CN114302415A - 一种基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于，包括高速接口模块、数据单元处理模块、控制管理模块、光口+供电模块和时钟恢复模块；所述高速接口模块与所述数据单元处理模块连接，所述数据单元处理模块与多个所述光口+供电模块连接，所述光口+供电模块用于连接远端单元，所述控制管理模块和所述时钟恢复模块设置于扩展单元内，连接并协同控制上述其他模块。本发明在VoNR下，终端驻留NR，语音业务和数据业务都承载在5G网络，解决EPSFallback方案引起数据业务带宽受限等问题；在此基础上解决了扩展单元的扩展效率问题。
Description
技术领域
本发明涉及网络拓扑领域，具体涉及一种基于5G NR(VoNR，Voice over NR，语音业务承载在5G无线接入NR即gNB上)网络的扩展型皮基站的扩展单元。
背景技术
5G扩展型基站作为5G网络时代重要的站型，在室内覆盖方案中占有重要的地位，相比于传统厂商的分布式基站成本更低，相比传统的无源DAS系统具有更高容量，灵活部署，智能化统一管理的优势。因此，作为满足5G扩展式基站要求的FlexORAN系统将是运营商5G室内网络覆盖的理想选择之一。
基于目前5G网络，语音服务类型主要分为两种，一种是具有严格Qos保障的电信级别的语音业务，如VoNR,VoLTE；另一种是无Qos保障的OTT语音业务，微信语音，QQ语音等。
5G网络延续了4G基于IMS(IP多媒体系统)架构的语音方案，承载在4G网络的语音是VoLTE,承载在5G NR网络的语音是VoNR.VoLTE和VoNR是IMS语音/视频通信服务的不同访问模式，3GPP确定了5G沿用4G的语音架构仍基于IMS来提供语音业务，在5G SA组网下主要有EPS Fallback和VoNR两种方案使用VoNR业务的UE驻留5G NR，语音业务和数据业务都承载在5GNR网络。在5G网络完成注册后将通过5G网络注册到IMS网络，IMS信令将承载在5G网络上，当用户发起呼叫或者收到终呼请求，在5G NR网络建立语音或者视频专用承载。
EPS Fallback，指5G NR不支持语音业务，当UE在5G NR中发起或接收语音呼叫时，通过重定向或切换的方式回落到4G网络，由VoLTE来提供语音业务，当语音通话结束后，UE再返回到5G NR网络与EPS Fallback相比，由于不需要回落过程，流程相对简单，接续时间也会短于EPSFallBack。VoNR中的NR不仅需要支持IMS信令通道(SIP over NR)，还需要支持IMS话音通道(RTP/RTCP over NR),对实时性的要求较高，因此还需要其他特性持续提升，以达到语音质量好和UE功耗低的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，以解决基于5G VoNR网络的扩展性问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于，包括高速接口模块、数据单元处理模块、控制管理模块、光口+供电模块和时钟恢复模块；所述高速接口模块与所述数据单元处理模块连接，所述数据单元处理模块与多个所述光口+供电模块连接，所述光口+供电模块用于连接远端单元，所述控制管理模块和所述时钟恢复模块设置于扩展单元内，连接并协同控制上述其他模块。
所述高速接口模块用于接收主站发送的下行基带数据，经过分路处理后传给远端单元；所述数据单元处理模块将远端单元的上行数据经过一定的合路处理后向主站发送；所述光口+供电模块内置供电电路，通过光电混合缆向远端单元供电，支持扩展单元直接的级联；所述控制管理模块用于O&M信息分离、提取、反馈，以及本级设备管理，所述时钟恢复模块用于时钟恢复和分发，数据压缩和解压缩。
所述扩展单元在网络拓扑中的位置包括一级级联和二级级联，所述一级级联配置原则包括基于星型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则和基于星型拓扑组网多模(NR+LTE-FDD)场景下配置原则，所述二级级联配置原则包括基于链型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则和基于链型拓扑组网多模(NR+LTE)场景下配置原则；
所述基于星型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU(RemoteRadioUnit，射频远端单元)；每个EU必须连接全单模RRU；EU与BBU(BaseBandUnit，基带处理单元)上配置的前传加速卡连接，与BBU最大拉远距离不大于5km；EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于星型拓扑组网多模(NR+LTE-FDD)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU；每个EU必须连接全多模RRU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于链型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU文件名称；每个EU必须连接全单模RRU；支持2个二级级联EU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；一级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；二级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于链型拓扑组网多模(NR+LTE)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU；每个EU必须连接全多模RRU；支持2个二级级联EU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；一级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；二级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米。
所述扩展单元配合BBU以及RRU使用，实现BBU与RRU之间的通信，用于相关细分应用场景的5G NR室内覆盖，实现如下功能：
与BBU间采用Option 7-2切分方式，接收BBU发送的下行基带数据，经过分路处理后发送给RRU；
与RRU间采用Option 8切分方式，接收RRU发送的上行基带数据，经过合路处理后发送给BBU；
处理EU同一小区分裂以及同一小区对应的多RRU间的射频/基带合并采用光电复合缆向RRU供电。
所述5G VoNR简要流程如下：
首先UE(User Equipment，用户设备)和gNB之间建立RRC连接；然后5GC建立服务质量流Qosflow承载SIP信令，5GC向gNB基站发起PDU Session Resource Setup请求，gNB建立DRB承载，即5QI5承载；随后UE和IMS进行语音业务的SIP会话协商，如编码方式，IP地址，端口号和被叫相关信息等；SIP会话协商成功后，5GC建立QoSFlow承载RTP和RTCP数据流，5GC向gNB发起PDU Session Resource Modify请求，gNB建立DRB承载5QI1；最后，UE释放QosFlow和DRB承载。
所述5G VoNR的应用策略可分为三个阶段：EPS Fallback阶段、EPS Fallback和VoNR并存阶段和VoNR阶段；具体包括如下内容：
在5G网络设备中设置开关：VoNR特性开关、策略开关，实现以上三个阶段：
1)EPS Fallback阶段：关闭VoNR功能开关，所有5G语音业务采用EPS Fallback解决方案；
2)EPS Fallback和VoNR并存阶段：
开启VoNR功能开关，开启策略开关，根据策略决定采用VoNR或EPS Fallback方案，满足策略要求的情况下NR执行VoNR流程，否则执行EPS Fallback流程；
3)VoNR阶段：开启VoNR功能略开关，关闭策略开关，该阶段默认所有终端都支持VoNR,所有5G语音业务执行VoNR流程；根据演进过程所处的阶段依次设置开关：VoNR功能开关关闭→VoNR功能开关开启，且策略开关开启；
目前国内运营商均处在EPSFallback阶段，因此，VoNR功能开关关闭。当满足以下几个条件时，运营商具备开展VoNR业务的能力：现网IMS网元、5GC网元、NR都已经支持VoNR；具备支持VoNR的商用终端；现网NR达到语音业务对应的覆盖率要求；当决定要逐步开启VoNR时，在完成现网试验的基础上，从覆盖率较高的5GNR开始，逐渐开启现网5GNR的VoNR功能，同时打开策略开关，NR根据策略触发VoNR或EPSFallback流程，进入到EPSFallback和VoNR并存阶段当默认所有终端都支持VoNR时，关闭NR上的策略开关，所有终端语音业务执行VoNR流程，进入到VoNR阶段。
FlexEz-EU作为FlexEz-RAN 5G NR扩展型皮基站解决方案中的网元之一是数据扩展单元，需要配合BBU以及RRU使用，实现BBU与RRU之间的通信，用于相关细分应用场景的5GNR室内覆盖。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
在VoNR下，终端驻留NR，语音业务和数据业务都承载在5G网络，解决EPSFallback方案引起数据业务带宽受限等问题。通话中的手机终端移动到NR信号覆盖较差的区域时，还可以发起基于覆盖的切换来实现和4G的互操作，切换到4G由VoLTE继续来提供服务，避免覆盖原因引起的业务问题。在此基础上解决了扩展单元的扩展效率问题。
附图说明
图1为本发明扩展单元所处硬件框架示意图；
图2为本发明FlexEz-EU一级级联在5G NR网络中的拓扑位置示意图；
图3为本发明FlexEz-EU二级级联在5G NR网络中的拓扑位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例
一种基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于，包括高速接口模块、数据单元处理模块、控制管理模块、光口+供电模块和时钟恢复模块；所述高速接口模块与所述数据单元处理模块连接，所述数据单元处理模块与多个所述光口+供电模块连接，所述光口+供电模块用于连接远端单元，所述控制管理模块和所述时钟恢复模块设置于扩展单元内，连接并协同控制上述其他模块。
所述高速接口模块用于接收主站发送的下行基带数据，经过分路处理后传给远端单元；所述数据单元处理模块将远端单元的上行数据经过一定的合路处理后向主站发送；所述光口+供电模块内置供电电路，通过光电混合缆向远端单元供电，支持扩展单元直接的级联；所述控制管理模块用于O&M信息分离、提取、反馈，以及本级设备管理，所述时钟恢复模块用于时钟恢复和分发，数据压缩和解压缩。
所述扩展单元在网络拓扑中的位置包括一级级联和二级级联，所述一级级联配置原则包括基于星型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则和基于星型拓扑组网多模(NR+LTE-FDD)场景下配置原则，所述二级级联配置原则包括基于链型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则和基于链型拓扑组网多模(NR+LTE)场景下配置原则；
所述基于星型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU(RemoteRadioUnit，射频远端单元)；每个EU必须连接全单模RRU；EU与BBU(BaseBandUnit，基带处理单元)上配置的前传加速卡连接，与BBU最大拉远距离不大于5km；EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于星型拓扑组网多模(NR+LTE-FDD)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU；每个EU必须连接全多模RRU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于链型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU文件名称；每个EU必须连接全单模RRU；支持2个二级级联EU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；一级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；二级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于链型拓扑组网多模(NR+LTE)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU；每个EU必须连接全多模RRU；支持2个二级级联EU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；一级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；二级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米。
所述扩展单元配合BBU以及RRU使用，实现BBU与RRU之间的通信，用于相关细分应用场景的5G NR室内覆盖，实现如下功能：
与BBU间采用Option 7-2切分方式，接收BBU发送的下行基带数据，经过分路处理后发送给RRU；
与RRU间采用Option 8切分方式，接收RRU发送的上行基带数据，经过合路处理后发送给BBU；
处理EU同一小区分裂以及同一小区对应的多RRU间的射频/基带合并采用光电复合缆向RRU供电。
所述5G VoNR简要流程如下：
首先UE(User Equipment，用户设备)和gNB之间建立RRC连接；然后5GC建立服务质量流Qosflow承载SIP信令，5GC向gNB基站发起PDU Session Resource Setup请求，gNB建立DRB承载，即5QI5承载；随后UE和IMS进行语音业务的SIP会话协商，如编码方式，IP地址，端口号和被叫相关信息等；SIP会话协商成功后，5GC建立QoSFlow承载RTP和RTCP数据流，5GC向gNB发起PDU Session Resource Modify请求，gNB建立DRB承载5QI1；最后，UE释放QosFlow和DRB承载。
所述5G VoNR的应用策略可分为三个阶段：EPS Fallback阶段、EPS Fallback和VoNR并存阶段和VoNR阶段；具体包括如下内容：
在5G网络设备中设置开关：VoNR特性开关、策略开关，实现以上三个阶段：
1)EPS Fallback阶段：关闭VoNR功能开关，所有5G语音业务采用EPS Fallback解决方案；
2)EPS Fallback和VoNR并存阶段：
开启VoNR功能开关，开启策略开关，根据策略决定采用VoNR或EPS Fallback方案，满足策略要求的情况下NR执行VoNR流程，否则执行EPS Fallback流程；
3)VoNR阶段：开启VoNR功能略开关，关闭策略开关，该阶段默认所有终端都支持VoNR,所有5G语音业务执行VoNR流程；根据演进过程所处的阶段依次设置开关：VoNR功能开关关闭→VoNR功能开关开启，且策略开关开启；
目前国内运营商均处在EPSFallback阶段，因此，VoNR功能开关关闭。当满足以下几个条件时，运营商具备开展VoNR业务的能力：现网IMS网元、5GC网元、NR都已经支持VoNR；具备支持VoNR的商用终端；现网NR达到语音业务对应的覆盖率要求；当决定要逐步开启VoNR时，在完成现网试验的基础上，从覆盖率较高的5GNR开始，逐渐开启现网5GNR的VoNR功能，同时打开策略开关，NR根据策略触发VoNR或EPSFallback流程，进入到EPSFallback和VoNR并存阶段当默认所有终端都支持VoNR时，关闭NR上的策略开关，所有终端语音业务执行VoNR流程，进入到VoNR阶段。
FlexEz-EU作为FlexEz-RAN 5G NR扩展型皮基站解决方案中的网元之一是数据扩展单元，需要配合BBU以及RRU使用，实现BBU与RRU之间的通信，用于相关细分应用场景的5GNR室内覆盖。
端口说明：
25G光接口：用于扩展单元与BBU之间数据传输，以及扩展单元之间级联；
备用10G光口+供电：预留接口，10G光传输接口，带供电功能；
10G光口+供电(0-7)：扩展单元与RRU间的传输接口，通过光电混合缆传输信号和供电。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明新型精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于，包括高速接口模块、数据单元处理模块、控制管理模块、光口+供电模块和时钟恢复模块；所述高速接口模块与所述数据单元处理模块连接，所述数据单元处理模块与多个所述光口+供电模块连接，所述光口+供电模块用于连接远端单元，所述控制管理模块和所述时钟恢复模块设置于扩展单元内，连接并协同控制上述其他模块。
2.根据权利要求1所述的基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于：所述高速接口模块用于接收主站发送的下行基带数据，经过分路处理后传给远端单元；所述数据单元处理模块将远端单元的上行数据经过一定的合路处理后向主站发送；所述光口+供电模块内置供电电路，通过光电混合缆向远端单元供电，支持扩展单元直接的级联；所述控制管理模块用于O&M信息分离、提取、反馈，以及本级设备管理，所述时钟恢复模块用于时钟恢复和分发，数据压缩和解压缩。
3.根据权利要求1所述的基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于：所述扩展单元在网络拓扑中的位置包括一级级联和二级级联，所述一级级联配置原则包括基于星型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则和基于星型拓扑组网多模(NR+LTE-FDD)场景下配置原则，所述二级级联配置原则包括基于链型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则和基于链型拓扑组网多模(NR+LTE)场景下配置原则；
所述基于星型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU(RemoteRadioUnit，射频远端单元)；每个EU必须连接全单模RRU；EU与BBU(BaseBandUnit，基带处理单元)上配置的前传加速卡连接，与BBU最大拉远距离不大于5km；EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于星型拓扑组网多模(NR+LTE-FDD)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU；每个EU必须连接全多模RRU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于链型拓扑组网单模(NR)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU文件名称；每个EU必须连接全单模RRU；支持2个二级级联EU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；一级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；二级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；
所述基于链型拓扑组网多模(NR+LTE)场景下配置原则如下：每个EU对应1个逻辑小区，最大支持连接8个RRU；每个EU必须连接全多模RRU；支持2个二级级联EU；与BBU上配置的前传加速卡连接的EU与BBU最大拉远不大于5km；一级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米；二级级联EU与所连接的RRU最大拉远距离不大于500米。
4.根据权利要求1所述的基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于：所述扩展单元配合BBU以及RRU使用，实现BBU与RRU之间的通信，用于相关细分应用场景的5G NR室内覆盖，实现如下功能：
与BBU间采用Option 7-2切分方式，接收BBU发送的下行基带数据，经过分路处理后发送给RRU；
与RRU间采用Option 8切分方式，接收RRU发送的上行基带数据，经过合路处理后发送给BBU；
处理EU同一小区分裂以及同一小区对应的多RRU间的射频/基带合并采用光电复合缆向RRU供电。
5.根据权利要求1所述的基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于：所述5G VoNR简要流程如下：
首先UE(User Equipment，用户设备)和gNB之间建立RRC连接；然后5GC建立服务质量流Qosflow承载SIP信令，5GC向gNB基站发起PDU Session Resource Setup请求，gNB建立DRB承载，即5QI5承载；随后UE和IMS进行语音业务的SIP会话协商；SIP会话协商成功后，5GC建立QoSFlow承载RTP和RTCP数据流，5GC向gNB发起PDU Session Resource Modify请求，gNB建立DRB承载5QI1；最后，UE释放QosFlow和DRB承载。
6.根据权利要求1所述的基于5G VoNR网络的扩展型皮基站的扩展单元，其特征在于：所述5G VoNR的应用策略可分为三个阶段：EPS Fallback阶段、EPS Fallback和VoNR并存阶段和VoNR阶段；具体包括如下内容：
在5G网络设备中设置开关：VoNR特性开关、策略开关，实现以上三个阶段：
1)EPS Fallback阶段：关闭VoNR功能开关，所有5G语音业务采用EPS Fallback解决方案；
2)EPS Fallback和VoNR并存阶段：
开启VoNR功能开关，开启策略开关，根据策略决定采用VoNR或EPS Fallback方案，满足策略要求的情况下NR执行VoNR流程，否则执行EPS Fallback流程；
3)VoNR阶段：开启VoNR功能略开关，关闭策略开关，该阶段默认所有终端都支持VoNR,所有5G语音业务执行VoNR流程；根据演进过程所处的阶段依次设置开关：VoNR功能开关关闭→VoNR功能开关开启，且策略开关开启；
当满足以下几个条件时，运营商具备开展VoNR业务的能力：现网IMS网元、5GC网元、NR都已经支持VoNR；具备支持VoNR的商用终端；现网NR达到语音业务对应的覆盖率要求；当决定要逐步开启VoNR时，在完成现网试验的基础上，从覆盖率较高的5GNR开始，逐渐开启现网5GNR的VoNR功能，同时打开策略开关，NR根据策略触发VoNR或EPSFallback流程，进入到EPSFallback和VoNR并存阶段当默认所有终端都支持VoNR时，关闭NR上的策略开关，所有终端语音业务执行VoNR流程，进入到VoNR阶段。
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