TWI810811B - 用於無線接取網路之上行鏈路的方法、無線接取網路及無線接取網路系統 - Google Patents

用於無線接取網路之上行鏈路的方法、無線接取網路及無線接取網路系統 Download PDF

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Abstract

一種無線接取網路，供複數個具有波束成型天線的使用者設備通訊連接，並包含複數個用於與該等使用者設備連線的無線電單元，及一與該等無線電單元通訊連接的主機單元。該主機單元透過各該無線電單元控制所連線的該使用者設備以一特定的相位延遲作為其波束成型天線之設定，藉此使該使用者設備與所連線的無線電單元形成一空間獨立的關係。其中，該特定的相位延遲是由該主機單元計算資料傳輸的最小錯誤率而決定。

Description

用於無線接取網路之上行鏈路的方法、無線接取網路及無線接取網路系統
本發明是有關於一種無線接取網路、系統及其相關方法。
智慧工廠(Intelligent manufacturing)一般是指在製造及/或測試等過程中擷取即時資訊並利用該即時資訊進行監控、分析、甚至應用人工智慧進行異常判斷、故障預測等等的製造工廠。
在上述一連串的處理過程中，其中即時資訊是透過多部攝影機、感測器等設備(通常稱使用者設備user equipment，以下簡稱UE)進行採集，並藉由無線接取網路(Radio Access Network，簡稱RAN)傳送到核心網路(core network，簡稱CN)。
參閱圖1，以開放式無線接取網路(Open RAN，簡稱 O-RAN)電信架構來說，5G基地台分為中央單元(central unit，簡稱CU)、分佈單元(distributed unit，簡稱DU)以及無線電單元(radio unit，簡稱RU)。其中RU包括低實體層(Low-PHY)以及射頻信號相關軟硬體，用來與UE透過無線電波連接。DU負責無線鏈路控制(Radio Link Control，簡稱RLC)、媒體存取控制(Medium Access Control,MAC)與高實體層(High-PHY)，與RU間透過乙太網的通用無線電介面(evolved Common Public Radio Interface，簡稱eCPRI)進行資料傳輸。CU則是負責封包資料彙聚協定(Packet Data Convergence Protocol，簡稱PDCP)以及無線資源控制(Radio Resource Control，簡稱RRC)，其透過例如5G毫微微應用平台介面(Femto Application Platform Interface，簡稱FAPI)管理及連接DU，並透過下代(Next Generation，簡稱NG)介面與CN進行資料傳輸。
現行UE與RU建立連線方式是UE開機時發射功率(TX power)預設最大，藉此確保能掃描到RU並連線。然而這種方式，UE會同時與最近的RU以及其他信號可及的RU發生通訊連接，因此從該最近的RU接收訊號時就會受到其他RU干擾，而UE發送的上行訊號也干擾了其他RU。以上行鏈路來說，在UE發送訊號受到干擾的情況下，不只影響頻段使用效率，UE訊號必須強 於干擾訊號才能順利發送，也造成發射功率損耗。
此外，以智慧工廠使用5G企業專網(local 5G network或private 5G network)來說，無論專頻專網或者使用共享頻譜，頻譜取得成本不貲，如何在訊號不干擾的前提下使頻譜使用率提升，為業界導入相關技術時的一大訴求。
因此，本發明的其中一目的，即在於提供一種能夠改善現有技術的用於無線接取網路之上行鏈路的方法。
本發明用於無線接取網路之上行鏈路的方法由一無線接取網路(Radio Access Network，簡稱RAN)執行，供複數個具有波束成型(beamforming)天線的使用者設備(user equipment，以下簡稱UE)通訊連接，該RAN包括複數個用於與該等UE資料傳輸的無線電單元(radio unit，簡稱RU)，及一與該等RU通訊連接的主機單元；該方法包含以下步驟：該等RU與該等UE進行連線。
該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行資料傳輸並計算其錯誤率。
該主機單元為各該UE找出具有最小錯誤率的相位延遲。
該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE以該具有 最小錯誤率的相位延遲作為該UE的波束成型天線之設定，藉此使相互連線的該UE與該RU形成一空間獨立的關係。
各該RU在該空間獨立的關係中，接收來自所連線的該UE的上行資料並傳送至該主機單元。
在本發明用於無線接取網路之上行鏈路的方法的一些實施態樣中，該等RU與該等UE進行連線的步驟包括：該主機單元接收該等RU傳送來自該等UE的隨機存取通道(random access channel，簡稱RACH)訊號；及該主機單元依據該等RACH訊號的強弱，決定各該UE應連線的RU。
在本發明用於無線接取網路之上行鏈路的方法的一些實施態樣中，該等RU與該等UE進行連線的步驟包括：每一RU先後以功率由低至高發射多個廣播訊號，以產生由小到大的射頻訊號覆蓋範圍，讓位於該小的射頻訊號覆蓋範圍內的UE優先搜尋到該RU並完成連線。
在本發明用於無線接取網路之上行鏈路的方法的一些實施態樣中，該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行資料傳輸並計算其錯誤率的步驟包括：該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行用戶資料包協定(user datagram protocol，簡稱UDP)傳輸；以及該主機單元對接收到的UDP封 包資料進行誤塊率(block error rate，簡稱BLER)計算。
在本發明用於無線接取網路之上行鏈路的方法的一些實施態樣中，該主機單元包括一配置有多個高實體層(High-PHY)以分別與該等RU連接的分佈單元(distributed unit，簡稱DU)，與一管理及連接該DU的中央單元(central unit，簡稱CU)；其中，該接收來自所連線的該UE的上行資料並傳送至該主機單元的步驟是包括：各該RU接收並傳送來自所連線的該UE的上行資料；該DU的其中一與該RU對應連接的High-PHY接收該上行資料並執行解碼；及該DU將該解碼後上行資料傳送至該CU。
本發明的另一目的，在於提供一種無線接取網路(RAN)，供複數個具有波束成型天線的UE通訊連接。
本發明RAN包含複數個用於與該等UE連線的RU；及一與該等RU通訊連接的主機單元。其中，該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE以一特定的相位延遲作為其波束成型天線之設定，藉此使該UE與所連線的RU形成一空間獨立的關係。其中，該特定的相位延遲是由該主機單元計算資料傳輸的最小錯誤率而決定。
在本發明RAN的一些實施態樣中，該主機單元接收該等RU傳送來自該等UE的RACH訊號並依據該等RACH訊號的強弱，決定各該UE應連線的RU。
在本發明RAN的一些實施態樣中，每一RU先後發射功率由低至高的多個廣播訊號，以產生由小到大的射頻訊號覆蓋範圍，讓位於該小的射頻訊號覆蓋範圍內的UE優先搜尋到該RU並完成連線。
在本發明RAN的一些實施態樣中，該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行UDP傳輸，並對接收到的UDP封包資料進行BLER計算，取具有最小BLER的相位延遲作為所連線的該UE的波束成型天線之設定。
在本發明RAN的一些實施態樣中，該主機單元包括：一配置有多個High-PHY以分別與該等RU連接的DU；及一用於管理及連接該DU的CU。其中，各該RU接收來自所連線的該UE的上行資料並傳送該上行資料至該DU的其中一對應連接的High-PHY，該High-PHY執行解碼後，該DU將該解碼後上行資料傳送至該CU。
本發明的另一目的，在於提供一種RAN系統，包含前述之RAN及複數個具有波束成型天線的UE。
本發明之功效在於：用數位的方式控制UE天線訊號發射方向而與RU形成空間獨立關係，使得同一頻寬內上行通量可達到最大化、提高頻譜使用率。
100:無線接取網路(RAN)
10:主機單元
1:中央單元(CU)
11:PDCP層
12:RRC層
2:分佈單元(DU)
21:RLC層
22:MAC層
23:高實體層(High-PHY)
3:無線電單元(RU)
31:低實體層(Low-PHY)
32:RF模組
33:天線
9:使用者設備(UE)
91:波束成型天線
200:核心網路(CN)
S31~S36:建立連線的步驟
S41~S49:形成空間獨立關係的步驟
S51~S55:傳輸上行資料的步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明一種現有的無線接取網路電信架構；圖2是一方塊圖，說明本發明無線接取網路系統的一實施例的架構；及圖3至5是流程圖，說明本發明用於無線接取網路之上行鏈路的方法的一實施例的執行步驟。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。本文所揭露的技術涉及無線網路的資料傳輸。所述無線網路例如根據第五代行動通訊(5th Generation Wireless System，簡稱5G)技術及/或標準，或是根據其修訂版、前代(包括3GPP、LTE、LTE-A、WiMAX-A、4G)、後代等不同版本的行動通訊技術及/或標準。
本實施例中，無線網路是以5G網路系統導入開放式無線接取網路(Open Radio Access Network，簡稱O-RAN)電信架構舉例說明，可應用於一智慧工廠。在一些實施例，該無線網路可額外或替代的使用其他網路系統或電信架構，本發明不限於此等範例。
參閱圖2，本發明無線接取網路(Radio Access Network，簡稱RAN)系統的一實施例包括一無線接取網路(下稱RAN)100及複數個具有波束成型(beamforming)天線91的使用者設備(user equipment，以下簡稱UE)9。該RAN 100包括一中央單元(central unit，簡稱CU)1、一分佈單元(distributed unit，簡稱DU)2，以及複數個無線電單元(radio unit，簡稱RU)3。
該CU 1與該DU 2在本實施例中係整合為一主機單元10，可設置於該智慧工廠的近端或遠端。其中，該CU 1包括一負責封包資料彙聚協定(Packet Data Convergence Protocol，簡稱PDCP)的PDCP層11，以及一負責無線資源控制(Radio Resource Control，簡稱RRC)的RRC層12。該CU 1透過例如5G毫微微應用平台介面(Femto Application Platform Interface，簡稱FAPI)管理及連接DU 2，並透過下代(Next Generation，簡稱NG)介面與核心網路(core network，簡稱CN)200進行資料傳輸。該DU 2包括一負責無線鏈路控制(Radio Link Control，簡稱RLC)的RLC層21、一負責媒體存取控制(Medium Access Control，簡稱MAC)的MAC層(以下稱MAC)22，以及複數個高實體層(High-PHY)23。該DU 2與RU 3間透過乙太網的通用無線電介面(evolved Common Public Radio Interface，簡稱eCPRI)進行資料傳輸。
該等RU 3彼此分隔地分佈於該智慧工廠，例如一室一RU 3，或是一層一RU 3，但不以此為限。在本實施例，每一RU 3包括一用於與DU 2的High-PHY 23連接的低實體層(Low-PHY)31、一射頻(RF)模組32、及一用於與UE 9透過無線電波連接的天線33。須注意的是，在一些實施例，該等RU 3的型態可不盡相同，且當中的Low-PHY 31、RF模組32或者天線33的配置數量不以特定者為限。
在本實施例，該等UE 9為設置於該智慧工廠的一或多個機台上或周遭的複數個具有感測功能的無線通訊設備，例如可以是智慧電話、平板電腦、筆記型電腦，或者是網路攝影機(WebCam)、監視攝影機、紅外線感測元件(IR sensor)、壓力感測器等。在本實施例，該等UE 9皆具有波束成型天線91而用於與該等RU 3通訊連接。
配合參閱圖3至圖5，本發明用於無線接取網路之上行鏈路(Up-Link，簡稱UL)的方法的實施例包括以下步驟。當該智慧工廠裡的該等UE 9開機後要與該等RU 3建立連線，啟動圖3所示之建立連線的步驟S31~S36；當各該UE 9與其中一RU 3建立了連線，接下來進行如圖4所示之形成空間獨立關係的步驟S41~S49；當各該UE 9與所連線的該RU 3形成空間獨立關係，則 可以進行如圖5所示之傳輸上行資料的步驟S51~S55。
在步驟S31中，該等RU 3例如透過主機單元10啟動，先以低的發射功率(Tx Power)發射廣播訊號，藉此產生小的射頻訊號覆蓋範圍。若該開機的UE 9位於該小的射頻訊號覆蓋範圍內，則這時候就可以搜尋到該RU 3並完成連線(步驟S32)。該等RU 3透過主機單元10啟動，後續還會以較高的發射功率發射廣播訊號以產生較大的射頻訊號覆蓋範圍，原先未能搜尋到任何RU 3的UE 9則有機會落在該較大射頻訊號覆蓋範圍，因此也與RU 3完成連線。藉此機制，UE 9優先與近距離的RU 3連線。
步驟S33中，當各該UE 9與RU 3連線，開始透過RU3發送隨機存取通道(random access channel，簡稱RACH)訊號以向RAN 100的主機單元10進行通道請求(channel request)。RU 3接收RACH訊號並將此RACH訊號傳送往該DU 2(步驟S34)。
在步驟S35，該DU 2接收來自四面八方該等UE 9透過所連線RU 3所傳送的RACH訊號，該DU 2的MAC 22依據該等RACH訊號的強弱，判斷各該UE 9應連線的RU 3，並對該RU 3與UE 9發出控制指令進行連線。該UE 9因此僅與RACH訊號最強的RU 3維持連線(步驟S36)。詳言之，經過前述步驟S31至S34，各該UE 9可能與一個RU 3建立了一個連線，但也可能還與其他 RU 3也建立了連線，經過步驟S35~S36則確認各該UE 9的唯一的連線關係。須說明的是，各該UE 9僅與一個RU 3連線，但就RU 3來說並不限制與幾個UE 9連線。
同時參閱圖2與圖4，在步驟S41中，主機單元10的DU 2的MAC 22發出控制訊號，透過該等RU 3傳遞給所連線的UE 9(步驟S42)，以觸發該UE 9的波束成型天線91在多種相位延遲(phase delay)分別進行UDP傳輸。在本實施例，各該UE 9收到控制訊號，以數位方式調整相位延遲並以串流方式傳送在各種相位延遲下的UDP封包資料(步驟S43)。
該等UDP封包資料透過該RU 3傳送至該DU 2(步驟S44)，供DU 2對接收到的UDP封包資料進行誤塊率(block error rate，簡稱BLER)計算(步驟S45)，也就是計算出錯的block(連續位元)在所有傳送的block中所佔的比例。詳細來說，UE 9在一個相位延遲下向DU 2傳送複數個block，且隨著各該block附上利用該block所計算出的循環冗餘校驗(Cyclic Redundancy Check，簡稱CRC)碼。DU 2接收到該block之後也計算出一個CRC碼並與收到的CRC碼比較，若兩者相等則代表傳送正確，若不相等則紀錄為錯誤。本步驟S45中，DU 2係就每一UE 9在每一種相位延遲下的多個block計算錯誤block的比例。
在步驟S46，該DU 2的MAC 22接著對於每一UE 9比 較其所有相位延遲下的BLER、找出具有最小BLER的相位延遲，並根據該具有最小BLER的相位延遲對UE 9發出控制訊號(步驟S47)。該控制訊號透過該RU 3令該UE 9以該具有最小BLER的相位延遲進行天線設定(步驟S48及S49)。藉此，各該UE 9的波束成型天線係以數位方式(調整相位延遲)而與連線的該RU 3之間形成一空間獨立(space isolation)的關係，讓無線電波朝特定方向發送。
參閱圖2及圖5，在步驟S51，各該UE 9與所連線的該RU 3在空間獨立關係中傳送上行資料。
在步驟S52，該RU 3在空間獨立關係中接收並傳送該上行資料。
在步驟S53，該DU 2的其中一與該RU 3對應連接的High-PHY 23自該RU 3接收該上行資料，並執行解碼。值得說明的是，本實施例的DU 2配置多個High-PHY 23來分別與該等RU 3連接，該等High-PHY 23可各自解碼上行資料，再傳送到同一個MAC 22、RLC 21，不需要多套主機單元10也可以達到高效率處理的功效。
在步驟S54，該DU 2將該解碼後上行資料傳送至該CU 1。
在步驟S55，該CU 1將解碼後的上行資料傳送到該 CN 200。
綜上所述，當各該UE 9與所連線的RU 3形成空間獨立的關係，可大幅減少與其他RU 3之間的訊號干擾現象，各該UE 9只會對於所連線的該RU 3發送上行資料而不會干擾到其他RU 3。在此情況下，不論RU 3數量多少，主機單元10的DU 2的MAC 22可控制讓每個RU 3同時接收來自其對應連線的UE 9的上行資料，不用擔心干擾問題，且上行通量可隨著RU 3數量等比例增加，藉此達到在同一頻寬內上行通量(throughputs)最佳化的目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100:無線接取網路(RAN)
10:主機單元
1:中央單元(CU)
11:PDCP層
12:RRC層
2:分佈單元(DU)
21:RLC層
22:MAC層
23:高實體層(High-PHY)
3:無線電單元(RU)
31:低實體層(Low-PHY)
32:RF模組
33:天線
9:使用者設備(UE)
91:波束成型天線
200:核心網路(CN)

Claims (9)

  1. 一種用於無線接取網路之上行鏈路的方法，由一無線接取網路(Radio Access Network，簡稱RAN)執行，供複數個具有波束成型(beamforming)天線的使用者設備(user equipment，以下簡稱UE)通訊連接，該RAN包括複數個用於與該等UE資料傳輸的無線電單元(radio unit，簡稱RU)，及一與該等RU通訊連接的主機單元，該主機單元包括一配置有多個高實體層(High-PHY)以分別與該等RU連接的分佈單元(distributed unit，簡稱DU)，與一管理及連接該DU的中央單元(central unit，簡稱CU)；該方法包含以下步驟：該等RU與該等UE進行連線；該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行資料傳輸並計算其錯誤率；該主機單元為各該UE找出具有最小錯誤率的相位延遲；該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE以該具有最小錯誤率的相位延遲作為該UE的波束成型天線之設定，藉此使相互連線的該UE與該RU形成一空間獨立的關係；及各該RU在該空間獨立的關係中，接收來自所連線的該UE的上行資料並傳送至該主機單元，包括各該RU接收並傳送來自所連線的該UE的上行資料，該DU的其中一與該RU對應連接的High-PHY接收該上行資料並執行解碼，及該DU將該解碼後上行資料傳送至該CU。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，該等RU與該等UE進行連線的步驟包括：該主機單元接收該等RU傳送來自該等UE的隨機存取通道(random access channel，簡稱RACH)訊號；及該主機單元依據該等RACH訊號的強弱，決定各該UE應連線的RU。
  3. 如請求項1所述的方法，其中，該等RU與該等UE進行連線的步驟包括：每一RU先後以功率由低至高發射多個廣播訊號，以產生由小到大的射頻訊號覆蓋範圍，讓位於該小的射頻訊號覆蓋範圍內的UE優先搜尋到該RU並完成連線。
  4. 如請求項1所述的方法，其中，該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行資料傳輸並計算其錯誤率的步驟包括：該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行用戶資料包協定(user datagram protocol，簡稱UDP)傳輸；以及該主機單元對接收到的UDP封包資料進行誤塊率(block error rate，簡稱BLER)計算。
  5. 一種RAN，供複數個具有波束成型天線的UE通訊連接，該RAN包含：複數個用於與該等UE連線的RU；及一與該等RU通訊連接的主機單元，該主機單元包括一配置有多個High-PHY以分別與該等RU連接的DU，及 一用於管理及連接該DU的CU；其中，該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE以一特定的相位延遲作為其波束成型天線之設定，藉此使該UE與所連線的RU形成一空間獨立的關係；其中，該特定的相位延遲是由該主機單元計算資料傳輸的最小錯誤率而決定；其中，各該RU接收來自所連線的該UE的上行資料並傳送該上行資料至該DU的其中一對應連接的High-PHY，該High-PHY執行解碼後，該DU將該解碼後上行資料傳送至該CU。
  6. 如請求項5所述的RAN，其中，該主機單元接收該等RU傳送來自該等UE的RACH訊號並依據該等RACH訊號的強弱，決定各該UE應連線的RU。
  7. 如請求項5所述的RAN，其中，每一RU先後發射功率由低至高的多個廣播訊號，以產生由小到大的射頻訊號覆蓋範圍，讓位於該小的射頻訊號覆蓋範圍內的UE優先搜尋到該RU並完成連線。
  8. 如請求項5所述的RAN，其中，該主機單元透過各該RU控制所連線的該UE的波束成型天線在多種相位延遲分別進行UDP傳輸，並對接收到的UDP封包資料進行BLER計算，取具有最小BLER的相位延遲作為所連線的該UE的波束成型天線之設定。
  9. 一種RAN系統，包含請求項5至8中任一項所述之RAN及複數個具有波束成型天線的UE。
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