CN117156423A - 应急通信基站系统 - Google Patents

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桑桥
闫震
胡雅静
贾云蓓
陶东升
常赟赟
王钧冉
青春
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Abstract

本发明公开了一种应急通信基站系统,采用CPE无线回传单元与5G宏站建立传输链路，并通过RELAY网关接入核心网，实现终端与核心网的通信；使用自适应拓扑网络结构与所述5G宏站和所述应急通信基站组网。本发明的优点在于通过CPE回传实现应急通信基站通过无线接入宏站，无需为应急通信基站敷设配套的光纤传输设施，应急通信基站部署更加灵活高效，成本更低；通过RELAY技术使得应急通信基站无需进行复杂的核心网配置，简化了接入核心网的复杂配置过程，同时填补宏站覆盖盲区，实现无线信号的扩展，增强网络容量，还能自适应的与宏站建立通信链路，有效保证网络的可靠性和性能。

Description

应急通信基站系统
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其是涉及应急通信基站系统。
背景技术
5G技术以更高的数据传输速率、更低的延迟、更好的用户体验、支持大规模的设备连接和满足物联网的需求为目标，成为当前的主流通信方式。5G网络的部署，依赖于大量的5G网络基站，这些基站在部署前需要复杂的选址和调试，安装和维护的过程同样复杂又耗时，并且需要额外的与基站设备配套的传输设施。因此一个5G网络基站的建设成本极高，运维也更为复杂。各运营商出于商业目的的考虑，往往仅在业务需求量大的区域部署5G网络基站，满足人们对于高速、可靠的无线通信服务的需求。这就导致村庄、工地、应急抢险等远离城镇、传输距离远且施工困难的区域信号覆盖不足，公园、图书馆、商场等节假日人流量较大的场所业务流量变化较大，资源浪费严重。
可移动的应急通信基站能够在应急抢险需要时，短时间内部署低成本、信号传输可靠性高的应急通信基站，满足应急抢险的通信需要；又能够在业务流量突然变化时，改善原5G网络的吞吐量，达到减少5G网络建设的成本投入，减少资源的浪费。
现在的可移动式通信基站体积较大，与一辆中型厢货车相当，多使用板状天线，基站性能和覆盖范围受空间限制较大。且基站入网需依赖于核心网的配置，运营商仅能选择与核心网相容的设备，限制了运营商在设备选择上的自主权，还增加了可移动式通信基站部署配置的复杂性和部署成本，因此该可移动式通信基站并不常用于一般的业务流量变化较大区域。即使其用于应急抢险现场也常常受制于体积，很难灵活部署。
发明内容
本发明目的在于提供一种应急通信基站系统，能够在短时间内部署低成本、信号传输可靠性高的应急通信基站，解决了可移动的应急通信基站体积大，通信运营商不能自主选择设备，且需要针对核心网进行大量配置的问题。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的一种应急通信基站系统，采用CPE无线回传单元与5G宏站建立传输链路，并通过RELAY网关接入核心网，实现终端与核心网的通信；使用自适应拓扑网络结构与所述5G 宏站和所述应急通信基站组网。
进一步地，所述应急通信基站包括透镜天线、机柜、移动平台和升降杆；所述机柜内设置散热单元、空气开关、基带单元、交流直流转换器、电池和路由器；所述CPE无线回传单元与透镜天线相连。
进一步地，所述RELAY网关设置在5G宏站与核心网之间。
进一步地，所述应急通信基站采用抱杆或挂墙安装于室外。
进一步地，所述应急通信基站与终端共享核心网带宽资源；应急通信基站带宽资源优先级高于终端。
进一步地，所述应急通信基站采用终端IP地址，利用所述CPE无线回传单元经所述5G 宏站、所述RELAY网关链路接入核心网并环回，实现应急通信基站和终端注册到核心网。
进一步地，所述应急通信基站将终端数据经所述CPE无线回传单元、5G 宏站、所述RELAY网关链路接入核心网，并从核心网接入数据网络。
本发明的优点在于通过CPE回传实现应急通信基站通过无线接入宏站，无需为应急通信基站敷设配套的光纤传输设施，应急通信基站部署更加灵活高效，成本更低；通过RELAY技术使得应急通信基站无需进行复杂的核心网配置，简化了接入核心网的复杂配置过程，同时填补宏站覆盖盲区，实现无线信号的扩展，增强网络容量，还能自适应的与宏站建立通信链路，有效保证网络的可靠性和性能。同时本发明应急通信基站体积小，自带电池和轮子，可以拖动行走，随地安放使用方便，且本发明通过RELAY技术解决了通信运营商不能自主选择设备的问题。
附图说明
图1为本发明所述系统框架图。
图2为本发明所述系统信令面传输流程示意图。
图3为本发明所述系统数据面传输流程示意图。
图4为IAB技术示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明应急通信基站系统的详细介绍
如图1所示，本申请提出了一种应急通信基站系统，采用CPE无线回传单元与5G宏站建立传输链路，并通过RELAY网关接入核心网，实现终端与核心网的通信；使用自适应拓扑网络结构与所述5G 宏站和所述应急通信基站组网。
RELAY网关设置在5G宏站与核心网之间，可以减少对核心网配置的依赖，进而减少部署成本和提高部署效率。同时运营商可以选择与RELAY技术兼容的设备和系统，不再受限于特定厂商的产品，从而实现更加多样化的设备选择和供应商选择，从而借解决了现有5G移动基站术需要对核心网进行复杂的配置，限制运营商在设备选择上自主权的问题。
所述应急通信基站包括透镜天线、机柜、移动平台和升降杆；所述机柜内设置散热单元、空气开关、基带单元、交流直流转换器、电池和路由器，其中CPE无线回传单元与透镜天线相连。应急通信基站可借助移动平台移动，也可采用抱杆或挂墙安装于室外。应急通信基站与终端共享核心网带宽资源；同时应急通信基站带宽资源优先级要高于终端，能够保证应急通信基站覆盖区域内的用户体验良好。
透镜天线能够克服现有5G网络基站中使用板状天线带来的空间限制对基站的性能和覆盖范围产生负面影响，从而改善信号覆盖，从而提高网络性能。
如图2所示，在信令面，应急通信基站采用终端IP地址，利用所述CPE无线回传单元经所述5G 宏站、RELAY网关链路接入核心网并环回，实现应急通信基站和终端注册到核心网。
如图3所示，在数据面，应急通信基站将终端数据经所述CPE无线回传单元、5G 宏站、RELAY网关链路接入核心网，并从核心网接入数据网络。
本发明所述的应急通信基站系统，是将RELAY技术、自适应组网、IAB技术相结合，并将相应的模块集成在一个可移动平台，如小车上，实现灵活、高效的基站覆盖解决方案。
其中，IAB（Integrated Access and Backhaul，集成接入与回传）技术是一种用于5G网络的无线接入与回传集成解决方案。它通过将基站的接入和回传功能集成在同一个设备中，实现了更灵活、高效的网络架构。IAB技术可以扩展网络覆盖范围，提高网络容量，并减少网络部署成本。如图4所示，自回程是指基站到移动设备的接入和基站到基站或基站到核心网络的回程共享同一无线频道的情况。其中，中心基站（图4中gNB #1）具有光纤回程，而左侧的基站（图4中gNB #2）和右侧的基站（图4中gNB #3）则利用中心基站（gNB #1）的回程。这里的gNB #1采用相同的频谱或无线频道，不仅为其覆盖区域内的移动设备提供服务，同时也为其他两个基站，即gNB #2和gNB #3，提供回程连接。
RELAY（中继）技术是一种无线通信系统中的解决方案，致力于扩大基站覆盖范围。该技术运用中继节点（RN），使基站的信号在放大或再生处理后得以转发，以实现无线信号的扩展。对于填补传统基站无法覆盖的盲区或空洞，RELAY技术具有显著的作用，同时，它还能降低布局成本和增强网络容量。
在Relay的运行方式中，基站并不直接向UE发送信号，而是将信号先发送至一个中继节点，然后通过RN转发给UE，这也是其如何增强系统覆盖范围、提高系统链路性能以及改善小区吞吐量的方式。
与传统的BBU+RRU架构相比，Relay基站设备将射频、基带、天线集成在一体，以应对多场景、全时全天的TD-LTE网络建设需求。在覆盖范围要求不高、无有线传输资源且选址困难的情况下，Relay的应用能实现覆盖，并迅速响应用户需求，从而提升用户的感知体验。
自适应组网技术是一种用于动态优化和调整网络拓扑结构的方法。在5G网络中，当发生施主站增减、回传链路拥塞或质量恶化等事件时，自适应组网技术可以触发拓扑重配置过程，通过信息收集和拓扑选择，重新建立回传链路，保证网络的可靠性和性能。
这种极简的应急通信基站将有助于拓展网络覆盖范围、提高网络容量，并降低网络部署成本，为用户提供更稳定、高速的无线通信服务。
实施例2：以900MHz基站为例说明本发明应急通信基站系统工作原理和主要组成部分
本发明应急通信基站由一个室外CPE与900MHz基站一起组成中继节点，满足普通终端NR接入需求。CPE传输900MHz基站和900MHz宏站间的数据，从宏站看来CPE是一个普通的终端UE。CPE接收宏网的信号，并将接收到的信号转换为数据。然后，CPE通过拟态网口将数据传输给基站基带单元，基带单元接收并处理这些数据，实现上层协议栈和无线资源管理等功能。
同时，本发明应急通信基站与核心网之间通过RELAY网关汇聚和转发。即应急通信基站接入5G宏站后，在5G宏站与5G核心网之间设置有RELAY网关。从核心网的视角看，RELAY网关与应急通信基站、5G宏站构成一个基站；从应急通信基站的视角看，RELAY网关是进入核心网的门户。由于RELAY网关的存在，确保了数据传输的安全性和可靠性。该RELAY网关还减轻了应急通信基站直接与核心网通信的复杂性，使得应急通信基站需进行复杂的核心网配置，因此极大地简化了与核心网直接通信所需的复杂配置和管理。这一设计使得应急通信基站可以在数据传输的过程中，保持与核心网的有效交互，同时保证了数据传输的安全性和可靠性。
本发明应急通信基站具备自适应的拓扑网络结构。对于每个站点，只有一个父节点，可以是另一个施主站或中继站。在DAG中，一个施主站是多连接的，即它有到多个父节点的连接，可以通过多个父节点分别到达中继站。这种多连接或多路由可以用于1：N主备，提高可靠性，以实现网络的负荷平衡和网络安全性的要求。当发生增减施主站、回传链路拥塞和回传链路质量明显恶化等事件时，应急通信基站拓扑自适应过程就会被触发，整个回传链路恢复过程主要包括信息收集、拓扑选择和拓扑重配置。
5G核心网的主要网元包括AMF（Access and Mobility management Function 接入和移动性管理功能）、SMF（Session Management Function 会话管理功能）和UPF （UserPlane Function 用户面功能）。其中UPF负责处理来自900MHz基站的所有数据，这些数据在UPF的GTP隧道中被当作CPE无线回传单元的承载数据。UPF将这些数据传输给核心网，完成900MHz基站的接入过程。UPF的功能可以通过配置UPF来实现。
整个系统的工作过程是，应急通信基站的CPE无线回传单元接收宏网的信号，并将接收到的信号转化为数据。然后，CPE无线回传单元通过拟态网口将数据传输给900MHz基站的基带单元，基带单元接收并处理这些数据，实现上层协议栈和无线资源管理等功能。同时，UPF (Relay) 负责处理来自900MHz基站的所有数据，并将这些数据传输给核心网，完成900MHz基站的接入过程。在这个过程中，RELAY网关系统保障了数据传输的安全性和可靠性。另外，应急通信基站的自适应拓扑网络结构，可以确保网络在不同环境下的稳定运行和优化性能。

Claims (7)

1.一种应急通信基站系统，其特征在于，采用CPE无线回传单元与5G宏站建立传输链路，并通过RELAY网关接入核心网，实现终端与核心网的通信；使用自适应拓扑网络结构与所述5G 宏站和所述应急通信基站组网。
2.根据权利要求1所述的一种应急通信基站系统，其特征在于：所述应急通信基站包括透镜天线、机柜、移动平台和升降杆；所述机柜内设置散热单元、空气开关、基带单元、交流直流转换器、电池和路由器，所述CPE无线回传单元与透镜天线相连。
3.根据权利要求1所述的一种应急通信基站系统，其特征在于：所述RELAY网关设置在5G宏站与核心网之间。
4.根据权利要求1所述的一种应急通信基站系统，其特征在于：所述应急通信基站采用抱杆或挂墙安装于室外。
5.根据权利要求1所述的一种应急通信基站系统，其特征在于：所述应急通信基站与终端共享核心网带宽资源；应急通信基站带宽资源优先级高于终端。
6.根据权利要求1所述的一种应急通信基站系统，其特征在于：所述应急通信基站采用终端IP地址，利用所述CPE无线回传单元经所述5G 宏站、第二所述RELAY网关链路接入核心网并环回，实现应急通信基站和终端注册到核心网。
7.根据权利要求1所述的一种应急通信基站系统，其特征在于：所述应急通信基站将终端数据经所述CPE无线回传单元、5G 宏站、所述RELAY网关链路接入核心网，并从核心网接入数据网络。
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