CN103067924B - 一种基于云计算的无线通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种在无线通信网络中用于为高速移动的用户终端提供宽带通信的方法，该方法包括以下步骤：高速地连接轨道侧的多个基带处理单元和射频拉远单元；多个基带处理单元通过所述射频拉远单元集中地为所述用户终端提供服务。

Description

一种基于云计算的无线通信的方法

技术领域

本发明涉及无线宽带通信，尤其涉及基于云计算的无线通信的方法。

背景技术

无线宽带在近年来已经成为可能。在线多媒体、游戏、应用下载等，已经成为移动网络中的主要的业务。为了向列车例如，在北京和上海之间的以350km/h速度运行的中国高速铁路(CRH)上的旅客提供数据密集型的应用，希望可以开发一种接入网络，其特点是具有高带宽并可以抵抗高移动速率。近年来，为了使传统的GSM架构适应高速铁路通信(High-SpeedTrainCommunication，HSTC)，进行了多种努力，从而产生了GSM-R，GSM-R是专用于铁路的GSM标准。GSM-R保证了以500km/h运行的列车上的旅客的语音业务，并且已经沿着大多数的高铁轨道进行了部署。然而，GSM-R所面临的一个挑战是GSM-R仍然是传统的蜂窝状的系统，在高速下遭受了严重的业务不连续性。

传统的GSM-R架构类似于常用的GSM蜂窝系统，如图1所示。在图1中，GSM-R的基站，例如eNB1和eNBm，都是沿着铁轨部署的。如图1所示，每个基站都可以通过光纤网络，连接多个射频拉远单元(RemoteRadioHeader，RRH)。每个RRH被配置为正常的小区，具有唯一的小区标识以及相关的配置参数。相邻的小区具有重叠的覆盖区域，以保证充分的切换时间和重新配置小区参数的时间。例如，基站eNB1所辖的小区与基站eNBm所辖的小区之间存在重叠的覆盖区域。

传统的基于RRH的HSTC系统的问题在于，随着列车移动速度的提高，系统遭受由切换失败引起的严重的掉话问题。避免切换失败需要相邻的小区之间的大的交叉覆盖区域，这也就意味着网络部署成本的提高以及覆盖效率的显著的降低。不充分的小区重叠部分会带来频繁的掉话和业务中断。此外，手机电池也会因为频繁切换所带来的信号交互而极快地消耗电池。

根据“Guo，Hui；Zhang，Yushu”发表在“Wireless，MobileandMultimediaNetworks(ICWMNN2010)，IET3^rdInternationalConferenceon26-29Sep.2010”的“GSM-RNetworkPlanningforHighSpeedRailway(为高铁的GSM-R网络的规划)”文中的分析，对于GSM-R系统，传统的切换过程需要8秒时间完成。而未完成的切换会造成掉话。对于以每小时450公里速度运行的列车，这意味着相邻的小区需要有1.1公里的重叠覆盖区域以保证充分的切换时间而不造成掉话。考虑到典型的小区半径为3公里，这意味着对覆盖效率的极大的降低。

切换延迟主要由以下3个因素造成：

1.相邻的基站使用不同的无线信道。因此，当列车从一个小区移动到另一个小区时，需要分配新的信道，并且释放旧的信道。需要在分配该新的信道的基站和分配该旧的信道的基站之间进行协调。

2.基站通常在地理位置上是分布式的。因此，这些基站之间的交互依赖于具有较大延迟的链路，例如，具有秒级的延迟的X.2链路。

3.切换的决策、执行和完成包括在不同的网络实体之间的跨层协议交互，例如，物理层(PHYlayer)、媒体接入控制层(MAClayer)、网络层(Netlayer)、无线链路控制层(RadioLinkControl，RLC)之间的交互。而高层信令通常会带来更明显的延迟。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在无线通信网络中用于为高速移动的用户终端提供宽带通信的方法，该方法包括以下步骤：高速地连接轨道侧的多个基带处理单元和射频拉远单元；所述多个基带处理单元通过所述射频拉远单元集中地为所述用户终端提供服务。

采用本发明的方案，优选地，采用基于云计算的HSTC架构平台的虚拟的单小区的网络拓扑结构，在一定范围内，不再需要小区切换处理，因此，由切换失败引起的掉话率可以被大大降低。

随着铁路速度的不断提高，本发明提出的架构可以有效地为高速列车提供可靠宽带通信，并且不会带来用户可感知的传输质量的变化。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优势将会更为明显。

图1示出了现有技术中的网络拓扑结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个具体实施例的网络拓扑结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个具体实施例的系统方法流程图。

其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征或装置/模块。

具体实施方式

尽管本文以高速列车为例进行说明，但是，本领域技术人员应能理解，本发明并不仅仅局限于高速列车，本发明同样适用于高速公路上的地面交通工具、飞机等沿着既定的路线或航线行驶的交通工具。

图2示出了根据本发明的具体实施例的基于云计算的HSTC系统拓扑结构示意图。该系统由3个部分构成，分别为车载列车接入单元(TrainAccessUnit，TAU)、，轨道侧射频拉远单元(RemoteRadioHeader，RRH)，以及基带处理单元(BaseBandUnit，BBU)云。

TAU用于负责收集来自以及去往部署在车厢内的接入点的用户业务，并经由空中接口信道与轨道侧RRH通信。在列车上部署的TAU的个数取决于用户业务容量和列车到地面之间的传输带宽。典型地，在列车上可以部署2个TAU单元：一个在车头，一个在车尾。因为部署的TAU的个数较少，因此这种部署降低了TAU之间的干扰，同时为轨道侧的RRH提供了充分的空间分集，以充分利用先进的MIMO传输技术。

以下，我们以列车上部署了TAU单元为例进行说明，本领域技术人员可以理解，TAU是接入设备，其具有将列车上的多个用户终端的数据汇聚接入的功能。当然，列车上也可以不包括TAU接入设备，而是由用户终端直接与RRH进行通信。因此，用户终端与RRH之间的信息的交互，既包括RRH直接与用户终端之间的信息交互，也包括用户终端经由TAU，与RRH进行信息交互。

在图2中，轨道侧RRH具有有限的处理无线电和中频信号的能力。每个RRH可以具有多个传输和接收信道，例如，多至8个，类似于TD-LTERRH。例如，RRH与BBU之间可以采用高速的光缆连接。因为在HSTC的场景下，希望得到线性的覆盖，图2中示出的多个RRH之间采用环形拓扑的方式连接。此外，本领域技术人员可以理解，RRH之间也可以采用星形连接、链状连接、树状连接等其他拓扑结构，这些变形仍属于本发明的保护范围之内。

BBU云是一组通过快速数据连接，例如，微秒级延迟和Gbps数据率的数据连接的高速互联的BBU。不同的BBU可以支持不同的通信协议，例如(GSM，WCDMA，TD-SCDMA，LTE，等)，由软件无线电实现(softwaredefinedradio，SDR)。它们的计算能力由全局调度器所控制，因此，可以根据RRH的瞬时的需求，动态地为不同的RRH分配资源。BBU可以集中地分布在同一个温控室内，以节省空调能量和管理成本。

不同于图1所示的网络拓扑结构示意图，在图2的网络拓扑结构示意图中，RRH1、RRH2、RRH3......RRHk由同一组BBU管理，也即，这些RRH属于同一个虚拟的单小区，也即，根据从BBU到RRH的链路的最大长度，沿着铁轨将区间划分为多个部分。其中，每个部分包括多个RRH，这些RRH由一个基站所覆盖，并且，这些RRH之间共享同一个小区标识、小区专用参考信号、扰码和小区专用广播信道和小区专用控制信道中的任一项或任多项。

本领域技术人员可以理解，BBU具有基带的处理功能，RRH是射频传输单元，并不具有基带处理的功能。在本发明中，BBU与RRH的物理距离相对较远。

本发明采用了基于云计算平台的虚拟单小区网络结构，当列车从服务RRH移动到相邻的RRH时，因为该服务RRH和相邻的RRH由同一组BBU所辖，这些RRH共享小区ID、小区专用参考信号等，因此，不需要为列车上的用户终端进行小区切换，也即，不需要切换为数据传输分配的资源，也即，不需要进行传统的切换。

图3示出了根据本发明的一个具体实施例的系统方法流程图。

首先，在步骤S30中，高速地连接轨道侧的多个基带处理单元BBU和射频拉远单元RRH。

BBU云的集中地调度

其中，BBU云中的所有的BBU通过快速数据链路(延迟级别小于1ms)连接。因此，由于BBU之间的交互引起的延迟可以忽略不计。此外，因为安装在列车上的TAU的个数是有限的，每个TAU的资源可以静态地或者半静态地被调度，因此，资源调度所需要的时间也被降低了。

然后，在步骤S31中，多个基带处理单元BBU通过射频拉远单元RRH集中地为用户终端提供服务。

具有相同小区ID的单频网

多个BBU和RRH组成虚拟单频网，这些RRH具有相同的小区ID。此外RRH之间还共享其他与小区ID相关的配置参数，包括载频、参考信号资源，小区特定扰码等。

动态RRH选择

BBU还对RRH进行动态的选择。基于路损测量选择上行RRH，基于参考信号接收功率(ReferenceSignalReceivingPower，RSRP)，因为选择RRH的考量标准不同，因此，在FDD系统中，对于上行接收和下行传输可以分别选择不同的RRH。对于TDD系统，上行和下行需要选取相同的RRH，从而可以利用TDD系统的上下行互易性。具体使用上行准则还是下行准则取决于上下行传输中的哪一个具有更高的优先级。

参考信号分配

小区专属的参考信号(Cellspecificreferencesignal，CRS)被大多数的通信系统用于信道测量以及数据解调。以LTE为例进行说明，考虑LTERelease8/9中的CRS端口的有限性，不可能为每个RRH分配正交的天线端口。因此，有利地为每个RRH都分配相同的CRS端口。由不同的节点传输的相同的CRS信号将在空口上自然地传输，从而确保了后向兼容性，并且提高了覆盖。

在LTERelease10中，CRS由CSI-RS所取代。仅有一个CSI-RS配置被信令通知给小区。因为CSI-RS是Cell-Specific的，一个小区只有一个CSI-RS配置。最多可以支持8根单独的传输天线端口。然而，所有被选中的RRH所需要的天线端口的数量可能超过8个，因为在HSTC系统中，每个RRH所配备多根天线。因此，CSI-RS天线端口的配置应该被映射到物理RRH，然后再映射到物理天线。也即，多根物理天线可以以多对一的方式，映射到最多8根逻辑端口上。上述的天线端口与物理天线之间的映射，也是由全局调度器集中地实现。

CSI反馈

基站将与选中的RRH相对应的CSI-RS配置通过高层信令通知给用户终端，也即TAU，在列车移动时，这些CSI-RS配置可能对不同的RRH集合都是有效的。可以设置用户终端的测量RRH的集合大于用户终端的报告集合。因此，用户终端可能需要部分配置的CSI-RS端口进行CSI/CQI/RI(秩指示符，RankIndicator)反馈。

上述的全局调度器可以是逻辑单元，可以集成在一个基带处理单元BBU中，当然，全局调度器也可以位于独立于任何一个BBU的单独的实体中。当然，全局调度器也可以是分布式的模块，这些分布式的模块之间具有逻辑关系。

以上对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于特定的系统、设备和具体协议，本领域内技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在本发明中，“第一”、“第二”仅表示名称，不代表次序关系。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (7)

1.一种在无线通信网络中用于为高速移动的用户终端提供宽带通信的方法，该方法包括以下步骤：

A.高速地连接轨道侧的多个基带处理单元和射频拉远单元,其中所述射频拉远单元具有相同的小区ID；

B.所述多个基带处理单元通过所述射频拉远单元集中地为所述用户终端提供服务,其中对于FDD系统，所述基带处理单元针对上行接收和下行传输分别动态地选择射频拉远单元以服务所述用户终端。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤A还包括：

-以光纤高速地连接轨道侧的多个基带处理单元和射频拉远单元。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高速地连接的延迟小于等于毫秒级。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

-全局调度器集中地分配和调度所述多个基带处理单元的资源。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述资源包括所述多个基带处理单元的运算资源、存储资源和接口资源。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述全局调度器根据预定的规则，集中地分配和调度所述多个基带处理单元的资源，使得多个基带处理单元之间的流量负载平衡。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基带处理单元的个数大于三个。