TWI642323B - 無線存取網路的主機與基地台、存取無線網路的方法、以及非暫存電腦可讀的儲存媒介 - Google Patents

無線存取網路的主機與基地台、存取無線網路的方法、以及非暫存電腦可讀的儲存媒介 Download PDF

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Abstract

本揭露涉及無線存取網路的一主機與一基地台、一種存取無線網路的方法、以及一種非暫存電腦可讀的儲存媒介。根據一實施例，此方法包括下列步驟：對一或多個基地台執行起始設定；傳送控制功能的訊息給該主機；傳送控制參數設定的命令給該一或多個基地台；其中，該一或多個基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離。

Description

無線存取網路的主機與基地台、存取無線網路的方法、以及非暫存電腦可讀的儲存媒介
本揭露涉及無線存取網路的一主機與一基地台、一種存取無線網路的方法、以及一種非暫存電腦可讀的儲存媒介。
全世界正在著手進行下一世代5G行動網路或無線系統(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems，簡稱5G）的技術。面對行動網路資料數據量快速提升的挑戰，電信業者佈建大量的小型基地台以應付使用者的傳輸需求，形成超高密度網路(Ultra Dense Network，UDN)。小型基地台間之協調以進行干擾處理是此架構之最主要的問題；業者提出了集中式雲端(Cloud)無線存取網路(Radio Access Network，RAN)架構用來方便管理小型基地台之間的協調(可參考圖1之示意圖)，此架構下，前端只留下天線與遠端射頻收發裝置(Remote Radio Head，RRH)做簡單的類比與數位訊號的轉換，遠端射頻收發裝置連接至後端的基頻單元裝置(Base Band Unit，BBU)與5G核心網路，並且將所接收的訊號都傳送至該基頻單元裝置，集中處理使用者設備(例如：手機)於小型基地台之間的干擾問題，也可以有效地共用資源來節省成本。
由於遠端射頻收發裝置與具有基頻單元裝置的主機(BBU Server)之間的前端連結(Fronthaul)有類比與數位的轉換，整體傳輸速度的需求將比原本的資料傳輸率成長十幾倍。為了降低前端的連結需求，將部分的通訊協定層(Protocol Layer)的功能移到前端的遠端射頻收發裝置處理後再回傳到後端的具有基頻單元裝置的主機的想法陸續被提出來探討。例如，示於圖2中的小型基地台論壇(Small Cell Forum)所提的小型基地台功能性分離(small cell functional splits)，如果將越多的通訊協定層的功能放在遠端射頻收發裝置處理，則前端連結的資料傳回具有基頻單元裝置的主機的需求就越低，然而，鬆弛的協調程度將使多個遠端射頻收發裝置，卽天線/基地台，之間造成干擾，而降低系統效能。
在目前提出解決集中式雲端無線存取網路前端連結需求過高的方法中，都是考慮把通訊協定層分離，部分通訊協定層放在遠端射頻收發裝置、基地台或是小型基地台，部分通訊協定層放在具有基頻單元裝置的主機群中處理，但鬆弛的協調程度會影響天線與基地台之間的效能，因而無法兼顧與前端連結的需求。圖3舉例說明緊密協調程度(效能)與前端連結的取捨。
本揭露涉及無線存取網路的一主機與一基地台、一種存取無線網路的方法、以及一種非暫存電腦可讀的儲存媒介。
本發明提供無線存取網路的一主機，此主機包括控制功能決定模組以及控制訊息收集模組。該控制功能決定模組對一或多個基地台執行起始設定的動作；控制訊息收集模組收集由該一或多個基地台傳送的控制功能的相關訊息，再藉由該控制功能決定模組對該一或多個基地台下達控制參數設定的命令；其中，該一或多個基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離。
本發明提供無線存取網路的一基地台，該基地台包括控制訊息報告模組以及執行模組。該執行模組從一主機取得該基地台之起始設定的動作，該控制訊息報告模組傳送控制功能的相關訊息給該主機;然後，該執行模組取得該主機下達控制參數設定的命令；其中，該基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離。
本發明提供存取無線網路的方法，包括：對一或多個基地台執行起始設定；傳送控制功能的訊息給主機；傳送控制參數設定的命令給該一或多個基地台；其中，該一或多個基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離。
本發明提供一種非暫存電腦可讀的儲存媒介，使用於一電腦程式產品中，該電腦程式產品包括複數個指令，該複數個指令被配置使一計算設備執行上述方法。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下將配合圖式詳細說明例示性實施例，關連圖式中的相同元件或等同元件，則沿用相同的參考標號以及陳述。
本發明提出類似軟體定義網路(Software-Defined Networking)，在集中式雲端無線存取網路中將控制功能(Control Function)與資料功能(Data Function)分離。控制功能集中在基頻單元裝置中、無線存取網路、雲端無線存取網路或是超高密度網路中之主機或是具有基頻單元裝置的主機(BBU Server)，卽本發明所謂之主機；資料功能分散到基地台(Base station)、小型基地台(Small Cell)、微型基地台(Micro Cell)、微微型基地台(Pico Cell)、LTE基地台(Evolved NodeB, eNB) 或是遠端射頻收發裝置，卽本發明所謂之基地台，除了不需要前端連結來傳輸大量資料之外，並且依然可使用緊密協同 (Tight Coordination)技術，例如：網路多重輸入多重輸出(Network Multi-input Multi-output，Network MIMO) 來消除干擾，以增加系統效能。而基地台間可以互相交換資料訊息。
圖4-1是根據本發明一實施例，說明長期演進技術（Long Term Evolution，LTE）的通訊協堆疊的示意圖，通訊協定堆疊由五層通訊協定層所組成，由下至上分別為實體層(PHY)、媒體存取控制層(MAC)、無線鏈結控制層(RLC)、封包資料匯聚通訊協定層(PDCP) 以及無線資源控制層(RRC)。在各通訊協定層中，空白圓圈代表控制資訊，黑圓圈代表資料資訊。在本發明的較佳實施例中，控制功能與資料功能被分散在各通訊協定層中處理。在其他實施例中，控制功能與資料功能可能只由預設的一或多個通訊協定層處理。
以控制功能與資料功能的分離做為範例，在實體層中，控制資訊是通道預估(Channel Estimation)，資料資訊則是快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)以及渦輪碼(Turbo Code)。在媒體存取控制層中，控制資訊是排程控制(Scheduling)，資料資訊則是混合自動重傳機制(HARQ)以及排程器(Scheduler)。在無線鏈結控制層(RLC)中，控制資訊包括通透模式(Transparent Mode，TM)、非承認模式(Unacknowledged Mode，UM)以及承認模式(Acknowledged Mode)，資料資訊則是分段(Segmentation)以及重組(Reassembly)。在封包資料彙聚通信協定層(PDCP)中，控制資訊是標頭控制壓縮(Header Compression Control)，資料資訊則是健壯性表頭壓縮(Robust Header Compression，ROHC)以及加密(Ciphering)演算法。在無線資源控制層(RRC)中，控制資訊是換手管理(Handover Management)以及系統資訊方塊(System Information Block，SIB)，資料資訊則是抽象語法標記法(Abstract Syntax Notation One，ASN.1)。
本發明提出一通訊系統，該通訊系統包括基地台以及主機，其中主機執行控制功能，基地台執行資料功能。將控制功能與資料功能分離執行可以減低通訊系統在前端連結的資料流程量。在本發明的較佳實施例中，分離執行是由長期演進技術的通訊協定堆疊中所有的通訊協定層處理。在另一實施例中，分離執行是由長期演進技術的通訊協定堆疊中的一或多個通訊協定層處理。
圖4-2說明無線區域網路協定（WiFi）的通訊協定堆疊，以兩層為例，由下至上分別是實體層及資料鏈接層。在各通訊協定層中，空白圓圈代表控制資訊，黑圓圈代表資料資訊。在本發明的較佳實施例中，控制資訊與資料資訊分別由各個通訊協定層處理。在其他實施例中，控制資訊與資料資訊的分離可以由單一個或多個預設的通訊協定層處理。
以控制資訊與資料資訊的分離為例，在實體層中，控制資訊是供跳頻序列的虛擬隨機亂數(Pseudo-Random Number for Hopping Sequence)，資料資訊則是跳頻展頻技術(Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS)。在資料鏈接層中，控制資訊是網路配置向量(Network Allocation Vector，NAV)或是指數後退窗格大小(Exponential Backoff Window Size)，資料資訊則是避免碰撞之載波感測多重存取協定(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)。
在本發明的另一實施例中，控制與資料的分離是由無線區域網路協定堆疊執行。在本實施例中，控制與資料的分離執行是由無線區域網路協定的通信協定棧中的至少一個通信協議層處理，而在其他實施例中，分離執行是由無線區域網路協定的通信協定棧中所有的通信協議層處理。
本發明可任意組合所需的通訊協定層之控制功能與資料功能的分離，可以僅做實體層之分離，也可以是實體層與媒體存取控制層、或是所有的通訊協定層都做分離。於長期演進技術（Long Term Evolution，LTE）中，控制功能與資料功能的分離範例可參考圖5。其中，方塊500為基地台內部運作的方塊圖，圖5的右邊方塊代表控制功能510，控制功能510與主機溝通的介面為控制邏輯介面BC(圖5中未標示)，主機與控制功能510傳送控制訊息的邏輯介面為控制邏輯介面SC(圖5中未標示)。圖5的左邊方塊代表資料功能520，資料功能520與其他基地台傳送資料訊息的資料邏輯介面為資料邏輯介面BD(圖5中未標示)。控制功能510與資料功能520成功的分離。控制功能是由該主機處理，而分離資料功能與控制功能是由基地台處理。控制功能510與資料功能520都可以儲存於非暫存電腦可讀的儲存媒介中。
圖6係根據本發明一實施例，說明基地台與主機間運作之方塊圖。主機包含一控制功能決定模組(Control Function Determination)101與一控制訊息收集模組(Control Information Collector)102，主機處理與控制相關的功能。控制功能決定模組101與控制訊息收集模組102都可以儲存於非暫存電腦可讀的儲存媒介中。基地台包含一控制訊息報告模組(Control Information Report)103與一執行模組(Executor)104，基地台可以分離控制與資料相關功能。主機中的控制邏輯介面可與基地台中的控制邏輯介面傳送控制訊息。該基地台中的資料邏輯介面可與其他基地台中的資料邏輯介面傳送資料訊息。
本發明將複數個基地台的無線的某一層或數層通訊協定中的控制功能拉出，並且集中處理該些控制功能，形成一緊密結合的集中式雲端無線存取網路。例如：協調基地台之間的干擾(Inter-cell Interference Coordination)，或是兩個基地台同時服務一個手機(Network MIMO)，當然不以兩個基地台為限，也可以是三個或其他任意數目的基地台。
在圖6中，主機與基地台間的運作關係說明如下。在步驟201時，主機對一或多個基地台執行起始設定；在步驟202時，此一或多個基地台將控制功能的控制訊息傳回給主機；在步驟203時，主機對此一或多個基地台下達控制參數設定的命令。
主機的運作方式可參考圖7。主機開始運作後，會藉由控制功能決定模組101執行步驟201，對基地台執行起始設定；在步驟202時，主機控制訊息收集模組102收集基地台的控制訊息報告模組103中之控制功能的相關訊息；並於步驟203時，主機藉由控制功能決定模組101根據前述步驟202的訊息，再對基地台的執行模組104下達參數設定的命令。
在本發明之一範例中，主機根據複數個基地台間的相鄰關係，作一相關度運算並且將運算結果傳回基地台。所以，本發明之範例可以使用緊密協同技術，例如：Network MIMO消除干擾，而增加系統效能。此處的相關度運算可從基地台回傳的通道資訊(控制訊息)得知基地台間互相干擾/影響的情形，而相關度運算係主機根據複數個基地台間的相鄰關係而得知，並將運算結果傳回基地台。
基地台的運作方式可參考圖8。基地台開始運作後，執行模組104會經由步驟201，從主機取得基地台作起始設定的動作；在步驟202時，基地台之控制訊息報告模組103傳送控制功能的相關訊息給主機的訊息收集模組102；並於步驟203時，一或多個基地台之執行模組104取得主機下達控制參數設定的命令，並執行之。
在一些實施例中，主機可連結複數個具有與圖8之基地台相同結構的多個基地台。而非暫存電腦可讀的儲存媒介可儲存於儲存電腦程式產品中(例如：本發明中之主機或基地台)，此電腦程式產品可包括指令，這些指令被配置去使計算設備執行圖8的運作。
以長期演進（Long Term Evolution；LTE）技術作為通訊協定範例。本發明並不限定於長期演進技術，也可以是WiMAX，或是其它無線通訊協定。於圖9中，基地台的控制訊息報告模組103會將通訊協定層中，實體層、媒體存取控制層、無線鏈結控制層、封包資料匯聚通訊協定層或是無線資源控制層等的控制功能參數垂直地傳回主機，例如將通道預估、排程控制或通透模式、非承認模式(Unacknowledged)與承認模式的選擇傳回給主機。而在控制功能接受器(Control Function Receptor)301收到主機傳送之控制參數的指令後，會於控制功能接受器301中判斷屬於哪一通訊協定層之參數，再交由該通訊協定層負責處理。
主機的控制訊息收集模組102收集各個基地台之控制處理 功能的相關訊息，經整理後，交由控制功能決定模組101，評估效能表現以及決定準備下達給各個基地台的控制參數設定的命令。評估效能可以是想要達到使用者與主機和基地台間流量最大化，來決定下達給基地台的傳送控制訊息所需天線(MIMO)參數；或者是達到使用者與主機和基地台間能量消耗率小，來決定下達給基地台使用功率大小的參數設定等；此評估效能也可以是多種參數指標的加權。
在圖10中，主機的控制訊息收集模組102中有一控制功能處理器(Control Function Handler)302，此控制功能處理器302將收到的控制訊息處理後，根據使用者識別碼(User Identifier，UEid)與基地台識別碼(Base Station Identifier，BSid)，判斷將該控制訊號傳送至相關之使用者或基地台。
在一些實施例中，非暫存電腦可讀的儲存媒介可儲存於儲存電腦程式產品中，此電腦程式產品可包括多個指令，該些指令被配置去使計算設備執行圖7。
本發明之效能與現有技術之效能比較可參考圖11。由圖中數據可知，本發明可以大量減低前端連結的資料流量，而仍能執行緊密協同技術，例如：Network MIMO。詳細計算方式請參考圖12。
在本發明中，如「LTE」等關鍵字或短語僅用作根據本發明的概念的例示；然而，本發明中所提供的相同概念也可由所屬領域的一般技術人員應用于例如IEEE 802.11、IEEE 802.16、*WiMAX等任何其他系統。除非明確說明，否則在本發明的詳細說明中所使用的任何元件、動作或指令均不應被視為對於本發明而言至關重要或必不可少的。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
101‧‧‧控制功能決定模組
102‧‧‧控制訊息收集模組
103‧‧‧控制訊息報告模組
104‧‧‧執行模組
201‧‧‧起始設定
202‧‧‧傳回
203‧‧‧控制參數設定
301‧‧‧控制功能接收器
302‧‧‧控制功能處理器
500‧‧‧基地台內部運作方塊圖
510‧‧‧控制功能
520‧‧‧資料功能
圖1舉例說明無線存取網路架構的示例性網路。 圖2舉例說明提供小型基地台論壇所提之小型基地台功能分離。 圖3舉例說明緊密協同程度(效能)與前端連結的取捨。 圖4-1係根據本發明一實施例，說明長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)的通訊協定堆疊的示意圖。 圖4-2係根據本發明另一實施例，說明無線區域網路協定(WiFi)的通訊協定堆疊之示意圖。 圖5係根據本發明一實施例，說明控制功能與資料功能分離之示意圖。 圖6係根據本發明一實施例，說明基地台與主機間運作之示意圖。 圖7係根據本發明一實施例，說明主機運作之示意圖。 圖8係根據本發明一實施例，說明基地台運作之示意圖。 圖9係根據本發明一實施例，說明基地台細部運作之示意圖。 圖10係根據本發明一實施例，說明主機細部運作之示意圖。 圖11說明根據本發明之效能與現有技術效能比較。 圖12說明根據本發明之效能與現有技術效能比較之詳細計算方式。

Claims (28)

  1. 一種無線存取網路的主機，該主機包括：一控制功能決定模組，對一或多個基地台執行起始設定的動作；以及一控制訊息收集模組，收集由所述基地台傳送的控制功能的相關訊息，再藉由該控制功能決定模組對所述基地台下達控制參數設定的命令；其中，所述基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離，其中該主機具有一基頻單元裝置，該主機執行該控制功能且所述基地台執行該資料功能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的主機，其中該主機連結所述基地台。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的主機，其中該主機是無線存取網路、雲端無線存取網路或是超高密度網路中之主機或是具有該基頻單元裝置的主機。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的主機，其中該基地台是遠端射頻收發裝置、小型基地台、微型基地台、微微型基地台、或是eNB。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的主機，其中該主機根據多個基地台間的相鄰關係作一相關度運算，並將運算結果傳回該基地台。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的主機，其中該主機具有一控制邏輯介面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的主機，其中該主機之該控制邏輯介面與該基地台之一控制邏輯介面傳送控制訊息。
  8. 一種無線存取網路的基地台，該基地台包括：一執行模組，從一主機取得該基地台一起始設定的動作；以及一控制訊息報告模組，傳送控制功能的相關訊息給該主機；其中，該基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離，其中該主機具有一基頻單元裝置，該主機執行該控制功能且該基地台執行該資料功能。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的基地台，其中該執行模組包括一控制功能接收器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的基地台，其中該控制功能接收器接收該主機傳送的該控制參數設定的命令。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的基地台，其中該控制功能接收器判斷該控制參數設定的命令所屬的該通訊協定之一通訊協定層，並且傳送該控制參數設定的命令至該通訊協定層。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的基地台，其中該主機連結複數個具有與該基地台相同結構的基地台。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的基地台，其中該基地台具 有一控制邏輯介面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的基地台，其中該基地台之該控制邏輯介面與該主機之一控制邏輯介面傳送控制訊息。
  15. 如申請專利範圍第8項所述的基地台，其中該基地台具有一資料邏輯介面。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的基地台，其中該基地台之該資料邏輯介面與其他基地台之資料邏輯介面傳送資料訊息。
  17. 如申請專利範圍第8項所述的基地台，其中該通訊協定的多個通訊協定層將垂直地執行控制功能與數據功能分離，使得該些通訊協定層分別處理控制功能與數據功能，從而實現一垂直的傳輸通道。
  18. 如申請專利範圍第8項所述的基地台，其中該通訊協定的至少一通訊協定層將該控制功能與資料功能分離。
  19. 一種存取無線網路的方法，包括：對一或多個基地台執行起始設定；傳送一控制功能的訊息給一主機；以及傳送一控制參數設定的命令給所述基地台；其中，所述基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離，其中該主機具有一基頻單元裝置，該主機執行該控制功能且所述基地台執行該資料功能。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該主機連結複 數個該些基地台。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該主機根據複數個該些基地台間的相鄰關係作一相關度運算，並將運算結果傳回該基地台。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該基地台判斷該控制參數設定命令所屬的該通訊協定之一通訊協定層，並且傳送該控制參數設定命令至該通訊協定層。
  23. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該基地台具有一控制邏輯介面，並且與該主機之一控制邏輯介面傳送控制訊息。
  24. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該基地台具有一資料邏輯介面，並且與其他基地台之資料邏輯介面傳送資料訊息。
  25. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該通訊協定的多個通訊協定層將垂直地執行控制功能與數據功能分離，使得該些通訊協定層分別處理控制功能與數據功能，從而實現一垂直的傳輸通道。
  26. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該通訊協定的至少一通訊協定層將該控制功能與資料功能分離。
  27. 一種非暫存電腦可讀的儲存媒介，使用於一電腦程式產品中，該電腦程式產品包括複數個指令，該複數個指令被配置使一計算設備執行一方法，包含： 對一或多個基地台執行起始設定；傳送一控制功能的訊息給一主機；以及傳送一控制參數設定的命令給所述基地台；其中，所述基地台將用為通訊協定的該控制功能與資料功能分離，其中該主機具有一基頻單元裝置，該主機執行該控制功能且所述基地台執行該資料功能。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的儲存媒介，其中該基地台判斷該控制參數設定的命令所屬的該通訊協定之一通訊層，並且傳送該控制參數設定的命令至該通訊協定層。
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