CN105959980B - 一种基于c-ran的无线接入系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于C‑RAN的无线接入系统，包括集中式基带处理池、传输网络、射频拉远单元RRU、数字前端，集中式基带处理池通过传输网络与数字前端通信，数字前端还与RRU通信。本发明采用数字前端对CPRI数据进行处理，并在数字前端实现部分物理层处理功能，这样，只需要将处理后的CPRI数据与基带池进行交互，与集中式基带处理池之间仅传输频域上有效数据，减少冗余数据传输，极大地降低了数据传输对交换网络带宽需求，即减少了CPRI侧带宽需求，支持更多RRU接入。本发明降低数据传输过程中带宽需求，实时了解系统工况，实时动态配置，实现最大化带宽利用率与资源调度优化。

Description

一种基于C-RAN的无线接入系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术，具体涉及基于C-RAN的无线接入技术。
背景技术
随着移动互联网的飞速发展，移动用户数量及业务量高速增长，无线通信基站的数量急剧增加。传统的蜂窝网络中每个基站处理覆盖区域内终端信号，每个基站需要各自的冷却设备，后台传输设备，备用电源，监控系统等。显然，传统的基站随着用户数量业务的增加，处理负荷激增，显著增加了基站的能耗以及运维成本。而C-RAN技术通过优化网络架构，采用异构的方式，引入硬件加速平台对基站数据进行集中式的处理，极大地降低数据传输带宽需求，并且减少了基站建设及维护成本。
集中式无线接入网C-RAN，是一种应用于未来移动通信系统的新型蜂窝网络架构。它首次由中国移动在2010年4月提出，是基于集中统一处理(Centralized processing)，协作式无线电(Collaborative radio)和实时云处理(Real-time Cloud)的绿色无线接入网络架构(Clean system)。通过集中式基带处理池BBU、分布式协作化射频拉远单元RRU、开放平台的实时云型基础设施的部署，减少基站机房数据即减少能耗，同时提高频谱利用率，达到低成本、高带宽和灵活度的运营。
目前，TD-LTE 8天线20MHz单载波RRU的通用无线接口CPRI速率为9.8304Gbps，高带宽、高实时性的数据传输给交换网络带来巨大的压力，现有的交换网络不支持大规模的CPRI电路域交换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能支持大规模数据传输的基于C-RAN的无线接入系统。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于C-RAN的无线接入系统，包括集中式基带处理池、传输网络、射频拉远单元RRU，其特征在于，还包括数字前端，集中式基带处理池通过传输网络与数字前端通信，数字前端还与RRU通信；
RRU用于，完成基带信号与天线信号的转换；
数字前端用于，完成基带信号部分物理层上行链路处理功能，将处理后的基带信号发送至传输网络；完成基带信号部分物理层下行链路处理功能，将处理后的基带信号发送至RRU；所述部分物理层上行链路处理包括去循环前缀CP、时域到频域的转换和去零；所述部分物理层下行链路处理包括补零、频域到时域的转换和加CP；
集中式基带处理池用于，完成基带信号在物理层另一部分的处理，并将处理后的基带信号通过传输网络与数字前端交互；所述物理层上行链路另一部分的处理包括资源RE逆映射、信道估计、信号检测、解调和解扰；所述物理层下行链路另一部分的处理包括加扰、调制、层映射、预编码和RE映射。
本发明基于C-RAN实现了一种无线接入系统，该系统采用数字前端对CPRI数据进行处理，并在数字前端实现部分物理层处理功能，这样，只需要将处理后的CPRI数据与基带池进行交互，与集中式基带处理池之间仅传输频域上有效数据，减少冗余数据传输，极大地降低了数据传输对交换网络带宽需求，即减少了CPRI侧带宽需求，支持更多RRU接入。
进一步地，数字前端将系统中各设备的工作状态信息进行打包，通过传输网络发送给集中式基带处理池，集中式基带处理池对状态包进行解析，使得集中式基带处理池能实时得到设备状态信息从而了解系统工作状况，为之后给出相应控制信息，控制信息一方面可以实现交换网络数据包有效负载长度灵活配置，最大化网络带宽利用率，另一方面可以实现将处理后的CPRI数据发送给基带池中相对空闲的基带处理池BBU处理，最大化资源利用率。
本发明的有益效果是，降低数据传输过程中带宽需求，实时了解系统工况，实时动态配置，实现最大化带宽利用率与资源调度优化。
附图说明
图1为C-RAN网络架构；
图2为LTE物理层下行处理过程
图3为LTE物理层上行处理过程；
图4为数字前端功能框图。
具体实施方式
如图1所示为该发明基于C-RAN的无线接入系统，该系统包括了集中式基带处理池，传输网络，数字前端，以及RRU。传输网络负责集中式基带处理池与数字前端之间的数据交互。集中式基带处理池负责物理层基带链路处理，并将RE映射后的频域有效数据打包通过传输网络发送给数字前端；同时，集中式基带处理池通过解析数字前端发送来的状态包，了解其他设备的工作状态，并给出相应的控制包发送给数字前端，实现实时动态配置。数字前端实现如图4所示的部分物理层基带链路处理过程，将状态寄存器(Status Register)中的设备状态信息和上行缓存(UL RAM)中的CPRI数据打包(Data Patch)发送给集中式基带处理池，并且解析(Data Dispatch)集中式基带处理池发送的控制包和数据包，将控制包信息写入相应的控制寄存器(Config Register)，数据包的CPRI数据写入下行缓存(DL RAM)中。
如图2所示为依据图1所示C-RAN网络架构的LTE物理层下行处理过程。集中式基带处理池对于物理下行共享信道PDSCH完成加扰，调制，层映射，预编码，RE映射后，假设频域上一个符号数据为(对于TD-LTE 20MHz带宽下N＝0,1,2…1199)。集中式基带处理池根据配置的数据包长度对数据进行打包，通过传输网络发送给数字前端，数字前端完成数据解析并将数据存储到相应地址的缓存中。数字前端链路处理功能还包括从缓存中读取数据，根据补零规则实现补零操作得到数据(其中M＝0,1,2…2047)；将2048点数据进行IFFT运算得到(其中M＝0,1,2…2047)；将IFFT运算后的数据添加CP得到(其中L＝CP_LEN+2048，每个子帧第0及第7个符号CP_LEN＝160，其他符号CP_LEN＝144)，因此每个子帧总共添加的CP长度为2048(160×2+144×12)。之后RRU对基带信号进行调制，上变频，A/D转换后经天线发送出去。
如图3所示为基于C-RAN网络架构的LTE物理层上行处理过程。数字前端接收RRU发送到CPRI数据(其中L＝CP_LEN+2048，每个子帧第0及第7个符号CP_LEN＝160，其他符号CP_LEN＝144)。数字前端首先去除中的CP数据，仅缓存2048点数据(其中M＝0,1,2…2047)；对该2048点数据进行FFT运算得到(其中M＝0,1,2…2047)；根据补零规则，去除数据中相应的数据，缓存频域符号数据(其中N＝0,1,2…1199)。之后，数字前端根据配置的数据包长度，对数据进行打包，通过传输网络发送给集中式基带处理池。基带处理池完成后续链路处理，包括RE逆映射，信道估计，信号检测，解调，解扰等。
数字前端对状态寄存器中系统工作状态信息进行打包，通过传输网络发送给集中式基带处理池，集中式基带处理池对状态包进行解析实时了解系统工作状况。
数字前端对状态寄存器中系统工作状态信息进行打包，通过传输网络发送给集中式基带处理池，集中式基带处理池对状态包进行解析实时了解系统工作状况。集中式基带处理池根据解析得到的状态信息，给出相应的控制包发送给数字前端，数字前端对控制包进行解析，并将控制信息写入相应的控制寄存器。动态配置集中式基带池与数字前端之间数据包的负载长度，动态修改数据包大小。小数据包时延小，但带宽利用率低，而打数据包带宽利用率高，但时延也高，因此在数据传输时延允许的范围内，尽量使用大数据包传输，可以最大化带宽利用率。集中式基带处理池根据每个BBU工作负荷情况，将上行数据包发送给相对空闲的BBU处理，最大化资源利用率。具体实现过程是，通过控制包修改数字前端发送到目的MAC地址，数字前端解析修改目的MAC地址，在对数据进行打包后，即可将数据发送给相应的BBU处理。

Claims (4)

1.一种基于C-RAN的无线接入系统，包括集中式基带处理池、传输网络、射频拉远单元RRU，其特征在于，还包括数字前端，集中式基带处理池通过传输网络与数字前端通信，数字前端还与RRU通信；
RRU用于，完成基带信号与天线信号的转换；
数字前端用于，完成基带信号部分物理层上行链路处理功能，将处理后的基带信号发送至传输网络；完成基带信号部分物理层下行链路处理功能，将处理后的基带信号发送至RRU；所述部分物理层上行链路处理包括去循环前缀CP、时域到频域的转换和去零；所述部分物理层下行链路处理包括补零、频域到时域的转换和加CP；
集中式基带处理池用于，完成基带信号在物理层另一部分的处理，并将处理后的基带信号通过传输网络与数字前端交互；所述物理层上行链路另一部分的处理包括资源RE逆映射、信道估计、信号检测、解调和解扰；所述物理层下行链路另一部分的处理包括加扰、调制、层映射、预编码和RE映射；
集中式基带处理池通过向数字前端发送控制包动态修改集中式基带池与数字前端之间数据包的负载长度。
2.如权利要求1所述一种基于C-RAN的无线接入系统，其特征在于，所述数字前端还用于，将各设备工作状态信息打包发送给基带处理池；
所述集中式基带处理池还用于，通过接收来自于数字前端的各设备工作状态信息对数字前端和RRU进行状态监控。
3.如权利要求2所述一种基于C-RAN的无线接入系统，其特征在于，所述集中式基带处理池还用于，通过接收来自于数字前端的各设备工作状态信息，向数字前端发送控制包进行动态配置；
所述数字前端还用于，对接收到的来自基带处理池的控制包进行解析。
4.如权利要求3所述一种基于C-RAN的无线接入系统，其特征在于，集中式基带处理池还用于，根据每个基带处理池BBU工作负荷情况，通过向数字前端发送控制包修改目的MAC地址，来控制数字前端将待发送的上行基带信号发送给相对空闲的BBU处理。
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