CN1863344A - 一种无线接入网及无线接入系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种无线接入网及无线接入系统和方法。本发明的无线接入网包括：控制面信令服务器、用户面数传服务器、无线基站设备、射频连接控制器和射频设备。本发明的无线接入系统包括一个或多个所述无线接入网和一个或多个核心网。本发明提供的无线接入方法为：射频设备接收无线终端的接入请求信号，由射频连接控制器传送给无线基站设备；无线基站设备将信令面数据传递给控制面信令服务器，并将用户面数据传递给用户面数传服务器处理；处理后的信令面数据和用户面数据传送给核心网处理；核心网接收的信号通过上述相反过程发送给用户终端。本发明能使单点故障对网络性能影响小，网络规划灵活、建网成本低，且方便不同无线接入技术接入到核心网。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线接入网及无线接入系统和方法。
背景技术
现有UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)系统是采用WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址接入)空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络(Radio Access Network，RAN)和核心网络(Core Network，CN)。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域(Circuit Switched Domain，CS)和分组交换域(PacketSwitched Domain，PS)。UTRAN、CN与用户设备(User Equipment，UE)一起构成了整个UMTS系统。
UTRAN即陆地无线接入网，它包含一个或几个无线网络子系统(RadioNetwork Subsystem，RNS)。一个RNS由一个无线网络控制器(Radio NetworkController，RNC)和一个或多个基站(NodeB)组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，NodeB和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部，无线网络控制器之间通过Iur接口互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。RNC用来分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源。NodeB则完成Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。UTRAN的结构如图1所示。
RNC是无线网络控制器，用于控制UTRAN的无线资源，主要完成RRC(Radio Resource Control，无线资源控制)连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理等功能。
NodeB是WCDMA系统的基站(即无线收发信机)，包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。
以上的网络架构是基于3GPP Release 4/5/6协议的，其用户面和信令面在同一个物理实体中，可扩展性差；基站与射频不可分离，使得站址共享、射频共享难以实现；网络中节点故障会导致节点所控制的范围内所提供的服务中断；并且没有考虑不同无线技术如何接入3GPP核心网的情况。
随着3GPP网络向全IP网络演进，其原有的接入网无论在效率、功能和容错性方面都无法获得更进一步的提升，因此需要一种新的接入网来满足网络能力的提升，同时降低网络建设的成本，并且允许不同的接入技术能利用3GPP核心网丰富的资源和业务功能。
发明内容
本发明提供一种新的无线接入网，用以解决现有技术接入网络中的单点故障问题，基站的站址共享、基站天馈或射频部分的共享问题。
根据本发明的无线接入网，本发明另提供一种相应的无线接入系统和方法。
本发明的无线接入网，包括：控制面信令服务器、用户面数传服务器、无线基站设备、射频连接控制器和射频设备；
所述控制面信令服务器与所述用户面数传服务器和无线基站设备相连接；用于业务信令适配、控制所述用户面数传服务器和无线基站设备；
所述用户面数传服务器与所述控制面信令服务器和无线基站设备相连接；进行用户面数据帧处理及信令转发；
所述无线基站设备与所述射频连接控制器、控制面信令服务器及用户面数传服务器相连接，实现无线终端设备与网络空中接口的连接，接受控制面信令服务器的控制，向用户面数传服务器传送用户面数据；
所述射频连接控制器与无线基站设备和射频设备相连接，进行无线基站设备和射频设备之间的信号接续；
所述射频设备与所述射频连接控制器相连接，进行射频信号发射和接收。
所述控制面信令服务器为多个，所述无线基站为多个，所述控制面信令服务器与所述无线基站设备之间多对多连接。
所述控制面信令服务器相互连接和/或所述无线基站相互连接。
所述控制面信令服务器中一部分处于服务状态，另一部分处于备份状态，每一个无线基站设备和用户面数传服务器在一次服务过程中仅和一个处于服务状态的控制面信令服务器相连接。
所述用户面数传服务器为多个，分别与不同的无线基站设备相连接。
所述用户面数传服务器相互连接。
所述用户面数传服务器为一个独立的物理实体，或与所述无线基站设备为同一个物理实体，或与所述控制面信令服务器为同一个物理实体。
所述射频设备设置为多个，一个无线基站设备的信号通过配置由所述射频连接控制器接续到一个或多个射频设备上处理和发送。
所述多个无线基站设备和多个射频设备中一部分处于服务状态，另一部分处于备份状态，通过配置由所述射频连接控制器实现处于服务状态的射频设备与一个或多个处于服务状态的无线基站设备之间的信号接续。
本发明另提供一种无线接入系统，包括核心网，还包括一个或多个本发明的上述无线接入网，所述无线接入网中的控制面信令服务器和用户面数传服务器和所述核心网相连接。
所述核心网为多个相同或不同类型的核心网，与所述控制面信令服务器和用户面数传服务器的不同接口相连接。
所述多个无线接入网通过所述控制面信令服务器或用户面数传服务器相互连接。
本发明还提供一种无线接入方法，采用本发明的上述无线接入网，该方法包括下列步骤：
A、射频设备接收无线终端的接入请求信号，由射频连接控制器将该接入请求信号传送给无线基站设备；
B、无线基站设备将接入请求信号中的信令面数据传递给控制面信令服务器，并将用户面数据传递给用户面数传服务器；
C、控制面信令服务器和用户面数传服务器分别将处理后的信令面数据和用户面数据传送给核心网；
D、核心网将控制面信令和用户面数据分别下发给所述控制面信令服务器和用户面数传服务器，通过所述无线基站设备、射频连接控制器和射频设备发送给用户终端。
所述步骤A中，射频连接控制器将射频设备接收的接入请求信号根据配置传送给对应的无线基站设备。
所述步骤B中，无线基站设备根据获得的网络环境信息，选择一个处于服务状态并能提供最好业务质量(QOS)的控制面信令服务器和用户面数传服务器建立业务连接。
本发明有益效果如下：
(1)本发明采用节点备份、资源池和分布式的设计方式使接入网中每个节点的效率达到最大化，同时有利于不同节点间的负荷分担，在网络中节点出现单点故障时达到对网络可服务性影响最小。
(2)射频设备(RFE)和无线基站设备(BTS)的分离设计使得BTS的站址选择可以更加灵活，甚至可以使得BTS与控制面信令服务器(C-SERVER)、用户面数传服务器(U-SERVER)或者CN共站址，降低了成本，提高了稳定度；再加上射频连接控制器(BRC)的引入使得不同BTS和不同运营商间可以共享RFE设备，进一步降低了系统建设成本，提高了稳定度。
(3)C-SERVER和U-SERVER分别充当着信令网关和数据网关的作用，它们隔离了核心网的实现和不同的无线接入技术，使得不同的无线接入技术可以通过这两个网关共享核心网所提供的功能和服务。
附图说明
图1为现有技术的UTRAN网络结构图；
图2为本发明的接入网结构示意图；
图3为采用本发明网络结构的一个IP无线接入网连接示意图。
具体实施方式
如图2所示为本发明的无线接入网结构示意图，由五个功能实体组成，分别是：控制面信令服务器(C-SERVER)、用户面数传服务器(U-SERVER)、无线基站设备(BTS)、射频连接控制器(BRC)、射频设备(RFE)。
下面对各功能实体之间的连接关系及各功能实体所完成的相应功能进行详细描述。
C-SERVER：控制面信令服务器与U-SERVER之间存在物理或逻辑连接，它们之间是控制和被控制的关系，一个C-SERVER可以连接或控制一个或多个U-SERVER。C-SERVER与BTS之间存在物理或逻辑连接，一个C-SERVER可以连接多个BTS。C-SERVER与核心网(CN)间存在物理或逻辑连接，一个C-SERVER连接到一个或多个CN中，这些CN可以是同一种CN，也可以是不同类型的CN，如果是不同类型的CN，那么C-SERVER就要适配和不同CN的接口；这些CN可以是同一运营商的CN，也可以是不同运营商的CN，如果是不同运营商的CN，那么接入网就是在这些运营商间共享；如果是同一运营商的CN，这些CN间可以是功能划分或负荷分担等关系。C-SERVER与其他C-SERVER间存在物理或逻辑连接。C-SERVER的功能为实现对U-SERVER和BTS的控制，完成与所连接的各实体间的信令交互，对CN来说它相当于一个网关，把CN的信令翻译或适配为其他实体可以理解的协议消息，实现不同业务的信令传递和控制功能。在一个IP无线接入网(IP RAN)中，可以有多个C-SERVER，它们之间是负荷分担+备份的关系。
U-SERVER：用户面数传服务器在接入网中为可选的实体，如果它不单独存在，那么它可以存在于BTS中或与C-SERVER共存为一个物理实体，这样C-SERVER与U-SERVER的连接关系将转变为C-SERVER与BTS连接关系的部分功能或C-SERVER物理实体的内部关系。每个U-SERVER在一次服务过程中只与一个处于服务状态的C-SERVER有逻辑连接并接受其控制。一个U-SERVER可以与多个BTS连接，一个U-SERVER可以和一个或多个CN相连接。U-SERVER除了实现用户面数据帧/包处理、传输、汇聚、转发功能外，还可以路由转发BTS、CN与C-SERVER之间和C-SERVER相互之间的信令消息。一个IP RAN中有1到多个U-SERVER，若不同的U-SERVER分别连接不同的BTS，则U-SERVER之间为负荷分担的方式，进行负荷分担的控制由C-SERVER完成。
BTS：无线基站设备主要完成无线终端设备与网络间空中接口的连接功能，包括空口协议的处理、空口无线资源的管理。在用户接入时，BTS根据其所获得的网络环境信息，如其到不同C-SERVER/U-SERVER的业务流量、时延，不同C-SERVER/U-SERVER的负载和流量情况，选择一个能最好满足业务质量(QOS)的C-SERVER/U-SERVER建立业务连接。无线基站设备将接入请求信号中的信令面数据传递给选择出的C-SERVER，并告知C-SERVER本次业务选择的U-SERVER；C-SERVER然后控制该U-SERVER建立对用户的专用连接；连接建立后，BTS将用户面数据传递给该U-SERVER。BTS与C-SERVER之间可以多对多连接，即一个BTS可以和多个C-SERVER相连接，一个C-SERVER也可以和多个BTS相连接，但在一次服务过程中BTS只与一个处于服务状态的C-SERVER有逻辑连接，并接受其控制；BTS可以与一个或多个U-SERVER有连接关系。BTS可以通过预先配置的路由或网络自动生成的路由关系把信令面数据通过U-SERVER转发给C-SERVER，也可以不需要U-SERVER转发，直接发给C-SERVER。BTS之间存在连接关系，用于终端在不同BTS的服务区域间移动时BTS之间交互数据。
BRC：射频连接控制器主要完成BTS与RFE之间的连接接续功能，也就是把不同BTS或小区/扇区的信号连接到不同的RFE上去发送。BRC把哪个BTS/小区/扇区的信号连接到哪个RFE上是受配置控制的，这个配置的来源可以是操作维护系统，也可以是程序自动控制的配置。BRC可以把多个BTS/小区/扇区的信号连接到同一个RFE上，也可以把同一个BTS/小区/扇区的信号连接到多个FRE上去。同样，这个过程是对应可逆的，在配置BRC如何把小区信号连接到RFE上去发送时，同时也配置了如何把RFE上接收到的无线信号分配到不同的基站设备上。BRC不改变通过它传送的信号的信息内容，但它可以拥有功放、滤波等功能对信号进行处理。
RFE：射频设备为包括或不包括射频处理模块的收发信机设备，如果RFE包括射频处理模块，RFE与BTS之间传输的是中频或基带信号，如果RFE不包括射频处理模块，其为传统的天馈设备，RFE与BTS之间传输的就是射频信号。RFE的功能就是完成BTS传来的信号的射频处理(如果有这个功能的话)，并把射频信号通过天馈系统发射出去；或者接受外部的无线信号，经过射频处理(如果有这个功能的话)，把信号传给对应的BTS。
本发明的接入网可以是一种资源池的共享方式。首先在BTS和RFE引入节点备份，以一定范围或一定区域内的BTS/RFE为一个组，在这个组内放置一个或多个备份BTS/RFE，如果有某个处于服务状态的BTS/RFE发生了故障，那么处于备份状态的BTS/RFE就被激活并进入服务状态，以代替发生故障的BTS/RFE；其次在一个IP RAN中的C-SERVER可以是负荷分担+节点备份的方式，在某个服务C-SERVER出现故障时，与它有备份关系的C-SERVER被激活并取代故障C-SERVER为网络提供服务；再次U-SERVER在一个IP RAN中可以有多个，并且采用C-SERVER控制的负荷分担方式，在一个IP RAN中共享。这样在一个IP RAN接入网中，通过不同的配置和控制，节点之间是一种共享关系，比如在一定区域内C-SERVER共享所有的U-SERVER，当某一个U-SERVER故障时，C-SERVER可以利用其他的U-SERVER来完成业务，这种关系体现在任何两者之间；再次RFE提供了一种射频或天馈共享的方式，通过对BRC的接续控制，不同BTS甚至不同运营商之间可以共享同一个RFE设备。
根据上述结构描述可知，本发明为一种分布式网络结构，可以把一个或多个C-SERVER以及它们所控制下的U-SERVER、BTS、RFE、BRC作为一个接入子网。一个或多个这样的接入子网与核心网连接在一起，形成一个无线接入系统。在一个接入子网内，网元之间是按前面所述方式分布式互联的；而在接入子网之间，可以通过U-SERVER或C-SERVER的连接来交换信令或数据。
本发明的无线接入网，适用于不同的接入网技术，如UTRAN接入网、GERAN(GPRS Enhanced Radio Access Network，GPRS增强无线接入网络)接入网、WIMAX(Worldwide Interoperability Microwave Access，微波接入全球互通)接入网、WLAN(宽带局域网)接入网、CDMA接入网等，其通过C-SERVER的网关功能和U-SERVER的数据面处理功能与不同的核心网设备相连接，这些核心网可以是UMTS的核心网、CDMA的核心网等。
对应于本发明的上述无线接入系统，当用户终端接入网络时，包括下列步骤：
A、射频设备接收无线终端的接入请求信号，由射频连接控制器将该接入请求信号传送给无线基站设备；
B、无线基站设备将接入请求信号中的信令面数据传递给控制面信令服务器，并将用户面数据传递给用户面数传服务器；
C、控制面信令服务器和用户面数传服务器分别将处理后的信令面数据和用户面数据传送给核心网；
D、核心网将控制面信令和用户面数据分别下发给所述控制面信令服务器和用户面数传服务器，通过所述无线基站设备、射频连接控制器和射频设备发送给用户终端。
所述步骤A中，射频连接控制器将射频设备接收的接入请求信号根据配置传送给对应的无线基站设备。
所述步骤B中，无线基站设备根据获得的网络环境信息，选择一个处于服务状态并能提供最好业务质量(QOS)的控制面信令服务器和用户面数传服务器建立业务连接。
上述流程为用户的主叫流程，当用户被叫时，在流程上只是多了一个寻呼过程，即：核心网在收到外网的被叫请求后，首先根据其记录的被叫位置信息发寻呼消息给对应的C-SERVER，C-SERVER根据其配置的位置区信息，把消息发给所有配置了这个位置区的BTS，BTS在空口发起对被叫用户的寻呼；被叫用户在接收到寻呼消息后，发起接入网络的过程，这个过程就和用户的主叫流程一致了。
图3为采用本发明网络结构的一个IP无线接入网连接示意图，如图所示，3GPP核心网以下的接入网部分称为IP无线接入网(IP RAN)，是由用户面数传服务器(U-SERVER)、控制面信令服务器(C-SERVER)、IP基站(IP NOBEB)、射频连接控制器(BRC)和射频设备(RFE)五个功能节点组成，每个功能节点可以有一个或多个。核心网和IP RAN之间通过Iu接口连接，Iu接口中数据面的数据由U-SERVER处理，控制面的信令可以经U-SERVER转发到C-SERVER，由C-SERVER处理。U-SERVER和C-SERVER之间通过Icu接口连接，传输的是信令信息。不同的IP RAN之间通过U-SERVER间的Ian接口连接，完成数据和信令的交换，信令由U-SERVER转发给C-SERVER处理，主要是完成UE在不同的IP RAN之间移动时的信令和数据交互。U-SERVER和IP NODEB之间通过Iu’接口连接，Iu’接口中的数据面数据由U-SERVER处理，控制面信令经U-SERVER转发由C-SERVER处理。IP NODEB之间由简化的Iur接口即Iur’接口连接，完成信息交互。BRC并不对IP NODEB或RFE过来的信号改变其内容，它只是把一方发过来的数据转接到对应的另一方设备上去处理。
本发明相对于3GPP在以前版本(R6以前)定义的RNC和NODEB，在功能上，RAN的功能在不同节点间做了新的划分，空中接口协议栈的处理基本上下移到IP NODEB处理，C-SERVER完成超出IP NODEB范围的功能，如广播分发、寻呼控制、多小区资源管理等，其他的如单小区管理、专用信道处理、切换控制等都由IP NODEB完成。C-SERVER完成各地面接口的信令处理、连接控制、接入网管理，包括RANAP(RAN Application Protocol，RAN应用协议)的部分协议功能，如连接管理、迁移管理等；处理Icu接口消息，管理和控制U-SERVER。IP NODEB完成空中接口协议栈的处理；RANAP协议其余功能的处理。IP NODEB之间通过Iur’接口连接，主要完成UE在不同IP RAN间移动时的信令和数据交互。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1、一种无线接入网，其特征在于包括：控制面信令服务器、用户面数传服务器、无线基站设备、射频连接控制器和射频设备；
所述控制面信令服务器与所述用户面数传服务器和无线基站设备相连接；用于业务信令适配、控制所述用户面数传服务器和无线基站设备；
所述用户面数传服务器与所述控制面信令服务器和无线基站设备相连接；进行用户面数据帧处理及信令转发；
所述无线基站设备与所述射频连接控制器、控制面信令服务器及用户面数传服务器相连接，实现无线终端设备与网络空中接口的连接，接受控制面信令服务器的控制，向用户面数传服务器传送用户面数据；
所述射频连接控制器与无线基站设备和射频设备相连接，进行无线基站设备和射频设备之间的信号接续；
所述射频设备与所述射频连接控制器相连接，进行射频信号发射和接收。
2、如权利要求1所述的无线接入网，其特征在于，所述控制面信令服务器为多个，所述无线基站为多个，所述控制面信令服务器与所述无线基站设备之间多对多连接。
3、如权利要求2所述的无线接入网，其特征在于，所述控制面信令服务器相互连接和/或所述无线基站相互连接。
4、如权利要求2或3所述的无线接入网，其特征在于，所述控制面信令服务器中一部分处于服务状态，另一部分处于备份状态，每一个无线基站设备和用户面数传服务器在一次服务过程中仅和一个处于服务状态的控制面信令服务器相连接。
5、如权利要求4所述的无线接入网，其特征在于，所述用户面数传服务器为多个，分别与不同的无线基站设备相连接。
6、如权利要求5所述的无线接入网，其特征在于，所述用户面数传服务器相互连接。
7、如权利要求5或6所述的无线接入网，其特征在于，所述用户面数传服务器为一个独立的物理实体，或与所述无线基站设备为同一个物理实体，或与所述控制面信令服务器为同一个物理实体。
8、如权利要求2所述的无线接入网，其特征在于，所述射频设备设置为多个，一个无线基站设备的信号通过配置由所述射频连接控制器接续到一个或多个射频设备上处理和发送。
9、如权利要求8所述的无线接入网，其特征在于，所述多个无线基站设备和多个射频设备中一部分处于服务状态，另一部分处于备份状态，通过配置由所述射频连接控制器实现处于服务状态的射频设备与一个或多个处于服务状态的无线基站设备之间的信号接续。
10、一种无线接入系统，包括核心网，其特征在于还包括一个或多个如权利要求1所述的无线接入网，所述无线接入网中的控制面信令服务器和用户面数传服务器和所述核心网相连接。
11、如权利要求10所述的无线接入系统，其特征在于，所述核心网为多个相同或不同类型的核心网，与所述控制面信令服务器和用户面数传服务器的不同接口相连接。
12、如权利要求10或11所述的无线接入系统，其特征在于，所述多个无线接入网通过所述控制面信令服务器或用户面数传服务器相互连接。
13、一种无线接入方法，采用如权利要求1所述的无线接入网，其特征在于包括下列步骤：
A、射频设备接收无线终端的接入请求信号，由射频连接控制器将该接入请求信号传送给无线基站设备；
B、无线基站设备将接入请求信号中的信令面数据传递给控制面信令服务器，并将用户面数据传递给用户面数传服务器；
C、控制面信令服务器和用户面数传服务器分别将处理后的信令面数据和用户面数据传送给核心网；
D、核心网将控制面信令和用户面数据分别下发给所述控制面信令服务器和用户面数传服务器，通过所述无线基站设备、射频连接控制器和射频设备发送给用户终端。
14、如权利要求13所述的接入方法，其特征在于，所述步骤A中，射频连接控制器将射频设备接收的接入请求信号根据配置传送给对应的无线基站设备。
15、如权利要求13或14所述的接入方法，其特征在于，所述步骤B中，无线基站设备根据获得的网络环境信息，选择一个处于服务状态并能提供最好业务质量(QOS)的控制面信令服务器和用户面数传服务器建立业务连接。
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