本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种接入网网络架构。
背景技术：
随着智能终端用户的不断增长，推动了移动数据的传输量的不断上升。因此，为了满足不断增长的用户需求，移动网络运营商不得不提高网络容量。而第四代移动通信长期演进(lte，longtermevolution)标准，其频谱效率已经接近香农极限，现有增加网络容量最突出的方法是通过添加更多的小区，创建一个复杂结构的异构和微小区网络(hetsnets)或通过实现技术，如多用户多输入多输出(mimo，multiple-inputmultiple-out-put)，以及大规模的mimo，在多个天线上/在同一时间频率资源/同时服务来增加用户的数量。然而，这导致了小区间干扰的水平和高成本的增加。
无线接入网被认为是整个无线网络最重要的组成部分，因此，无线标准的差异主要涉及无线接入网络，无线接入网络中的基站利用专有的硬件设计，并支持专用的标准。当无线网络升级时，几乎所有的网络设备都必须更换。此外，在过渡期间，为了满足新通信标准的共存(如3g的宽带码分多址wcdma，widebandcodedivisionmultipleaccess)和旧的通信标准(如2g的全球移动通信系统gsm，globalsystemformobilecommunication)，移动运营商必须保留旧的网络，并为新通信标准创建另一个网络。因此，无线网络升级需要大量的金融投资，并且限制了新兴的无线技术的应用。
可以看出，如何建立一个互操作性及灵活性强的移动网络是现有技术存在的技术问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种接入网网络架构，用于解决现有技术当需要对无线网络进行升级时，由于当前的移动网络互操作性及灵活性较低，需要更换所有的网络设备才能实现升级，进而导致升级成本高的技术问题。
本发明提供一种接入网网络架构，所述网络架构包括：无线电频谱传感器前端(rfe，rffrontend)及虚拟频谱池，所述rfe通过频谱协议接口(sp，spectrumprotocol)与所述虚拟频谱池进行通信；其中，
所述虚拟频谱池：用于基于各无线通信标准，利用云计算动态生成相应的频谱信息实体文件及各同相正交基带波形数据(iq，in-phase，quadrature)，并将各所述频谱信息实体文件及各所述iq基带波形数据通过所述sp接口发送至所述rfe中；
所述rfe：用于根据接收到的各频谱信息实体文件将自身的工作参数调整至所需状态；并根据调整后的工作参数对接收到的各所述iq基带波形数据进行频谱环境参数的配置；所述频谱环境参数包括：所述iq基带波形的带宽、数据传输率、射频的频点、功率幅度、采样率、相位、位置信息、定时时间信息及数据帧结构。
上述方案中，所述无线电频谱传感器前端rfe包括：天线及无线电设备；其中，
所述无线电设备中集成有：第一频谱产生或解析器、pnt定时同步时钟模块、现场可编程门阵列(fpga，field－programmablegatearray)、模拟数字转换器(adc，analogtodigitalconverter)、数字模拟转换器(dac，digitaltoanalogconverter)、低噪声放大器(lna，lownoiseamplifier)、功率放大器(poweramplifier)和接收滤波器filter；
所述(pnt，positionnavigationtime)定时同步时钟模块，用于生成所述rfe的定时信息、位置信息和信号采样时钟；
当所述rfe接收终端发送的频谱信息时，所述接收滤波器filter用于：滤除所述频谱信息中的无用信号；
所述lna，用于对所述频谱信息进行低噪声放大；
所述adc，用于将低噪声放大后的所述频谱信息的模拟信号转换为数字信号；
所述fpga，用于对所述频谱信息的数字信号进行频谱下搬移；
所述第一频谱产生或解析器，用于对频谱搬移后的信号进行处理，产生频谱信号，经所述sp接口发送至数据中心；
当所述rfe向所述终端发送频谱信号时，所述第一频谱产生或解析器，还用于通过所述sp接口接收数据中心发送的频谱信号；
所述fpga还用于，对所述频谱信号的数字信号进行频谱上搬移；
所述dac，用于将所述频谱信号转换为模拟信号；
所述pa，用于将所述模拟信号进行功率放大后发射到所述终端中。
上述方案中，所述虚拟频谱池包括：频谱信息环境层sie、iq基带波形数据池及主时钟服务器；其中，
所述频谱信息环境层sie包括：虚拟频谱传感器环境状态描述发生器及第二频谱产生或解析器；所述虚拟频谱传感器环境状态描述发生器用于生成各所述频谱信息实体文件；
所述第二频谱产生或解析器用于根据所述频谱信息实体文件生成频谱信息；
所述iq基带波形数据池，用于生成各所述iq基带波形数据；
所述主时钟服务器，用于为所述虚拟频谱池提供精确的定时信号。
上述方案中，所述频谱信息实体文件包括：波形信息、频率信息、时间信息、位置信息、能量信息及多维分量信息。
上述方案中，所述sp接口支持的通信传输协议包括：sp频谱协议，所述sp频谱协议加载至光纤或网线链路上的tcp/ip协议或usb3.0协议等，以传输所述频谱信息实体文件。
上述方案中，所述sp频谱协议携带有iq基带波形报文数据包和频谱信息context传输包；所述波形报文数据包用于提供数据格式，所述context传输包用于传送所述工作参数。
上述方案中，所述波形数据报文包的数据格式包括：消息头、扩展消息头、后缀选项bits位、滚动计数器
所述消息头，包括包类型；
所述扩展消息头，包括：流标识符、类标识符、整数时间戳和64位小数-秒时间戳。
上述方案中，所述工作参数包括：功率幅度、带宽、数据传输率、采样率、频点、相位、位置信息、定时时间信息及数据帧结构。
上述方案中，所述虚拟频谱池设置在基站侧的数据中心，所述rfe设置在远程信号塔上。
本发明提供了一种接入网网络架构，所述网络架构包括：无线电频谱传感器前端rfe及虚拟频谱池，所述rfe通过sp接口与所述虚拟频谱池进行通信；其中，所述虚拟频谱池：用于基于各无线通信标准，利用云计算动态生成相应的频谱信息实体文件及各同相正交iq基带波形数据，并将各频谱信息及各所述iq基带波形数据通过所述sp接口发送至所述rfe中；所述rfe：用于根据接收到的各频段的频谱信息实体文件将自身的工作参数调整至所需状态；并根据调整后的工作参数对接收到的各所述iq基带波形数据进行频谱环境参数的配置；如此，虚拟频谱池相当于是一个资源池，可以对所有的频谱信息进行集中处理，rfe是一个通用平台，当需要使用某个通信标准对应的频谱时，频谱资源池就会基于这个通信标准生成一个频谱信息实体文件，在将频谱信息实体文件传输至rrs中，这样当需要对无线网络进行升级时，频谱资源池就会动态生成相应的频谱信息实体文件及iq基带波形数据，然后在rrs中进行软件更新这些数据即可，完全实现了与硬件设备无关，进而增强了移动网络的可操作性及灵活性，也降低了升级成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的接入网网络架构的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的频谱结构示意图；
图3为本发明实施例提供的频谱结构示意图频谱信息及iq基带波形数据传输流程示意图；
图4为本发明实施例提供的波形数据报文包及context信息传输包的数据格式示意图；
图5为本发明实施例提供的频谱报文及波形数据报文的传输流程示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术当需要对无线网络进行升级时，由于当前的移动网络互操作性及灵活性较低，需要更换所有的网络设备才能实现升级，进而导致升级成本高的技术问题，本发明提供了一种接入网网络架构，所述网络架构包括：无线电频谱传感器前端rfe及虚拟频谱池，所述rfe通过sp接口与所述虚拟频谱池进行通信；其中，所述虚拟频谱池：用于基于各无线通信标准，利用云计算动态生成相应的频谱信息实体文件及各频谱载波调制iq基带波形数据，并将各频谱信息及各频谱载波调制iq基带波形数据通过所述sp接口发送至所述rfe中；所述rfe：用于根据接收到的各频段的频谱信息实体文件将自身的工作参数调整至所需状态；并根据调整后的工作参数对接收到的各所述iq基带波形数据进行频谱环境参数的配置。
下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本实施例在介绍网络架构之前，先陈述一下本文的整体概念，以便更好地理解本文的技术方案：
本文实质上利用动态频谱网络云(dsnc，dynamicspectrumnetworkcloud)进行网络构建，无线电磁频谱就可以与远端射频端(rrh，remoteradiohead)进行解耦，在基站侧的基带处理单元(bbu，basebandunit)部分构建一个虚拟频谱池，通过控制和改变这个频谱信息环境描述层，就可以达到敏捷和弹性的构建新的波形传输，完全实现与无线电设备rrs(reconfigurableradiosystem)硬件无关。而基站侧是使用开放的信息技术(it，informationtechnology)架构，同时采用软件无线电(sdr，softwaredefinationradio)技术进行开发，这种方法允许基站设备位于网络的数据中心。sdr技术使用带有多核和多线程技术的通用处理器来实现基带部分的处理，这种方法解决了在相同的基站中支持多个标准波形的问题，将基站系统升级到不同的标准可以使用软件的方法完成，而不需要硬件升级。
无线电设备rrs允许远端射频单元和天线与基站的基带信号处理部分分开。这种灵活性使得rrs可以安装在分布式的远程塔上。所有基带单元可以作为一个集中位置的bbu池集群进行管理。
同时sdr技术可将涉及所有无线基带处理的部分由传统的专用硬件平台迁移到商用的it平台来进行实现。这样，在dsnc中，rrs技术中引入了iq基带波形数据、时间、位置和rrs状态信息的信息环境概念，提供了在数据中心(dc，digitalcenter)中描述射频传感器位置上无线信号频谱的可能性，将无线电磁频谱与rrs解耦。而sdr技术进一步允许在开放的it架构基础上进行所有频谱信号的集中处理，并利用云计算提供了虚拟化、资源配置和动态资源分配等功能。
基于此，本实施例提供一种接入网网络架构，如图1所示，所述网络架构包括：无线电频谱传感器前端rfe及虚拟频谱池1，所述rfe通过sp接口与所述虚拟频谱池进行通信；所述虚拟频谱池1设置在基站侧的数据中心dc，所述rfe设置在远程信号塔上，通常情况下，rfe需部署在移动覆盖环境中。
其中，所述虚拟频谱池1用于基于各无线通信标准，利用云计算动态生成相应的频谱信息实体文件及各iq基带波形数据，并将各频谱信息及各iq基带波形数据通过所述sp接口发送至所述rfe中；所述rfe：用于根据接收到的各频谱信息实体文件将自身的工作参数调整至所需状态；并根据调整后的工作参数对接收到的各所述iq基带波形数据进行频谱环境的配置，配置后，发射各所述iq基带波形数据至终端。其中，所述频谱信息实体文件包括：波形信息、频率信息f、时间信息t、位置信息l、能量信息及其他的多维分量信息；多维分量信息可以包括：天线辐射极性、极化方向图等信息。
具体地，继续参见图1，所述虚拟频谱池1是指包含数据中心所需的所有处理资源的资源池，它支持传统基站中媒体访问控制层(mac，mediaaccesscontrolmessage)层的整个数字信号处理，以及mac层中的包处理。虚拟频谱池1所属的硬件平台基于开放的it架构，虚拟频谱池与硬件平台之间的互联是广泛应用于it基础设施的标准化接口，例如千兆以太网gbe接口、千兆以太网10-gbe接口和外部设备互联总线pciexpress(pcie，peripheralcomponentinterconnectexpress)。不同的频谱由软件无线电技术支持，所有的功能将被呈现为一个软件包，它将被称为虚拟的频谱，所述频谱的结构示意图如图2所示。
这里，参见图1，虚拟频谱池1包括：虚拟物理层phy和虚拟媒体访问控制层mac、频谱信息环境层sie-layer、iq基带波形数据池11及主时钟服务器12。
所述频谱信息环境层sie包括：虚拟频谱传感器环境状态描述发生器13及第二频谱产生或解析器14；所述虚拟频谱传感器环境状态描述发生器13用于根据不同的无线通信标准的复杂性、用户的数量、吞吐量等，利用云计算可以动态地生成、分配虚拟频谱信息实体文件。
所述第二频谱产生或解析器14用于根据所述频谱信息实体文件生成频谱信息；这里，若rfe包括多个，那么第二频谱产生或解析器14也包括多个。
所述iq基带波形数据池11，用于生成各所述iq基带波形数据；所述主时钟服务器12，用于为所述虚拟频谱池提供精确的定时信号。
这里，在数字通信网络中，声音、视频和数据的可靠传输需要精确的同步和定时。具有分时双工(tdd，timedivisionduplexing)模式的无线系统更加需要全网络基站同步的要求，以确保发射机能够同步它们的上行链路和下行链路，避免干扰。在本实施例中，时间和同步系统包括两个部分，即主时钟服务器12提供精确的定时引用和定时网络，为虚拟的频谱池1和rfe提供精确的定时信号。
在实际应用中，参见图3，当需要使用某个通信标准对应的频谱时，频谱资源池1中的虚拟频谱传感器环境状态描述发生器13就会基于这个通信标准生成一个频谱信息实体文件，在将频谱信息实体文件以context传输包的形式传输至具有ip地址的rrs中，rrs根据所述频谱信息实体文件将自身收发机的工作参数调整至所需状态；这里，所述工作参数包括：功率幅度、频率、带宽、输出电平、工作模式、采样率、数据传输率、视频的频点、相位、位置信息、定时时间信息及数据帧结构等；以正交频分复用(ofdm，orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)为例来说，其需要20mhz的射频带宽及30.72msps的数据传输速率等，那么20mhz的射频带宽及30.72msps的数据传输速率就为所需状态。
随后在这个生成的环境中，第二频谱产生或解析器14自动接收iq基带波形数据池11发送的iq基带波形数据，并将iq基带波形数据与频谱信息实体文件进行组帧，组合为符合sp协议的数据格式包，将这个数据格式包通过sp接口发送给rrs，rrs解析数据后，对波形的频谱环境参数进行配置，比如iq基带波形的带宽、数据传输率、射频的频点、功率幅度、采样率、相位、位置信息、定时时间信息及数据帧结构等进行配置，并将配置后的iq基带波形发射至终端。这里，所述频谱环境参数与上文的工作参数是一致的。
当然，图3中在传统的无线通信标准中，iq基带波形数据池生成的iq基带波形数据也可以直接通过空中接口uu发送至终端ue中。
继续参见图1，所述无线电频谱传感器前端rfe包括：天线及无线电设备rrs；其中，所述天线为gps天线。
所述无线电设备中集成有：第一频谱产生或解析器21、pnt定时同步时钟模块22、fpga、模拟数字转换器adc、数字模拟转换器dac、功率放大器pa、低噪声放大器lna、接收滤波器filter；所述fpga包括：数字上变频器(duc，digitalupconverter)及数字下变频器(ddc，digitaldownconverter)。
为了在称网络、不对称网络获取时间时，需要进行时延的测量，来校准不同部件才能得到绝对时间。为降低网络获得时间的复杂性，本实施例将pnt定时同步时钟模块22引入到rrs侧，极大的简化了网络中时钟设计的复杂度和增加了网络的灵活性。所述pnt定时同步时钟模块22，用于生成所述rfe的高稳定度的同步定时时钟信息、位置信息信号采样时钟；
当rfe接收终端发送的频谱信息时，先通过接收滤波器对信号进行滤波，滤除所述频谱信息中的无用信号；再利用lna对频谱信息进行低噪声放大，所述adc，用于将低噪声放大后的频谱信息的模拟信号直接采样转换为数字信号；所述fpga，用于对所述频谱信息的数字信号进行频谱搬移，具体是利用ddc对信号进行频谱下搬移。所述第一频谱产生或解析器21，用于对频谱搬移后的信号进行处理，产生频谱信号，经sp接口发送至数据中心。
当所述rfe向所述终端发送频谱信号时，所述第一频谱产生或解析器21，还用于通过所述sp接口接收数据中心发送的频谱信号；
所述duc用于，对所述频谱信号的数字信号进行频谱上搬移；
所述dac，用于将所述频谱信号转换为模拟信号；
所述pa，用于将所述模拟信号进行功率放大后发射到所述终端中。
进一步地，所述sp接口支持的通信传输协议包括：sp频谱协议，所述sp频谱协议加载至光纤或网线链路上的tcp/ip协议或usb3.0协议等，以传输所述频谱信息实体文件。这种传输协议支持信号数据的采样点级时间精确对齐，或者当多个接收机在近距离集中放置，和在远端放置产生的不同情况离散事件时，均保证有效传输。
所述sp频谱协议携带有波形报文数据包和context信息传输包；所述波形报文数据包用于提供数据格式，所述context信息传输包用于传送的所述工作参数。例如频率、带宽、增益和延迟，同时也包含空间位置信息。这两个包类型均支持时间戳特性参数，因此来自多个接收机的信号数据可以进行时间对齐，以支持相关和同步的处理。有了这些特性参数，sp频谱协议使得可以将来自不同无线电提供商的网络信息相关联，以增强信号检测和地理定位能力。这样就消除了接收机和数字信号处理设备仅依赖单一网络来源信号的问题，可以为运营商带来更多的业务模式。
这里，波形报文数据包和context信息传输包的数据格式相同，以波形数据报文包为例进行说明，参见图4，所述波形数据报文包的数据格式包括：消息头、扩展消息头、后缀选项bits位、滚动计数器，这样的数据格式以确保所有数据包的正确接收，以及数据包大小。
所述消息头header，包括包类型；
所述扩展消息头，包括：流标识符streamidentifier、类标识符classidentifier、tod(time-of-day)整数时间(integer-seconds)戳和64位小数-秒(fractional-seconds)时间戳。
在波形报文包中，消息头和可选的扩展消息头后面跟着信号数据有效负载(datapayload)和一个32位的后缀字(trailer)。在上下文包中，时间戳字段位置后面是一个32位的上下文说明字段和可选的上下文字段。
这样的话，sp接口就可以以理解为，多层协议的嵌套，如图5所示，虚拟频谱池中的频谱报文(context报文)及波形数据报文可以通过tcp/ip协议或usb3.0协议在多个频谱信息环境中路由传递给rrs，虚拟频谱池完成远端频谱报文的共享。
本发明实施例提供的接入网网络架构能够带来的有益效果至少是：
本发明实施例提供的接入网网络架构，所述网络架构包括：无线电频谱传感器前端rfe及虚拟频谱池，所述rfe通过sp接口与所述虚拟频谱池进行通信；其中，所述虚拟频谱池：用于基于各无线通信标准，利用云计算动态生成相应的频谱信息实体文件及各iq基带波形数据，并将各频谱信息及各iq基带波形数据通过所述sp接口发送至所述rfe中；所述rfe：用于根据接收到的频谱信息实体文件将自身的工作参数调整至所需状态；并根据调整后的工作参数对接收到的各所述iq基带波形数据进行频谱环境参数的配置；如此，虚拟频谱池相当于是一个资源池，可以对所有的频谱信息进行集中处理，rfe是一个通用平台，当需要使用某个通信标准对应的频谱时，频谱资源池就会基于这个通信标准生成一个频谱信息实体文件，在将频谱信息实体文件传输至rrs中，这样当需要对无线网络进行升级时，频谱资源池就会动态生成相应的频谱信息实体文件及iq基带波形数据，然后在rrs中进行软件更新这些数据即可，完全实现了与硬件设备无关，进而增强了移动网络的可操作性及灵活性，也降低了升级成本；并且频谱信息实体文件充分考虑到了波形信息、频率信息、时间信息、位置信息和能量信息，提高了频谱的利用率，进而提高了数据在无线接入网中的传输能力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。