专利名称：具有多层无线覆盖的移动通信系统中的越区切换方法
技术领域：
本发明涉及具有多层无线覆盖的移动通信系统中的一种越区切换方法，前述多层无线覆盖包括一个较低小区层和一个较高小区层，前者至少具有一个微小区，后者至少具有一个宏小区，该微小区至少大部位于该宏小区中，该方法包括确定移动台在较低小区层的第一小区中的相对移动速度，并监视较高小区层的第二小区中的业务量负荷。
本发明还涉及在具有多层小区覆盖的移动通信系统中的一种从微小区到宏小区的越区切换方法，前述多层小区覆盖至少包括一个微小区和一个宏小区，该微小区位于该宏小区中，该方法包括确定移动台在微小区服务区中的相对移动速度，并在宏小区中监视业务量负荷。
移动通信系统中的无线覆盖区具有不同的小区大小，甚至经常具有多个基站的多层无线覆盖。覆盖区很小的小区，即微小区，例如用于很难覆盖或需要高用户容量的区域。宏小区用于实现较大的覆盖区，它经常覆盖了一个或多个微小区的地理区域。以这种方式实现的多层无线覆盖中，宏小区代表了较高层的覆盖区，而微小区代表了较低层的覆盖区。移动台可以从一个小区移动到另一个小区，并登记到新基站。如果该移动台正在进行呼叫，则还涉及将该呼叫切换到新小区，在该情况下切换到新基站被称为越区切换。
附图的
图1公开了一个移动通信系统中两层无线覆盖的例子。图1中简化的小区区域表示了每一个小区基站能够向该移动台提供足够信号值的区域。在图1中，较大的宏小区M覆盖了较小的微小区1，2和3的区域。例如位于微小区1中位置x的移动台MS，原则上可以由宏小区M或微小区1的基站提供服务。
在以多层无线覆盖方式实现的无线网络中，利用不同小区层提供的下述可能性是有利的基于某种分类，命令移动台登记到最合适的基站，同时还避免了不必要的越区切换。一种这样的分类原则是移动通信网中移动台的速度，该移动通信网具有一个或多个微小区，后者的覆盖区完全位于另一个小区，一般是一个宏小区中。在本领域中众所周知，移动缓慢的移动台最好移交给某个微小区基站以防止它们不必要地增加宏小区基站的负荷。另一方面，快速移动的移动台最好移交给某个宏小区基站以防止它们频繁引起越区切换，甚至用于防止移动台快速移出微小区覆盖区时丢失呼叫。
图2示出了泛欧GSM移动通信系统的简化框图。图2中示出的单元也出现在其它移动通信网中，但是它们可能具有不同的名称。移动台MS通过无线路径连接到一个基站(BTS)，比如图2中的BTS1。移动台MS不断测量邻接基站的信号，以发现可能出现的越区切换。基站系统BSS包括一个基站控制器BSC和在该BSC控制下的多个基站BTS。若干基站控制器BSC一般在移动业务交换中心MSC控制下操作。移动业务交换中心MSC连接到其它移动业务交换中心MSC，并通过一个网关移动业务交换中心(GMSC)连接到公众电话交换网。整个系统的操作受操作维护中心OMC监控。移动台MS的用户数据永久存储在归属位置寄存器HLR中，而每当移动台MS位于某个访问位置寄存器VLR的区域中时，则临时存储在该访问位置寄存器VLR中。
WO95/28813公开了一种蜂窝移动通信系统，它测量移动台在微小区登记的时间，以及定义该移动台的移动方向。如果在某个小区中测得的时间小于该微小区的预设时间，并且该移动台在各小区的进入方向不同于离去方向，则指示该移动台为快速移动台。在现有技术系统中，快速移动的移动台被移交以使用宏小区网络。只有当发现移动台在若干微小区中快速移动时，才进行从微小区到宏小区的越区切换。这种方案的问题是越区切换决定的速度慢。移动台必须经过若干微小区才能够决定越区切换到宏小区。在这期间，从一个微小区到另一个微小区太频繁的越区切换增加了网络的负荷。另一个问题是，如果所有被认为在快速移动的移动台都移交给宏小区，则可能阻塞宏小区。
欧洲专利申请0 589 278公开了一种微小区/宏小区系统。该现有技术系统测量在宏小区中移动的移动台在该宏小区的某个微小区中停留的时间。该现有技术系统防止了快速移动的移动台被移交到微小区的基站。只有在移动台到达微小区之后的预定时间后该移动台仍位于该微小区时，才进行宏小区到微小区的越区切换。如果在该预定时间内，该移动台已离开该微小区，则不进行宏小区到微小区的越区切换。这种方案的问题也是越区切换决定的速度慢。只有在移动台到达微小区之后的预定时间段后，才能决定进行越区切换。在经过该时间之后，即使微小区区域中的移动台就要离开该微小区，该移动台也被认为是慢速的，并移交给某个微小区。在等待越区切换决定期间，该移动台增加了宏小区的负荷。这种方案的问题也在于不正确的移动台速度概念。越区切换仅受移动台到达微小区和到达后预定时间之后该移动台的位置的影响。在该时间内，快速移动的移动台可能已离开该微小区并返回，在该情况下，系统进行从宏小区到微小区的越区切换。在该系统的一种实施例中，如果移动台从该微小区中离开，则终止时间测量，如果该移动台返回该微小区区域，则再次从头开始。例如，如果移动台暂时移出微小区的覆盖区，或者如果测量结果是错误的/被丢失，在该情况下将不认为该移动台是慢速的，从而清除定时器。
本发明的目的在于，在具有多层无线覆盖的移动通信系统中实现一种快速和灵活的越区切换决定，以将移动台从一个小区层传送给另一个小区层。
这通过一种越区切换方法实现，根据本发明，该方法的特征在于下述进一步步骤确定较低小区层的第一小区中的服务时间，在选定的服务时间资料中确定受某个特定预设阈值服务时间R限制的服务时间数量的百分比P，以移动台的相对移动速度为序，将待检小区服务区中的所有移动台的该百分比P移交给目标小区，待检小区是第一小区，而目标小区是第二小区，反之亦然，并调整预设阈值服务时间R，以得到较高小区层的第二小区中所需的业务量负荷。
本发明基于下述思想基于移动台的移动速度，将待检小区服务区中的所有移动台的特定部分移交给另一小区层的目标小区。待移交的移动台数量由移动用户停留在较低小区层的某个小区中的时间，即服务时间的长期统计确定。
本发明的从一个小区层到另一个小区层的越区切换的优点在于，可以快速作出越区切换决定。
本发明越区切换方法的另一个优点在于，以一种灵活有效的方式实现了小区层的优化利用，并避免了不必要的越区切换。可以容易并一致地调整小区层的使用。本发明的越区切换方法可以适应业务量值的变化，以及可变的移动台速度分布。
本发明的另一个优点在于简单可靠的越区切换条件，它适用于不同的小区大小，也适用于具有可变小区大小的网络。在作出决定过程中使用上次服务时间的统计数据，从而增加了方案的稳定性。
本发明还涉及一种前文所示的从微小区到宏小区的越区切换方法，其特征在于下述进一步步骤确定微小区中的服务时间，在选定的服务时间资料中计算短于某个特定预设阈值服务时间R的服务时间数量的百分比P，以相对移动速度为序，从最快的移动台开始，将微小区服务区中的所有移动台的该百分比P移交给宏小区，并调整预设阈值服务时间R，以得到宏小区中所需的业务量负荷值。
除了上述越区切换方法的优点之外，从微小区到宏小区的越区切换方法的优点在于，越区切换条件值容易调整，并且是若干小区通用的。
在本发明的越区切换方法中，定义了在较低小区层的微小区服务区域中移动台的相对速度和服务时间。从服务时间样本中计算受某个特定预设阈值服务时间R限制的服务时间的百分比P。以移动台的相对移动速度为序，将计算出的待检小区服务区域中当前存在的所有移动台的百分数移交给目标小区。持续监视较高小区层中小区的负荷。如果负荷偏离了所需负荷值，则修改预设阈值服务时间R，使待移交到目标小区的移动台数量向所需方向改变。
在本发明的从微小区到宏小区的越区切换方法中，定义了在微小区服务区域中移动台的相对速度和服务时间。从服务时间样本中计算出短于某个特定预设阈值服务时间R的服务时间的百分比P。按照移动台的相对移动速度，从最快的移动台开始，将计算出的微小区服务区中当前存在的所有移动台的百分比P移交给宏小区。监视宏小区的负荷。如果该负荷超过了最大负荷值，则减小预设阈值服务时间R。如果该负荷小于所需负荷值，则适当增加阈值服务时间R。
下面结合附图更详细地描述本发明，在附图中图1示出了移动通信系统的一个两层无线覆盖；图2是一个移动通信系统的结构框图；图3是本发明方法的优选实施例的流程图；以及图4示出了小区中服务时间分布的一个例子。
本发明可以应用于任何蜂窝移动通信系统。下面以泛欧数字移动通信系统GSM为例，更详细地描述本发明。图2以简化方式说明了上述GSM网络的结构。如需要GSM系统的更为精确的描述，可以参考GSM建议和M。Mouly和M-B·Pautet所著“The GSM System for MobileCommunications”，Palaiseau，France，1992，ISBN2-9507190-0-7。
本发明的方法尤其适用于微小区/宏小区网络。图1示出了一个具有两层无线覆盖的微小区/宏小区网络的例子。该方法也适用于以多层小区覆盖，即以多于两个小区层方式实现的其它网络。
在将移动台从微小区层越区切换到宏小区层时，本发明的方法最为有利，在该情况下本方法中待检小区是较低小区层的微小区，而目标小区是较高小区层的宏小区。下面主要参照优选实施例更详细地解释本发明。
图3是本发明方法的优选实施例的流程图。在该方法中，测量每一个移动台MS位于微小区1，2或3服务区中时间。例如基于移动台MS两次连续越区切换确定该服务时间。移动台MS通过第一越区切换进入微小区1，而通过第二越区切换离开微小区1，并接受下一个小区的服务。在这两个越区切换中采用的越区切换条件不同于本发明的方法中所用的越区切换条件。如果基于本发明的方法中所用的越区切换条件将移动台移交给宏小区M，将认为服务时间是如果该移动台MS没有越区切换到宏小区M，而切换到微小区1的时间。在这种情况下，将确定服务时间为移动台MS第一次移交到微小区1的时刻和该移动台MS从微小区1服务区离开时刻之间的时间。例如可以基于网络中正常基站信号测量来确定离开了该微小区的服务区域。测得的服务时间与微小区相关地存储在连续存储环形寄存器中。在特定时间段内测得的服务时间或上次测得的服务时间的特定数量可以从该环形寄存器读出。
在该方法中作出越区切换决定的条件是某个预设阈值服务R(图3中步骤31)。阈值服务时间R是与宏小区相关的，因此对位于宏小区M区域中的所有不同大小的微小区1，2和3都相同。根据存储的微小区1区域中的服务时间，计算出短于阈值服务时间R的服务时间百分比P(步骤32)。对选出的服务时间样本执行该计算。选出的服务时间样本可以包括在前半小时内测得并存储的服务时间，或者上次存储的上百个服务时间值。为此，适当地选择服务时间样本所覆盖的时间段长度或者样本中服务时间的数量。计算所得的结果值P表明了例如在前半小时中，多少百分比的移动台MS接受微小区1的基站BTS的服务时间少于阈值服务时间R，而不需要本发明的越区切换。在步骤33中，当前由微小区1的基站BTS服务的这些移动台中最快的移动台被依次从微小区1移交给宏小区M。因此，在本发明的上述越区切换之前所有正由或已由微小区1基站BTS服务的移动台中有P％将在本发明创新的越区切换之后由宏小区M基站BTS提供服务。如果已由微小区提供服务的移动台中最快的P％(仍位于微小区1的服务区中)已移交给宏小区M，则不会进行新的移动台MS越区切换。可以以任何适当的方式确定微小区1服务区中移动台MS的相对移动速度。只有以移动台的速度将其排序才是确定相对速度所必需的。对本发明而言，如何实现根据移动台的速度将其排序并不重要。例如在WO92/01950和WO97/00587中已公开了确定移动台MS速度的一些方法。
监视宏小区M的业务量负荷是为了避免网络不会因越区切换而阻塞。在图3的步骤34中，宏小区M中的负荷与预设优化负荷Lopt相比较。如果该负荷小于优化Lopt，则增加与宏小区相关的阈值服务时间R的值(步骤35)，以使微小区1，2和3中负荷的更多部分导向宏小区M。在步骤36中，宏小区M中的业务量负荷与预设最大负荷值Lmax比较。如果超过了最大负荷Lmax，则减小阈值服务时间R的值以减少待移交的移动台MS的数量(步骤37)。在微小区1，2和3的后续服务时间计算中，将使用新的阈值服务时间R以取代以前设定的阈值服务时间R。通过调整越区切换条件参数之一，此处是阈值服务时间R，可以通用地为若干微小区1， 2和3调整从一个小区层到另一个小区层的越区切换的阈值如果负荷值Lopt和Lmax相等，在本发明的创新方法中可以连续调整阈值服务时间R。如果需要，可以为一些微小区指定某个专用的与微小区相关的阈值服务时间，通过后者可以很好地调整与宏小区相关的阈值服务时间R。
图4以示例形式示出了一种服务时间分布。图4的水平轴表示服务时间T，垂直轴是概率密度f(T)。阈值服务时间R由图4中的垂直线示出。在垂直线R左侧示出的该分布图部分表示了服务时间短于阈值R的那部分移动台。
在具有多于两个小区层的移动通信系统中，可以通过选择较高小区层中的任意一个作为目标小区来应用该方法。通过以所需方式顺次使用该方法，可以覆盖所有小区层。
如果本发明的方法应用于从宏小区到微小区的越区切换，其原则如同上述从微小区到宏小区的越区切换。如果移动台从较高小区层移交到较低小区层，则如上所述测量与微小区相关的服务时间，并监视宏小区M中的负荷。根据与微小区相关的服务时间分布，计算出长于与宏小区相关的阈值R的服务时间的与微小区相关的百分比Pn。从最慢的移动台开始，将位于微小区1服务区域中，但由宏小区M提供服务的移动台MS的百分比P1移交给微小区1。如果宏小区中的负荷低于所需负荷值Lopt，则增加阈值服务时间R，如果该负荷超过了最大负荷Lmax，则减小该阈值服务时间R。如果因为越区切换，超过了微小区1中的最大业务量负荷，则不将移动台从宏小区M移交到微小区1。通过本发明的越区切换方法，尽管宏小区M区域中所有的微小区1，2和3的阈值服务时间R都是相同的，但与较小的微小区1和3相比，将更多的移动台移交给具有较大服务区的微小区，例如移交给微小区2。
在该方法中的计算和越区切换还可以例如以特定间隔执行。在同一个微小区/宏小区环境中，本发明的方法可以同时应用于两个方向，即用于从微小区到宏小区的越区切换和用于从宏小区到微小区的越区切换。在这种情况下，较快的移动台移交给宏小区，而相应地将较慢的移动台移交给微小区。
实现本发明的方法的装置最好放置于作出越区切换决定的设备，例如放置于基站控制器BSC中。例如通过将定义服务时间的装置放置于待检小区的基站BTS中，本发明的装置也可以分布到系统的不同单元中。该装置包括登记装置，定时装置，计算装置和越区切换控制单元。每一小区带有专用装置。
附图和相关描述仅用于说明本发明的创新概念。在细节上，本发明的多层无线覆盖的移动通信系统中的越区切换方法可以在权利要求书的范围内加以修改。尽管以上主要针对从微小区到宏小区进行的越区切换解释了本发明，但该方法也可以应用于在相反方向上进行的越区切换。本发明甚至非常适用于网络的小区大小基于业务容量改变的CDMA移动通信系统。
权利要求
1.具有多层无线覆盖的移动通信系统中的一种越区切换方法，前述多层无线覆盖包括一个较低小区层和一个较高小区层，前者至少具有一个微小区(1，2，3)，后者至少具有一个宏小区(M)，该微小区(1，2，3)至少大部位于该宏小区(M)中，该方法包括下述步骤确定移动台(MS)在较低小区层的第一小区中的相对移动速度，以及监视较高小区层的第二小区中的业务量负荷，其特征在于下述进一步步骤确定较低小区层的第一小区中的服务时间，在选定的服务时间资料中确定受某个特定预设阈值服务时间R限制的服务时间数量的百分比P，以移动台的相对移动速度为序，将待检小区服务区中的所有移动台(MS)的该百分比P移交给目标小区，待检小区是第一小区，而目标小区是第二小区，反之亦然，以及调整预设阈值服务时间R，以在较高小区层的第二小区中得到所需的业务量负荷值。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定较低小区层的第一小区中的服务时间的所述步骤包括下述步骤，测量较低小区层的第一小区服务区域中的服务时间，以及将该服务时间存储到某个连续存储寄存器。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述服务时间资料包括在特定时间段内确定的服务时间。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述服务时间资料包括特定数量的前次确定的服务时间。
5.根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于，如果目标小区是较高小区层中的第二小区，而待检小区是较低小区层中的第一小区，受预设阈值服务时间R限制的所述服务时间包括短于该阈值服务时间R的服务时间，以及待移交给目标小区的移动台(MS)的百分比P包括最快的移动台(MS)。
6.根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于，如果目标小区是较低小区层中的第一小区，而待检小区是较高小区层中的第二小区，受预设阈值服务时间R限制的所述服务时间包括长于该阈值服务时间R的服务时间，以及待移交给目标小区的移动台(MS)的百分比P包括最慢的移动台(MS)，以及如果超过了目标小区中业务量负荷的预设最大值，则不将移动台(MS)移交给目标小区。
7.在具有多层小区覆盖的移动通信系统中的一种从微小区到宏小区的越区切换方法，前述多层小区覆盖至少包括一个微小区(1，2，3)和一个宏小区(M)，该微小区(1，2，3)位于该宏小区(M)中，该方法包括下述步骤确定移动台(MS)在微小区服务区中的相对移动速度，以及监视宏小区(M)中的业务量负荷，其特征在于下述进一步步骤确定微小区(1，2，3)中的服务时间，在选定的服务时间资料中计算短于某个特定预设阈值服务时间R的服务时间数量的百分比P，以相对移动速度为序，从最快的移动台(MS)开始，将微小区(1，2，3)服务区中的所有移动台(MS)的该百分比P移交给宏小区(M)，以及调整预设阈值服务时间R，以得到宏小区(M)中的所需业务量负荷值。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，确定微小区(1，2，3)中的服务时间的所述步骤包括下述步骤，测量在微小区(1，2，3)服务区域中的服务时间，以及将该服务时间存储到某个连续存储寄存器。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，所述服务时间资料包括在预设时间段内确定的服务时间。
10.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，所述服务时间资料包括预设数量的前次确定的服务时间。
11.根据权利要求7，8，9或10的方法，其特征在于，预设阈值服务时间R的所述调整包括如果宏小区(M)中的负荷增加时，增加阈值服务时间R，以及如果宏小区(M)中的负荷减少时，减小阈值服务时间R。
全文摘要
本发明涉及具有多层无线覆盖的移动通信系统中的一种越区切换方法。在从微小区到宏小区的越区切换中,确定移动台(MS)在微小区中的相对移动速度,并监视宏小区中的业务量负荷。根据本发明,在微小区中确定服务时间,并确定受某个预设阈值服务时间R限制的服务时间数量的百分比P。然后以相对移动速度为序,将该微小区中所有移动台(MS)的该百分比P移交给目标宏小区。通过调整该预设阈值服务时间R得到宏小区中的所需业务量负荷值。
文档编号H04W36/04GK1189284SQ97190366
公开日1998年7月29日 申请日期1997年4月14日 优先权日1997年4月14日
发明者奥斯卡·萨罗纳霍 申请人:诺基亚电信公司