CN116470985A - 一种4g、5g融合的星型组网的时延控制方法及装置 - Google Patents

一种4g、5g融合的星型组网的时延控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，属于通信领域，当光链路同步后，RRU主动上报4G和5G上下行数据处理时延，所连HUB接收RRU上报的值；非一级HUB，记录各链路时延，并将链路最大时延值上报至上一级HUB；一级HUB分别以下联最大的4G和5G上行链路时延为上行链路缓存基准，以下联最大的4G和5G下行链路时延为数据包发送提前量，将需要补偿的上下行时延缓存值下发至下联多个RRU和下级HUB，各层HUB上下行时延缓存值逐级下发；RRU将接收到的上下行时延缓存值经计算后进行缓存。

Description

一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法及装置
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域中时延校准问题，特别是涉及一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法及装置。
背景技术
分布式基站是新一代用于完成网络覆盖的现代化产品。其特点主要是将射频处理单元和传统宏基站基带处理单元分离的同时又通过光纤连接。BBU实现5G通信的基带处理，包含层1/层2/层3的协议栈功能、同步、前传、回传、操作维护、综合管理等功能；HUB作为连接BBU和RRU的桥梁，实现下行数据分发、上行数据汇聚以及供电远端单元等功能。RRU实现射频信号的收发功能，包括上行信号放大，滤波，模数转换，中频处理，数据前传，下行信号滤波，中频处理，数模转换，信号放大，射频信号输出等。
在这种模式下，BBU与HUB、RRU之间有单点、星型、链型等多种连接方式，且RRU可以通过光纤拉远，能根据不同需求实现灵活组网，广泛且简便的运用于各种场合。但是由于设备间光纤长短不一，设备内部数据传输时延不同等因素的影响，使得BBU发出的下行数据包不能同时到达下联各RRU，下联各RRU也无法将上行数据包同时传输到BBU，影响信号的传输，造成通信质量的下降和不稳定。因此，复杂组网下的时延校准成为急需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种能够使下联多个RRU的上行数据包同时到达BBU，以及BBU发出的下行数据包同时到多个RRU的方法，达到时延控制的快速、高效的目的，保证多条射频链路的通信稳定。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，4G、5G融合的星型组网包括：基带处理单元BBU、射频拉远单元RRU和多端口转发器HUB；所述BBU和HUB之间通过光纤连接，通过1588协议保证数据包收发的时钟同步；
当光纤链路同步后，RRU主动上报4G和5G的上下行数据处理固有时延，其连接的HUB通过CPRI控制字接收到RRU上报的时延数据，加上通过FPGA寄存器获取数据经过光纤的时延，加上HUB对4G和5G上下行数据处理固有时延，计算该链路的总时延；各层级HUB软件记录多条链路的总时延，并通过CPRI控制字上报链路最大时延值至上一级HUB。
一级HUB通过CPRI控制字接收下联各HUB上报的链路时延和RRU上报的4G和5G的上下行数据处理固有时延，计算各链路的总时延值，并分别以上联最大的4G和5G上行链路时延为上行链路时延缓存基准，以下联最大的4G和5G下行链路时延为数据包发送提前量，经计算后进行时延缓存；并将上行链路时延缓存基准和数据包发送提前量减去HUB的4G和5G上下行数据处理固有时延，减去HUB与下联HUB和RRU间光纤链路时延，其结果作为需要补偿的上下行时延缓存值下发至下联多个RRU和下级HUB，各层级HUB通过上述方法，将上下行时延缓存值逐级下发。
各下联RRU将接收到的上下行时延缓存值，经计算后进行时延缓存。
其中，一级HUB和上联设备BBU之间包括：判断当前设备的无线电接口类型，当接口类型为增强型通用公共无线电接口eCPRI且光纤同步状态为同步时，启动1588协议栈，1588协议栈经内部算法逐步提高同步精度至目标精度，直至1588时钟同步。至此，一级HUB与BBU间可正常通信。
其中，一级HUB和下联设备HUB/RRU做时延控制前置条件包括：
下联设备RRU判断和HUB的光纤链路同步状态，下联设备HUB判断和上联HUB以及下联设备HUB或者RRU的光纤链路同步状态；
光纤链路未同步的设备不参与时延控制计算，下次同步时重新纳入时延计算。
其中，RRU的时延控制方法包括：
判断光纤链路同步状态；
通过CPRI控制字上报4G和5G的上下行数据处理固有时延至上联HUB；
通过CPRI控制字接收上级HUB下发的4G和5G上下行时延缓存值；
用接收的时延缓存值分别减去自身对应4G和5G上下行数据处理固有时延；
将计算后的多个值通过写入4G上行、4G下行、5G上行以及5G下行对应的寄存器来配置FPGA的时延缓存。
其中，非一级HUB的时延控制方法包括：
判断光纤链路同步状态；
通过CPRI控制字接收下联设备上报的4G和5G的上下行链路时延；
通过FPGA的光纤时延计算公式（T14-Toffset）/2来计算下联光纤时延，以此分别计算下联多条链路数据经过光纤的时延；
将下联设备上报的多条链路4G和5G的上下行链路时延加上HUB对4G和5G上下行数据处理固有时延加上相应的光纤链路时延；
通过算法比对分别找出当前链路最大的4G和5G上下行处理时延，并通过CPRI控制字上报至上一级HUB；
通过CPRI控制字接收上一级HUB下发的4G和5G上下行待缓存时延；
用接收的时延缓存值分别减去当前HUB和相邻下联多个设备的光纤链路时延以及自身对4G和5G上下行数据处理固有时延；
将计算后的值通过CPRI控制字下发至下联多个设备。
其中，一级HUB的时延控制方法包括：
一级HUB需将已发现的当前链路最大的4G和5G上下行光纤链路时延作为链路时延上行缓存基准值和下行数据包发送提前量；
当1588协议栈时钟同步达到目标精度，一级HUB需将当前链路最大的4G和5G上下行时延分别通过FPGA寄存器配置4G、5G上行数据缓存，以及设置4G、5G下行数据包发送提前量；
一级HUB用上行缓存基准和下行数据包发送提前量减去自身4G和5G上下行数据处理固有时延，再减去和下联相邻设备的对应光纤时延；
通过CPRI控制字将计算后的链路时延待缓存值下发至下联HUB和RRU。
其中，HUB和RRU设备处理时延获取以及缓存方法包括：
HUB和RRU关于4G和5G上下行数据处理固有时延，均为仪表实测数据，精度为纳秒级别；
FPGA为HUB侧分别提供4G上行、5G上行、4G下行和5G下行，4个寄存器，用于HUB侧时延缓冲区配置；
FPGA为RRU侧的每个通道分别提供4G上行、5G上行、4G下行和5G下行，4个寄存器，用于RRU侧时延缓冲区配置；
RRU侧时延缓存按照该RRU的通道数配置，时延缓存区个数和射频通道数成正相关；
HUB和RRU关于4G和5G上下行数据处理固有时延获取，均为仪表实测数据，精度为纳秒级别。
其中，当拓扑变动影响一级HUB处统计的4G和5G上下行最大时延值时，所有链路时延重新计算；否则，只有拓扑变动链路上的HUB与RRU需进行时延缓存，而其他链路不变。
本发明还提供了一种应用上述的4G、5G融合的星型组网的时延控制方法的装置，所述装置包括：基带处理单元BBU、多端口转发器HUB、射频拉远单元RRU；
BBU和一级HUB为星型组网，BBU可接包括不限于4个HUB；HUB和HUB为链型组网，每级HUB上联可接1个HUB或BBU，下联可接1个HUB以及8个RRU。
一级HUB对上联BBU使用增强型通用公共无线电接口eCPRI，对下联HUB和RRU使用通用公共无线电接口CPRI，通过1588协议保证数据包收发的高精度的时钟同步。HUB和RRU以及HUB和HUB之间基于通用公共无线电接口CPRI，通过CPRI控制字传递时延数据。该组网结构支持4G、5G多种模式上下行数据传输。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
在混合公共无线电接口、4G和5G融合、多层级的复杂组网场景下，能够使下联多个RRU的上行数据包同时到达BBU，以及BBU发出的下行数据包同时到达多个RRU，达到时延控制的快速、高效的目的，保证多条射频链路的高质量通信。
附图说明
图1是本发明所采用的4G、5G融合的星型组网时延控制装置的结构示意图。
图2是本发明所采用的4G、5G融合的星型组网时延控制方法的流程示意图。
图3是本发明中BBU、HUB、RRU的接口和时延缓存寄存器示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
如图1所示，一种4G、5G融合的星型组网的时延控制装置，包括：基带处理单元（BBU）、多端口转发器（HUB）、射频拉远单元（RRU）。1个BBU可接包括不限于4个HUB；HUB上联可接1个BBU或1个HUB，下联可接1个HUB和8个RRU。BBU与一级HUB之间通过光纤相连，呈星型组网；HUB与HUB、HUB与RRU之间通过光纤相连，呈链型组网。BBU与一级HUB之间使用增强型通用公共无线电接口（eCPRI），通过1588协议保证数据包收发的高精度时钟同步；HUB与HUB、HUB与RRU之间使用通用公共无线电接口（CPRI），通过CPRI控制字传递时延数据。
装置接线方式如图3所示。BBU与一级HUB：BBU的eCPRI口接HUB_1的eCPRI_1口；HUB级联：HUB_1的CPRI_9口接HUB_2的CPRI_10口(HUB的CPRI_9~10口用于实现下行数据分发与上行数据汇聚)；HUB与RRU：HUB的CPRI_1~8口可各接1个RRU，接在RRU的CPRI_1口。该装置支持4G、5G多种模式的上下行数据传输。FPGA为HUB侧分别提供FPGA_4G_UL(4G上行)、FPGA_4G_DL(4G下行)、FPGA_5G_UL(5G上行)和FPGA_5G_DL(5G下行)，4个寄存器，用于HUB侧时延缓冲区配置；FPGA为RRU侧分别提供FPGA_4G_UL_C1~FPGA_4G_UL_CN(4G上行、通道1~N)、FPGA_4G_DL_C1~FPGA_4G_DL_CN(4G下行、通道1~N)、FPGA_5G_UL_C1~FPGA_5G_UL_CN(5G上行、通道1~N)和FPGA_5G_DL_C1~FPGA_5G_DL_CN(5G下行、通道1~N)，4组寄存器，用于RRU侧时延缓冲区配置，RRU侧时延缓存按照该RRU的通道数配置，时延缓存区个数和射频通道数成正相关。
如图2所示，一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法的流程示意图，组网搭建完成，设备完成上电初始化后，一级HUB(HUB_1)判断当前设备的无线电接口类型，当接口类型为增强型通用公共无线电接口（eCPRI）且光纤同步状态为同步时，启动1588协议栈。1588协议栈经内部算法逐步提高同步精度至目标精度，直至1588时钟同步。
RRU_1.1和RRU_2.1判断光纤链路同步状态，光纤链路同步后，通过CPRI控制字主动上报4G和5G的上下行数据处理固有时延给与之相连的HUB_1和HUB_2，HUB_2通过CPRI控制字接收到RRU_2.1上报的有效时延值，加上通过FPGA寄存器获取的各光口数据经过光纤的时延值，加上HUB_2自身的4G和5G的上下行数据处理固有时延，计算各光口的光纤链路的上下行链路总时延值，并将最大的上下行链路总时延值通过CPRI控制字上报至HUB_1。
一级HUB(HUB_1)判断光纤链路同步状态，光纤链路同步后，通过CPRI控制字接收到RRU_1.1上报的有效时延值和HUB_2上报的上下行链路总时延值，加上通过FPGA寄存器获取的各光口数据经过光纤的时延值，加上HUB_1自身的4G和5G的上下行数据处理固有时延，计算各光口的光纤链路的上下行链路总时延值，并分别以下联最大的4G和5G上行链路时延为上行链路时延缓存基准，以下联最大的4G和5G下行链路时延为数据包发送提前量，将上行链路时延缓存基准和数据包发送提前量经计算后缓存至FPGA为HUB_1提供的4G上行、5G上行、4G下行和5G下行时延缓冲区内。再将上行链路时延缓存基准和数据包发送提前量减去HUB_1的4G和5G上下行数据处理固有时延，减去HUB_1与HUB_2和RRU_1.1间光纤链路时延，其结果作为需要补偿的上下行时延缓存值下发至RRU_1.1和HUB_2。
HUB_2通过CPRI控制字接收到HUB_1下发的上下行时延缓存值后，减去HUB_2的4G和5G上下行数据处理固有时延，减去HUB_2与RRU_2.1间光纤链路时延，其结果通过CPRI控制字下发至RRU_2.1。
RRU_1.1和RRU_2.1将接收到的上下行时延缓存值经计算后按通道缓存至FPGA为RRU提供的4G上行、5G上行、4G下行和5G下行时延缓冲区内。RRU侧时延缓存按照该RRU的通道数配置，时延缓存区个数和射频通道数成正相关。
以上为HUB二层级联且每个HUB只接1个RRU的时延校准流程，N层级联校准方法与之相同。当组网结构中新加入设备且光纤链路同步时，经过数据时延链路重计算后不影响一级HUB处统计的4G和5G上下行最大时延值，则只需新加入的设备进行时延校准；经过数据时延链路重计算后影响一级HUB处统计的4G和5G上下行最大时延值，则组网中所有链路均需重新进行时延校准。
按照上述方法，时延校准完成后，RRU的上行数据包能同时到达BBU，BBU发出的下行数据包能同时到达多个RRU，整个装置里所有射频链路通信稳定
显然，上述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，4G、5G融合的星型组网包括：基带处理单元BBU、射频拉远单元RRU和多端口转发器HUB；所述BBU和HUB之间通过光纤连接，通过1588协议保证数据包收发的时钟同步；
当光纤链路同步后，RRU主动上报4G和5G的上下行数据处理固有时延，其连接的HUB通过CPRI控制字接收到RRU上报的时延数据；
非一级HUB软件记录多条链路的总时延，并通过CPRI控制字上报链路最大时延值至上一级HUB；
一级HUB软件通过CPRI控制字接收下联各链路时延，并分别以下联最大的4G和5G上行链路时延为上行链路时延缓存基准，以下联最大的4G和5G下行链路时延为数据包发送提前量，将需要补偿的上下行时延缓存值下发至下联多个RRU和下级HUB，各层级HUB上下行时延缓存值逐级下发；RRU将接收到的上下行时延缓存值经计算后进行缓存。
2.根据权利要求1所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，一级HUB和上联设备BBU时钟同步之前包括：
判断和BBU之间光纤链路同步状态；
判断当前设备的无线电接口类型，当接口类型为增强型通用公共无线电接口eCPRI且光纤同步状态为同步时，启动1588协议栈；
1588协议栈经内部算法逐步提高同步精度至目标精度，软件记录1588时钟同步状态。
3.根据权利要求1所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，一级HUB和下联设备HUB/RRU做时延控制前置条件包括：
下联设备RRU判断和HUB的光纤链路同步状态，下联设备HUB判断和上联HUB以及下联设备HUB或者RRU的光纤链路同步状态；
光纤链路未同步的设备不参与时延控制计算，下次同步时重新纳入时延计算。
4.根据权利要求1所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，RRU的时延控制方法包括：
判断光纤链路同步状态；
通过CPRI控制字上报4G和5G的上下行数据处理固有时延至上联HUB；
通过CPRI控制字接收上级HUB下发的4G和5G上下行时延缓存值；
用接收的时延缓存值分别减去自身对应4G和5G上下行数据处理固有时延；
将计算后的多个值通过写入4G上行、4G下行、5G上行以及5G下行对应的寄存器来配置FPGA的时延缓存。
5.根据权利要求1所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，非一级HUB的时延控制方法包括：
判断光纤链路同步状态；
通过CPRI控制字接收下联设备上报的4G和5G的上下行链路时延；
通过FPGA的光纤时延计算公式（T14-Toffset）/2来计算下联光纤时延，以此分别计算下联多条链路数据经过光纤的时延；
将下联设备上报的多条链路4G和5G的上下行链路时延加上HUB对4G和5G上下行数据处理固有时延加上相应的光纤链路时延；
通过算法比对分别找出当前链路最大的4G和5G上下行处理时延，并通过CPRI控制字上报至上一级HUB；
通过CPRI控制字接收上一级HUB下发的4G和5G上下行待缓存时延；
用接收的时延缓存值分别减去当前HUB和相邻下联多个设备的光纤链路时延以及自身对4G和5G上下行数据处理固有时延；
将计算后的值通过CPRI控制字下发至下联多个设备。
6.根据权利要求1所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，一级HUB的时延控制方法包括：
一级HUB需将已发现的当前链路最大的4G和5G上下行光纤链路时延作为链路时延上行缓存基准值和下行数据包发送提前量；
当1588协议栈时钟同步达到目标精度，一级HUB需将当前链路最大的4G和5G上下行时延分别通过FPGA寄存器配置4G、5G上行数据缓存，以及设置4G、5G下行数据包发送提前量；
一级HUB用上行缓存基准和下行数据包发送提前量减去自身4G和5G上下行数据处理固有时延，再减去和下联相邻设备的对应光纤时延；
通过CPRI控制字将计算后的链路时延待缓存值下发至下联HUB和RRU。
7.根据权利要求4-6任一所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于，HUB和RRU设备处理时延获取以及缓存方法包括：
HUB和RRU关于4G和5G上下行数据处理固有时延，均为仪表实测数据，精度为纳秒级别；
FPGA为HUB侧分别提供4G上行、5G上行、4G下行和5G下行，4个寄存器，用于HUB侧时延缓冲区配置；
FPGA为RRU侧的每个通道分别提供4G上行、5G上行、4G下行和5G下行，4个寄存器，用于RRU侧时延缓冲区配置；
RRU侧时延缓存按照该RRU的通道数配置，时延缓存区个数和射频通道数成正相关。
8.根据权利要求1或3或6所述的一种4G、5G融合的星型组网的时延控制方法，其特征在于：
拓扑变动未影响当前组网4G和5G上下行最大时延值时，对其他链路无影响；
拓扑变动影响当前组网4G和5G上下行最大时延值时，所有链路时延重新计算。
9.一种应用权利要求1-8中任意一项所述的4G、5G融合的星型组网的时延控制方法的装置，其特征在于，包括：基带处理单元BBU、射频拉远单元RRU和多端口转发器HUB；
BBU和一级HUB之间通过光纤相连，呈星型组网，一级HUB对上联BBU使用增强型通用公共无线电接口eCPRI，对下联HUB和RRU使用通用公共无线电接口CPRI，通过1588协议保证数据包收发的时钟同步；BBU可接包括但不限于4个HUB；
HUB和RRU以及HUB和HUB之间通过光纤相连，呈链型组网，基于CPRI接口，通过CPRI控制字传递时延数据；每级HUB上联接1个HUB或BBU，下联接1个HUB以及8个RRU。
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