(Access Link)来代替直传链路(Direct Link), 如图I所示。中继可分为带内(Inband)中继和带外(Outband)中继两类。带内中继是指Backhaul Link和Access Link使用相同的载波频率资源,而带外中继是指两条链路使用不同的载波频率资源。中继也可以分为固定中继和移动中继(MR)。现阶段的研究大多只考虑固定中继并且采用带内中继的方法。固定中继与eNode B之间通常不需要切换，因此UE和eNode B之间切换主要是固定中继与单个UE之间的切换，这可以采用已有的切换方法。随着公共交通工具的发展普及，人们希望能在高速运动的交通工具中获得高速率的通信业务，这促进了移动中继的发展。此时，UE和eNode B之间不仅存在着UE和中继之间的切换,还存在着中继与eNode B之间的切换。由于UE和中继之间的弱移动性，Accesslink的信道质量较好，UE和中继之间的切换难度较小。但是，中继和eNode B之间存在着强移动性，相比Access link而言,Backhaul link的信道质量要差得多，中继和eNode B之间的切换难度很大。另外，移动中继通常接纳许多UE’中继和eNode B之间的切换还需要考虑中继如何将目标eNode B提供的资源分配给其所接纳的多个UE (即群组切换)。移动通信中现有的切换技术主要有硬切换、软切换和接力切换。其中，接力切换主要用于TD-SCDMA。硬切换资源利用率高，但切换成功率较低。软切换成功率较高，但资源利用率低。由于LTE系统中完全放弃CDMA技术，而采用OFDM技术，因此软切换不能再用于LTE系统；由于移动中继尤其是高速移动中继与中继的切换时间非常短，而现有的硬切换技术无法保证切换的可靠性。因此，需要设计一种合适的切换机制来保证移动中继与eNodeB之间的可靠切换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法，以保证移动中继在eNode B之间的可靠切换。根据中继的功能，可以把中继设备逻辑上分解成两个单元一个是相对于eNode B而言的UE单元(记为MR_UE),另一个是相对于UE群组而言的eNode B单元(记为MR_eNodeB)。为简化中继移动时信道资源分配的复杂性，LTE-Advanced移动中继系统的BackhaulLink和Access Link采用带外中继的方法，即两条链路的信道资源分配相互独立。本发明的研究重点是在Backhaul Link上如何完成移动中继在eNode B之间的可靠切换，以及群组切换。为了保证可靠切换，本发明中的MR_UE单元包含MR_UE1和MR_UE2两个子单元。MR_UEI和MR_UE2都用于中继和eNode B间的数据通信。其中，MR_UEI还负责测量移动中继与邻小区eNode B信道质量状况，向eNode B上报移动中继下属UE群组等信息。MR_eNodeB单元用于对下属UE的资源分配及信息统计。本发明采取以下技术方案LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统，包括定时测量模块、切换决策模块、协作切换模块、群组切换模块。定时测量模块用于定时测量当前eNode B小区(源eNode B)和相邻eNode B小区的信道质量。移动中继的MR_UE1定时测量其与当前eNode B和相邻eNode B的信道质
量，并将测量结果上报给源eNode B。切换决策模块用于源eNode B判决是否需要切换以及向哪个目标eNode B切换。源eNode B判决测量报告中当前eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值，若低于门限值，贝1J需要切换，同时根据相邻eNode B小区的状况确定目标eNode B。可靠切换模块用于中继从源eNode B切换到目标eNode B。当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所用的信息转发给MR_UE2。MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，快速切换到目标eNode B。群组切换模块用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报给MME (移动管理实体)。MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE (分配方法可按现有固定中继向用户分配资源的方式进行)，并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。本发明LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法,其按如下步骤①MR_UE1定时(时间长短可根据具体情况设置)对当前eNode B小区和相邻eNodeB小区进行测量，并将测量报告上报给源eNode B。测量报告包括当前小区(小区I)的信号强度和相邻小区(如小区3、4、5等)的信号强度。②源eNode B根据测量报告进行切换(HO)决策，源eNode B判断上报的测量报告中当前eNode B小区(小区I)的信号强度是否低于预先设定的门限值。若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的资源状况、信道质量等确定目标eNode B (假设为小区4)。若高于门限值，则不需要切换，返回执行步骤①；③源eNode B向目标eNode B发送切换请求；目标eNode B接纳控制，向源eNodeB发送切换请求确认。④源eNode B向MR_UE1发送允许切换，然后MR_UE1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留。如果MR_UE1不能与目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②(下次选取目标eNode B时排除此次申请预留资源失败的eNode B)。⑤目标eNode B向MR_UE1发送定时，MR_UE1与目标eNode B建立连接；MR_UE1将目标eNode B的所有信息(包括同步、资源预留等信息)转发给MR_UE2。
⑥MR_UE2断开与源eNode B的连接，MR_UE2利用已获得的信息快速切换到目标eNode B上。如果MR_UE2不能成功切换到目标eNode B上，则返回执行步骤⑥。⑦目标eNode B通过MR_UE2向MR_eNode B发送群组切换指令；MR_eNode B对移动中继所接纳的UE进行资源分配，并统计相关信息，通过MR_UE1上报MME。⑧目标eNode B向MME发送路径转换请求；MME向S-GW (服务网关)发送用户面更新请求。⑨S-GW向MME返回用户面更新请求确认。MME向目标eNode返回路径转换请求确认；目标eNode B向源eNode B发送释放资源信令,源eNode B释放资源。此时整个切换过程完成。上述切换方法中，移动中继不是直接与目标eNode B进行硬切换，而是先通过MR_UEl接入目标eNode B后，再断开MR_UE2与源eNode B的连接。同时，本发明还提出了群组 切换的处理办法。因此，本发明既解决了移动中继与eNode B切换的问题，又解决了群组切换的问题。相比现有的LTE-Advanced移动中继与eNode B切换方法，本发明的优点是考虑
全面、可靠性高。
图I为增加中继节点后的LTE-Advanced系统结构图。图2为移动中继的一个应用场景示意图。图3为移动中继与eNode B切换方法的信令流程图。图4为移动中继与eNode B切换过程的流程图。图5为移动中继与eNode B切换的系统框图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明。如图2所示的移动中继应用场景中，分别用标识符Γ7标识7个小区，每个小区都有各自的eNode B。装有移动中继的公共汽车当前在小区I的服务下，运动方向可以向任意小区，这里假设向小区4运动。移动中继包括MR_UE单元和MR_eNode B单元，MR_UE单元包括MR_UE1子单元和MR_UE2子单元。MR_UE1和MR_UE2都用于中继和eNode B间的数据通信。其中，MR_UE1还负责测量移动中继与邻小区eNode B信道质量状况，向eNode B上报移动中继下属UE群组等信息。MR_eNode B单元用于对下属UE的资源分配及信息统计。图3是LTE-Advanced移动中继与eNode B切换的信令流程图。参见图4，LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法,具体执行步骤如下①MR_UE1定时(时间长短可根据具体情况设置)对当前eNode B小区和相邻eNodeB小区进行测量，并将测量报告上报给源eNode B。测量报告包括当前小区(小区I)的信号强度和相邻小区(如小区3、4、5等)的信号强度。②源eNode B根据测量报告进行切换(HO)决策，源eNode B判断上报的测量报告中当前eNode B小区(小区I)的信号强度是否低于预先设定的门限值。若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的资源状况、信道质量等确定目标eNode B (假设为小区4)。若高于门限值，则不需要切换，返回执行步骤①；③源eNode B向目标eNode B发送切换请求；目标eNode B接纳控制，向源eNodeB发送切换请求确认。④源eNode B向MR_UE1发送允许切换，然后MR_UE1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留。如果MR_UE1不能与目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②(下次选取目标eNode B时排除此次申请预留资源失败的eNode B)。⑤目标eNode B向MR_UE1发送定时，MR_UE1与目标eNode B建立连接；MR_UE1将目标eNode B的所有信息(包括同步、资源预留等信息)转发给MR_UE2。⑥MR_UE2断开与源eNode B的连接，MR_UE2利用已获得的信息快速切换到目标eNode B上。如果MR_UE2不能成功切换到目标eNode B上，则返回执行步骤⑥。 ⑦目标eNode B通过MR_UE2向MR_eNode B发送群组切换指令；MR_eNode B对移动中继所接纳的UE进行资源分配，并统计相关信息，通过MR_UE1上报MME。⑧目标eNode B向MME发送路径转换请求；MME向S-GW (服务网关)发送用户面更新请求。⑨S-GW向MME返回用户面更新请求确认。MME向目标eNode返回路径转换请求确认；目标eNode B向源eNode B发送释放资源信令,源eNode B释放资源。此时整个切换过程完成。参见图5，本发明还公开了一种LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统，包括定时测量模块、切换决策模块、协作切换模块、群组切换模块。定时测量模块用于定时测量当前eNode B小区(源eNode B)和相邻eNode B小区的信道质量。移动中继的MR_UE1定时测量其与当前eNode B和相邻eNode B的信道质量，并将测量结果上报给源eNode B。切换决策模块用于源eNode B判决是否需要切换以及向哪个目标eNode B切换。源eNode B判决测量报告中当前eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值，若低于门限值，贝1J需要切换，同时根据相邻eNode B小区的状况确定目标eNode B。可靠切换模块用于中继从源eNode B切换到目标eNode B。当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所用的信息转发给MR_UE2。MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，快速切换到目标eNode B。群组切换模块用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报给MME (移动管理实体)。MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE (分配方法可按现有固定中继向用户分配资源的方式进行)，并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。上述实施例虽然以公共汽车为例，但是本发明可以扩展到任何移动交通工具，如火车等。本实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统，其特征是包括定时测量模块用于定时测量当前eNode B小区和相邻eNode B小区的信道质量；移动中继的MR_UE1定时测量其与当前eNode B和相邻eNode B的信道质量，并将测量结果上报给源 eNode B ；切换决策模块用于源eNode B判决是否需要切换以及向哪个目标eNode B切换；源eNode B判决测量报告中当前eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值，若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的状况确定目标eNode B ；可靠切换模块用于中继从源eNode B切换到目标eNode B ;当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所用的信息转发给MR_UE2 ;MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，快速切换到目标eNode B ；群组切换模块用于MR_eN0de B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报给MME; MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE，并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。
2.LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法,其特征是按如下步骤①MR_UE1定时测量其与当前eNodeB和相邻eNode B的信道质量，并将测量报告上报给源eNode B ;测量报告包括当前eNode B小区的信号强度和相邻eNode B小区的信号强度；②源eNodeB根据测量报告进行切换决策，源eNode B判断上报的测量报告中当前eNode B小区的信号强度是否低于预先设定的门限值；若低于门限值，则需要切换，同时根据相邻eNode B小区的资源状况、信道质量等确定目标eNode B ;若高于门限值，则不需要切换，返回执行步骤①；③源eNodeB向目标eNode B发送切换请求；目标eNode B接纳控制，向源eNode B发送切换请求确认；④源eNodeB向MR_UE1发送允许切换消息，然后MR_UE1开始与目标eNode B建立同步、申请资源预留；如果MR_UE1不能与目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②；⑤目标eNodeB向MR_UE1发送定时，MR_UE1与目标eNode B建立连接；MR_UE1将目标eNode B的信息转发给MR_UE2 ；⑥MR_UE2断开与源eNodeB的连接，MR_UE2利用已获得的信息快速切换到目标eNodeB上。如果MR_UE2不能成功切换到目标eNode B上，则返回执行步骤⑥；⑦目标eNodeB通过MR_UE2向MR_eNode B发送群组切换指令；MR_eNode B把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE，统计相关信息，通过MR_UE1上报MME ；⑧目标eNodeB向MME发送路径转换请求；MME向S-GW发送用户面更新请求；⑨S-GW向MME返回用户面更新请求确认；MME向目标eNode返回路径转换请求确认；目标eNode B向源eNode B发送释放资源信令,源eNode B释放资源。
3.如权利要求2所述的LTE-Advanced移动中继与eNodeB的切换方法，其特征是 第④步骤中，如果MR_UE1不能和目标eNode B同步或申请预留资源失败，则返回步骤②，下次选取目标eNode B时排除此次申请预留资源失败的eNode B。
4.如权利要求2所述的LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换方法，其特征是 第⑤步骤中，目标eNode B的信息包括同步、资源预留信息。
全文摘要
本发明公开了LTE-Advanced移动中继与eNode B的切换系统及方法。本发明系统包括定时测量模块定时测量当前eNode B小区和相邻eNode B小区的信道质量；切换决策模块用于源eNode B判决是否需要切换及向哪个目标eNode B切换；可靠切换模块用于中继从源eNode B切换到目标eNode B；当移动中继切换时，首先通过MR_UE1与目标eNode B建立同步、申请预留资源、定时和建立连接，然后将与目标eNode B建立连接所需的信息转发给MR_UE2；MR_UE2收到相关信息后立刻与源eNode B断开连接，并快速切换到目标eNode B；群组切换模块用于MR_eNode B单元对已接纳UE所需的资源重新分配并将结果上报MME；MR_eNode B单元把目标eNode B提供的资源分配给移动中继已接纳的UE，并将分配结果通过MR_UE1上报给MME。
文档编号H04W36/08GK102932859SQ20121036734
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者严军荣, 冯敏强, 吴志坚 申请人:三维通信股份有限公司