CN106686628A - 一种实现lte空口侧控制与数据分离的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统及方法。一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，包括软件定义基站云处理中心、软件定义无线接入网和空中接口。一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，包括(1)、获取用户状态并分析；(2)、控制基站功能模块根据非激活状态用户所需业务，为其对应相应的网络功能，高速率激活状态用户由数据基站功能模块提供业务数据；(3)、数据进入控制基站功能模块和数据基站功能模块分别负责的逻辑信道；(4)、物理信道进行相应的分离；(5)、经过物理信道处理过的数据将送入实际的物理基站，物理信道所搭载的业务信息将经过中低频转换和数模变换最终发送给用户。

Description

一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统及方法

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统及方法。

背景技术

在有限的能量和频谱资源下，未来5G网络要求数据流量增大1000倍，同时多种多样的应用和服务也随着用户多样化的需求不断涌现。因此未来的无线接入网络需要考虑在有限的资源下，扩大数据流量的同时具有相当的灵活度来适应不同应用的出现，实现系统的平滑升级更新。而目前软件定义无线网络以及数据与控制分离思想已经被很多学者提出用来解决上述问题。

软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是一种计算机网络领域的创新概念，其目标是极大地简化网络控制和管理，它的核心思想即控制与数据分离也逐渐应用到无线接入网的设计中。

软件定义无线(software defined radio)其基本思想是构造一个标准化，通用化，模块化的基础硬件平台，为解决硬件兼容性问题提供了新的思路，有利于系统的平滑升级与更新。

在LTE提出之后，人们又提出了LTE-A的概念，并且基于LTE的新技术也在不断问世，它也是未来无线移动通信迈向5G时代的基础，因此首先对LTE网络架构的升级也是必然的趋势。但是目前尚未有完整的实现LTE空口侧控制与数据分离的方案。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一个目的在于公开一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统。本发明的第二个目的在于公开一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法。该系统及方法不仅可以减少随着数据业务快速增长而带来的控制信令开销，而且可以根据用户的状态以及所需的网络功能灵活的调度基站资源，而软件定义的无线接入网又可以根据业务量的改变，灵活的优化网络拓扑结构，从而在有限的资源下，提高数据流量，促进LTE系统向5G系统的平滑升级，同时也使一些新技术的实现变得简单易行。

技术方案：一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，包括：

软件定义基站云处理中心，用于定义和实现全局管理器、数据基站功能模块，控制基站功能模块的各自对应的功能应用；

软件定义无线接入网，由物理控制基站和物理数据基站组成，用于转发软件定义基站云处理中心和用户之间的交互信息；

空中接口，为用户和基站之间的信息交互提供通道。

进一步地，所述软件定义基站云处理中心包括：

控制基站功能模块，用于定义控制基站；

数据基站功能模块，用于定义数据基站；

全局管理器，根据实际的无线环境和用户分布及需求，调用控制基站功能模块和数据基站功能模块，分别定义真实无线环境中的物理实体基站的角色及功能。

进一步地，软件定义无线接入网包括：

控制基站，接收由控制基站功能模块按照LTE协议标准处理过后的无线信号并向外发射；

数据基站，接收由数据基站功能模块处理过后的无线信号并向外发射。

进一步地，空中接口的用户包括处于控制基站覆盖范围内的用户和处于控制基站和数据基站覆盖范围重叠部分的用户，其中：

位于控制基站覆盖范围内的用户接受来自控制基站的服务，

位于重叠部分的用户需要同时接受控制和数据基站的协作服务。

一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，包括以下步骤：

(1)、控制基站功能模块获取用户状态并分析，非激活状态用户直接由控制基站控制，所需的业务只由控制基站满足；激活状态的用户，当所需数据业务速率大于阈值速率C时，定义该业务属于高速率数据业务，定义该用户为高速率激活状态用户，此时控制基站功能模块将启用数据基站功能模块，为该激活状态的用户提供高速率数据传输业务所需的网络功能；当所需业务速率不大于规定的阈值速率C时，由控制基站功能模块负责该所需业务；

(2)、控制基站功能模块根据非激活状态用户所需业务，为其对应相应的网络功能，控制基站功能模块包含的网络功能有同步、广播系统信息、寻呼、多播和低速率数据传输，相应的网络功能将为其相应的业务提供数据；高速率激活状态用户则由数据基站功能模块包含的网络功能提供业务数据，数据基站功能模块包含的网络功能有同步和高速率数据传输；

(3)、数据进入控制基站功能模块和数据基站功能模块分别负责的逻辑信道中，控制基站所对应的逻辑信道有BCCH、CCCH、PCCH、MTCH和MCCH，数据基站所对应的逻辑信道有DCCH和DTCH，非激活状态用户的业务信息将进入控制基站的逻辑信道中，高速率激活状态用户的业务信息将进入数据基站的逻辑信道中去；

(4)、由于上一步逻辑信道的不同，那么对应所需的物理信道也将进行相应的分离，控制基站所对应的物理信道有同步信道、参考信道、物理控制格式指示信道、物理下行控制信道、物理多播信道、物理广播信道和物理下行共享信道；数据基站所对应的物理信道有同步信道、参考信道、物理控制格式指示信道、物理下行控制信道和物理下行共享信道；非激活状态用户的业务信息将以比特流的形式进入控制基站的物理信道中完成相应的数据处理，高速率激活状态用户的业务信息将进入数据基站的物理信道中去；

(5)、经过物理信道处理过的数据将送入实际的物理基站中去，物理信道所搭载的业务信息将经过中低频转换和数模变换最终以无线信号的形式发送给用户，其中：

非激活状态用户的业务信送入控制基站中去以无线信号形式发送给用户，

高速率激活状态用户的业务信息将送入数据基站中去，以无线信号形式发送给用户，此时也就完成了无线信号的分离，

控制基站包含的无线信号有同步信号、导频信号、帧控制信号、广播系统信号、多播信号、寻呼信号和低速率数据信号；

数据基站包含的无线信号有同步信号、导频信号、帧控制信号和高速率数据信号。

进一步地，非激活状态用户为处于分离状态的用户或处于空闲状态的用户。

进一步地，阈值速率C为35Mbps。

进一步地，步骤(3)中进入控制基站逻辑信道BCCH的数据将进入控制基站的物理广播信道；进入控制基站逻辑信道CCCH和PCCH的数据将进入物理下行共享信道，进入控制基站逻辑信道PMTCH和MCCH的数据将进入物理多播信道；

进入数据基站逻辑信道DCCH和DTCH的数据将进入物理下行共享信道。

有益效果：本发明公开的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统及方法具有以下有益效果：

(1)可编程性提高，与硬件的耦合度降低，利于系统的升级与维护；

(2)控制与数据的分离使网络的拓扑结构更加灵活，从而更好的适应不同的数据流量变化，同时使得在数据流量增加的同时减少控制信令的开销，节省资源和能量；

(3)具体的控制与数据分离方案不是从单一的方面进行分析的，而是从网络功能、用户状态、LTE的逻辑信道和物理信道、以及无线信号的映射关系综合分析为LTE到5G网络的升级提供一个可行性较高的方案。

附图说明

图1为本发明公开的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统的示意图；

图2为本发明公开的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法的流程图；

图3为本发明公开的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法的各个步骤在一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统的实现示意图。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图1所示，一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，包括：

软件定义基站云处理中心，用于定义和实现全局管理器、数据基站功能模块，控制基站功能模块的各自对应的功能应用；

软件定义无线接入网，由物理控制基站和物理数据基站组成，用于转发软件定义基站云处理中心和用户之间的交互信息；

空中接口，为用户和基站之间的信息交互提供通道。

进一步地，所述软件定义基站云处理中心包括：

控制基站功能模块，用于定义控制基站；

数据基站功能模块，用于定义数据基站；

全局管理器，根据实际的无线环境和用户分布及需求，调用控制基站功能模块和数据基站功能模块，分别定义真实无线环境中的物理实体基站的角色及功能。

使用时，控制基站接到某用户的详细业务需求时，将信息反馈到软件定义基站云处理中心的控制基站功能模块，控制基站功能模块将根据实际业务情况为其安排在该控制基站覆盖范围内的相应的数据基站为其服务，若该服务不需要数据基站的辅助支持，那么就安排相应的数据基站静默。

进一步地，软件定义无线接入网包括：

控制基站，接收由控制基站功能模块按照LTE协议标准处理过后的无线信号并向外发射；

数据基站，接收由数据基站功能模块处理过后的无线信号并向外发射。

进一步地，空中接口的用户包括处于控制基站覆盖范围内的用户和处于控制基站和数据基站覆盖范围重叠部分的用户，其中：

位于控制基站覆盖范围内的用户接受来自控制基站的服务，

位于重叠部分的用户需要同时接受控制和数据基站的协作服务。

如图2所示，一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，包括以下步骤：

(1)、控制基站功能模块获取用户状态并分析，非激活状态用户直接由控制基站控制，所需的业务只由控制基站满足；激活状态的用户，当所需数据业务速率大于阈值速率C时，定义该业务属于高速率数据业务，定义该用户为高速率激活状态用户，此时控制基站功能模块将启用数据基站功能模块，为该激活状态的用户提供高速率数据传输业务所需的网络功能；当所需业务速率不大于规定的阈值速率C时，由控制基站功能模块负责该所需业务；

(2)、控制基站功能模块根据非激活状态用户所需业务，为其对应相应的网络功能，控制基站功能模块包含的网络功能有同步、广播系统信息、寻呼、多播和低速率数据传输，相应的网络功能将为其相应的业务提供数据；高速率激活状态用户则由数据基站功能模块包含的网络功能提供业务数据，数据基站功能模块包含的网络功能有同步和高速率数据传输；

(3)、数据进入控制基站功能模块和数据基站功能模块分别负责的逻辑信道中，控制基站所对应的逻辑信道有BCCH、CCCH、PCCH、MTCH和MCCH，数据基站所对应的逻辑信道有DCCH和DTCH，非激活状态用户的业务信息将进入控制基站的逻辑信道中，高速率激活状态用户的业务信息将进入数据基站的逻辑信道中去；

(4)、由于上一步逻辑信道的不同，那么对应所需的物理信道也将进行相应的分离，控制基站所对应的物理信道有同步信道、参考信道、物理控制格式指示信道、物理下行控制信道、物理多播信道、物理广播信道和物理下行共享信道；数据基站所对应的物理信道有同步信道、参考信道、物理控制格式指示信道、物理下行控制信道和物理下行共享信道；非激活状态用户的业务信息将以比特流的形式进入控制基站的物理信道中完成相应的数据处理，高速率激活状态用户的业务信息将进入数据基站的物理信道中去；

(5)、经过物理信道处理过的数据将送入实际的物理基站中去，物理信道所搭载的业务信息将经过中低频转换和数模变换最终以无线信号的形式发送给用户，其中：

非激活状态用户的业务信送入控制基站中去以无线信号形式发送给用户，

高速率激活状态用户的业务信息将送入数据基站中去，以无线信号形式发送给用户，此时也就完成了无线信号的分离，

控制基站包含的无线信号有同步信号、导频信号、帧控制信号、广播系统信号、多播信号、寻呼信号和低速率数据信号；

数据基站包含的无线信号有同步信号、导频信号、帧控制信号和高速率数据信号。

进一步地，非激活状态用户为处于分离状态的用户或处于空闲状态的用户。

进一步地，阈值速率C为35Mbps。

进一步地，步骤(3)中进入控制基站逻辑信道BCCH的数据将进入控制基站的物理广播信道；进入控制基站逻辑信道CCCH和PCCH的数据将进入物理下行共享信道，进入控制基站逻辑信道PMTCH和MCCH的数据将进入物理多播信道；

进入数据基站逻辑信道DCCH和DTCH的数据将进入物理下行共享信道。

此步骤中所剩的未与上一步骤逻辑信道有对应关系的物理信道(同步信道，参考信道，物理控制格式指示信道，物理下行控制信道)均为此步骤本身所必须具备的物理信道(这是由LTE帧结构所决定的)

如图3所示，需要注意的是前四步均在软件定义基站云处理中心实现，无线信号分离是在软件定义无线接入网中实现的。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，其特征在于，包括：

软件定义基站云处理中心，用于定义和实现全局管理器、数据基站功能模块，控制基站功能模块的各自对应的功能应用；

软件定义无线接入网，由物理控制基站和物理数据基站组成，用于转发软件定义基站云处理中心和用户之间的交互信息；

空中接口，为用户和基站之间的信息交互提供通道。

2.根据权利要求1所述的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，其特征在于，所述软件定义基站云处理中心包括：

控制基站功能模块，用于定义控制基站；

数据基站功能模块，用于定义数据基站；

全局管理器，根据实际的无线环境和用户分布及需求，调用控制基站功能模块和数据基站功能模块，分别定义真实无线环境中的物理实体基站的角色及功能。

3.根据权利要求1所述的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，其特征在于，软件定义无线接入网包括：

控制基站，接收由控制基站功能模块按照LTE协议标准处理过后的无线信号并向外发射；

数据基站，接收由数据基站功能模块处理过后的无线信号并向外发射。

4.根据权利要求1所述的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的系统，其特征在于，空中接口的用户包括处于控制基站覆盖范围内的用户和处于控制基站和数据基站覆盖范围重叠部分的用户，其中：

位于控制基站覆盖范围内的用户接受来自控制基站的服务，

位于重叠部分的用户需要同时接受控制和数据基站的协作服务。

5.一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、控制基站功能模块获取用户状态并分析，非激活状态用户直接由控制基站控制，所需的业务只由控制基站满足；激活状态的用户，当所需数据业务速率大于阈值速率C时，定义该业务属于高速率数据业务，定义该用户为高速率激活状态用户，此时控制基站功能模块将启用数据基站功能模块，为该激活状态的用户提供高速率数据传输业务所需的网络功能；当所需业务速率不大于规定的阈值速率C时，由控制基站功能模块负责该所需业务；

(2)、控制基站功能模块根据非激活状态用户所需业务，为其对应相应的网络功能，控制基站功能模块包含的网络功能有同步、广播系统信息、寻呼、多播和低速率数据传输，相应的网络功能将为其相应的业务提供数据；高速率激活状态用户则由数据基站功能模块包含的网络功能提供业务数据，数据基站功能模块包含的网络功能有同步和高速率数据传输；

(3)、数据进入控制基站功能模块和数据基站功能模块分别负责的逻辑信道中，控制基站所对应的逻辑信道有BCCH、CCCH、PCCH、MTCH和MCCH，数据基站所对应的逻辑信道有DCCH和DTCH，非激活状态用户的业务信息将进入控制基站的逻辑信道中，高速率激活状态用户的业务信息将进入数据基站的逻辑信道中去；

(4)、由于上一步逻辑信道的不同，那么对应所需的物理信道也将进行相应的分离，控制基站所对应的物理信道有同步信道、参考信道、物理控制格式指示信道、物理下行控制信道、物理多播信道、物理广播信道和物理下行共享信道；数据基站所对应的物理信道有同步信道、参考信道、物理控制格式指示信道、物理下行控制信道和物理下行共享信道；非激活状态用户的业务信息将以比特流的形式进入控制基站的物理信道中完成相应的数据处理，高速率激活状态用户的业务信息将进入数据基站的物理信道中去；

(5)、经过物理信道处理过的数据将送入实际的物理基站中去，物理信道所搭载的业务信息将经过中低频转换和数模变换最终以无线信号的形式发送给用户，其中：

非激活状态用户的业务信送入控制基站中去以无线信号形式发送给用户，

高速率激活状态用户的业务信息将送入数据基站中去，以无线信号形式发送给用户，此时也就完成了无线信号的分离，

控制基站包含的无线信号有同步信号、导频信号、帧控制信号、广播系统信号、多播信号、寻呼信号和低速率数据信号；

数据基站包含的无线信号有同步信号、导频信号、帧控制信号和高速率数据信号。

6.根据权利要求5所述的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，其特征在于，非激活状态用户为处于分离状态的用户或处于空闲状态的用户。

7.根据权利要求5所述的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，其特征在于，阈值速率C为35Mbps。

8.根据权利要求5所述的一种实现LTE空口侧控制与数据分离的方法，其特征在于，步骤(3)中进入控制基站逻辑信道BCCH的数据将进入控制基站的物理广播信道；进入控制基站逻辑信道CCCH和PCCH的数据将进入物理下行共享信道，进入控制基站逻辑信道PMTCH和MCCH的数据将进入物理多播信道；

进入数据基站逻辑信道DCCH和DTCH的数据将进入物理下行共享信道。