CN102769872A

CN102769872A - 宽带无线接入方法及系统、中央控制系统

Info

Publication number: CN102769872A
Application number: CN2011101164927A
Authority: CN
Inventors: 章嘉懿; 王海波; 张学林; 江海; 秦洪峰; 李萍; 魏继东; 许月圆; 项飞
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-05-06

Abstract

本发明公开了一种宽带无线接入方法及系统、中央控制系统，该方法包括以下步骤：中央控制系统CCS通过当前RRU向高速移动物体上设置的中继节点周期性地发送信令信号，并接收来自中继节点的该信令信号的确认消息；CCS根据接收到的该确认消息确定高速移动物体的状态信息，并通过光开关导通与该状态信息对应的目标RRU，以及关闭与该状态信息对应的源RRU，其中，该状态信息包括当前所处的位置和行驶方向。通过本发明化简了系统的控制、操作和维护流程，降低了频谱资源、能量的浪费，提高了用户体验。

Description

宽带无线接入方法及系统、中央控制系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种宽带无线接入方法及系统、中央控制系统。

背景技术

随着我国高速铁路的快速发展，为高速列车旅客提供可靠、实时、高效的宽带无线网络接入服务，已成为国内外移动宽带通信研究的热点。目前，对高速铁路进行无线网络覆盖的方案主要有三种：卫星通信方案、漏泄电缆方案和蜂窝技术方案。

卫星通信方案是指高速列车与地面之间直接通过卫星网络连接，在隧道、车站等卫星信号覆盖不到的区域则切换到地面蜂窝网络，车厢内部采用Wi-Fi网络覆盖。该方案已应用于欧洲Thalys高速列车，为旅客提供无线互联网接入服务。但是，该方案采用昂贵的卫星链路进行车地间无线通信，而卫星通信固有的较大传输时延和低数据速率是无法忽视的缺点。当高速列车进入卫星信号覆盖不到的区域，而需要切换到地面蜂窝网络时，卫星通信带来的较大切换时延也将极大地影响车地间通信效果。

漏泄电缆方案是指在同轴电缆上开设一系列的槽孔，使电缆中电磁波的部分能量从槽孔中漏泄到沿线空间，其辐射场强受限于电缆附近，可以在较长区段上重复使用少量几个频点，而不会相互干扰，因此，频段利用率高。但是，漏泄电缆开槽在工艺尺寸上有严格的要求，电波衰耗较大，沿线需要安装大量中继器以补偿传输损耗。漏泄电缆传输指标相当苛刻，而且收发和中继设备比较复杂，用它来组成接入网络初期投入成本很高，不适合全铁路线铺设。

蜂窝技术方案是在现有蜂窝网络架构下，通过一个基带处理单元(Building Baseband Unit，简称为BBU)控制多个远端射频单元(Remote Radio Unit，简称为RRU)的组网方式来增加小区半径并减少小区切换次数。归属于同一个BBU不同物理位置的RRU，可以配置为相同的小区无线资源，包括载波的频点、数量，这样列车经过同一个BBU的多个RRU时均无需切换。但是，此方案依然需要沿铁路线铺放大量昂贵的基站设备，而由于高速列车运行间距很远，这些设备的频谱资源和处理能力在没有列车位于其覆盖范围内时都处于闲置状态，造成资源和能量浪费。

3GPP长期演进(Long-Term Evolution，简称为LTE)作为通用移动通信系统(UniversalMobile Telecommunications System，简称为UMTS)的演进版本，是未来主流的无线通信技术。LTE接入网仅由演进型节点B(evolved NodeB，简称为eNB)构成，提供到用户设备(UserEquipment，简称为UE)的演进的UMTS陆地无线接入网(Evolved UMTS Terrestrial RadioAccess Network，简称为E-UTRAN)控制面和用户面的协议终止点。eNB与核心网通过S1接口进行连接，且支持多对多的连接方式，所以，LTE的网络结构可以有效降低呼叫建立时延和数据传输时延。

但是，如果直接采用基于LTE的BBU+RRU方式部署在高速铁路上，则会存在频谱资源浪费和建设成本高的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种宽带无线接入方案，以至少解决上述相关技术中采用蜂窝技术对高速铁路进行无线网络覆盖而导致频谱资源、能量浪费及建设成本高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种宽带无线接入方法。

根据本发明的宽带无线接入方法，包括以下步骤：中央控制系统CCS通过当前RRU向高速移动物体上设置的中继节点周期性地发送信令信号，并接收来自中继节点的该信令信号的确认消息；CCS根据接收到的该确认消息确定高速移动物体的状态信息，并通过光开关导通与该状态信息对应的目标RRU，以及关闭与该状态信息对应的源RRU，其中，该状态信息包括当前所处的位置和行驶方向。

优选地，CCS通过当前RRU向中继节点周期性地发送信令信号之前，该方法还包括：CCS为所控制区域内的每个高速移动物体分配对应的基带处理资源和频谱资源，其中，不同的高速移动物体对应不同的频率资源。

优选地，CCS通过当前RRU向中继节点周期性地发送信令信号包括：CCS使用不同波长的光信号对不同的频率资源进行波分复用，并将波分复用后的信号通过光纤发送给当前RRU；当前RRU对波分复用后的信号进行WDM光电转换，并将转换后的信号发送给中继节点。

优选地，CCS根据接收到的确认消息确定高速移动物体的状态信息包括：CCS根据发送确认消息的RRU的标识信息，确定是高速移动物体的状态信息。

优选地，在工作小区为源RRU和当前RRU的情况下，CCS通过当前RRU向中继节点周期性地发送信令信号。

优选地，CCS通过光开关导通与状态信息对应的目标RRU，以及关闭与状态信息对应的源RRU包括：CCS通过光开关将工作小区从源RRU和当前RRU切换至当前RRU和目标RRU。

优选地，该方法适用于CDMA系统和OFDM系统。

优选地，上述高速移动物体为高速列车或高速汽车。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种CCS。

根据本发明的CCS，包括：发送模块，用于通过当前RRU向高速移动物体上设置的中继节点周期性地发送信令信号；接收模块，用于接收来自中继节点的该信令信号的确认消息；确定模块，用于根据接收到的该确认消息确定高速移动物体的状态信息，其中，该状态信息包括当前所处的位置和行驶方向；以及控制模块，用于通过光开关导通与该状态信息对应的目标RRU，以及关闭与该状态信息对应的源RRU。

为了实现上述目的，根据本发明的再一方面，还提供了一种宽带无线接入系统。

根据本发明的宽带无线接入系统，包括上述的CCS、与该CCS连接的多个RRU和设置在高速移动物体上的中继节点。

通过本发明，采用光开关对当前开启的RRU进行切换的方式，解决了相关技术中采用蜂窝技术对高速铁路进行无线网络覆盖而导致频谱资源、能量浪费及建设成本高的问题，化简了系统的控制、操作和维护流程，降低了布网成本，提高了用户体验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的宽带无线接入方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的CCS的结构框图；

图3是根据本发明实施例的宽带无线接入系统的结构框图；

图4是根据本发明实施例一的基于RoF的高速铁路的宽带无线接入网络架构示意图；

图5是根据本发明实施例二的CCS与RRU的内部结构示意图；

图6是根据本发明实施例三的RRU的切换流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明实施例，提供了一种宽带无线接入方法。图1是根据本发明实施例的宽带无线接入方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S102，中央控制系统(Center Control System，简称为CCS)通过当前RRU向高速移动物体上设置的中继节点周期性地发送信令信号，并接收来自该中继节点的该信令信号的确认消息；

步骤S104，CCS根据接收到的该确认消息确定高速移动物体的状态信息，并通过光开关导通与该状态信息对应的目标RRU，以及关闭与该状态信息对应的源RRU，其中，状态信息包括当前所处的位置和行驶方向。

通过上述步骤，采用光开关对当前开启的RRU进行切换的方式，解决了相关技术中采用蜂窝技术对高速铁路进行无线网络覆盖而导致频谱资源、能量浪费及建设成本高的问题，化简了系统的控制、操作和维护流程，降低了布网成本，提高了用户体验。

优选地，在步骤S102之前，CCS可以为所控制区域内的每个高速移动物体分配对应的基带处理资源和频谱资源，其中，不同的高速移动物体对应不同的频率资源。该方法可以提高系统的有效性和准确性。

优选地，在步骤S102中，CCS使用不同波长的光信号对不同的频率资源进行波分复用，并将波分复用后的信号通过光纤发送给当前RRU；当前RRU对波分复用后的信号进行WDM光电转换，并将转换后的信号发送给中继节点。该方法可以使得CSS可以基于RoF技术向高速移动物体上设置的中继节点发送信令信号，提高了系统的兼容能力。

优选地，在步骤S104中，CCS可以根据该确认消息的RRU的标识信息，确定是高速移动物体的状态信息。例如，CCS可以根据该确认消息来自哪一RRU，从这一RRU所管辖的地理区域确定高速移动物体当前所处的位置。该方法实现简单、可操作性强。

优选地，在工作小区为源RRU和当前RRU的情况下，CCS通过当前RRU向中继节点周期性地发送信令信号。例如，在实施过程中，采用双小区工作的模式，即，同时开启两个RRU作为工作小区，而其他小区(即，与CCS连接的其他RRU均处于休眠或关闭状态)这样有利于提高系统的稳定性和资源利用率。

优选地，在步骤S104中，CCS可以通过光开关将工作小区从源RRU和当前RRU切换至当前RRU和目标RRU。该方法提供了一种切换小区的机制，可以有效地利用系统资源。

优选地，上述宽带无线接入方法适用于CDMA系统和OFDM系统。

优选地，高速移动物体可以为高速列车或高速汽车。该方法实现简单、可操作性强。

根据本发明实施例，还提供了一种CCS。图2是根据本发明实施例的CCS的结构框图，如图2所示，该CCS 20包括：发送模块22，用于通过当前RRU向该中继节点周期性地发送信令信号；接收模块24，用于接收来自该中继节点的该信令信号的确认消息；确定模块36，连接至接收模块24，用于根据接收到的该确认消息确定高速移动物体的状态信息，其中，状态信息包括当前所处的位置和行驶方向；以及控制模块28，连接至确定模块26，用于通过光开关导通与该状态信息对应的目标RRU，以及关闭与该状态信息对应的源RRU。

对应于上述方法，本发明实施例还提供了一种宽带无线接入系统。图3是根据本发明实施例的宽带无线接入系统的结构框图，如图3所示，该系统30包括上述CCS 20、与CCS 20连接的多个RRU 32和设置在高速移动物体上的中继节点34，其中，中继节点34可以与其最近的RRU 32相连。

需要说明的是，本发明实施例采用光开关作为切换方式，只在物理层进行光路切换，这样可以避免MAC层以上的信令交换，所以，采用本发明实施例中的切换方式所需要的时间远小于传统的切换方式。

下面结合优选实施例和附图对上述实施例的实现过程进行详细说明。

实施例一

本实施例提供了一种基于RoF技术的改进LTE网络架构，可以为高速移动物体(例如，高速列车)提供无线接入，同时，还提供了一种在该架构下的小区的切换机制，以提高系统吞吐量、减少切换掉话率。

图4是根据本发明实施例一的基于RoF的高速铁路的宽带无线接入网络架构示意图，如图4所示，将现有LTE系统架构中的中继节点(Relay Node，简称为RN)放置在高速列车上，利用eNodeB到Relay Node(eNB-RN)空中接口实现地面和列车的无线传输。其中，RN有两部分功能：一是RN作为eNB与用户之间的中继，建立车厢内LTE用户与轨道旁的eNB之间的无线链路；二是RN通过连接车厢内部支持多种通信制式(例如，GSM/WCDMA/HSDPA/WLAN等)的无线接入点(Access Point，简称为AP)为乘客的各种无线终端设备提供接入，将不同制式的信息还原到比特流，并打包通过eNB-RN链路进行车地透明传输。

在此接入方式基础上，地面LTE蜂窝采用一个为CCS通过RoF方式连接并控制多个RRU。根据高速列车的运行时间和方向，通过CCS中的光开关打开或关闭不同RRU，切换对高速列车进行电波覆盖的RRU小区。在下行链路传输中，核心网的数据经过CCS基带处理，调制成射频信号，并通过光纤中特定的波长传输到高速列车所在的RRU。RRU进行WDM光电转换并放大，将射频信号发射到高速列车的RN；在上行链路传输中，RRU将接收到的用户射频信号经过WDM转换成光信号，通过光纤传输到CCS，CCS从特定波长中提取光信号进行光电转换再解调处理交付给核心网。

随着列车的移动，CCS通过光开关切换始终只开启离列车最近的几个RRU(例如，与该列车最近的两个RRU)，而其他RRU都处于休眠状态，这样可以令本小区(即，RRU所覆盖的小区)全部可用频谱资源随着列车运动而移动，即，可以实现在一个eNB控制范围内的车载RN(即，设置在列车或汽车上的中继节点)或LTE用户都无需进行逻辑上的切换(Hand-over)，这样减少了切换频繁而导致的掉话，提高了用户体验。

具体地，与现有蜂窝网络中的eNB功能不同，本实施例中的CCS不仅负责基带信号调制解调、媒体接入控制和无线资源管理，还通过控制WDM设备选择不同的RRU与列车通信。

在实施过程中，首先，CCS可以为所控制区域内每一列高速列车分配一个逻辑上的eNB，并分配相应的基带处理、传输资源和频谱资源；然后，CCS将来自不同逻辑eNB的射频信号用不同的波长承载，传送给不同的RRU进行光电转换。

实施例二

由于高速铁路中运行的高速列车的运行轨迹通常是固定的，其运行时间和方向也是可预知的，并且列车之间距离间隔大，所以，本实施例基于RoF技术的改进LTE网络架构，提供了一种高速列车中无线AP的接入通信网络的方法。

如图4所示，在实施例过程中，可以将LTE系统架构中的中继节点(Relay Node，简称为RN)放置在高速列车上，利用eNB-RN空中接口实现地面和列车的无线传输。例如，RN可以通过车厢内部支持的多种通信制式建立车厢内LTE用户(即，多种模式的无线AP)与轨道旁的eNB之间的无线链路。在此接入方式基础上，路轨旁的LTE蜂窝采用一个CCS通过RoF方式连接并控制大量RRU，其中，RRU的间距取决于LTE频段和所采用的方向性天线增益，该间距通常大于列车的总长度。

图5是根据本发明实施例二的CCS与RRU的内部结构示意图，如图5所示，CCS可以根据高速列车的运行时间和方向，通过光开关打开或关闭不同的RRU，以切换对高速列车进行电波覆盖的RRU小区(即，当前的工作小区)。在下行链路传输中，核心网的数据经过CCS基带处理，调制成射频信号(例如，RF₁、RF₂和RF₃)，并通过光纤中特定的波长(例如，λ₁、λ₂和λ₃)传输到高速列车所在的RRU，RRU进行WDM光电转换并放大，将射频信号发射到高速列车的RN；在上行链路传输中，RRU将接收到来自车载RN的用户终端(即，无线AP)的射频信号经过WDM转换成光信号，通过光纤传输到CCS，CCS从特定波长中提取光信号进行光电转换，再解调处理交付给核心网。

本实施例中的CCS可以通过控制自身的WDM设备选择不同的RRU与列车通信，相当于实现了一个基站池(eNB pool)的功能。例如，CCS为所控制区域内每一列高速列车分配一个逻辑上的eNB，并分配相应的基带处理、传输资源和频谱资源。由于高速列车之间相距较远(假设350公里/小时车速，发车间隔15分钟，则相邻两车间隔超过80公里)，它们之间的电波干扰可忽略(这同时也是由于大部分RRU都处于“休眠”状态)。因此，可以给每个列车都分配全部的频谱资源。具体来说，CCS可以将来自不同逻辑eNB的射频信号用不同的波长承载，传送给不同的RRU进行光电转换。

可见，在本实施例中，CCS负责集中控制、基带处理、光电转换等；分布在铁路沿线的RRU则具有简单的射频发射与接收、放大、光电转换等功能，这就使得运营商布网成本大大降低，系统操作、控制和维护也更方便。

实施例三

在实际情况下，高速列车的速度是在随时变化的，无法准确判断列车进入下一个RRU的时间，因此，可以采用两小区同时工作模式，即，RRU1和RRU2同时打开，共同组成与列车一起运动的追光小区。CCS可以通过周期性地发送beacon信号及接收通过不同RRU转发的车载RN的ACK信号来确认列车所在位置及行驶方向。即，随着列车的移动，CCS可以通过光开关切换只开启离列车最近的RRU，而将其他RRU都置于休眠状态，这样可以令本小区全部可用频谱资源随着列车运动而移动，没有频谱资源的浪费，也减少了电力能源的消耗，实现了绿色通信。

如图5所示，列车从RRU1向RRU2方向运行，RRU1为源RRU，RRU2为当前RRU，RRU3为目标RRU。当列车进入RRU2时，CCS开始切换，将RRU3开启，同时将RRU1关闭，即，将RRU2和RRU3设为同频小区，归为追光小区。

图6是根据本发明实施例三的RRU的切换流程图，如图6所示，在实施过程中，这种切换机制的流程可以包括如下步骤：

步骤S602，CCS通过当前RRU向列车周期性地发beacon信号；

步骤S604，车载RN接收到beacon信号就向CCS发送ACK信号，CCS根据最新接收到ACK信号来源于哪个RRU，判断列车所处位置(即，判断是否已进入当前RRU覆盖区域)；

步骤S606，当判断列车进入当前RRU覆盖区域时，CCS打开目标RRU，同时通过RRU2和RRU3与车载RN通信，再关闭源RRU，完成切换。

可见，CCS可以根据高速列车运行方向和位置信息，准确控制RRU打开和关闭的时间，实现平滑切换，从而避免了相关技术中的切换方式在小区重叠处接收电平急剧下降而导致通信中断的情况。因为本实施例中的光切换方式在小区重叠处仍然能保持接收机较高的接收电平，所以，可以降低中断概率，提高用户的满意度。

需要说明的是，本发明实施例可以适用于CDMA和OFDM系统。

综上所述，本发明实施例提供了一种高速移动条件下的宽带无线接入和小区切换方法，通过该方法，可以有效地对高速移动体(例如，高速列车)进行宽带无线网络覆盖，化简了系统的控制、操作和维护流程，降低了频谱资源、能量的浪费，提高了用户体验。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种宽带无线接入方法，其特征在于，包括以下步骤：

中央控制系统CCS通过当前远端射频单元RRU向高速移动物体上设置的中继节点周期性地发送信令信号，并接收来自所述中继节点的所述信令信号的确认消息；

所述CCS根据接收到的所述确认消息确定所述高速移动物体的状态信息，并通过光开关导通与所述状态信息对应的目标RRU，以及关闭与所述状态信息对应的源RRU，其中，所述状态信息包括当前所处的位置和行驶方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CCS通过所述当前RRU向所述中继节点周期性地发送所述信令信号之前，所述方法还包括：

所述CCS为所控制区域内的每个高速移动物体分配对应的基带处理资源和频谱资源，其中，不同的高速移动物体对应不同的频率资源。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述CCS通过所述当前RRU向所述中继节点周期性地发送所述信令信号包括：

所述CCS使用不同波长的光信号对不同的频率资源进行波分复用，并将波分复用后的信号通过光纤发送给所述当前RRU；

所述当前RRU对所述波分复用后的信号进行WDM光电转换，并将转换后的信号发送给所述中继节点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CCS根据接收到的所述确认消息确定所述高速移动物体的状态信息包括：

所述CCS根据发送所述确认消息的RRU的标识信息，确定是所述高速移动物体的状态信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在工作小区为所述源RRU和所述当前RRU的情况下，所述CCS通过所述当前RRU向所述中继节点周期性地发送所述信令信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述CCS通过所述光开关导通与所述状态信息对应的目标RRU，以及关闭与所述状态信息对应的源RRU包括：

所述CCS通过所述光开关将所述工作小区从所述源RRU和所述当前RRU切换至所述当前RRU和所述目标RRU。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适用于CDMA系统和OFDM系统。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速移动物体为高速列车或高速汽车。

9.一种中央控制系统CCS，其特征在于，包括：

发送模块，用于通过当前远端射频单元RRU向高速移动物体上设置的中继节点周期性地发送信令信号；

接收模块，用于接收来自所述中继节点的所述信令信号的确认消息；

确定模块，用于根据接收到的所述确认消息确定所述高速移动物体的状态信息，其中，所述状态信息包括当前所处的位置和行驶方向；以及

控制模块，用于通过光开关导通与所述状态信息对应的目标RRU，以及关闭与所述状态信息对应的源RRU。

10.一种宽带无线接入系统，其特征在于，包括权利要求9所述的CCS、与所述CCS连接的多个RRU和设置在高速移动物体上的中继节点。