专利名称：一种面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法
技术领域：
本发明提供了一种面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法，属于通信技术 领域，特别涉及一种基于现有的蜂窝移动通信网络的物理架构，根据移动终端的位置信息 和用户请求，通过信令控制实现逻辑结构可变的常规通信、点对点终端直接通信以及自主 组播终端直接通信的方法，主要用于满足密集用户区域大容量用户接入的需求。
背景技术：
以移动通信、无线局域网等为代表的无线网络已成为世界各国重要的高新 技术支柱产业。目前，商业化的第三代移动通信系统(3G)在稳步推进地发展；以 WiMAX(fforldlnteroperability for Microwave Access)》ft■白勺胃胃入胃会充白勺冑 速发展已经成为了电信产业发展的一大亮点；面向多媒体业务的地面无线数字电视广播系 统进入实施阶段。这些无线网络的一个共同目标是以更高的速率、更好的灵活性和可扩展 性、更低的成本，提供全球范围内的无线通信应用。另一方面，人们也逐步认识到已有的和即将推出的无线网络在无线资源综合优化 利用等方面的局限性，仍然不能很好地解决有限的频谱资源与迅速增长的业务需求的矛 盾，并且由此产生的无线通信瓶颈问题日益突出。以移动通信为例，从目前的情况来看用户 数在不断增长诺西公司统计目前全球的蜂窝网用户已超过30亿，到2015年将达到50亿。 与此同时，每个用户每天的业务需求量也将一直处于急速增长之中。专家结合国际电信联 盟无线电通信部ITU-R相关研究综合分析后认为，到2020年全球无线通信将会有1300M 1700MHz的频谱需求。相对于世界无线电大会1000MHz的频谱划分，这就意味着未来无线通 信技术将面临极大的频谱缺口。在频谱资源日益匮乏的今天，如何有效的利用有限的频谱 资源，以缓解日益增长的无线业务需求，成为了当前无线网络设计的重要命题。目前，覆盖范围最广的蜂窝移动通信网络的核心思想是将整个覆盖区域划分成若 干个小区，每个小区设置一个基站，同时分配一组无线资源，相邻小区分配不同的无线资源 以防止相互干扰。在每个小区中，移动终端与基站建立全双工无线通信连接完成通信的无 线接入。终端之间只能通过基站转接才能实现相互通信。然而，针对像奥运会、世博会等大 型活动带来的密集用户情况，基站负载加重，一般运营商会通过增设基站，采用密集覆盖的 微蜂窝措施来保证通信。这一方面会增大小区间的同频干扰，增加能耗，另一方面需要大量 附加的财力投入，并不经济。为此需要从根本上提高无线资源利用的有效性，通过改变现有 无线网络的体系结构，实现资源与业务之间的联合优化，进而最大限度地提升网络容量。基于以上考虑，本发明针对密集用户场景，基于现有的蜂窝移动通信系统的物理 架构，提出了一种面向密集用户区域的无线网络逻辑重构式通信方法。本发明通过考虑移 动终端的位置信息，在常规通信方式的基础上添加了点对点终端直接通信以及自主组播终 端直接通信方式；与此同时，本发明采用了一种基于信令控制的逻辑重构式通信技术，利用 基站与终端之间的信令链路，将当前终端应采用的通信模式(包括常规通信、点对点终端 直接通信和自主组播终端直接通信)和相应的传输信息(包括传输占用的频带、传输方式等)通过控制信令传递给移动终端以实现无线网络重构。与已有系统相比，本发明一方面 不需变动现有系统的物理结构，采用很小的信令开销就可方便地改变网络逻辑拓扑结构； 另一方面，节省了频谱资源，降低了发射功耗，提高了网络的用户容量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法。本发明的特点是基于蜂窝移动通信网络的物理结构，针对移动终端的位置信息 和用户请求，改变网络的逻辑结构，可变的逻辑结构包括常规通信、点对点终端直接通信， 以及点对多点自主组播终端直接通信；其中，无线网络的重构式通信是通过基站与终端之 间的信令控制实现的。本发明的思路是(1)本发明至少可以为终端提供逻辑结构可变的常规通信、点对点终端直接通信 以及自主组播终端直接通信的通信方式。无线通信的普及和发展，使人们可以享受信息传递的可靠、方便与快捷。然而，针 对密集用户区内数据量很大的多媒体信息传输，由于分配的频谱资源有限，如果单一地采 用常规基于基站中转的无线通信方式(需要占用上行、下行两条通信链路)进行传输，当通 信终端距离相距较近时是很不经济的方案。因此，考虑当通信终端间相互距离比较近时，我 们使用一条通信链路实现终端直接进行相互通信，不但可以减少对频谱资源的占用，减轻 基站的负载，同时也可降低基站和终端的发射功率。本发明基于上述思想，在常规通信方式 的基础上，通过终端定位，获取移动终端的位置信息，再由终端位置信息得到距离信息，由 此确定终端应采用常规通信或终端直通通信方式，以更加有效地利用有限的频谱资源。与此同时，如果终端具有相同内容信息对邻近的多个终端进行分发时，相比于终 端间点对点的单播通信，采用点到多点组播通信方法可进一步减少对频谱资源的占用。(3)本发明至少采用了一种基于信令控制的逻辑重构式通信技术。根据通信终端间的距离信息和终端的请求，基站决定当前不同终端间通信是采用 常规通信、点对点终端直接通信还是自主组播终端直接通信。具体地，当通信终端距离较远 且大于给定距离门限(门限值可设为通信终端中距基站最远的终端与基站间的距离)的情 况下，基站将选择传统常规通信的通信模式；当通信终端距离小于给定门限情况下，基站则 选择终端直接通信的模式，同时可根据终端的自主请求进一步决定采用点对点直接通信或 自主组播直接通信的方法。基站通过上述算法选择通信模式，之后将选择的通信模式结果、 相应的传输信息(包括传输占用的频带、传输方式等)通过信令的方式传递给终端以进行 控制。本发明基于上述思想，由无线网络控制器根据通信终端距离信息和自主请求选择通 信模式，产生相应的控制信令，再通过信令链路将信令传递给移动终端，实现对终端间相互 通信模式的控制。本发明的特征在于，依次含有以下步骤步骤(1)，构造一个面向密集用户的无线网络，含有移动终端、基站、各自都内置有 移动位置定位服务中心SMLC的基站控制器BSC或无线网络控制器RNC、内置访问位置登记 器VLR的移动交换中心MSC、服务于GPRS的支持节点SGSN、网关移动位置中心GMLC和位于 核心网CN内的归属位置寄存器，其中，
移动终端，有若干个，至少包括手机、PDA或笔记本电脑，能与本蜂窝小区内其他终 端进行常规通信或终端直通的通信，所述终端直通的通信包括终端对终端的点对点通信和 自主多点组播通信，基站至少一个，都位于所述本蜂窝小区内，至少包括2G基站BS、3G基站和WLAN接 入点AP，但都含有终端位置测量单元LMU，负责无线信号测量供所述移动位置定位服务中 心SMLC使用，无线网络控制器RNC，除了控制所述基站外，还通过所述移动交换中心MSC与所述 归属位置寄存器HLR、网关移动位置中心GMLC相连，或者通过服务GPRS的支持节点SGSN同 时和所述移动位置定位服务中心GMLC和所述归属位置寄存器相连，以便所述无线网络控 制器RNC根据业务的服务质量需求Qos选择对应的定位技术，通过所述移动位置定位服务 中心SMLC把终端的位置信息以经纬度的形式送到所述网关移动位置中心GMLC，归属位置寄存器HLR，和所述核心网CN的鉴权中心AuC相连，对所述移动终端进行 鉴权和加密，用于存储所管辖用户的签约数据及移动用户的小区位置信息，以便为到达某 移动终端的呼叫提供路由信息，网关位置移动中心GMLC，在所述核心网CN内，是外部应用获取终端位置的一个网 关，用于将所述移动位置定位服务中心SMLC送来的经纬度的位置信息转换为地理坐标，便 于接受所述无线网络控制器的请求并作出相应的响应，步骤(2)，依次按以下步骤实现用户密集区域的无线网络重构式通信步骤(2. 1)，移动终端发送信令连接请求消息给所述无线网络控制器RNC，步骤(2. 2)，所述移动终端收到所述无线网络控制器RNC发来的信令连接建立完 成消息后，向所述无线网络控制器RNC发送初始服务请求，其中至少包括请求的业务类 型、被叫用户号码以及自求请求模式，所述自主请求模式包括单播通信方式和组播通信方 式，步骤(2. 3)，在经过所述核心网CN的鉴权中心AuC鉴权加密后，无线网络控制器 RNC收到所述初始服务请求后，把所述初始服务请求发向所述归属位置寄存器HLR，以便判 断所述初始服务请求是否为本蜂窝小区内用户的通信请求，步骤(2. 4)，若为本蜂窝小区内的通信请求，所述无线网络控制器RNC向位于所述 核心网CN内的网关移动位置中心GMLC发送传递位置相关数据请求，步骤(2. 5)，所述无线网络控制器RNC收到所述网关移动位置中心GMLC发来的位 置相关数据信息回复后，通过计算得到通信终端间的距离，步骤(2. 6)，所述无线网络控制器RNC判断终端是否请求组播，若未请求组播，判 断通信终端间的距离是否大于预先设定的通信终端间距离的门限值若小于设定门限值， 则选择点对点终端直通模式，若大于设定门限值，则运行常规通信模式；若请求组播，判断 相距最远的通信终端间距离是否大于预先设定的通信终端间距离的门限值若小于设定门 限值，则选择自主组播终端直通模式，若大于设定门限值，则运行常规通信模式，步骤(2. 7)，所述无线网络控制器RNC产生通信模式及传输信息控制信令消息通 过信令链路发送给通信终端双方，所述通信模式及传输信息控制信令消息至少包含通信模 式字段、传输频带字段以及传输信道信息字段，通信模式字段指示采用常规通信模式、点对 点终端直通模式或自主组播终端直通模式，传输频带字段指示传输的频段、发射及接收的频率间隔，传输信道信息字段指示准许使用的传输格式组合以及与传输信道具体相关的其 他信息，所述信令链路是由所述基站所分配的用于所述基站和移动终端间信令交互的无线 链路，包括GSM中的独立专用控制信道SDCCH、CDMA2000中的前向专用控制信道F-DCCH、 TD-SCDMA中的专用控制信道DCCH在内的专用信令信道，或者包括GSM中的随路信道ACCH、 WCDMA中的公共传输信道在内的公用信道，步骤(2. 8)，所述要通信的若干个移动终端接收到所述控制信令消息后发送成功 接收确认消息ACK给所述基站，步骤(2. 9)，所述要通信的若干个移动终端根据控制信令消息中给出的通信模式 和传输信息开始通信。提出的一种面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法，其效果是(1)在蜂窝移动通信系统常规通信方式的基础上，添加了终端直接通信的方式，减 轻了基站的负载，降低了基站和终端的发射功率，减少了对系统频谱的占用；(2)对终端直通通信方式根据终端的自主请求决定采用点对点终端直通方法还是 自主组播终端直通方法，更加有效地利用了频谱资源，增大了系统的用户容量；(3)采用了一种基于信令控制的逻辑重构式通信技术，不需要改动现有系统的物 理结构，通过极小的开销即可实现逻辑结构可选的通信网络重构方法，有效提高了系统的 频谱利用率和系统容量。
图1实现面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法的体系框架结构框图。图2面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法实现流程。图3基于信令控制的逻辑重构式通信技术信令控制流程示意图。图4通信模式及传输信息无线资源控制(RRC)信令消息格式。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
说明如下。本发明所述的实现面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法的体系框架的 基本结构，参见附图1，该基本结构中含有至少一个基站，它可以是2G基站(BS)、3G基站(Node-B)或WLAN接入点(AP)等 等。在本发明中，其包含终端位置测量单元LMU，负责无线信号测量供SMLC计算位置信息使 用。至少一个基站控制器(BSC)或无线网络控制器(RNC)，可实现传统的蜂窝移动通 信基站控制功能，在本发明中，还可实现基于移动终端的位置信息和自主请求，为终端通信 选择常规通信、点对点终端直通或自主组播终端直通的不同逻辑结构通信模式的功能。基 站控制器或无线网络控制器还包含移动位置定位服务中心(SMLC)，可根据业务的Qos选择 适当的定位技术，并将终端的位置信息以经纬度的形式送到网关移动位置中心GMLC。基站 控制器或无线网络控制器通过移动交换中心(MSC)或服务GPRS支持节点(SGSN)与归属位 置寄存器(HLR)和网关移动位置中心(GMLC)相连。归属位置寄存器(HLR)的作用是存储 所管辖用户的签约数据及移动用户的小区位置信息，可为至某移动终端的呼叫提供路由信
7息。网关移动位置中心(GMLC)是外部应用获取终端位置的网关，其功能可将SMLC送来的 经纬度的位置信息转换为地理坐标，接受无线网络控制器的请求并作出相应的响应等。至少若干移动终端(UE)，它可以是手机、PDA或笔记本电脑等等，与本小区内其他 终端的通信可通过常规通信、点对点终端直通或自主组播终端直通进行。至少若干通信链路，它们是由基站所分配的用于基站和终端间，终端与终端间通 信交互的无线链路，包括但不限于，(使用AMPS)模拟通信、使用GSM、IS-95或GPRS的数字 通信、和使用CDMA2000、WCDMA或TD-SCDMA的第三代通信等。至少若干信令链路，它们是由基站所分配的用于基站和终端间信令交互的无线链 路，可以是专用信令信道，诸如GSM中的独立专用控制信道(SDCCH)、CDMA2000中的前向专 用控制信道(F-DCCH)、TD-SCDMA中的专用控制信道(DCCH)；也可以是公用信道，诸如GSM 中的随路信道(ACCH)、WCDMA中的公共传输信道等。本发明中对于移动终端的定位技术，可采用目前主要的两大类技术1)利用移动 通信网络的基站和移动台之间传播的无线电波信号的特征参数进行定位的方法，诸加通过 网络收集的信息(无线基站扇区信息、移动终端与基站间信息强度时延信息或接收机天线 阵列测出移动终端发射电波的入射角等)进行运算得出终端位置的方法；2)利用移动台内 置的GPS接收模块，接收GPS导航电文进行定位的方法。还可将以上两类技术结合起来实 现混合定位术。具体在选择定位技术时需综合考虑投资成本、定位精度需求以及网络和终 端的支持能力等，目前主流的方法有UTD0A ；2,CELL-ID ；3、0TD0A ；4、A_GPS ；5、PN4747 ；6、 GPS0NE。图2是本发明提出的面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法实现流程。如 图2所示，本发明提出的面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法，包括以下步骤1)移动终端向无线网络控制器发送初始服务请求(包括终端请求的业务类型、被 叫用户号码、自求请求模式等信息)；2)无线网络控制器向归属位置寄存器(HLR)查询被叫终端所在小区判断请求是 否为本小区内的通信请求；3)若为本小区内的通信请求，无线网络控制器通过向网关移动定位中心GMLC请 求获取终端的位置信息；4)无线网络控制器由终端的位置信息计算通信终端间的距离；5)无线网络控制器根据终端的自求请求判断终端是否请求组播；6)若终端没有请求组播，无线网络控制器根据通信终端间的距离与给定门限的比 较，判断当前实现的通信模式；7)若通信终端间距离小于给定门限，点对点终端直通模式启动，无线网络控制器 产生相应的通信模式及传输信息控制信令，并通过信令链路传送给终端；8)若通信终端间距离大于给定门限，常规通信模式启动后，它的实现与现有蜂窝 移动通信系统的实现原理相同；9)若终端请求组播，无线网络控制器根据相距最远的通信终端间的距离与给定门 限的比较，判断当前实现的通信模式；10)若相距最远的通信终端间距离小于给定门限，自主组播终端直通模式启动，无 线网络控制器产生相应的通信模式及传输信息控制信令，并通过信令链路传送给终端；
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11)若相距最远的通信终端间距离大于给定门限，常规通信模式启动后，它的实现 与现有蜂窝移动通信系统的实现原理相同；图3是本发明方法的基于信令控制的逻辑重构式通信技术的信令控制流程示意 图。如图3所示，基于信令控制的逻辑重构式通信技术信令控制流程，包括以下步骤1)移动终端UE发送信令连接请求消息给无线网络控制器RNC ；2)移动终端UE收到信令连接建立完成消息后，发送初始服务请求消息到无线网 络控制器RNC，无线网络控制器RNC再将相关初始终端信息发送给核心网CN，通知核心网终 端请求的业务类型；3)核心网发起鉴权和加密过程；4)无线网络控制器RNC根据终端UE初始服务请求向位于核心网CN内的归属位置 寄存器(HLR)发送查询被叫终端归属地请求；5)无线网络控制器RNC收到被叫归属地回复消息后，判断服务请求是否为本小区 内的通信请求；6)若为本小区内的通信请求，无线网络控制器RNC向位于核心网CN内的网关移动 位置中心GMLC发送位置相关数据请求；7)无线网络控制器RNC收到网关移动位置中心GMLC发送的位置相关数据信息回 复后，由位置信息计算得到通信终端间的距离；8)判断终端是否请求组播，若未请求组播，判断通信终端间的距离是否大于给定 门限值倘若小于给定门限值，则选择点对点终端直通模式，倘若大于给定门限值，则选择 常规通信模式；若请求组播，判断相距最远的通信终端间距离是否大于给定门限值倘若 小于给定门限值，则选择自主组播终端直通模式，倘若大于给定门限值，则选择常规通信模 式；9)无线网络控制器RNC产生通信模式及传输信息控制信令消息通过先前建立的 信令链路发送给通信终端双方；10)移动终端UE接收到控制信令消息后发送成功接收确认信息ACK给基站 Node-B ；11)移动终端UE根据控制信令消息中给出的通信模式和传输信息开始进行通信。图4为本发明提出的通信模式及传输信息无线资源控制(RRC)信令消息格式。如 图4所示，通信模式及传输信息RRC信令消息格式至少包含通信模式字段、传输频带字段、 传输信道信息字段，其中通信模式字段指示采用常规通信模式、终端点对点直通模式或终 端自主组播模式，传输频带字段指示传输的频段、发射及接收的频率间隔，传输信道信息字 段指示准许使用的传输格式组合以及与传输信道具体相关的其他信息，如编码方式、调制 方式、扩频因子、扰码号等信息。
权利要求
一种面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法，其特征在于，依次含有以下步骤步骤(1)，构造一个面向密集用户的无线网络，含有移动终端、基站、各自都内置有移动位置定位服务中心SMLC的基站控制器BSC或无线网络控制器RNC、内置访问位置登记器VLR的移动交换中心MSC、服务于GPRS的支持节点SGSN、网关移动位置中心GMLC和位于核心网CN内的归属位置寄存器，其中，移动终端，有若干个，至少包括手机、PDA或笔记本电脑，能与本蜂窝小区内其他终端进行常规通信或终端直通的通信，所述终端直通的通信包括终端对终端的点对点通信和自主多点组播通信，基站至少一个，都位于所述本蜂窝小区内，至少包括2G基站BS、3G基站和WLAN接入点AP，但都含有终端位置测量单元LMU，负责无线信号测量供所述移动位置定位服务中心SMLC使用，无线网络控制器RNC，除了控制所述基站外，还通过所述移动交换中心MSC与所述归属位置寄存器HLR、网关移动位置中心GMLC相连，或者通过服务GPRS的支持节点SGSN同时和所述移动位置定位服务中心GMLC和所述归属位置寄存器相连，以便所述无线网络控制器RNC根据业务的服务质量需求Qos选择对应的定位技术，通过所述移动位置定位服务中心SMLC把终端的位置信息以经纬度的形式送到所述网关移动位置中心GMLC，归属位置寄存器HLR，和所述核心网CN的鉴权中心AuC相连，对所述移动终端进行鉴权和加密，用于存储所管辖用户的签约数据及移动用户的小区位置信息，以便为到达某移动终端的呼叫提供路由信息，网关位置移动中心GMLC，在所述核心网CN内，是外部应用获取终端位置的一个网关，用于将所述移动位置定位服务中心SMLC送来的经纬度的位置信息转换为地理坐标，便于接受所述无线网络控制器的请求并作出相应的响应，步骤(2)，依次按以下步骤实现用户密集区域的无线网络重构式通信步骤(2.1)，移动终端发送信令连接请求消息给所述无线网络控制器RNC，步骤(2.2)，所述移动终端收到所述无线网络控制器RNC发来的信令连接建立完成消息后，向所述无线网络控制器RNC发送初始服务请求，其中至少包括请求的业务类型、被叫用户号码以及自主请求模式，所述自主请求模式包括单播通信方式和组播通信方式，步骤(2.3)，在经过所述核心网CN的鉴权中心AuC鉴权加密后，无线网络控制器RNC收到所述初始服务请求后，把所述初始服务请求发向所述归属位置寄存器HLR，以便判断所述初始服务请求是否为本蜂窝小区内用户的通信请求，步骤(2.4)，若为本蜂窝小区内的通信请求，所述无线网络控制器RNC向位于所述核心网CN内的网关移动位置中心GMLC发送传递位置相关数据请求，步骤(2.5)，所述无线网络控制器RNC收到所述网关移动位置中心GMLC发来的位置相关数据信息回复后，通过计算得到通信终端间的距离，步骤(2.6)，所述无线网络控制器RNC判断终端是否请求组播，若未请求组播，判断通信终端间的距离是否大于预先设定的通信终端间距离的门限值若小于设定门限值，则选择点对点终端直通模式，若大于设定门限值，则运行常规通信模式；若请求组播，判断相距最远的通信终端间距离是否大于预先设定的通信终端间距离的门限值若小于设定门限值，则选择自主组播终端直通模式，若大于设定门限值，则运行常规通信模式，步骤(2.7)，所述无线网络控制器RNC产生通信模式及传输信息控制信令消息，并通过信令链路发送给通信终端双方，所述通信模式及传输信息控制信令消息至少包含通信模式字段、传输频带字段以及传输信道信息字段，通信模式字段指示采用常规通信模式、点对点终端直通模式或终端自主组播模式，传输频带字段指示传输的频段、发射及接收的频率间隔，传输信道信息字段指示准许使用的传输格式组合以及与传输信道具体相关的其他信息，所述信令链路是由所述基站所分配的用于所述基站和移动终端间信令交互的无线链路，包括GSM中的独立专用控制信道SDCCH、CDMA2000中的前向专用控制信道F-DCCH、TD-SCDMA中的专用控制信道DCCH在内的专用信令信道，或者包括GSM中的随路信道ACCH、WCDMA中的公共传输信道在内的公用信道，步骤(2.8)，所述要通信的若干个移动终端接收到所述控制信令消息后发送成功接收确认消息ACK给所述基站，步骤(2.9)，所述要通信的若干个移动终端根据控制信令消息中给出的通信模式和传输信息开始通信。
全文摘要
一种面向密集用户区域的无线网络重构式通信方法，属于蜂窝移动通信网络技术领域，其特征在于，所述方法是在终端、基站、无线网络控制器和核心网CN之间实现的根据通信终端间的距离信息和终端的请求，基站决定当前不同终端间通信是采用常规通信、点对点终端直接通信还是自主组播终端直接通信，然后把可选择的通信模式、相应的传输信息通过信令的方式发送给通信终端进行控制，所述核心网CN负责判断终端的小区归属、鉴权、加密、获取终端位置信息，而由所述无线网络控制器计算通信终端间的距离。本发明具有信令开销小、节约频谱资源、降低发射功耗以及提高网络用户容量的优点。
文档编号H04W16/18GK101835098SQ20101013310
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者邓卉, 陆建华, 陶晓明 申请人:清华大学