CN101485218B - 无线电传输系统中选择无线承载的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从无线电传输系统的一些可供支配的无线承载(12-14)中选择无线承载的方法，以便从移动单元(10)方面作出各自最好的承载的选择，这一点视移动单元(10)的停留地点而定，在这个过程中借助由移动单元在当前推算出的和已经存在的关于可用的无线承载(12-14)的质量的信息而进行选择。

Description

无线电传输系统中选择无线承载的方法
本发明涉及为了向移动的对象或从移动的对象传输信息而发送信号的无线电网络或无线网络领域，特别是涉及到无线电传输系统中选择无线承载的一个方法。
一个移动的物体，例如一列火车、一艘轮船、一辆载货车等等，通常遵循一条预先定义的路线在相应的交通道路上移动，例如铁路轨道、河流、公路等等。这些交通道路通常由一个或多个无线电传输系统供给无线电信号。也就是说，沿这些交通道路会发射一个或多个无线承载，这些承载被用来从一个移动物体上的移动收发单元(以下也称作移动单元)或向此移动单元传输信息。为了使该信息传输的效率和质量达到最佳，此移动单元必须在所经过路线的每一个地方根据特殊的应用要求选择最好的无线承载(或者是一个单独的承载，或者是多个共同起作用的承载)，以便获得对于所进行的应用来说最高的质量。
图1通过一个例子展示了沿一条给出路线的多个无线承载A、B、C的无线电覆盖和质量。通过图示中的0至7个级别对无线承载的质量进行了描述。假定一个移动物体沿此条路线移动。此移动物体带有一个移动单元，设置此移动单元是为了经由无线承载A、B、C进行通信。尽管承载A和承载B在大多数时间都可供支配，但对于一个无线电传输来说承载A首先是第一选择，因为它对于此路线的大部分都可供支配并能达到最好质量。本文件中提到的“质量”是关于相应承载在应用要求方面的资格的一个抽象值，并且它可以从承载的一项或多项参数中推导出。与此相关联，质量也包含无线承载选择上的优先权，因为总是具有最高质量的承载被选择。在空白处，即承载A不供支配的一段(大约是在图表的中间部位)，移动单元则选择承载B，因为这里只有它是活动的并能保障在这一段也供给无线电。此外在左边，承载C也在一个较短时间内活动，并产生一个比承载A更高的质量，因此在路线的这一段选择承载C。
为了实现对承载的有效选择，移动单元方面通过相应的一些收发单元(缩写成SRU)如调制解调器来接收无线承载。这些SRU借助一些适当的的质量参数提供有关无线承载质量的信息，其中包括：
●信号强度
●信号-/噪音比例
●可支配带宽
●及其它
在选择最好承载时存在的一个问题是，SRU当前的测量值不包括沿这条路线继续移动有可能需要的将来的信号质量的信息，因而对一个承载的错误接收或不能接收则会导致在选择最好承载时作出不合适或错误的决定，因为承载的质量有可能在一个较短时间段跌到可使用的水平之下。与此相关联，错误也可以是指由于移动单元在承载的供给范围内停留时间减少而它为了以合理方式使用承载进行过快的移动。
WO 01/19108A1公布了从无线电传输系统的一些可供支配的无线承载中选择一个无线承载的方法。在此方法中，从移动单元方面作出各自最好的承载的选择(这一点视移动单元的停留地点而定)，选择可以借助由移动单元在当前推算出的和已经存在的关于可供支配的无线承载的质量的信息进行。
文本US 5396647A，WO 00/07384A1和US 2003/003922A1中也公布了类似的方法。
因此，本发明的任务就是要说明为沿一条路线移动的移动物体在大量供支配的无线承载中选择一个至多个承载的方法，它能提供有关信号传输的质量要求的最好结果。
根据本发明，解决此任务是通过带有权利要求1中所描述特征的一个方法来实现的。
非独立权利要求中说明了本发明的首选设计形式以及其它优势特征，请直接参看所公布的非独立权利要求。
与此发明相关联，选择一个承载与选择一个或多个承载(Multiplexing多路复用)是等同的，选择过程的同样质量结果对其适用。
本发明的出发点是：一个移动单元如同一辆火车在一条交通道路上按照预先定义的路线移动。移动单元事先知晓此路线，或者移动单元重复穿越此路线。按照本发明，关于沿线每个无线承载的可支配性和质量的已存在信息被用来作出选择最好承载的决定，以及对不同承载之间的切换(Handover)程序进行优化。关于沿线每个无线承载的可支配性和质量的信息可以由移动单元自己在沿线的过往行驶过程中推算出、存储并在沿线将来的行驶中使用。但这些信息也可以是由第三方提供给移动单元。关于一个无线承载的质量信息可以是将要使用的承载的一项选择标准，有可能是下列参数：
数据流量，传输延迟，连续性，比特误差率(Bit Error Rate，缩写成BER)以及奇偶误差率(Parity Error Rate，缩写成PER)。
在上述提到的参数之外还可使用对数据流的分析(例如完全状态监控)或使用所配服务器的带可预报反应时间的特殊测量包。
关于沿线每个承载的质量信息在移动单元的一个数据库里存储起来，它们按地理位置或按从启动位置至目标位置之间的距离(时间)排列。每次行驶中移动单元方面对存储在此数据库中的信息与相应承载的当前质量测量值进行比较。当存储的信息和当前收集的测量值之间一个确定的偏差被超过时，已存储的信息将被修正，以便使数据库总是根据沿线有可能在变化的一个承载质量作出实时的调整，例如当添加或去除了无线电传输系统的基站时，或当信号传播条件发生了变化时。
当移动单元沿路线移动时，它不仅对承载质量的当前测量值与数据库中的的相应值进行比较，而且它还可以预先从数据库中推断出路线在将来的进程中所需要的承载质量。也就是说，根据本发明移动单元可以在迄今所使用的承载降至承载质量一个预先定义的界限值以下之前就挑选出一个备用的承载。当需要一个更好的承载时，移动单元可以从数据库中推断出以移动单元当时的速度来说此承载的无线电网络覆盖是否足够长，从而值得选择此承载。由此能够避免仓促而错误地切换承载。“无线电网络覆盖”这一概念在这里指的是一个承载信号在能经由无线接口实现数据有效传输这一水平上的可支配性。
以下借助图例来说明本发明的一个实施例。
图1举例展示了一条沿给出路线的多个无线承载A、B和C的无线电网络覆盖和质量。
图2描述了一个符合本发明的系统的逻辑结构。
图3展示了记载承载历史的数据库的更新方式。
图4展示了确定一个承载的最低可支配性的例子。
图5举例展示了无线电覆盖预报的结束。
图6展示了在没有先期使用承载的情况下可供有效载荷支配的带宽。
图7中描述了先期使用承载B的情况，在这个过程中承载B在较早的一个时间TE被激活。
图8根据图4以制图的方式展示了一条路线的进程以及带有不同无线承载的路线的覆盖。
图2描述了一个符合本发明的系统的逻辑结构。一个移动单元10例如可沿着路线23(图8)移动，它包含了一个经由一个或多个无线电传输系统12、13、14与一个服务器系统11进行通信的数据源/数据槽(未标示)。此外移动单元10还包含了一些收发单元(SRU)15、16、17，而每个收发单元分别服务于移动无线电传输系统的一个无线承载。SRU 15、16、17总是借助合适的参数(如数据流量、传输延迟、连续性，比特误差率、奇偶误差率等)来测量分配给它的无线承载的质量。存在于移动单元中的一个承载质量功能(BQF)18读出SRU接收到的承载12-14的质量参数，并从中为每个无线承载计算一个相应的承载质量。如果无线单元10沿着路线23移动，则在路线23沿线的一定数量的地理位置有相应这个数量的承载质量被推算出，并被存储于数据库19之中。这条路线沿线的承载质量例如可以以等距的位置或者也可以以一定时间间隔来收集。
如果移动单元现在重新沿同样一条路线23移动，则由存在于移动单元10中的一个承载监控功能(BCF)20从数据库19中挑出先前为此路线算出的承载质量，并将其与SRU 15-17当前的测量值作比较。在承载质量的当前测量值和存储于数据库19中的历史测量值的基础上，承载监控功能20可作出选择最好承载的相应决定。
图2不含有任何对本发明的有形实施。单元BQF 18、BCF 20以及SRU15-17可作为一个或多个物理性基本元件在移动单元10之中(如此点合乎本发明的目的)实施。
无线电覆盖的统计流程
BQF 18查明无线电网络覆盖(SCH)的统计流程，也就是说，一个较早的沿路线23的行驶中的每一个承载的信号质量都要被收集、存储及维护。在这个过程中，BQF 18在移动单元沿“已知”路线23的每一次行驶中都会考虑到承载质量的当前测量值，并在此处对每个承载都应用一个个体化加权因素，以便为这一路线实时调整承载质量的变化。
无线电覆盖的统计流程的确定
在沿路线23的第一次行驶中，BQF 18不断地收集移动单元10在预先确定的时间间隔Ti下的当前位置Pk，并从SRU读出属于该位置Pk的当前承载质量。这就会得出关于位置数据和相互有间距D(Ti)的承载质量的一份表格。选择时间间隔Ti时要考虑到就移动单元的速度v和一个无线承载的单元大小来说可以收集到足够的信息，以便接下来可作出对最好承载的正确选择。这一点也可包括关于时间Tswitch的考虑，以便在各承载之间进行切换。因而可从Ti＝f(1/v)推导出时间间隔。
存储包含位置数据和承载质量的表格时要使其能根据移动单元沿路线23的行驶方向往前或往后被有效利用。对应于每一个位置值，每一个可供支配的承载Bn都有一个质量水平Ln(Pk)的当前值作为初始值被存储下来。因此数据库中每一个承载Bn在每一位置Pk都存在一个相应的值Ln，k，它构成了收集历史统计。
我们建议以D(Ti)＝const.＝D(t＝D/v)来确定一个位置表Pk，因为无线电信号随距离而摇摆。此处的另一种选择是以D(Ti＝const.)来确定位置表。此种情形下视移动单元的速度而定获得各种不同距离下的承载质量值。
承载质量水平的确定
质量水平值Ln(Pk)借助信号质量Qn，m的测量值例如SNR来计算，它为其承载提供一个SRU 15-17。从不同的Qn，m值计算Ln(Pk)被规范化(例如通过加权因素)，以便使承载有关信息传输要求(例如可用的比特误差率，带宽)的值Ln，k可直接与另一个承载的Ln，k相比较。
无线电网络覆盖的统计流程的调整
图3展示了记载承载质量的数据库的更新方式。在沿路线23重复行驶时，如之前所述，在每个位置Pk都确定了每个承载的承载质量。从中得出的当前质量水平Ln(Pk)与在此位置存储的质量水平Ln，k之差与一个加权功能WFn相乘，并加在已存储的质量水平Ln，k上，这就得出一个新的平均质量水平Ln，k，并存储在数据库之中。
Ln，k(Ln(Pk))＝WFn(Ln(Pk)-Ln，k)      [公式1]
加权功能WFn确定承载质量的变化如何快速地流入收集历史，这一点也取决于所选择的是一个线性的或非线性的功能(图3)。
基于承载质量历史的承载选择
在移动单元沿路线23移动的过程中，BCF18以一个“恰当”的时间间隔Ti或在一定的位置Pk上从SRU 15-17读出所有承载Bn的质量参数Qn，m。如之前所述，每一个承载的当前质量水平Ln(Pk)依据这些信息被计算。基于Ln(Pk)以及下述考虑就可以选出可供支配的最好承载。
承载的最低可支配性(无线电网络覆盖初始)
为了维持信息传达所必要的质量，可避免切换到一个具有较高优先权、但仅仅只在很短一个时间段可供支配的承载上。在此范围下可以将经由承载传达信息而必须为其所支配的最低时间作一个定义。而由此在选择过程中必须将移动单元的速度因素考虑进来，因为供承载支配的时间要取决于移动单元穿越承载的无线电覆盖区域的速度。
为了避免在不同承载之间发生不必要的切换(例如当发现了具有较高优先权的承载，但此承载仅仅在很短一个时间可供支配时)，BCF 18可提前检测时间Tmin下所需承载的质量。Tmin所定义的时间是为了切换至具有较高优先权的承载、以及最后由承载的无线电覆盖再回到先前的承载所必需的时间，包括为传输信息而支配承载所必需的时间。也就是说，Tmin定义的是可供支配的一个承载的最低时间，以便在选择过程中会考虑到此承载。由于Tmin取决于移动单元的速度，而且前提是承载质量水平是以相同间隔存在于数据库中的，BCF 18必须预估一个数据库的条目数x，
x＝vTmin/D    [公式2]
并从数据库中读出所需的承载质量水平。如果条目x下之前所用质量水平超出了界限值，则BCF应切换至新的承载；如条目x下之前所用质量水平低于界限值，则BCF保持在当时的承载。
图4描述了确定承载最低可支配性的一个例子。移动单元当前使用承载A。在时间点To由移动单元探测到了另一个质量比承载A更好的承载C。如果两个承载均高于一定的界限值，承载C由于质量水平更高因而具有比当前使用的承载A更高的优先权。BCF 20对数据库19进行干预，并且以时间点To为出发点预估有x条条目，以便能为承载C继续的无线电覆盖作出预报。如果在移动单元10的当前速度v1下承载C的质量在时间点Tmin(v1)高出界限值，那么BCF 20应当由承载A切换至承载C。如果在移动单元10的速度v2下，在时间点Tmin(v2)通过承载C没有无线电供应，那么BCF 20应保持在承载A。
无线电覆盖的预报的结束
如果在一个承载上发生短时间的信号漏失，也会出现一个类似的错误选择问题。在这种情形下应避免BCF 20切换至另一个优先权可能较低的承载上，因为迄今使用的承载在短时间内会重新恢复其可支配性。
图5描述的正是这样一种情形。承载A在时间点To由于某种原因发生了短时间的信号漏失。如之前所述，这里可使用公式2，以便在数据库19中预估何时(例如时间点Tmin(v2))会发生一个承载完全漏失信号的情况，或者预估其短时间内何时(例如时间点Tmin(v1))重新可供支配。这一点取决于移动单元当时的移动速度。
无线电覆盖的检测
无论是在无线覆盖预报的开始还是在结束时都必须将数据库19中的之前所用数据与承载质量的当前测量值作比较。如果存在巨大的差异(例如由于某个基站的一个错误)，必须直接在当前测量值的基础上作出选择最佳承载的决定。为了达到这一点，必须定义相互区别的测量值的数量，以及与此相联的相对于Ln，k的Ln(Pk)的界限值(这一点要取决于移动单元10的速度)。
对无线电覆盖的的这种检测也同样能发现那些没有一个SCH则很难发现的错误。无论是无线电传输系统的移动单元还是基站上，无线电元素中的某些错误无法与仅仅是因为发射台无法正常工作(例如由于天线电线受到损坏)而造成无线电信号不能供支配的情况区分开来。根据SCH人们知道是否在某个位置存在基站。如果无法接收所需的承载测量值，可以启动一个警报来推动基站方面或者移动站方面对系统进行检测。
承载的先期使用
某些无线承载向移动用户提供一个取决于此客户制造的联系的带宽，例如UMTS或HSPDA。UMTS有一个所谓的上升(Ramp-up)功能，客户传输或接收的数据越多，它为客户分派的带宽也越多。
根据SCH中可用的数据可以确定何时会切换至一个带这样一个上升功能的承载。如需要这样的切换，BCF 20可以在有效载荷(Payload)切换至一个带上升功能的承载上之前在此承载上制造虚拟数据以获得所分配的带宽，以此先期使用这个承载。
图6描述的是在未先期使用一个新承载的情况下可供有效载荷支配的带宽21。在一个时间点Ts由承载A切换到承载B上。在此承载B上备有一个起初(较少)的带宽，而在有效载荷切换至承载B之后根据需要被加大。
图7展示的是承载B的先期使用，也就是说在时间点TE承载B已被激活。激活促成承载B在有效载荷接通前在时间点TS就将可使用带宽22分配给参与者。而这在有效载荷在时间点TS真正发生切换时会导致对可使用带宽进行更优化更和谐的分配。
图8用图表展示了路线23的地理进程以及多个承载12至14的无线电信号对路线23的覆盖。相应的承载质量在图4中已进行了描述。
附图标记
10移动单元
11服务器
12无线电传输系统A，承载A
13无线电传输系统B，承载B
14无线电传输系统C，承载C
15收发单元
16收发单元
17收发单元
18承载质量功能
19数据库
20承载监控功能
21带宽
22带宽
23路线

Claims (9)

1.从无线电传输系统的一些可供支配的无线承载(12-14)中选择无线承载的方法，以便从移动单元(10)方面作出各自最好的承载的选择，这一点视移动单元的停留地点而定，在这个过程中借助由移动单元在当前推算出的和已经存在的关于质量的信息而进行选择，其特征是，在移动单元(10)中视其移动方向和速度而定对在某个将要经过的地理位置和/或某一预先确定的时间点所需要的质量作出预报，并且借助此预报作出无线承载的选择，其间借助对由移动单元在当前推算出的和已经存在的关于可支配无线承载质量的信息进行比较，确定无线电传输系统的错误，并且将这些错误报告给有缺陷的无线电传输系统的运营者；
只有当一个选出的无线承载预计在一个预先确定的最低使用时间可供支配时，才可以切换至此承载。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，可供支配的无线承载(12-14)的质量借助一个或多个下列参数确定：数据流量，传输延迟，可支配性的连续性，比特误差率以及奇偶误差率。
3.根据上述权利要求中任意一项的方法，其特征是，已存在的有关可供支配的无线承载(12-14)质量的信息事先由移动单元收集并存储。
4.根据权利要求3的方法，其特征是，已存在的有关可供支配的无线承载(12-14)质量的信息通过第三方提供。
5.根据权利要求3的方法，其特征是，已存在的有关可供支配的无线承载(12-14)质量的信息视地理位置数据而定被存储。
6.根据权利要求3的方法，其特征是，已存在的有关可供支配的无线承载(12-14)质量的信息视时间信息而定被存储。
7.根据权利要求1的方法，其特征是：由移动单元(10)在实时推算出的关于可支配无线承载质量的信息和已经存在的关于可支配无线承载质量的信息相比较，并且在有必要时对已存在的信息进行更新。
8.根据权利要求1的方法，其特征是，只有当迄今使用的无线承载预计在一个预先确定的漏失时间不再可支配，才可以由当前使用的这个无线承载切换至一个选出的新的无线承载。
9.根据权利要求1的方法，其特征是，在从一个当前使用的无线承载切换至另一个带动态带宽分配的无线承载之前就已对这另一个无线承载进行了先期激活，以保障分配最大的带宽。
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