一种基于C‑RAN的资源调度与控制方法及装置与流程

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种基于模拟光载射频C-RAN的MAC层资源调度与控制方法及装置。

背景技术：

随着下一代无线网络的发展，5G向着更大容量更高速率以及超密集部署的方向转变，而且5G作为融合网络需要提供对2G/3G/LTE和WIFI的支持以提供一个无缝覆盖的异构。密集的网络部署对成本及能耗问题和网络的灵活管控提出了极大挑战，对此，C-RAN是一种有效的解决方案(参考中国移动白皮书)。C-RAN是基于集中化处理(Centralized Processing)、协作式无线电(Collaborative Radio)和实时云计算构架(Real-time Cloud Infrastructure)的无线接入网方案。在BBU POOL(基带池，BBU，Base Band Unit，基带单元)与RRU(Remote Radio Unit，远端射频单元)之间采用WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)承载的方式进行信号传输。

图1为C-RAN的网络结构示意图，参看图1，相比于传统的移动网络架构，在C-RAN中，BBU集中放置并上移至城域边缘节点形成BBU池，下面连接远端射频单元(RRU)，BBU池作为一个Super BBU以及云化中心控制器，融合传统移动网络中的BBU的功能以及传统PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)的OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)的相关功能，能够实现无线基带信号处理以及光信号处理，资源管控和调度功能。

图2为BBU池以及RRU的功能示意图，参看图2，其传输方式采用模拟光载射频，为降低成本，将ADC/DAC功能也移到BBU池，意味着BBU池所连接的远端射频单元(RRU)只负责射频功能以及低速率的光基带信号处理，从而明显降低因网络密集部署带来的巨大成本和能耗，实现信号的低时延传输，考虑到当射频信号频率较高时，如5G Hz甚至60G Hz，由于其射频的衰减特性，该方案尤其适用于大容量短距离的密集覆盖场景。

集中化的基带池在部署云计算、多控制器协同调度方面以及SDN/NFV有着天然的优势，而模拟前传网的特性，使得信号在远端射频单元处实现透明传输，光和无线的基带处理和控制都在集中化的基带池完成。

在以上的网络架构下，BBU池内的中心控制器(Central Controller)负责对RRU进行波长分配以及对用户终端(UE)进行无线时频资源块的分配，资源调度工作由用户终端和中心控制器直接协商完成，而RRU不参与调度工作。为使各RRU能够调谐到分配的不同波长，每个RRU具有一个可调谐光收发器。中心控制器分配所有的上行和下行波长对，{λ₁,λ′₁},{λ₂,λ′₂}…{λn,λ′n}，用于用户终端UE与BBU pool之间的数据传输和控制信令传输。此外，对于RRU与BBU pool之间的信令传输(拓扑维护，RRU的时钟同步，波长调谐通知等)，则通过在一个低速率基带专用信道{λc,λ′c}传输短光基带脉冲序列完成。动态波长分配的实现则通过RRU的实时波长选择，图3为RRU的结构以及功能示意图，参看图3，不同的波长的数据都在一根主干光纤上传输，其经由光耦合器到达各RRU。RRU通过可调谐波长滤波器可以得到波长λc和λ′c。第一个可调谐波长滤波器需要滤出λc，以及其对应的控制信息，之后RRU通过光接收机PD，产生出下行信令信号控制信号。第二个可调谐波长滤波器只需要滤除上行的控制波长λ′c，用于调制上行信令信号控制信号。该波长调制上数据之后，会经过一个光隔离器，最后通过光耦合器进入主干光线，返回中心控制器。

波长λc上同时也会调制上一个低速的基带信号来用于控制波长的调谐，该信号通过一个微控电路解码，用于控制可调谐波长滤波器。在RRU被分配波长后，通过上述控制信号，RRU将调整可调谐滤波器到被分配的波长对λ_i,λ′_i，开始进行数据通信。

然而，目前此领域的大部分模拟前传方案集中在物理层，而对MAC(Media Access Control，媒体介入控制)层的研究相对较少。现有的MAC层存在着对BBU池资源的利用率不高，负载不均衡等问题。

因此，如何提出一种方法，可实现基于模拟光载射频C-RAN的MAC层的资源合理分配以及灵活调度，具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种基于C-RAN的资源调度与控制方法及装置。

一方面，本发明实施例提出一种基于C-RAN的MAC层资源调度与控制方法，所述方法包括：

基带单元BBU池通过周期性地在波长专用控制信道发送短脉冲序列，对远端射频单元RRU进行激活；

所述BBU池在激活所述RRU后，通过将同步信息以及系统信息广播至空口，以使用户终端获取所述同步信息以及系统信息，从而使所述用户终端与所述BBU池对应的小区实现下行同步；进而使所述用户终端在与所述小区实现下行同步后通过随机接入过程与所述小区建立连接并实现上行同步；

所述用户终端与所述小区实现下行同步以及上行同步后，在一个调度周期内，所述BBU池根据所述用户终端发送的缓冲状态报告BSR，为所述用户终端分配无线带宽资源；同时，所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，为所述RRU分配光波长带宽资源。

本发明提供的基于C-RAN的资源调度与控制方法，由于可根据用户终端的实际需求分配无线资源，且同时可根据用户终端的带宽请求大小对RRU进行光带宽资源的分配，大大减少信令交互流程，从而减少时延。因此，可实现基于模拟光载射频C-RAN的MAC层资源的合理分配以及灵活调度，从而解决潮汐效应，资源利用率低等问题。

另一方面，本发明实施例还提出一种基于C-RAN的资源调度与控制装置，所述装置包括：

RRU激活模块，用于使基带单元BBU池通过周期性地在波长专用控制信道发送短脉冲序列，对远端射频单元RRU进行激活；

同步模块，用于使所述BBU池在激活所述RRU后，通过将同步信息以及系统信息广播至空口，以使用户终端获取所述同步信息以及系统信息，从而使所述用户终端与所述BBU池对应的小区实现下行同步；进而使所述用户终端在与所述小区实现下行同步后通过随机接入过程与所述小区建立连接并实现上行同步

资源分配模块，用于使所述用户终端与所述小区实现下行同步以及上行同步后，在一个调度周期内，所述BBU池根据所述用户终端发送的缓冲状态报告BSR，为所述用户终端分配无线带宽资源；同时，所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，为所述RRU分配光波长带宽资源。。

本发明提供的基于C-RAN的资源调度与控制装置，由于可根据用户终端的实际需求分配无线资源，且同时可根据用户终端的带宽请求大小对RRU进行光带宽资源的分配，大大减少信令交互流程，从而减少时延。因此，可实现基于模拟光载射频C-RAN的MAC层资源的合理分配以及灵活调度，从而解决潮汐效应，资源利用率低等问题。

附图说明

图1为C-RAN的网络结构示意图；

图2为BBU池以及RRU的功能示意图；

图3为RRU的结构以及功能示意图；

图4为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例的流程示意图；

图5为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例中对RRU进行激活的流程示意图；

图6为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例中用户终端随机接入小区的流程示意图；

图7为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例中BBU池对RRU以及用户终端进行数据传输的流程示意图；

图8为本发明基于C-RAN的资源调度与控制装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

图4为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例的流程示意图，参看图4，本实施例公开一种基于C-RAN的资源调度与控制方法，包括：

S1、基带单元BBU池通过周期性地在波长专用控制信道发送短脉冲序列，对远端射频单元RRU进行激活；

S2、所述BBU池在激活所述RRU后，通过将同步信息以及系统信息广播至空口，以使用户终端获取所述同步信息以及系统信息，从而使所述用户终端与所述BBU池对应的小区实现下行同步；进而使所述用户终端在与所述小区实现下行同步后通过随机接入过程与所述小区建立连接并实现上行同步；

S3、所述用户终端与所述小区实现下行同步以及上行同步后，在一个调度周期内，所述BBU池根据所述用户终端发送的缓冲状态报告BSR，为所述用户终端分配无线带宽资源；同时，所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，为所述RRU分配光波长带宽资源。

本发明提供的基于C-RAN的资源调度与控制方法，由于可根据用户终端的实际需求分配无线资源，且同时可根据用户终端的带宽请求大小对RRU进行光带宽资源的分配，大大减少信令交互流程，从而减少时延。因此，可实现基于模拟光载射频C-RAN的MAC层资源的合理分配以及灵活调度，从而解决潮汐效应，资源利用率低等问题。

在上述实施例中，所述RRU通过OFDM共享一个波长，所述BBU池可根据所述用户终端的带宽请求或者不同RRU的用户数量动态的分配波长：分配给热点RRU更多的子载波，同时分配给用户终端较少或者带宽需求较低的RRU较少的子载波。从而实现波长资源的灵活调度，提高资源利用率。在步骤S1中，所述BBU池周期性地通过波长专用控制信道向所述RRU发送短脉冲序列；

所述RRU在接收到所述短脉冲序列后，通过上行控制信道向所述BBU池回复一个与所述短脉冲序列持续时间相同的脉冲；

所述BBU池接收到所述与所述短脉冲序列持续时间相同的脉冲后，以轮询方式向所述RRU分配初始数据波长对，从而激活所述RRU。

具体地，图5为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例中对RRU进行激活的流程示意图，参看图5，在步骤S1中，所述BBU池周期性地在波长专用控制信道λc上发送短脉冲序列，若所述RRU接收到所述短脉冲序列，则在上行控制信道λ′c上回复一个与所述短脉冲序列持续时间相同的脉冲，以使所述BBU池获知所述RRU的存在。紧接着，所述BBU池以轮询的方式为各所述RRU分配初始数据波长对，以完成对所述RRU的激活。

其中，所述初始数据波长对用于所述用户终端与所述BBU池之间的数据传输。

在步骤S2中，所述BBU池通过将同步信息以及系统信息广播至空口，以使用户终端获取所述同步信息以及系统信息，从而使所述用户终端与小区实现下行同步包括：

所述BBU池通过数据波长信道将同步信息和系统信息发送至所述RRU，并广播至空口以使与所述RRU对应的用户终端获取所述同步信息以及系统信息；

所述用户终端根据所述同步信息以及系统信息中的下行参考信号完成小区识别并检索系统信息，从而实现与小区的下行同步，以接入所述小区。

图6为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例中用户终端随机接入小区的流程示意图，参看图6，在步骤S2中，所述用户终端通过随机接入过程与所述小区建立连接的具体步骤为：

S21、所述用户终端在随机接入信道(PRACH)上发送随机接入前缀。随机接入过程初始化由PDCCH命令或MAC子层发起。首先是随机接入前导信号的发送。该步骤的主要目的为基站可以对终端的传输时延进行正确估计，并且解决多用户同时发起接入请求的冲突问题。

S22、基站在检测到随机接入序列之后，MAC层产生随机接入响应(RAR)，并通过下行共享信道(PDSCH)发送。所述消息至少包含所收到的前导码的编号、上行发送的时间调整量(TA)、上行PUSCH调度信息和分配的临时C-RNTI。

网络侧向终端发送的反馈信息中包括上行同步所需的传输时延，以及当前系统的接入过载状况(用于用户采用backoff机制进行冲突规避)。除此之外，网络侧还为接入用户分配的上行资源位置反馈给终端。

S23、所述用户终端根据随机接入响应中承载的调度信息和TA信息，进行上行数据(PUSCH)的发送；该消息包含了所述用户终端的唯一ID，即TMSI。所述用户终端的RRC层产生RRC Connection Request。

所述用户终端在指定的上行资源上发送本身的用户标识C-RNTI。

S24、基站接收到所述用户终端的上行消息，向接入成功的所述用户终端返回竞争解决消息；该消息中包含了接入成功的所述用户终端的唯一ID(C-RNTI)。RRC Contention Resolution由基站的RRC层产生。被寻址的所述用户终端检测Msg4中是否包含自己的用户终端ID。若有，则回复ACK并认为随机接入成功；若无，则认为竞争失败，等待下一次接入。

网络侧则将冲突解决信息反馈给所述用户终端。至此随机接入过程将完全解决多用户同时请求接入系统带来的冲突问题。

图7为本发明基于C-RAN的资源调度与控制方法实施例中BBU池对RRU以及用户终端进行数据传输的流程示意图，参看图7，在步骤S3中，需要说明的是，所述调度周期可预先设置，例如1ms或2ms，也可根据业务需求进行自适应调整，例如，在业务量相对较小时，可将调度周期调整为2ms，而在业务量相对较多时，可将调度周期调整为1ms。

具体地，所述BBU池根据所述用户终端发送的缓冲状态报告BSR，为所述用户终端分配无线资源包括：

所述BBU池检测到所述用户终端发送的上行调度请求SR(Scheduling Request)后，为所述用户终端分配上行资源，以使所述用户终端发送缓冲状态报告BSR(Buffer Staus Report)；

所述BBU池根据所述用户终端发送的所述缓冲状态报告BSR，为所述用户终端进行无线资源分配；

其中，所述BBU池可根据QoS策略、SINR、攻略分配策略、缓存大小等信息为所述用户终端进行无线资源的调度和分配。

所述BBU池将所述无线资源分配信息发送至与所述用户终端对应的RRU，所述与所述用户终端对应的RRU将所述无线带宽资源分配信息广播至空口，以使所述用户终端获取所述无线资源。

所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，为所述RRU分配光波长带宽资源包括：

所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，对所述RRU进行光波长带宽资源分配，并将所述光波长带宽资源分配信息通过波长专用控制信道λc传送至所述RRU；

所述RRU根据所述光波长带宽资源分配信息，调谐到相应波长。

具体地，所述RRU可通过低速基带控制信息处理模块解码相应的带宽分配信息，并调谐到相应波长，实现波长资源的灵活调度。

可选地，在上述实施例中，对于长时间没有用户终端接入RRU，可将其只接入到波长基带控制信道上，从而实现RRU的休眠，则所述波长基带控制信道用于承载信号信令控制通道的信令，而暂时收回数据波长信道，以减少资源消耗。

图8为本发明基于C-RAN的资源调度与控制装置实施例的结构示意图，参看图8，本发明还提出一种基于模拟光载射频C-RAN的MAC层资源调度与控制装置，包括：RRU激活模块1、同步模块2以及资源分配模块3；所述RRU激活模块1用于使基带单元BBU池通过周期性地在波长专用控制信道发送短脉冲序列，对远端射频单元RRU进行激活；所述同步模块2用于使所述BBU池在激活所述RRU后，通过将同步信息以及系统信息广播至空口，以使用户终端获取所述同步信息以及系统信息，从而使所述用户终端与所述BBU池对应的小区实现下行同步；进而使所述用户终端在与所述小区实现下行同步后通过随机接入过程与所述小区建立连接并实现上行同步；所述资源分配模块3用于使所述用户终端与所述小区实现下行同步以及上行同步后，在一个调度周期内，所述BBU池根据所述用户终端发送的缓冲状态报告BSR，为所述用户终端分配无线带宽资源；同时，所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，为所述RRU分配光波长带宽资源。

本发明提供的基于C-RAN的资源调度与控制装置，由于可根据用户终端的实际需求分配无线资源，且同时可根据用户终端的带宽请求大小对RRU进行光带宽资源的分配，大大减少信令交互流程，从而减少时延。因此，可实现基于模拟光载射频C-RAN的MAC层资源的合理分配以及灵活调度，从而解决潮汐效应，资源利用率低等问题。

具体地，所述RRU激活模块1具体用于：

使所述BBU池周期性地通过波长专用控制信道向所述RRU发送短脉冲序列；

使所述RRU在接收到所述短脉冲序列后，通过上行控制信道向所述BBU池回复一个与所述短脉冲序列持续时间相同的脉冲；

使所述BBU池接收到所述与所述短脉冲序列持续时间相同的脉冲后，以轮询方式向所述RRU分配初始数据波长对，从而激活所述RRU。

其中，所述初始数据波长对用于所述用户终端与所述BBU池之间的数据传输。

所述同步模块2具体用于：

使所述BBU池通过数据波长信道将同步信息和系统信息发送至所述RRU，并广播至空口以使与所述RRU对应的用户终端获取所述同步信息以及系统信息；

使所述用户终端根据所述同步信息以及系统信息中的下行参考信号完成小区识别并检索系统信息，从而实现与小区的下行同步，以接入所述小区。

所述资源分配模块3具体用于：

使所述BBU池检测到所述用户终端发送的上行调度请求SR后，为所述用户终端分配上行资源，以使所述用户终端发送缓冲状态报告BSR；

使所述BBU池根据所述用户终端发送的所述缓冲状态报告BSR，为所述用户终端进行无线带宽资源分配；

使所述BBU池将所述无线带宽资源分配信息发送至与所述用户终端对应的RRU，所述与所述用户终端对应的RRU将所述无线带宽资源分配信息广播至空口，以使所述用户终端获取所述无线资源。

其中，所述资源分配模块3可使所述BBU池可根据QoS策略、SINR、攻略分配策略、缓存大小等信息为所述用户终端进行无线资源的调度和分配。

所述资源分配模块3还具体用于：

使所述BBU池根据所述RRU对应的所有所述用户终端的带宽请求大小之和，对所述RRU进行光波长带宽资源分配，并将所述光波长带宽资源分配信息通过波长专用控制信道传送至所述RRU；

使所述RRU根据所述光波长带宽资源分配信息，调谐到相应波长。

需要说明的是，所述调度周期可预先设置，例如1ms或2ms，也可根据业务需求进行自适应调整，例如，在业务量相对较小时，可将调度周期调整为2ms，而在业务量相对较多时，可将调度周期调整为1ms。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。