基于多模块设备的LTE多频系统及实现系统频点切换的方法与流程

本发明涉及一种lte多频系统中实现系统频点切换的方法，属于无线网络通信
技术领域：
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背景技术：
：随着通信技术以及网络架构扁平化的发展以及多种高速宽带可移动无线接入技术的不断涌现，为了保证3gpp（3rdgenerationpartnershipproject，第三代移动通讯伙伴计划）的竞争力并考虑演进的无线通信系统能够以更低的成本和更短的传输延时，提供更高的传输速率，同时支持3gpp内部接入系统之间的移动性以及3gpp接入系统和非3gpp接入系统之间的移动性，提高3gpp系统能力和性能，降低成本。移动通信网络提出了lte/sae（longtermevolution，长期演进/systemarchitectureevolution，系统架构演进）的下一代通信技术和架构理念。sae作为gprs核心网络的演进，具有简化架构，全ip化网络的特点，对更高吞吐量和更低等待时间的3gppran（radioaccessnetwork，无线接入网络）和非3gpp系统接入提供支持。基于lte的无线宽带接入网络通常由终端、基站、核心网和业务网络四部分构成，其中终端包括直接为用户提供业务的终端和为用户提供接入服务的cpe（customerpremiseequipment，客户终端设备）。在实际部署过程中，终端通过无线空口接入lte基站设备，lte基站设备通过有线传输连接到核心网设备并最终接入业务网络。其中，终端与lte基站设备间采用的无线空口最容易受到其他同频系统的干扰，包括蜂窝同频组网时lte基站间的相互干扰，使用同样频段的其他通信设备对lte系统的干扰等。在标准lte技术中，通常采用的抗干扰技术包括干扰协调、干扰随机化、干扰消除等，其本身均是针对蜂窝同频组网时lte基站间的相互干扰而制定的抗干扰技术。但上述技术对于使用同样频率的其他通信设备对lte系统的干扰并不适用或者效果无法达到预期。尤其当存在涵盖lte系统所用通信频段的全频段干扰时，仅仅通过对lte系统本身在同样频段进行网络规划及优化处理或者对系统抗干扰算法进行优化是没有任何作用的。在对抗全频段干扰时，通常采用的方式是建立多频系统，即同一lte系统中同时支持多个频段，在其中一个或多个频段受到全频段干扰时，系统切换到未被干扰的频点并将该频点的频段作为工作频段，保证业务的正常通信。多频系统包括基于宽频设备的多频系统和基于多模块设备的多频系统。对于基于宽频设备的多频系统，构成系统的终端设备和基站设备均采用宽频方式，其宽频指标可以覆盖多个频段。对于基于多模块设备的多频系统，构成系统的终端设备是由多个单频点的终端模块组合而成，基站设备是由多个单频点的基站模块组合而成，相同频点的每组终端模块和基站模块均可以独立工作。基于多模块设备的多频系统如图1所示。基于宽频设备和基于多模块设备的多频系统进行频点切换的方式均是由多频基站作为主导进行的。首先基站对检测到的干扰情况进行分析和决策，确定多频基站当前频点被干扰无法正常工作而需要进行频点切换；其次基站释放所有宽频终端或者当前频点模块的无线连接，并选择合适的未被干扰频点进行频点切换；宽频终端或者新频点模块自主进行频点跟踪并在检测到基站切换频点后，切换到新的频点并重新接入基站。而对于存在终端用户和cpe模块的基于多模块设备的多频系统，源cpe模块需要关闭用户终端的以太网功能和dhcp（dynamichostconfigurationprotocol，动态主机配置协议）服务。新cpe模块成功接入核心网后需要开启用户终端的以太网功能和dhcp服务。对于基于宽频设备多频系统的频点切换，其特点是终端设备和基站设备需要同时支持涵盖多个频点的宽频频段，基站设备可以自主在多个频点中进行切换，同时终端设备具备在宽频频段进行频点跟踪的能力，以便配合基站设备进行频点切换。但是在实际使用中，基于宽频设备的多频系统存在以下问题：为了让设备能够支持宽频，需要根据所选择的多频点对设备进行定制化改造。包括采用宽频通信芯片、宽频滤波器、宽频功率放大器和宽频天线等。为了保证系统的整体性能，对上述定制化设备的信噪比，谐波失真率，线性放大率，阻抗匹配类型等指标均提出较高的要求，设备产业链不成熟，相应的通信芯片开发难度大、成本高。同时，由于软硬件的限制，系统中的宽频设备所支持的频点是固定的，所以系统无法平滑扩展新的频点。即，对于已经部署的系统，任何新增频点均需要对已部署设备的硬件和软件进行替换，系统灵活性差，升级造成资源浪费且成本高。对于基于多模块设备多频系统的频点切换，其特点是终端设备和基站设备是由多组独立的单频点终端模块和单频点基站模块组成的。当需要增加新的频点时可做到平滑升级，即只需要在已有设备上添加新频点的终端模块和基站模块。但是在实际使用中，由于每组终端模块和基站模块和其他组模块间相对独立，每次频点切换过程中存在以下问题。首先，新cpe模块需要自主检测新基站启动并接入新基站模块中，用户终端也需要自主检测cpe模块的更换，以便重新接入新cpe模块并恢复业务传输，两类检测和接入时间影响频点切换的整体时延；其次，由于cpe模块为用户终端提供dhcp服务，当使用新cpe模块时将重新为用户终端分配新的ip地址，ip地址的变化导致用户终端的业务必须重新初始化，以便新cpe模块正确路由数据包到对应的用户终端，这将导致用户业务的长时间中断，严重影响用户体验。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：鉴于上述多频系统中实现系统频点切换方法所存在的问题，本发明在基于多模块设备的lte多频系统中提出一种新的频点切换方法，能够用户终端无感知的情况下完成多频cpe和多频基站的频点切换。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于多模块设备的lte多频系统中实现系统频点切换的方法，包括以下步骤：（1）、核心网创建并维护cpe多频模块组表，所述cpe多频模块组表用来描述在多频系统中核心网与各频点cpe模块间的共享信息以及cpe模块独立信息；（2）、当多频cpe终端的各cpe模块首次接入核心网时，核心网结合cpe多频模块组表对不同的频点的cpe模块给出不同的附着响应消息；（3）、多频cpe终端的各cpe模块收到核心网附着响应消息，根据附着响应消息内容确定自身状态和功能；（4）、当多频基站检测到当前频点出现干扰并决策进行频点切换时，核心网接收基站通知并启动频点切换流程，在频点切换过程中释放全部当前频点cpe模块并激活全部新频点cpe模块；其中，对于进行频点切换的当前激活cpe模块需释放空口连接并更新状态，对于进行频点切换的新频点cpe模块需更新以太网信息，接入核心网并更新状态。对于本发明的方法进一步的优化方案，所述cpe多频模块组表包括模块组标识、组共享ip、cpe模块标识、频点和组内互通ip信息；其中：所述模块组标识用于cpe多频模块组表中唯一标识不同模块组，隶属于同一cpe多频模块组的各cpe模块的模块组标识应相同；所述组共享ip为组内所有cpe模块共同使用的连接业务系统的ip地址，该ip地址为预配置或者根据lte标准ip地址分配方式动态分配，隶属于同一cpe多频模块组的各cpe模块的组共享ip应相同；所述频点用于标识模块组中cpe模块支持的频点；所述cpe模块标识用于区分不同的cpe模块；所述组内互通ip用于组内cpe模块间通信，隶属于同一cpe多频模块组的各cpe模块的组内互通ip应隶属于同一子网。对于本发明的方法进一步的优化方案，步骤（2）具体包括：所述核心网通过解析cpe模块附着请求中的cpe模块标识并在cpe多频模块组表中查找对应的cpe模块信息，根据当前系统所用频点，生成对应的附着响应消息给cpe模块；所述附着响应消息应包括：组共享ip、同组cpe模块信息和激活指示；其中，所述同组cpe模块信息包括与该cpe模块同组的全部cpe模块的cpe模块标识和组内互通ip地址；所述激活指示用于指示cpe模块开启全部以太网和业务功能，当cpe模块频点与系统所用频点相同时指示开启，否则指示关闭；对于cpe模块频点与系统所用频点不同时，所述核心网采用s1释放流程释放cpe模块的空口连接，其中释放原因为频点关闭。对于本发明的方法进一步的优化方案，步骤（3）具体包括：所述cpe模块保存附着响应消息中同组cpe模块信息，并完成组共享ip和组内互通ip地址的配置；所述cpe模块根据激活指示开启或者关闭以太网和业务功能，包括开启dhcp服务、业务网关和业务传输功能；对于激活指示为关闭的cpe模块，其收到核心网及基站的s1释放流程并完成空口释放后不再尝试接入基站模块，仅等待核心网激活。对于本发明的方法进一步的优化方案，步骤（4）中，多频基站决策进行频点切换时，是通过标准lte的终端上下文释放请求并携带释放原因为“频点关闭”来通知核心网进行频点切换，所述核心网选择新频点并启动频点切换流程。对于本发明的方法进一步的优化方案，步骤（4）中，在频点切换过程中释放全部当前频点cpe模块并激活全部新频点cpe模块，具体包括：所述核心网通过cpe多频模块组表获得当前频点对应的全部当前激活cpe模块信息，以及与当前激活cpe模块同组的新频点cpe模块信息；对于全部当前激活cpe模块，所述核心网通过标准lte的s1释放流程释放cpe模块的空口连接，并通过扩展该消息内容将释放原因传递给当前激活cpe模块；对于全部新频点cpe模块，所述核心网通过标准lte寻呼流程激活新频点cpe模块，扩展信令携带当前激活频点cpe模块的cpe模块标识及原因值为频点启动。对于本发明的方法进一步的优化方案，步骤（4）中，对于进行频点切换的当前激活cpe模块需释放空口连接并更新状态，具体包括：所述当前激活cpe模块收到频点关闭原因值的s1释放请求，则释放与基站模块间的空口连接；所述当前激活cpe模块不再按照标准lte要求来尝试主动接入基站模块，仅等待核心网再次激活；所述当前激活cpe模块等待新频点cpe模块发来的以太网信息请求信令，一旦收到则将本身的以太网和dhcp服务信息发给新频点cpe模块，信息包括本身的mac地址、子网ip地址段信息、已分配子网ip和用户终端mac地址对应关系；所述当前激活cpe模块在完成以太网信息发送后，关闭以太网和业务功能并将状态置为未激活cpe模块。对于本发明的方法进一步的优化方案，步骤（4）中，对于进行频点切换的新频点cpe模块需更新以太网信息，接入核心网并更新状态，具体包括：所述新频点cpe模块收到携带频点启动原因值的寻呼消息，则所述新频点cpe模块通过以太网信息请求信令向当前激活cpe模块获取以太网及dhcp服务相关信息，信息至少包括当前激活cpe模块的mac地址，子网ip地址段信息、已分配子网ip和用户终端mac地址对应关系；其中所述新频点cpe模块需要根据寻呼消息中携带的当前激活频点cpe模块的cpe模块标识在保存的“同组cpe模块信息”中查找当前激活cpe模块对应的组内互通ip地址；所述新频点cpe模块通过上述以太网及dhcp服务信息更新本身以太网相关配置，包括将本身mac地址替换为当前激活频点cpe模块的mac地址；将子网ip地址段信息和已分配子网ip和用户终端mac地址对应关系更新dhcp服务中配置的子网ip地址池以及子网ip和用户终端mac地址对应表；开启dhcp服务并向多频cpe中交换机广播arp请求来更新交换机的apr表；所述新频点cpe模块完成以太网和dhcp配置更新后，按照标准lte服务请求流程通过基站模块接入核心网，并将自身状态更新为激活cpe模块。本发明还提出一种基于多模块设备的lte多频系统，包括核心网，由多个单频点的基站组合而成的多频基站，由多个单频点的cpe模块组合而成的多频cpe终端，以及多个用户终端，其中：核心网，其设置有cpe多频模块组表、频点切换模块，其中，所述cpe多频模块组表用来描述在多频系统中核心网与各频点cpe模块间的共享信息以及cpe模块独立信息；各cpe模块首次接入核心网时，核心网结合cpe多频模块组表对不同频点的cpe模块给出不同的附着响应消息；所述频点切换模块，用于接收基站通知并启动频点切换流程，在频点切换过程中释放全部当前频点cpe模块并激活全部新频点cpe模块；其中，对于进行频点切换的当前激活cpe模块进行释放空口连接并更新状态，对于进行频点切换的新频点cpe模块进行更新以太网信息，接入核心网并更新状态；cpe模块，用于收到核心网附着响应消息时，根据附着响应消息内容确定自身状态和功能；并根据核心网在频点切换过程中发出的相关信令，实现自身的激活和释放；基站，用于检测当前频点是否出现干扰并向核心网的频点切换模块发出频点切换通知。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明在系统内增加“cpe多频模块组”功能，并有效利用标准lte中终端和核心网之间的附着、s1释放和寻呼等流程，仅通过增加信令参数，使得核心网完成对cpe模块组中各个cpe模块的激活和释放控制。同时通过在cpe多频模块组内增加通信控制机制结合cpe多频模块组内共享ip机制，在用户终端无感知的情况下可以简单快速的实现系统频点切换。与传统多频系统频点切换方法相比，本发明提出的方法，有效解决了存在涵盖lte系统所用通信频段的全频段干扰时的系统频点切换问题，方法采用全自动频点切换方式，用户终端对网络的变化无感知，同时也避免因人工操作错误导致的相关问题。另外，当系统需要扩展新的频点时，只需要在多频cpe和多频基站中增加相应频点的cpe模块和基站模块，完成“cpe多频模块组”信息配置即可，从而使系统具备极佳的扩展性，大大降低了系统的升级成本。附图说明图1是
背景技术：
中以cpe为例的基于多模块设备的多频系统结构示意图。图2是本发明lte多频系统实现系统频点切换方法实施例流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：为了实现本发明的目的，系统网络中的核心网首先需要创建并维护“cpe多频模块组表”，用于描述多频cpe中各cpe模块间的共享信息和cpe模块独立信息。cpe多频模块组表结构如下表所示：表1：cpe多频模块组表模块组标识组共享ipcpe模块标识频点组内互通ip其中：模块组标识作为同一模块组的唯一标识用于区分不同模块组，隶属于同一模块组的cpe模块，其模块组标识相同。组共享ip为组内所有cpe模块共同使用的连接业务系统的ip地址，不同模块组的组共享ip不同。cpe模块标识用于区分不同的cpe模块。频点用于标识模块组中cpe模块支持的频点。组内互通ip是分配给cpe模块用于模块组内通信的ip地址，不同cpe模块对应的组内互通ip不同，同一模块组内的组内互通ip应隶属于同一子网。多频系统完成“cpe多频模块组表”配置后，当多频cpe终端中各cpe模块通过多频基站首次接入核心网时，cpe模块、多频基站和核心网应完成如下处理：（1）多频cpe的每个cpe模块分别通过对应频点的基站模块向核心网发起附着流程。核心网收到并解析cpe模块附着请求中的cpe模块标识，在cpe多频模块组表中查找对应的cpe模块信息。（2）核心网根据cpe多频模块组表中该cpe模块的信息结合当前系统所用频点，生成附着响应消息并通过基站模块发给cpe模块。核心网应在附着响应消息中携带“组共享ip”、“同组cpe模块信息”和“激活指示”。其中“同组cpe模块信息”包括与该cpe模块同组的全部cpe模块的cpe模块标识和组内互通ip地址。如果该cpe模块对应的频点是系统目前使用的频点，则在“激活指示”中指示cpe模块开启全部以太网和业务功能，并将cpe模块标记为激活cpe模块，同时将核心网中组共享ip对应的业务路由指向该cpe模块；如果该cpe模块对应的频点不是系统目前使用的频点，则在“激活指示”中指示cpe模块关闭以太网和业务功能，并将cpe模块标记为未激活cpe模块。（3）cpe模块收到附着响应消息，除完成标准lte附着功能外，需保存“同组cpe模块信息”，完成对应自身cpe模块标识的组内互通ip地址的设置。同时根据“激活指示”开启或者关闭以太网和业务功能，至少包括开启dhcp服务、业务网关和业务传输等。当用户终端接入cpe模块时，cpe模块根据dhcp服务相应向用户终端分配子网ip地址。（4）对于非系统目前使用频点的cpe模块，核心网应采用标准lte的s1释放流程通过基站模块释放cpe模块的空口连接，同时扩展释放原因为“频点关闭”。对应cpe模块完成空口释放后不再尝试接入基站模块，仅等待核心网激活。当多频基站检测到当前频点出现干扰并决策进行频点切换时，cpe模块、多频基站和核心网处理如下：（1）多频基站中当前频点的基站模块通过标准lte的终端上下文释放请求通知核心网由于当前频点受到干扰且需要进行频点切换而需要释放全部当前激活cpe模块，其中需要扩展释放原因为频点关闭。（2）核心网首先解析终端上下文释放流程中所携带的释放原因为频点关闭，则通过“cpe多频模块组表”获得当前频点对应的全部当前激活cpe模块信息，以及与当前激活cpe模块同组的新频点cpe模块信息。其次，核心网通过标准lte的s1释放流程释放全部当前激活cpe模块，并通过扩展该消息内容将释放原因传递给当前激活cpe模块。最后，核心网通过标准lte寻呼流程激活全部新频点cpe模块，扩展信令携带与新频点cpe模块同组的当前激活频点cpe模块的cpe模块标识及原因值为频点启动。（3）新频点cpe模块收到核心网及多频基站发来的携带频点启动原因值的寻呼消息，则cpe模块首先根据消息中携带的当前激活频点cpe模块的cpe模块标识在保存的“同组cpe模块信息”中查找当前激活cpe模块对应的组内互通ip地址。其次新频点cpe模块通过新增以太网信息请求信令向当前激活cpe模块获取以太网及dhcp服务相关信息，信息至少包括当前激活cpe模块的mac（mediaaccesscontrol，媒体接入控制）地址，子网ip地址分配信息等。其中mac地址用于替换新频点cpe模块自身mac地址；子网ip地址分配信息用于在dhcp服务中配置子网ip地址池以及子网ip和用户终端mac地址对应关系。再次，新频点cpe模块开启dhcp服务并向多频cpe中的交换机广播arp（addressresolutionprotocol，地址解析协议）请求来更新交换机中的apr表。最后，新频点cpe模块按照标准lte服务请求流程通过基站模块接入核心网，并将自身状态更新为激活cpe模块。（4）当前激活cpe模块收到核心网及多频基站发来的携带频点关闭原因值的s1释放请求及无线连接释放请求，则释放与基站模块间的空口连接，不再尝试接入基站模块，仅等待核心网再次激活。当前激活cpe模块收到新频点cpe模块发来的以太网信息请求信令，则将本身的mac地址、子网ip地址段信息、已分配子网ip和用户终端mac地址对应关系等通过响应消息发给新频点cpe模块。当前激活cpe模块此时应关闭以太网和业务功能，改变状态为未激活cpe模块。基于上述介绍，为了进一步说明本发明的方案，图2为本发明所述lte多频系统实现系统频点切换方法实施例。通过实施例可以看出，在步骤401中，多频系统核心网首先创建并维护“cpe多频模块组表”。其中，隶属于该模块组各cpe模块的模块组标识、组共享ip均相同，组共享ip地址；cpe模块标识使用imsi（internationalmobilesubscriberidentificationnumber，国际移动用户识别码）作为唯一标识；各cpe模块的组内互通ip应隶属于同一子网。在步骤402中，多频cpe的每个cpe模块进行首次lte附着接入。核心网收到并解析附着请求中cpe模块标识imsi并在cpe多频模块组表中查找对应的cpe模块组信息。核心网根据cpe模块组信息生成附着响应消息并通过基站模块发给cpe模块，其中分配给cpe模块的ip地址为cpe多频模块组表中的“组共享ip”。核心网应扩展附着响应消息，增加“同组cpe模块信息”和“激活指示”，具体扩展可参考表2。核心网将对应当前系统频点的cpe模块标记为激活cpe模块并将组共享ip对应的路由指向该cpe模块，而将非当前系统频点的cpe模块标记为非激活cpe模块。表2:attachacceptmessagecontentieiinformationelementtype/referencepresenceformatlengthprotocoldiscriminatorprotocoldiscriminatormv1/2…….groupcpeinformationlistgroupcpeinformationlist/同组cpe模块信息otlv1activationindicationactivationindication激活指示otv1其中groupcpeinformationlist如下：在步骤403a中，当前频点的cpe模块收到附着响应消息并保存“同组cpe模块信息”，将自身cpe模块标识的组内互通ip地址。开启dhcp服务、业务网关和业务传输等以太网功能，即当用户终端接入cpe模块时，cpe模块根据dhcp服务相应向用户终端分配子网ip地址并为其提供业务传输。在步骤403b中，非当前频点的cpe模块收到附着响应消息并保存“同组cpe模块信息”，将自身cpe模块标识的组内互通ip地址，并关闭全部以太网和业务传输功能。核心网采用标准lte的s1释放流程通过基站模块释放cpe模块的空口连接，同时扩展释放原因值为“频点关闭”。cpe模块完成空口释放后不再尝试接入基站模块，仅等待核心网激活。在步骤404中，多频基站检测到当前频点出现干扰并决策进行频点切换，则当前频点的基站模块通过终端上下文释放请求通知核心网因关闭当前频点而释放全部当前激活cpe模块。核心网通过解析请求中携带的释放原因，通过“cpe多频模块组表”获得当前频点对应的全部当前激活cpe模块信息，以及与当前激活cpe模块同组的新频点cpe模块信息，并启动频点切换流程。在步骤405a中，对于当前激活cpe模块，核心网使用标准lte的s1释放流程来释放当前激活cpe模块的空口连接，消息内容携带释放原因为频点关闭。当前激活cpe模块收到请求并释放与基站模块间的空口连接，不再尝试接入基站模块，仅等待核心网再次激活。在步骤405b中，对于新频点cpe模块，核心网通过标准lte寻呼流程激活新频点cpe模块，扩展寻呼消息内容来携带当前激活频点cpe模块的cpe模块标识及原因值为频点启动，具体扩展可参考表3。新频点cpe模块收到并解析寻呼消息，根据消息中携带的当前激活频点cpe模块的cpe模块标识在保存的“同组cpe模块信息”中查找并确定对应的组内互通ip地址。表3:pagingmessagecontentie/groupnamepresencerangeietypeandreferencesemanticsdescriptioncriticalityassignedcriticalitymessagetypemyesignore……cpeid1oimsiieyesignorecauseocauseieyesignore在步骤406a和步骤406b中，新频点cpe模块通过新增以太网信息请求消息向当前激活cpe模块获取以太网及dhcp服务相关信息。当前激活cpe模块收到新频点cpe模块发来的以太网信息请求消息，则将本身的mac地址、子网ip地址段信息、已分配子网ip和用户终端mac地址对应关系等通过响应消息发给新频点cpe模块。新频点cpe首先将自身mac地址替换为当前激活cpe模块的mac地址；其次在dhcp服务中配置子网ip地址段信息和已分配子网ip和用户终端mac地址对应关系并开启dhcp服务；最后向多频cpe中的交换机广播arp请求来更新交换机中的apr表。在步骤407a中，当前激活cpe模块关闭以太网和业务功能，改变状态为未激活cpe模块。在步骤407b中，新频点cpe模块按照标准lte服务请求流程通过基站模块接入核心网，并将自身状态更新为激活cpe模块。通过以上的处理，在没有增加基站及核心网的负荷和处理复杂度的基础上，有效利用“cpe多频模块组表”在多频系统的核心网以及各频点cpe模块间共享信息，通过在cpe模块间新增动态以太网信息交互机制并有效利用标准lte中附着、寻呼、s1释放、服务请求等流程，在系统频点受到干扰时自动完成频点切换，整个切换过程中连接cpe的用户终端无需重新进行业务初始化，对网络的变化无感知。以上所述的本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的思想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权利要求保护范围之内。当前第1页12