一种无线接入与回传一体化小基站原型设计方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种无线接入与回传一体化小基站原型设计方法。

背景技术：

随着智能终端的普及和移动宽带业务的丰富，网络流量不断递增。为了满足移动数据业务的快速发展，运营商需要通过获取更多频谱资源、提升频谱效率等几个途径来提升网络容量。宏基站(macrobasestation,mbs)可以通过小区分裂或者增加基站数量来达到增加小区密度的目的，但是宏基站的安装空间要求比较高，站址获取比较困难。因此，在即将到来的5g通信系统中，低功率无线接入与回传一体化小基站(smallbasestation,sbs)，即无线自回传小基站作为实现超密集网络(ultra-densenetwork,udn)部署的关键技术。传统的移动前传和回传承载以有线光纤直连的方式，存在资源消耗严重、扩容困难、站址选取和部署复杂等问题。为了降低部署成本、提高资源利用率，提出用无线通信无线接入和回传链路频谱共享的方式提高无线容量。为了促使5g相关技术的快速推广，通过对无线接入与回传一体化小基站原型方案设计，以及无线自回传新一代帧的设计使其支持视距(los)和非视距(nlos)场景，可以使小基站安装灵活方便，即插即用，大大减少通信时延和设备体积及功耗、系统部署成本。

在现有的无线接入与回传一体化小基站设计方法中，大多数是基于传统光纤和铜线有线场景下的解决方案，往往忽略了成本高、部署困难等问题。除此之外，无线接入与回传中采用无线传输方式，需要对目前lte的波形、帧结构、信令、网络架构等进行修改或者重新设计，从而完成无线接入和回传一体化新一代无线空口和协议设计。因此，研发新的装置与方案，用于在相同频率下发送和接收，提出新的无线自回传帧显得很有必要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线接入与回传一体化小基站原型设计方法，包括无线接入与回传一体化方案图，无线接入与回传一体化系统用户平面协议栈层面的分析图，无线自回传新一代帧结构的设计图等。使得小基站无线接入链路和回传链路很好的融合，能够实现无线自回传小基站的一体化通信。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无线接入与回传一体化小基站原型设计方法，包括以下步骤：

s1：根据无线自回传系统的实现原理，设计无线接入与回传一体化方案图；

s2：理清信令和数据处理流程，对无线接入与回传一体化系统用户平面协议栈层面设计；

s3：基于lte的tdd帧结构后向兼容性，对支持小基站无线自回传设计无线自回传新一代帧结构，包括设计合适的phy层框架、自回传子帧和普通子帧、回传链路控制信号与接入链路资源复用方式。

进一步，所述后向兼容性为在lte系统中兼容，基站与基站之间通过x2接口互连，用户平面、控制层面分别通过x2-u和x2-c进行数据和信令通信，且用户平面主要传输协议是gtp-u；

在无线通信网络的小基站侧增加一个系统信息处理的装置，用于对数据部分进行解开封装的处理、将数据依此从高到底协议层封装成数据帧的格式，通过物理层与宏基站通信，和用户通信的处理方式兼容lte系统的处理方式，完成数据的传输；对于无线自回传网络的上行链路，无线接入与回传一体化小基站系统用户平面协议栈层面数据处理过程中，装置作用在小基站和宏基站之间的回传链路处，用于完成整个数据传输过程；用户终端的应用数据以ip形式传到pdcp层，进行压缩和加密，继而应用数据会由高到低经过rlc层、mac层、phy层之后通过空口传给小基站；

无线接入与回传一体化小基站解析出ip数据包，进行gtp协议的封装，随后处理软件解开数据部分的封装并通过空口传给宏基站，都在小基站处进行；

宏基站解析出数据，并传输到核心网，之后再由核心网设备将数据解封装后处理。

进一步，所述小基站由原来通过gtp协议封装后通过以太网来传输转变成通过新空口和宏基站进行信息交互。

进一步，所述在无线通信网络的小基站侧增加一个系统信息处理的装置通过一个运行在linux服务器上的软件来实现。

进一步，所述无线自回传新一代帧结构兼容lte的tdd帧结构，分为多个用途不同的区域，每个区域占用一个或多个子帧。

进一步，所述无线自回传新一代帧结构在设计时，将自回传子帧和普通子帧分开设计；

把无线接入与回传一体化小基站回传链路子帧(backhaullink,bhl)和接入链路(accesslink,acl)子帧放置在同一子帧中；无线接入与回传一体化小基站回传链路控制信号与接入链路控制信号采用时分复用的模式复用；在同一帧上实现信令和数据的同时传输；

一个无线自回传新一代帧结构的一个无线帧周期ts＝10ms，包含0～9共10个子帧，每个子帧周期长度为tn＝1ms，每个子帧包含0～27共28个时隙，每个时隙周期为tslot＝1/28ms。

进一步，所述无线自回传新一代帧结构包括5个区域，分别是接入上行链路区、回传上行链路区、接入下行链路区、回传下行链路区、时隙保护区配置；

所述接入上行链路区依此包括接入上行控制信令子帧、接入上行数据传输子帧、gp保护间隔；

所述回传上行链路区依此包括回传上行控制信令子帧、回传上行数据传输子帧、gp保护间隔；

所述回传下行链路区依此包括回传下行控制信令子帧、回传下行数据传输子帧、gp保护间隔；

所述回传下行链路区依此包括回传下行控制信令子帧、回传下行数据传输子帧、gp保护间隔；

所述时隙保护区用于各控制信令子帧或各数据传输子帧之间，有一个或多个保护间隔gp；

为了减少上行链路区(uplink,ul)和下行链路区(downlink,dl)多次交替的次数，将上行链路区和回传上行链路区联合配置，将接入下行链路区和回传下行链路区联合配置；

为了避免控制信令子帧和数据传输子帧的交替时产生更多的传输时延，将上行控制信令子帧和下行控制信令子帧联合配置，将上行数据传输子帧和下行数据传输子帧联合配置；

初始的m个时隙用于信令传输，包括接入/回传和下行链路/上行链路控制信令，各信令传输时隙之间有一个或多个保护间隔gp；

随后的k个时隙用于数据传输，包括接入/回传和下行链路/上行链路数据，各数据传输时隙之间也有一个或多个保护间隔；

m和k个时隙之和为一个子帧，即一个周期的所有符号数l＝28。

进一步，所述无线自回传新一代帧结构中，用于信令传输的时隙个数m和用于数据传输的时隙个数k的值根据下行链路传输速率的要求、上行链路传输速率的要求和蜂窝覆盖范围来动态地配置。

进一步，在所述子帧周期tn内的时隙，配置为dl的用于实现资源分配指示和系统其他控制信息；

配置为ul的用于用户去传输反馈信息，包括缓存状态信息、qos类型和信道质量指示符(channelqualityindex,cqi)。

进一步，所述dl的数据业务大于ul时，有：基于回传时隙数>接入时隙数和下行时隙数>上行时隙数的基础，得到无线自回传tdd模式下27种时隙配比。

本发明的有益效果在于：本发明在无线接入与回传一体化小基站设计方案中，改变了原有基于传统光纤和铜线有线场景下的解决方案，提出了无线接入与回传系统融合为一个融合系统的方法，降低了小基站成本，解决了部署困难等问题。对目前lte的帧结构进行修改并设计出无线接入与回传一体化新一代帧结构，在现网其它硬件部分无需改动的情况下，无线接入与回传一体化小基站部署只需要在基站侧加装装置，用于在相同频率下发送和接收信息，将接入和回传系统从技术、形态上融合成一套系统来大大减少设备体积及功耗，降低系统部署成本，有利于密集组网和高频通信系统的快速商用推广。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为无线接入与回传一体化小基站方案图；

图2为无线接入与回传一体化小基站系统上行链路的用户平面协议找；

图3为无线接入与回传一体化小基站实现原理图；

图4为无线自回传新一代帧结构接入ul、回传ul、接入dl、回传dl配置比为3:5:9:11的具体实例图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1所示，图1描述了无线接入与回传一体化小基站方案图，包括核心网101、宏基站(macrobasestation,mbs)102、小基站(smallbasestation,sbs)103、用户(users,ue)104、无线装置105、无线回传链路106、无线接入链路107。本实施例中基于lte系统中，基站与基站通过x2接口，用光纤来实现连接，用户平面通过x2-u接口通信，主要协议是gtp-u。在无线自回传系统引入sbs103后，sbs103由原来通过gtp协议封装后需要以太网来传输转变成通过空口和mbs102交互,则需在sbs103侧增加一个运行在linux服务器上的软件，即无线装置105来解开数据部分封装并处理成数据帧的格式通过phy通信，最后处理部分和lte系统的处理一致，完成数据的传输。

参见图2所示，为无线接入与回传一体化小基站系统上行链路的用户平面协议栈。包括用户201、无线接入与回传一体化小基站202、一体化小基站内部传输处理203、lte小基站204、无线装置的处理软件205、宏基站206、业务网关或者数据分组网关207等部分。对于无线接入与回传一体化小基站系统上行链路的在用户平面协议栈上用户数据传输过程：用户ue终端201的应用数据以ip形式传到pdcp层，会进行压缩、加密等，继而数据会由高到低经过rlc层、mac层、phy层之后通过空口传输给lte小基站204。sbs204会解析出ip数据包，进行一体化小基站内部传输处理203，比如进行gtp协议的封装，在应用层以用户数据包的形式传送。随后，无线装置的处理软件205会解开数据部分的封装并通过空口传给mbs206，mbs206会解析出数据，传输到核心网中，之后再由核心网的业务网关或者数据分组网关207等设备将数据解封装后处理。整个传输过程完成。

参见图3所示，图3为无线接入与回传一体化小基站实现原理图。图中包括核心网301、mbs302、无线接入与回传一体化sbs303、ue304、无线回传下行链路305、无线回传上行链路306、无线接入下行链路307、无线接入上行链路308。ues数据包通过核心网301传到mbs302处，随后宏基站用户的数据包直接传给宏用户，无线接入与回传一体化sbs303从mbs302处接收小基站用户(smallusers,sues)数据包同时通过无线接入下行链路307转发给小基站用户。整个过程中，无线接入与回传一体化sbs303是一个一边接收同时一边转发数据的小基站，意味着无线接入与回传一体化sbs303和mbs302之间通过无线回传下行链路305和无线回传上行链路306接收mbs302发送来的数据，然后再和用户304通过无线接入下行链路307和无线接入上行链路308转发到终端用户ue304。其中无线回传下行链路305、无线回传上行链路306、无线接入下行链路307、无线接入上行链路308共享相同的频谱带宽，都采用时分复用方式。所以，进一步的采用分离思想可以把无线接入与回传一体化sbs303进一步拆分为用户侧3031、基站侧3032、基站侧到用户侧内部下行链路3033、用户侧到基站侧内部上行链路3034这四部分。

参见图4所示，图4为无线自回传新一代帧结构接入ul、回传ul、接入dl、回传dl配置比为3:5:9:11的具体实例图，一个无线自回传新一代帧的一个无线帧周期ts＝10ms，包含10个子帧，每个子帧周期长度为tn＝1ms，每个子帧包含28个时隙，每个时隙周期为tslot＝1/28ms。无线自回传新一代帧依此包括5个区域，分别是接入上行链路区、回传上行链路区、接入下行链路区、回传下行链路区、时隙保护区配置；所述接入上行链路区依此包括接入上行控制信令子帧、接入上行数据传输子帧、gp保护间隔；所述回传上行链路区依此包括回传上行控制信令子帧、回传上行数据传输子帧、gp保护间隔；所述回传下行链路区依此包括回传下行控制信令子帧、回传下行数据传输子帧、gp保护间隔；所述回传下行链路区依此包括回传下行控制信令子帧、回传下行数据传输子帧、gp保护间隔；所述时隙保护区用于各控制信令子帧或各数据传输子帧之间，可以有一个或多个保护间隔gp；具体实施步骤如下：

s1：初始的m个时隙用于信令传输，包括接入/回传和下行链路/上行链路控制信令，各信令传输时隙之间有一个或多个保护间隔gp；

s2：随后的k个时隙用于数据传输，包括接入/回传和下行链路/上行链路数据，各数据传输时隙之间也有一个或多个保护间隔；

s3:m和k个时隙之和为一个子帧(即一个周期)的所有符号数l＝28；

s4：无线自回传新一代帧中，用于信令传输的时隙个数m、用于数据传输的时隙个数k的值可以根据下行链路传输速率的要求、上行链路传输速率的要求、蜂窝覆盖范围来动态地配置；

s5:在一个子帧周期tn内的时隙，配置为dl的可用于实现资源分配指示、系统其他控制信息等；

s6:配置为ul的可用于用户去传输反馈信息，比如：缓存状态信息、qos类型、信道质量指示符(channelqualityindex,cqi)等；

具体图4实例用于参考，在实际应用过程中，不局限于此1种。

如表1所示，为无线自回传新一代帧tdd模式下27种时隙配比。

分析过程如下：

s1：由于gp至少需要7个、信令至少需要4个，定义这些都在dl中传输，最多剩下17个时隙用来进行数据传输；

s2：考虑到dl的数据业务大于ul，故至少用于dl数据传输的时隙应该配置9个，在加上以上定义的dl中传输的11个时隙，共计dl时隙数至少20个。

s3：因此接入和回传的ul：接入和回传的dl的比例可能是8:207:216:225:234:243:252:261:27；

s4：因为gp至少7个，为了使得传输的效率更大，则ul或者dl的时隙数应该大于7。

综上所述，可以得到接入和回传的ul：接入和回传的dl的比例确定为8:20。基于回传时隙数大于接入时隙数和下行时隙数大于上行时隙数的基础，得知无线自回传tdd模式下27种时隙配比。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。