蜂窝电信网络中的前传物理层拆分的制作方法

1.本发明涉及一种蜂窝电信网络。


背景技术：

2.蜂窝电信网络可以包括核心网络、无线电接入网络和多个用户设备(ue)。各个ue可以经由无线电接入网络接入核心网络(以及从核心网络到例如互联网的任何前向连接)。基站是无线电接入网络节点的示例。基站实现称为基带处理的若干功能。在示例中，基带处理包括物理层(phy)层功能、介质访问控制(mac)层功能、无线电链路控制(rlc)层功能、分组数据会聚协议(pdcp)层功能以及无线电资源控制(rrc)层功能。
3.在实现集中式无线电接入网络(c-ran)的现代蜂窝电信网络中，基站功能可以被划分为若干(通常为两个)组件(如果在硬件中实现则是物理的，或者如果在软件定义的网络中实现则是逻辑的)。这两个组件通常被称为中央单元(cu)和分布式单元(du)，但是也可以使用其它术语(诸如基带单元(bbu)和远程无线电单元(rru))。cu和du通过前传链路连接，该前传链路可以是无线或有线(通常是光纤)连接。du实现至少一组射频(rf)功能(例如，模数转换和数模转换)以及可选地实现一个或更多个基带处理功能。其余的基带处理功能在cu中实现。cu和du之间的功能的拆分被称为“功能拆分”。
4.当cu连接至多个du时，功能拆分的选择存在优点和缺点。也就是说，由于在cu中实现了更多的功能(从而在du中实现了更少的功能)，因此降低了du的处理需求，并且cu可以改善多个du之间的协调。然而，这样的实现通常具有更严格的前传需求，例如更大的容量和更少的等待时间。
5.一种可能的功能拆分被称为phy内拆分，其中rf和较低phy功能在du中实现，而所有剩余的功能在cu中实现。在该实现中，cu和du通过前传连接传送同相正交(iq)样本。


技术实现要素：

6.根据本发明的第一方面，提供了一种操作蜂窝电信网络中的基站的方法，所述基站具有中央基站单元和分布式基站单元，其中，所述中央基站单元和分布式基站单元通过前传链路进行通信，并且所述蜂窝电信网络还包括用户设备ue，所述用户设备ue经由所述基站消费服务，其中中央基站单元与ue之间的通信利用可配置的差错抑制技术，所述方法包括以下步骤：通过处于第一比特宽度的前传链路传送样本；确定服务的等待时间度量或其导数满足阈值；以及作为响应，重新配置所述样本以使用第二比特宽度，其中，所述第一比特宽度不同于所述第二比特宽度，并且重新配置所述差错抑制技术；通过处于所述第二比特宽度的所述前传链路传送样本；以及使用重新配置的差错抑制技术在中央基站单元与ue之间进行通信。
7.根据本发明的第二方面，提供了一种包括指令的计算机程序产品，当程序由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行本发明的第一方面的方法。该计算机程序可以存储在计算机可读数据载体上。
8.根据本发明的第三方面，提供了一种用于蜂窝电信网络的中央基站单元，其中，所述蜂窝电信网络包括经由所述中央基站单元消费服务的用户设备ue，其中，中央基站单元与ue之间的通信利用可配置的差错抑制技术，所述基站单元包括：收发器，其被配置成通过处于第一比特宽度的前传链路与分布式基站单元传送样本，并且使用所述差错抑制技术与所述ue传送样本；以及处理器，其被配置成确定所述服务的等待时间度量或其导数满足阈值；并且，作为响应，重新配置所述样本以使用第二比特宽度，其中所述第一比特宽度不同于所述第二比特宽度，并且重新配置所述差错抑制技术，其中，在重新配置之后，所述收发器被配置成通过处于所述第二比特宽度的所述前传链路传送样本，并且使用重新配置的差错抑制技术与所述ue进行通信。
9.一旦确定服务的等待时间度量或其导数大于阈值，则第二比特宽度每样本可以具有比第一比特宽度多的比特。另选地，一旦确定服务的等待时间度量或其导数小于阈值，则第二比特宽度每样本可以具有比第一比特宽度少的比特。
10.重新配置差错抑制技术的步骤可以包括在使用差错抑制技术的第一状态和不使用差错抑制技术的第二状态之间切换。
11.样本可以是同相正交(iq)样本。
附图说明
12.为了更好地理解本发明，现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：
13.图1是本发明的蜂窝电信网络的实施方式的示意图；
14.图2是图1的网络的中央基站单元的示意图；
15.图3是图1的网络的分布式基站单元的示意图；以及
16.图4是本发明的方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
17.现在将参照图1至图3来描述本发明的蜂窝电信网络的第一实施方式。图1示出了包括中央单元(cu)10、分布式单元(du)20和用户设备(ue)30的集中式无线电接入网络(c-ran)1。cu 10和du 20通过前传链路40连接。
18.在图2中更详细地示出了cu 10。cu 10包括用于将cu 10(经由回程链路)连接至蜂窝核心网络的第一通信接口11、处理器13、存储器15、用于将cu 10(经由前传链路40)连接至du 20的第二通信接口17，所有这些都经由总线19连接。在该实施方式中，第一通信接口11是用于将cu 10连接至光纤回程链路的光纤接口，并且第二通信接口17也是用于将cu 10连接至光纤回程链路的光纤接口。然而，本领域技术人员将理解，其它形式的回程和前传链路也是可能的，诸如另一种形式的有线连接(例如xdsl)或一种形式的无线连接(例如根据蜂窝电信协议操作)。
19.图3中更详细地示出了du 20。du 20包括用于经由前传链路40将du 20连接至cu 10的第一通信接口21、处理器23、存储器25和用于经由接入链路将du 20连接至ue 30的第二通信接口27。在该实施方式中，第二通信接口27是到天线的接口，用于与ue 30进行无线通信。
20.回到图1，示出了cu 10和du 20执行蜂窝电信协议的不同功能。在此实施方式中，du 20执行射频(rf)功能(未示出)和较低物理层(phy)层功能，而cu 10执行所有较高层功能，包含较高phy层功能、介质访问控制(mac)功能、无线电链路控制(rlc)功能以及分组数据会聚协议(pdcp)功能。这被称为phy内功能拆分。在该布置中，cu 10和du 20使用通过前传链路40传送的频域同相正交(iq)样本进行通信。
21.xran前传工作组技术规范“控制、用户和同步平面规范”v02.00(在附录d中)规定了各种iq样本结构，其中，在每个iq样本中使用的比特数是变化的。iq样本中的比特数被称为“比特宽度”。这些iq样本比特宽度的范围从6到16比特(包含)。使用不同的压缩级别可实现这些不同的iq样本比特宽度。也就是说，iq样本可以使用较大的压缩级别来实现每样本相对较少的比特，而不是使用较低的压缩级别来实现每样本相对较多的比特。上述xran规范的附录a定义了可以使用的不同压缩技术。cu 10和du 20的相应处理器13、23能够实施这些压缩技术中的一者或更多者以实现可用比特宽度中的任一者。
22.接收器或发送器的性能可以由其误差向量幅度(evm)参数来定义。误差向量是理想星座点与测量信号之间的i-q平面中的向量。归一化到峰值信号幅度的误差向量的平均幅度是evm。3gpp技术规范36.104“演进通用陆地无线电接入(e-utra)；基站(bs)无线电发送和接收”在第6.5.2节中将e-utra载波的若干evm需求定义为：
23.调制方案所需evm[％]qpsk17.5％16qam12.5％64qam8％256qam3.5％1024qam2.5％
[0024]
表1：e-utra载波的evm需求
[0025]
表1说明更高阶调制方案需要改进的evm性能(其中更低的evm百分比对应于改进的evm性能)。此外，表1说明针对每个调制和编码方案(mcs)都存在最小evm。
[0026]
以下描述涉及发送器evm。然而，应当注意，接收器evm也是可测量的，并且有助于降低信干噪比(sinr)。也就是说，上行链路业务的比特宽度的影响也可以被认为是量化效应，其中减小的比特宽度可以降低接收信号的有效信干噪比(sinr)。
[0027]
现在将参照图1和图4来描述本发明的方法的第一实施方式。在该实施方式中，蜂窝电信网络1如图1所示布置，并且cu 10和du 20使用每样本具有6比特(根据上述xran规范的每样本的最小比特数)的iq样本进行通信，从而使用最高的压缩级别。在此起始场景中，ue 30正在消费来自蜂窝核心网络的服务，使得针对此服务的业务经由cu 10、du 20和前传链路40在ue 30与蜂窝核心网络之间传送。
[0028]
在此实施方式中，cu 10和du 20利用具有支持服务的当前业务的初始容量的前传链路40。然而，cu 10和du 20可以通过从低容量配置(例如，使用100mb/s以太网)切换到高容量配置(例如，使用1gb/s以太网)来改变该容量。在该起始场景中，前传链路40使用低容量配置，因此仅使用其潜在容量的一部分。
[0029]
在该实施方式的第一步骤(步骤s1)中，cu 10监测到ue 30的接入链路，以确定针对服务的业务的差错率。差错率可以是在协议栈的特定层的差错率的单个测量，或者是在
协议栈的多个层的差错率的一组测量。
[0030]
在步骤s3中，将cu 10与ue 30之间的差错率与阈值进行比较。该阈值基于ue 30正在消费的特定服务，使得如果服务需要例如不超过10％的物理层块差错率，则小于10％的差错率将满足该阈值。阈值还可以基于协议的其它层，例如mac层块差错率不超过0.1％或rlc层块差错率不超过0.0001％。
[0031]
在一示例情景中，du 20与ue 30之间的rf环境降级，使得du 20与ue 30之间的差错率增加到超过阈值。此降级可归因于(例如)在du 20与ue 30之间移动的障碍。在现有技术中，该事件可以用作cu 10从其当前mcs切换到另一mcs的触发器。然而，在该实施方式中，cu 10不切换mcs(因为，例如，其已经使用了最鲁棒的mcs)，而是实现以下步骤。
[0032]
在步骤s5中，cu 10确定可能的最大比特宽度(即，每样本的最大比特数)。在该实施方式中，该确定基于：
[0033]
·
对于下行链路，快速傅立叶逆变换(ifft)的最大比特宽度以及功率放大器和数模转换器的精度；以及，
[0034]
·
对于上行链路，fft的最大比特宽度，模数转换器的精度和接收器灵敏度。
[0035]
在该示例中，cu 10确定最大比特宽度为每样本9比特。因此，前传链路40可以使用每样本6、7、8或9比特中的任何一个。在步骤s7中，cu 10然后基于以下各项从这些候选比特宽度中选择一个比特宽度：
[0036]
1.当使用候选比特宽度时前传链路40的预期容量需求与当在其高容量配置下操作时前传链路的容量的比较；以及
[0037]
2.当使用候选比特宽度时的期望差错率与(从认证和/或校准数据已知的)服务的差错率阈值的比较。
[0038]
预期容量需求可计算为：
[0039][0040]
其中，r
t
是传输时间间隔(tti)t的瞬时用户平面速率；是在时间t处在层l中调度的物理资源块(prb)的数目；q是每prb的比特数；以及l
t
是在时间t处共同调度的ue的数目。
[0041]
然后，cu 10选择候选比特宽度，该候选比特宽度具有大于前传链路40的当前容量(但是在前传链路40在其高容量配置下操作时的潜在容量内)的期望容量需求，并且具有低于步骤s3中使用的差错率阈值的期望差错率(可选地加上余量)。在该示例中，所选择的比特宽度是每样本8比特。
[0042]
在步骤s9中，cu 10和du 20协作以通过切换到高容量配置来增加前传链路40的容量。在该示例中，这通过从100mb/s以太网连接切换到1gb/s以太网连接来实现。该步骤还可以包括许可控制功能，以去除通过前传链路40传输的其它服务的业务所使用的资源，并将它们重新分配给该服务。
[0043]
在重新配置以增加前传链路40的容量之后，在步骤s11中，cu 10和du 20将iq样本的比特宽度增加到每样本8比特。这通过对iq样本使用较低的压缩级别来实现。在步骤s13中，cu 10和du 20使用具有新比特宽度的iq样本进行通信。
[0044]
在现有技术中，cu 10可以通过修改mcs来改善传输中使用的符号的质量，从而响应恶化的rf环境。如上表1所示，对更鲁棒的mcs(即，其中每个符号表示更少比特的mcs)的改变改善了evm性能，并因此改善了差错率。然而，例如当du 20与ue 30之间的接入链路已经使用最鲁棒的方案(理论上或基于服务约束)时，切换到更鲁棒的mcs可能并不总是适当的。在本发明的此实施方式中，du 20通过增加iq样本的比特宽度和增加前传链路40的容量两者来响应恶化的rf环境以适应相应增加的前传容量需求。增加iq样本的比特宽度的效果是改善evm性能，使得du 20可以维持其当前mcs，同时维持可接受的差错率。因此，ue 30可继续消费降级的rf环境中的服务，同时维持可接受的差错率。因此，本发明的该实施方式特别适合于在蜂窝电信网络上操作的高可靠性服务，例如自主驾驶服务。该实施方式还特别适用于控制数据通信，其通常应该比用户数据更可靠。
[0045]
该过程然后循环回到步骤s1，使得du 20监测服务的差错率，并且在步骤s3中，将差错率与阈值进行比较。在本实施方式的方法的第二次迭代中，差错率下降到阈值以下。在现有技术中，这通常将被用作将服务切换到不太鲁棒的mcs(其因此将每符号使用更多的比特并且因此增加用于服务的链路的容量利用)的触发器。然而，在该第二次迭代中，该事件被用作改变比特宽度的触发器，并且可以通过切换到其低容量配置来降低前传链路40的容量。
[0046]
在该第二次迭代的步骤s5中，du 20确定最小可能比特宽度，并且在步骤s7中，du 20基于以下各项选择减小的比特宽度：
[0047]
1.当使用候选比特宽度时前传链路40的预期容量需求与当使用其低容量配置时前传链路的容量的比较；以及
[0048]
2.当使用候选比特宽度时的期望差错率与服务的差错率阈值的比较。
[0049]
在该示例中，du 20选择每样本7比特的减小的比特宽度，其具有满足服务的差错率阈值的预期差错率并具有将允许前传切换到低容量配置的预期容量需求。
[0050]
在步骤s9中，du 20和cu 10协作以切换到低容量配置，并且在步骤s11中，cu 10和du 20将iq样本的比特宽度减小到每样本7比特。在步骤s13中，cu 10和du 20使用具有新比特宽度的iq样本进行通信。在这样做时，不再使用现在已经变得冗余的附加前传容量(例如，由于rf环境改善使得不再需要增加的比特宽度)。这降低了操作cu 10和du 20的能量需求，并且释放了将由另一实体使用的那些资源。
[0051]
在上述实施方式中，在检测到变化的rf环境时(或至少通过诸如变化的差错率之类的导数测量)触发重新配置iq样本的比特宽度和前传链路的容量的过程。然而，本领域技术人员将理解，这不是必需的，并且可以使用其它触发器。例如，可以在ue 30请求新的服务或重新分类的现有服务时触发该过程，由此新的或重新分类的服务的需求超过前传链路40的资源。
[0052]
在一实施方式中，可以针对特定服务的业务(例如，针对新的或重新分类的服务的业务)而不是针对所有服务的业务来实现上述实施方式。因此，针对不同服务的业务可以具有不同的比特宽度。
[0053]
此外，在上述实施方式中，前传链路40是具有低容量配置和高容量配置的光纤连接。然而，本领域技术人员将理解，可以使用具有多个容量配置的其它形式的连接。例如，前传链路可以基于无线连接，并且可以通过启用/禁用天线或切换到不同的通信协议来修改
容量。此外，在具有多个容量配置的cu 10与du 20之间存在单个前传连接并不是必要的。相反，cu 10和du 20可以具有多路径前传连接(例如，使用cu 10与du 20之间的多个光纤或不同形式的cu 10与du 20之间的多个连接)，并且可以通过使用不同数量的这些连接来修改容量。
[0054]
在上述实施方式的第二次迭代中，所选择的比特宽度是导致前传链路40的容量重新配置的比特宽度。然而，cu 10可以采取保守的方法，其中以相对小的增量减小比特宽度(与当在第一次迭代中增加比特宽度时使用的增量相比)，这将不会立即允许若干次迭代的前传容量改变。在比特宽度减小之后的预测差错率非常乐观的情况下，这为高可靠性服务提供了一些保护。
[0055]
在上述实施方式中，当使用特定容量配置时，cu估计候选比特宽度的容量需求，并将估计的容量需求与前传链路的潜在容量进行比较。然而，本领域技术人员将理解，该比较可以是特定容量配置的潜在容量的函数(例如，潜在容量的90％)，使得任何后续重新配置不使用前传链路的资源的不公平比例。
[0056]
现在将描述本发明的方法的第二实施方式。此实施方式利用与第一实施方式相同的cu 10、du 20和ue 30，并且cu 10和du 20再次使用phy内拆分，使得cu 10与du 20之间的通信使用iq样本(最初以每样本6比特的比特宽度)。然而，在此第二实施方式中，cu 10与ue 30之间的通信还利用自动重复请求(arq)，arq是可由cu 10与ue 30的相应处理器在其中arq应用于通信的第一状态与其中arq不应用于通信的第二状态之间选择性地应用的差错抑制技术的示例。arq是在cu 10和ue 30的rlc层中为需要特定差错率的服务使用的服务特定差错抑制技术。arq通过接收节点向发送节点请求重传在特定时间段内未接收到的或接收到但不能解码的数据分组来操作。作为响应，接收节点通过向发送节点发送反馈消息来请求该数据分组的重传。该延迟(在向发送节点发送反馈消息和发送节点重传数据分组时)对整个传输引入延迟，这导致增加的等待时间。因此，arq技术用于提高可靠性，但降低了等待时间。
[0057]
在此实施方式中，cu 10针对服务监测cu 10与ue 30之间的通信以确定等待时间度量(等待时间或等待时间的某一导数，例如重传计数)是否满足阈值。如果等待时间超过该阈值，则cu 10以下面的方式作出反应。首先，cu 10和du 20协作以增加通过前传链路传送的iq样本的比特宽度。这是以与上述第一实施方式类似的方式实现的，其中cu 10识别最大比特宽度(基于前传链路的当前容量和各比特宽度的期望差错率)以识别一组候选比特宽度(例如，每样本8比特)，选择这些候选比特宽度中的一个，并且与du 20协作以将前传链路上的通信的比特宽度增加到该选择的比特宽度。其次，cu 10和ue 30协作以禁用arq。这通过cu 10和ue 30的各自处理器从第一状态切换到第二状态来实现。
[0058]
尽管事件的顺序(禁用arq和切换比特宽度)是非必要的，但是应当注意，优选在禁用arq之前切换比特宽度。这将增加事件之间的差错率性能，但是将以增加的资源利用代价来实现。还可以在切换比特宽度之前禁用arq(例如，如果资源利用已经处于或接近最大值)，但是这可能导致事件之间的差错率增加。可以同时实现这两个过程，尽管必须考虑层间业务(例如通过应用偏移)。
[0059]
增加前传链路上的通信的比特宽度的效果是降低服务的通信的总差错率。因此，arq作为差错抑制技术变得多余，因此该技术被禁用，并且用于服务的通信不再遭受由于
arq重传而引起的延迟降级。实际上，该第二实施方式通过用较低层差错抑制技术(增加比特宽度)替代较高层差错抑制技术(arq)来对延迟增加超过阈值的触发作出反应，其中较低层差错抑制技术提供优于较高层差错抑制技术的改进的延迟性能。因此，该第二实施方式特别适用于低延迟(和高可靠性、低延迟)服务。
[0060]
在此重新配置之后，cu 10、du 20和ue 30继续监测服务的通信的等待时间，并且如果等待时间改进(例如，满足阈值)，那么这些节点可通过减小前传链路上的通信的比特宽度并再次启用arq而恢复到其原始配置。由于在较低比特宽度的通信需要较少的资源，因此这减少了前传利用。
[0061]
尽管arq被用作示例，但是本领域技术人员将理解这不是必需的。也就是说，有许多其它的差错抑制技术可以服从该第二实施方式的步骤。在利用相同协议栈的其它实施方式中，差错抑制技术可以是混合arq(在mac层中实现)，其中触发可以(例如)基于成功传输的重传计数，并且重新配置将减少对每个数据分组的重传次数的限制。在另一实施方式中，差错抑制技术可以是传输控制协议(tcp)重传(在ip层中实现)，其中触发将是成功传输的重传计数，并且重新配置将从tcp切换到用户数据报协议(udp)。其它差错抑制技术可应用于其它协议栈。
[0062]
此外，本领域技术人员将理解，触发不是等待时间的直接测量所必需的。也就是说，触发可以基于等待时间的导数，诸如重传的计数或与等待时间相关联的另一度量。也就是说，等待时间和差错率的定义是关联的(因为差错率是在特定时间段内没有成功到达的数据分组的数量的量度)，所以基于差错率的阈值也可以用作触发器。此外，触发可以基于服务改变其等待时间要求，使得它们不再被当前等待时间测量所满足。
[0063]
本领域技术人员将理解，可以组合第一实施方式和第二实施方式的方法，使得可以并行地使用三个重新配置(改变比特宽度、改变前传容量和改变较高层差错抑制配置)。这将高度适用于高可靠性、低等待时间的服务。
[0064]
在上述实施方式中，基站实现来自xran规范的一种或更多种压缩技术，以便将比特宽度从每样本6比特改变为每样本16比特。然而，这仅仅是示例，可以使用其它压缩技术，也可以使用其它比特宽度。
[0065]
此外，在上述实施方式中，该方法在cu 10中实现。然而，本领域技术人员将了解，所述方法可以在du 20中专门实施或与cu 10组合实施(在cu 10与du 20之间具有适当的额外消息以传送必要数据)。此外，本领域技术人员将理解，该方法的一些或全部步骤可以在到基站的单独节点中实现，诸如在具有到cu 10和/或du 20的连接的xran控制器中实现。
[0066]
本领域技术人员将理解，在所要求保护的本发明的范围内，特征的任何组合都是可能的。