CN100515102C - 移动通信系统中的无线接入网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线接入网系统，该无线接入网系统包括：核心网CN；多个无线接入网关RAG，每个RAG完成无线接口接入层所有L1/L2/L3协议的处理；多个远端射频单元RRU；其中，所述多个RAG与所述CN通过Iu接口相连，各个RAG之间通过Iur或Iur+接口相连，所述多个RAG通过Iua接口分别与相应的所述多个RRU相连，用于实现所述多个RAG对相应的多个RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。在本发明的一种具体实施方式中，每个所述RAG被分离为无线承载服务器RBS与无线控制服务器RCS两个独立的网元。本发明提出的上述无线接入网结构克服了原UTRAN结构中存在的问题，解决了频繁的移动性管理问题，且支持结构清晰且功能划分明确的RAN用户面与控制面相分离的结构。

Description

移动通信系统中的无线接入网系统
技术领域
本发明涉及移动通信系统中无线接入网的有关技术领域，特别涉及一种新颖的无线接入网系统结构。
技术背景
移动通信系统中通常由无线接入网(RAN)完成无线接口协议中与接入层相关的协议处理，从而为高层协议提供所需的无线承载业务。以通用移动通信系统(UMTS)系统为例，在当前的R99/R4/R5中均采用了如图1所示的RAN结构。该RAN结构包括无线网络控制器(RNC)和节点B(NodeB)两类网元，其中RNC 2通过Iub接口与一个或多个NodeB 3相连，不同RNC 2之间通过Iur接口相连，RNC2则通过Iu接口与核心网(CN)1相连。RNC 2通常完成无线接口(Uu接口)协议中分组数据汇聚协议(PDCP)、无线链路控制(RLC)、媒体接入控制(MAC)等的协议处理，NodeB 3则负责进行无线接口协议中的物理层(PHY)处理。
图2所示的UMTS无线接口接入层分由控制面和用户面两部分组成，其中PHY、MAC及RLC层协议在控制面和用户面是一致的。在控制面，无线资源控制(RRC)层通过其与无线接口接入层中其它协议层的控制接口配置相应的协议实体，包括物理信道、传输信道和逻辑信道参数，而RRC层消息也由RLC/MAC/PHY通过无线接口进行传输。在用户平面，除了MAC层和RLC层之外，还包括分组数据汇聚协议(PDCP)层和广播/组播控制(BMC)层。有关上述UMTS无线接口接入层协议的详细描述，可以参考3GPP(第三代合作项目)的TS25.2xx与TS25.3xx系列协议文献。
图1所示的UMTS无线接入网(UTRAN)中的Iu、Iur及Iub接口协议在垂直方向也划分为控制面和用户面两个部分，其中，Iu与Iur/Iub接口的无线网络层用户面协议分别为Iu-UP协议与FP数据帧协议，Iu、Iur及Iub接口的无线网络层控制面协议分别为RANAP(无线接入网应用部分)、RNSAP(无线网络子系统应用部分)、NBAP(节点B应用部分)。有关上述UTRAN接口协议的详细描述，可以参考3GPP的TS25.4xx系列协议文献。
但是，随着UMTS技术的演进，当前的UTRAN系统结构所存在的问题也逐渐变得较为突出。如3GPP技术报告TR25.897所述，由于无线接口接入层的上层协议实体在RNC中，Iub接口FP数据帧将引入一定的传输时延，RLC难以进行快速有效的ARQ(自动重传请求)重传操作，较大的时延也对外环功率控制产生不利影响。因此，3GPP在TSG RAN#17会议上设立了关于“UTRAN结构演进”的研究项目(SI)，其中，在该SI的技术报告“TR25.897，Feasibility Studyon the Evolution of UTRAN Architecture，V0.3.1，Aug.，2003”中主要提出了两种新的无线接入网系统结构，如图3和图4所示。
图3所示的无线接入网由无线网络网关(RNG)4和NodeB+5组成，NodeB+5实际上是由如图1中所示的原UTRAN结构中NodeB和RNC合并而成的，因此不再需要Iub接口，移动性管理功能通过相邻NodeB+之间的Iur接口实现。RNG 4一方面起到RAN与CN 1接口会聚的作用，另一方面也负责与当前UTRAN的互操作，为此，RNG 4与NodeB+5之间也存在Iu和Iur接口的部分功能。
图3所示的无线接入网结构通过将原UTRAN结构中NodeB 3和RNC 2的功能合并，使得在单一网络节点内完成无线接口接入层所有L1/L2/L3协议的处理，从而克服了上述原UTRAN结构中时延造成的问题，但是也引入了新的问题：该结构RNG 4与NodeB+5的接口复杂，对原UTRAN结构中各接口协议功能和结构改变较大，不利于最大程度重用原有的UTRAN接口协议；而且，该结构中NodeB+5与如图1所示的原UTRAN结构中NodeB 3一样仅能控制很少数量的小区，因此NodeB+的数量很大且地理分布分散，而NodeB+5之间又存在Iur接口，因此使RAN传输网络的规划与建设变得十分复杂；另外，NodeB+5规模小而数量大的分布式结构，大大增加了RAN内NodeB+迁移等移动性管理的频繁程度，由此带来了系统复杂性稳定性的问题并最终影响用户的服务质量。同时，由于移动通信的发展越来越倾向于采用微小区技术，从而使该问题变得更加突出。
图4所示的另一种无线接入网采用了将如图1中所示的原UTRAN结构中RNC 2的用户面与控制面分离的结构，即保留NodeB3功能不变，而将RNC 2分离为用户面服务器(UPS)2-2和无线控制服务器(RCS)2-1两个独立的网元。其中，UPS 2-2负责除RRC以外的无线接口接入层协议处理，而RCS 2-1则完成RRC协议处理并对UPS 2-2与NodeB 3进行控制。如图4所示，RCS 2-1与CN 1之间为Iu-c接口，UPS 2-2与CN1之间为Iu-u接口，RCS 2-1与RCS2-1之间为Iur-c接口，UPS 2-1与UPS 2-2之间为Iur-u接口，上述接口基本上可以分别沿用原UTRAN结构中Iu和Iur接口的控制面和用户面协议，但需要新定义RCS 2-1与UPS 2-2之间的接口即Iui接口。
图4所示的无线接入网结构通过将原UTRAN结构中RNC的用户面与控制面相分离，使得系统具有良好的可扩展性(Scala bility)，即可以分别根据所运营业务对控制面处理能力和用户面处理能力的需求，合理配置RCS 2-1和UPS 2-2的规模。然而，该结构实际上并没有解决前述原UTRAN结构中存在的问题。另外，由于NodeB 3仅与UPS 2-2相连，因此对NodeB 3的控制信令NBAP要么由UPS 2-2终结要么由UPS 2-2转发，但无论哪种方式均对UPS 2-2负责用户面处理的原则产生影响。
发明内容
本发明正是针对上述已有的无线接入网系统结构所存在的不足，提出了一种新的无线接入网结构与系统，既克服了原UTRAN结构中存在的问题，又解决了频繁的移动性管理问题，同时支持结构清晰且功能划分明确的RAN用户面与控制面相分离的结构，并且易于实现从现有R99/R4/R5的UTRAN结构的平滑演进。
根据本发明，提供一种无线接入网系统，该无线接入网系统包括：
核心网CN；
多个无线接入网关RAG，每个RAG完成无线接口接入层所有L1/L2/L3协议的处理；
多个远端射频单元RRU；
其中，所述多个RAG与所述CN通过Iu接口相连，各个RAG之间通过Iur或Iur+接口相连，所述多个RAG通过Iua接口分别与相应的所述多个RRU相连，用于实现所述多个RAG对相应的多个RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。
在本发明的一种具体实施方式中，每个所述RAG被分离为无线承载服务器RBS与无线控制服务器RCS两个独立的网元，各个RCS与CN之间通过接口Iu-c相连，各个RBS与CN之间通过接口Iu-u相连，各个RCS之间通过接口Iur-c或Iur-c+相连，各个RBS之间通过接口Iur-u或Iur-u+相连，各个RCS与相应的RBS之间通过接口Iui相连，用于实现所述RCS对相应的RBS的控制，其中，所述接口Iu-c，接口Iu-u，Iur-c或Iur-c+，接口Iur-u或Iur-u+分别使用与所述Iu和Iur/Iur+接口相应的控制面与用户面协议。
本发明提出的上述无线接入网结构克服了原UTRAN结构中存在的问题，解决了频繁的移动性管理问题，且支持结构清晰且功能划分明确的RAN用户面与控制面相分离的结构。
附图说明
下面结合各附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。在各附图中，相同的附图标记表示相同或类似的组成单元。其中：
图1示出当前的R99/R4/R5中采用的RAN结构；
图2示出UMTS无线接口接入层协议结构；
图3示出3GPP TR25.897提出的一种无线接入网系统结构；
图4示出3GPP TR25.897提出的另一种无线接入网系统结构；
图5示出根据本发明的无线接入网系统结构的一种实施方式的示意图；
图6示出根据本发明的无线接入网系统结构的另一种实施方式的示意图；
图7示出在根据本发明的无线接入网系统结构中所使用的无线接入网关RAG的结构示意图。
具体实施方式
图5是根据本发明的无线接入网系统结构的一种实施方式的示意图。如图5所示，无线接入网由无线接入网关(RAG)6和远端射频单元(RRU)7组成，RAG 6与CN 1通过Iu接口相连，RAG 6之间通过Iur或Iur+接口相连，RAG 6通过Iua接口与相应的RRU 7相连，用于实现所述多个RAG对相应的多个RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。
图7示出了在根据本发明的无线接入网系统结构中所使用的无线接入网关RAG 6的结构示意图。如图7所示，RAG 6主要由信号路由分配单元、基带信号处理资源池、无线协议用户面处理部分及无线协议控制面处理部分等组成。其中，基带信号处理资源池由多个基带信号处理单元组成，用于完成无线接口中物理层的基带信号处理，无线协议用户面处理部分与无线协议控制面处理部分分别完成无线接口(物理层除外)与RAN接口用户面与控制面的处理。以UMTS系统为例，无线协议用户面处理部分包括MAC、RLC、PDCP、BMC、Iu-UP与Iur接口的FP数据帧协议等，无线协议控制面处理部分包括RRC、RANAP与RNSAP等，信号路由分配单元则根据各小区业务量(Traffic)的不同，动态分配信道处理资源，从而实现多小区处理资源的有效共享。RRU对应现有RAN结构中基站的射频部分，主要由发射通道的射频功率放大器、接收通道的低噪声放大器、双工器以及天线等功能单元构成。
可以看到，RAG 6实际上完成了如图1中所示的RAN结构中NodeB 3和RNC 2的功能，从而在单一网络节点内完成无线接口接入层所有L1/L2/L3协议的处理。但是，与图3所示RAN 2结构不同的是，由于将基站中射频部分分离出去构成独立的RRU 7，而在RAG 6中采用了大容量易于扩展的基带信号处理资源池，从而允许一个RAG控制相当规模的RRU，而由RRU完成各小区在地理上的大范围分布。相反，在图3所示RAN结构中，由于天线必须在不同的站址安装以形成所需要的小区覆盖，所包含的射频部分实际上限制了NodeB+的规模。因此，在本发明中，RAG 6允许控制较大数量的小区，从而避免了因UE移动造成的RAG 6频繁迁移的问题，因此，本发明在克服了如图1中所示的原UTRAN结构中因NodeB 3与RNC 2分离而产生的时延所造成的诸多潜在问题的同时，又有效地避免了频繁的移动性管理问题。
由于RAG 6可控制较大数量的小区，因而其相当于原UTRAN结构中RNC 2与其所控制的多个NodeB 3(射频单元除外)的组合，因此不再需要ub接口，并且可以完全沿用R99/R4/R5的UTRAN结构中的Iu与Iur接口。另外，RAG 6之间的接口还可以是在Iur接口基础上进一步提供RAG基带信号处理负荷分担功能的Iur+接口，其中，所述基带信号处理负荷分担功能是指当某个RAG的基带信号处理资源池的占用达到一定的上限时，通过Iur+接口将某些业务量较高的小区所对应的数字无线信号交换至其它RAG，由其完成相应小区的基带信号处理及无线协议的处理，从而达到RAG之间负荷分担的目的。
RAG 6与RRU 7之间的Iua接口主要负责传输数字无线信号及有关控制信息，其中数字无线信号典型地是数字I/Q(同相分量/正交分量)基带信号。关于该接口中数字无线信号及有关控制信息的传输技术，优选地可以采用本发明同一申请人于2004年7月12日提交的两项专利申请“无线基站系统中无线信号的分组传输方法”与“远端射频单元与集中式基站的接口方法”中所提出的方案。当然，本领域技术人员理解，也可采用其他公知的关于Iua接口中数字无线信号及有关控制信息的传输技术。同时，上述Iur+接口中数字无线信号的传输也可以采用与Iua接口相同的技术。
图6是根据本发明的无线接入网系统结构的另一种实施方式的示意图。具体地说，图6给出了图5所示无线接入网进一步演进为RAG6用户面与控制面分离的结构，即RAG 6分离为无线承载服务器(RBS)6-2与无线控制服务器(RCS)6-1两个独立的网元，RCS 6-1与CN 1之间的接口为Iu-c，RBS 6-2与CN 1之间的接口为Iu-u，RCS6-1之间的接口为Iur-c或Iur-c+，RBS 6-2之间的接口为Iur-u或Iur-u+，RCS 6-1与RBS 6-2之间通过接口Iui相连，用于实现所述RCS对相应的RBS的控制。除Iui接口需要重新定义外其它接口基本上可沿用图5所示无线接入网中Iu和Iur/Iur+接口的控制面与用户面协议。关于Iui接口的重新定义，本领域技术人员基于上述RCS 6-1与RBS 6-2之间的功能和控制关系可根据实际情况进行，由于这种定义对于本发明来说并不是关键的，因此在此不进行详细说明。
在图6所示无线接入网中，RBS 6-2主要包括如图5中所示无线接入网中RAG 6内的信号路由分配单元、基带信号处理资源池、无线协议用户面处理部分等功能单元，负责处理RRC以外的无线接口接入层协议，RCS 6-1主要包括上述RAG 6中的无线协议控制面处理部分，负责完成RRC协议处理并对RBS 6-2进行控制。与图4所示RAN结构相比，图6所示无线接入网由于在单一的网络节点RBS 6-2中无线接口接入层L1/L2协议的处理，从而克服了上述如图1所示的原UTRAN结构中因NodeB 3与RNC 2分离而产生的时延所造成的诸多潜在问题。同时，由于RCS 6-1只对RBS 6-2进行控制，因而避免了图4所示RAN结构中对NodeB 3的控制信令需要由UPS 2-2终结或转发而造成的问题，从而具有结构清晰且功能划分明确的RAN用户面与控制面相分离的结构。
实际上，根据上面的分析可知，本发明提出的图5与图6所示无线接入网结构除克服了已有无线接入网结构存在的不足，即克服了原UTRAN结构中存在的问题，解决了频繁的移动性管理问题，且支持结构清晰且功能划分明确的RAN用户面与控制面相分离的结构外，还具有以下明显的优势：
□集中的基带信号处理资源池结构允许使用有效的动态资源调度机制，从而使得昂贵的基带信号处理资源为RAG或RBS/RCS所属的所有小区所共享，因此与现有无线接入网技术相比，所需的基带信号处理资源数量明显减少并有效减低系统成本；
□集中的基带信号处理资源池结构能自动适应RAG或RBS/RCS所属各小区内的业务量的动态变化，在各小区间实现动态的负荷分担，与现有无线接入网技术相比，能有效减少某小区出现短期的业务量高峰而造成的呼损，从而提高用户服务质量；
□集中的基带信号处理资源池结构使得在传统RAN中的码分多址(CDMA)系统的软切换由更软切换来完成，从而获得额外的处理增益并提高无线性能；
□由于RRU主要包括射频部分，与现有无线接入网技术中NodeB或NodeB+相比，有效降低了在体积、功耗、供电及工作环境等方面的要求，因此易于工程安装、操作维护以及站址的选择。
为便于说明，本发明的上述具体实施方式是以UMTS中的UTRAN为例进行描述的，但是，本发明所提出的RAN结构与系统并不受特定无线接入技术的限制，因此适用于任何接入技术的移动通信系统，如CDMA2000、GSM/GPRS、UTRA TDD、TD-SCDMA等现有的或将来的移动通信系统。
虽然上面已经结合特定实施方式对本发明进行了具体描述，但是在上述公开的技术内容的教导下，本领域技术人员还可以想到对上述具体实施方案的许多改进或修改。这些改进或修改都应被认为包括在附后的权利要求书所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种无线接入网系统，该无线接入网系统包括：
核心网CN；
多个无线接入网关RAG，每个RAG完成无线接口接入层所有L1/L2/L3协议的处理；
多个远端射频单元RRU；
其中，所述多个RAG与所述CN通过Iu接口相连，各个RAG之间通过Iur或Iur+接口相连，所述多个RAG通过Iua接口分别与相应的所述多个RRU相连，用于实现所述多个RAG对相应的多个RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。
2.如权利要求1所述的无线接入网系统，其中，每个所述RAG完成无线接入网RAN结构中NodeB和无线网络控制器RNC的功能，并且每个RAG包括：
信号路由分配单元，用于根据各小区业务量的不同，动态分配信道处理资源，以实现多小区处理资源的有效共享；
基带信号处理资源池，其由多个基带信号处理单元组成，用于完成无线接口中物理层的基带信号处理；
无线协议用户面处理部分及无线协议控制面处理部分，用于分别完成无线接口与RAN接口用户面与控制面的处理，该无线接口是指物理层除外的无线接口。
3.如权利要求2所述的无线接入网系统，其中，所述无线接入网系统是UMTS系统，所述无线协议用户面处理部分包括MAC、RLC、PDCP、BMC、Iu-UP与Iur接口的FP数据帧协议，所述无线协议控制面处理部分包括RRC、RANAP与RNSAP，每个所述RRU包括发射通道的射频功率放大器、接收通道的低噪声放大器、双工器以及天线。
4.如权利要求2-3中任一项所述的无线接入网系统，其中，当所述RAG之间通过Iur+接口相连时，所述Iur+接口被配置成当某个RAG的基带信号处理资源池的占用达到一定的上限时，通过相应的Iur+接口将某些业务量较高的小区所对应的数字无线信号交换至其它RAG，由其完成相应小区的基带信号处理及无线协议的处理，从而实现RAG之间的负荷分担。
5.如权利要求1-3中任一项所述的无线接入网系统，其中，所述RAG与相应RRU之间的Iua接口用于传输数字无线信号及有关控制信息，其中，所述数字无线信号是数字同相分量/正交分量I/Q基带信号，以及，所述Iur+接口中数字无线信号的传输采用与所述Iua接口相同的技术。
6.如权利要求2-3中任一项所述的无线接入网系统，其中，每个所述RAG被分离为无线承载服务器RBS与无线控制服务器RCS两个独立的网元，各个RCS与CN之间通过接口Iu-c相连，各个RBS与CN之间通过接口Iu-u相连，各个RCS之间通过接口Iur-c或Iur-c+相连，各个RBS之间通过接口Iur-u或Iur-u+相连，各个RCS与相应的RBS之间通过接口Iui相连，用于实现所述RCS对相应的RBS的控制，其中，所述接口Iu-c，接口Iu-u，Iur-c或Iur-c+，接口Iur-u或Iur-u+分别使用与所述Iu和Iur/Iur+接口相应的控制面与用户面协议。
7.如权利要求6所述的无线接入网系统，其中，所述RBS包括所述RAG中的所述信号路由分配单元、基带信号处理资源池、无线协议用户面处理部分，用于处理RRC以外的无线接口接入层协议，以及，所述RCS包括所述RAG中的所述无线协议控制面处理部分，用于完成RRC协议处理并对相应的RBS进行控制。
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