CN1977549A - 移动通信***中的无线接入网*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线接入网***，该无线接入网***包括：核心网CN；多个无线接入网关RAG，每个RAG完成无线接口接入层所有L1/L2/L3协议的处理；多个远端射频单元RRU；其中，所述多个RAG与所述CN通过Iu接口相连，各个RAG之间通过Iur或Iur+接口相连，所述多个RAG通过Iua接口分别与相应的所述多个RRU相连，用于实现所述多个RAG对相应的多个RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。在本发明的一种具体实施方式中，每个所述RAG被分离为无线承载服务器RBS与无线控制服务器RCS两个独立的网元。本发明提出的上述无线接入网结构克服了原UTRAN结构中存在的问题，解决了频繁的移动性管理问题，且支持结构清晰且功能划分明确的RAN用户面与控制面相分离的结构。

Description

移动通信***中的

无线接入网*** 技术领域

本发明涉及移动通信***中无线接入网的有关技术领域，特 别涉及一种新颖的无线接入网***结构。 技术背景

移动通信***中通常由无线接入网（RAN )完成无线接口协 议中与接入层相关的协议处理， 从而为高层协议提供所需的无线 承载业务。 以通用移动通信*** （UMTS ) ***为例， 在当前的 R99/R4/R5中均采用了如图 1所示的 RAN结构。 该 RAN结构包 括无线网络控制器 （RNC ) 和节点 B ( NodeB ) 两类网元， 其中 RNC 2通过 Iub接口与一个或多个 NodeB 3相连， 不同 RNC 2 之间通过 Iur接口相连， RNC 2则通过 Iu接口与核心网 （CN ) 1 相连。 RNC 2通常完成无线接口 （Uu接口）协议中分组数据汇 聚协议（ PDCP )、无线链路控制（ RLC )、媒体接入控制（ MAC ) 等的协议处理， NodeB 3 则负责进行无线接口协议中的物理层 ( PHY ) 处理。

图 2所示的 UMTS无线接口接入层分由控制面和用户面两 部分組成，其中 PHY、 MAC及 RLC层协议在控制面和用户面是 一致的。 在控制面， 无线资源控制 （RRC )层通过其与无线接口 接入层中其它协议层的控制接口配置相应的协议实体， 包括物理 信道、 传输信道和逻辑信道参数， 而 RRC 层消息也由 RLC/MAC/PHY通过无线接口进行传输。在用户平面，除了 MAC 层和 RLC层之外， 还包括分组数据汇聚协议 ( PDCP )层和广播 /组播控制 （BMC )层。 有关上述 UMTS无线接口接入层协议的 详细描述， 可以参考 3GPP (第三代合作项目） 的 TS25.2xx 与 TS25.3xx系列协议文献。

图 1所示的 UMTS无线接入网 （ UTRAN ) 中的 Iu、 Iur及 lub 接口协议在垂直方向也划分为控制面和用户面两个部分， 其 中， Iu与 Iur/Iub接口的无线网络层用户面协议分别为 Iu-UP协 议与 FP数据帧协议， Iu、 Iur及 lub接口的无线网络层控制面协 议分别为 RANAP (无线接入网应用部分） 、 RNSAP (无线网络 子***应用部分）、 NBAP (节点 B应用部分）。有关上述 UTRAN 接口协议的详细描述，可以参考 3GPP的 TS25.4xx系列协议文献。

但是， 随着 UMTS技术的演进， 当前的 UTRAN***结构 所存在的问题也逐渐变得较为突出。如 3GPP技术报告 TR25.897 所述， 由于无线接口接入层的上层协议实体在 RNC中， lub接口 FP 数据帧将引入一定的传输时延， RLC 难以进行快速有效的 ARQ (自动重传请求）重 操作， 较大的时延也对外环功率控制 产生不利影响。 因此， 3GPP在 TSG RAN#17会议上设立了关于 "UTRAN结构演进，，的研究项目 （SI ) ， 其中， 在该 SI的技术才艮 告" TR25.897 , Feasibility Study on the Evolution of UTRAN Architecture, VO.3.1, Aug., 2003，，中主要提出了两种新的无线接 入网***结构， 如图 3和图 4所示。

图 3所示的无线接入网由无线网络网关（ RNG )4和 NodeB+5 組成， NodeB+ 5实际上是由如图 1中所示的原 UTRAN结构中 NodeB和 RNC合并而成的， 因此不再需要 lub接口， 移动性管 理功能通过相邻 NodeB+之间的 Iur接口实现。 RNG 4—方.面起 到 RAN 与 CN 1 接口会聚的作用， 另一方面也负责与当前 UTRAN的互操作， 为此， RNG 4与 NodeB+ 5之间也存在 Iu 和 Iur接口的部分功能。

图 3所示的无线接入网结构通过将原 UTRAN结构中 NodeB 3和 RNC 2的功能合并， 使得在单一网络节点内完成无线接口接 入层所有 L1/L2/L3协议的处理，从而克服了上述原 UTRAN结构 中时延造成的问题， 但是也引入了新的问题： 该结构 RNG 4 与 NodeB+ 5的接口复杂，对原 UTRAN结构中各接口协议功能和结 构改变较大， 不利于最大程度重用原有的 UTRAN接口协议； 而 且，该结构中 NodeB+ 5与如图 1所示的原 UTRAN结构中 NodeB 3一样仅能控制很少数量的小区，因此 NodeB+的数量很大且地理 分布分散， 而 NodeB+ 5之间又存在 lur接口， 因此使 RAN传输 网络的规划与建设变得十分复杂； 另外， NodeB+ 5规模小而数量 大的分布式结构， 大大增加了 RAN内 NodeB+迁移等移动性管理 的频繁程度， 由此带来了***复杂性稳定性的问题并最终影响用 户的服务 量。 同时， 由于移动通信的发展越来越倾向于采用微 小区扶术， 从而使该问题变得更加突出。

图 4所示的另一种无线接入网采用了将如图 1 中所示的原 UTRAN结构中 RNC 2 的用户面与控制面分离的结构， 即保留 NodeB 3功能不变， 而将 RNC 2分离为用户面服务器（ UPS ) 2-2 和无线控制服务器 （RCS ) 2-1两个独立的网元。 其中， UPS 2 - 2 负责除 RRC以外的无线接口接入层协议处理， 而 RCS 2-1则完 成 RRC协议处理并对 UPS 2-2与 NodeB 3进行控制。 如图 4所 示, RCS 2-1与 CN 1之间为 Iu-c接口， UPS 2-2与 CN 1之间为 Iu-u接口， RCS 2-1与 RCS 2-1之间为 Iur-c接口， VPS 2-1与 UPS 2-2 之间为 Iur-u接口， 上述接口基本上可以分别沿用原 UTRAN结构中 Iu和 lur接口的控制面和用户面协议， 但需要新 定义 RCS 2-1与 UPS 2-2之间的接口即 Iui接口。

图 4所示的无线接入网结构通过将原 UTRAN结构中 RNC 的用户面与控制面相分离， 使得***具有良好的可扩展性

( Scalab出 ty ) , 即可以分别 据所运营业务对控制面处理能力和 用户面处理能力的需求， 合理配置 RCS 2-1和 UPS 2-2的规模。 然而， 该结构实际上并没有解决前述原 UTRAN结构中存在的问 题。 另外， 由于 NodeB 3仅与 UPS 2-2相连， 因此对 NodeB 3的 控制信令 NBAP要么由 UPS 2-2终结要么由 UPS 2-2转发， 但无 论哪种方式均对 UPS 2-2负责用户面处理的原则产生影响。 发明内容

本发明正是针对上述已有的无线接入网***结构所存在的 不足， 提出了一种新的无线接入网结构与***， 既克服了原 UTRA 结构中存在的问题， 又解决了频繁的移动性管理问题， 同时支持结构清晰且功能划分明确的 RAN用户面与控制面相分 离的结构， 并且易于实现从现有 R99/R4/R5的 UTRAN结构的平 滑演进。

根据本发明， 提供一种无线接入网***， 该无线接入网*** 包括：

核心网 CN;

多个无线接入网关 RAG，每个 RAG完成无线接口接入层所 有 L1/L2/L3协议的处理；

多个远端射频单元 RRU;

其中， 所述多个 RAG与所述 CN通过 Iu接口相连， 各个 RAG之间通过 Iur或 Iur+接口相连， 所述多个 RAG通过 Iua接 口分别与相应的所述多个 RRU相连，用于实现所述多个 RAG对 相应的多个 RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。

在本发明的一种具体实施方式中， 每个所述 RAG被分离为 无线承载服务器 RBS与无线控制服务器 RCS两个独立的网元， 各个 RCS与 CN之间通过接口 Iu-c相连， 各个 RBS与 CN之间 通过接口 Iu-u相连，各个 RCS之间通过接口 Iur-c或 Iur-c+相连， 各个 RBS之间通过接口 Iur-u或 Iur-u+相连， 各个 RCS与相应 的 RBS之间通过接口 lui相连，用于实现所述 RCS对相应的 RBS 的控制， 其中， 所述接口 Iu-c, 接口 Iu-u， Iur-c或 Iur-c+, 接口 Iur-u或 Iur-u+分别使用与所迷 Iu和 Iur/Iur+接口相应的控制面 与用户面协议。

本发明提出的上述无线接入网结构克服了原 UTRAN结构中 存在的问题， 解决了频繁的移动性管理问题， 且支持结构清晰且 功能划分明确的 RAN用户面与控制面相分离的结构。 附图说明

下面结合各附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。在 各附图中， 相同的附图标记表示相同或类似的組成单元。 其中： 图 1示出当前的 R99/R4/R5中采用的 RAN结构；

图 2示出 UMTS无线接口接入层协议结构；

图 3示出 3GPP TR25.897提出的一种无线接入网***结构； 图 4示出 3GPP TR25.897提出的另一种无线接入网***结 构；

图 5示出才艮据本发明的无线接入网***结构的一种实施方式 的示意图；

图 6示出根据本发明的无线接入网***结构的另一种实施方 式的示意图；

图 7示出在根据本发明的无线接入网***结构中所使用的无 线接入网关 RAG的结构示意图。 具体实施方式

图 5是根据本发明的无线接入网***结构的一种实施方式的 示意图。 如图 5所示， 无线接入网由无线接入网关 （RAG ) 6和 远端射频单元（RRU ) 7组成， RAG 6与 CN 1通过 Iu接口相连， 11 0 6之间通过1111"或110*+接口相连， RAG 6通过 lua接口与相 应的 RRU 7相连， 用于实现所迷多个 RAG对相应的多个 RRU 的控制以及两者之间的数字无线信号传输。

图 7示出了在根据本发明的无线接入网***结构中所使用的 无线接入网关 RAG 6 的结构示意图。 如图 7所示， RAG 6主要 由信号路由分配单元、 基带信号处理资源池、 无线协议用户面处 理部分及无线协议控制面处理部分等组成。 其中， 基带信号处理 资源池由多个基带信号处理单元組成， 用于完成无线接口中物理 层的基带信号处理， 无线协议用户面处理部分与无线协议控制面 处理部分分别完成无线接口 （物理层除外） 与 RAN接口用户面 与控制面的处理。 以 UMTS***为例， 无线协议用户面处理部分 包括 MAC；、 RLCP, DCP, BMC, Iu-UP与 Iur接口的 FP数据 帧协议等， 无线协议控制面处理部分包括 RRC、 RANAP 与 RNSAP等， 信号路由分配单元则根据各小区业务量（ Traffic )的 不同， 动态分配信道处理资源， 从而实现多小区处理资源的有效 共享。 RRU对应现有 RAN结构中基站的射频部分， 主要由发射 通道的射频功率放大器、 接收通道的低噪声放大器、 双工器以及 天线等功能单元构成。

可以看到， RAG 6实际上完成了如图 1中所示的 RAN结构 中 NodeB 3和 RNC 2的功能，从而在单一网络节点内完成无线接 口接入层所有 L1/L2/L3协议的处理。 但是， 与图 3所示 RAN 2 结构不同的是，由于将基站中射频部分分离出去构成独立的 RRU 7,而在 RAG 6中采用了大容量易于扩展的基带信号处理资源池， 从而允许一个 RAG控制相当规模的 RRU, 而由 RRU完成各小 区在地理上的大范围分布。 相反， 在图 3所示 RAN结构中， 由 于天线必须在不同的站址安装以形成所需要的小区覆盖， 所包含 的射频部分实际上限制了 NodeB+的规模。 因此， 在本发明中， RAG 允许控制较大数量的小区， 从而避免了因 UE移动造成的 RAG 6频繁迁移的问题， 因此， 本发明在克服了如图 1中所示的 原 UTRAN结构中因 NodeB 3与 RNC 2分离而产生的时延所造成 的诸多潜在问题的同时，又有效地避免了频繁的移动性管理问题。

由于 RAG 6 可控制较大数量的小区， 因而其相当于原 UTRAN结构中 RNC 2与其所控制的多个 NodeB 3 (射频单元除 外） 的组合， 因此不再需要 Iub 接口， 并且可以完全沿用 R99/R4/R5的 UTRAN结构中的 Iu与 Iur接口。 另外， RAG 6 之间的接口还可以是在 Iur接口基础上进一步提供 RAG基带信 号处理负荷分担功能的 Iur+接口， 其中， 所述基带信号处理负荷 分担功能是指当某个 RAG的基带信号处理资源池的占用达到一 定的上限时， 通过 Iur+接口将某些业务量较高的小区所对应的数 字无线信号交换至其它 RAG，由其完成相应小区的基带信号处理 及无线协议的处理， 从而达到 RAG之间负荷分担的目的。

RAG 6与 RRU 7之间的 Iua接口主要负责传输数字无线信 号及有关控制信息， 其中数字无线信号典型地是数字 I/Q (同相 分量 /正交分量）基带信号。 关于该接口中数字无线信号及有关控 制信息的传输技术， 优选地可以采用本发明同一申请人于 2004 年 7月 12日提交的两项专利申请"无线基站***中无线信号的分 組传输方法"与"远端射频单元与集中式基站的接口方法"中所提 出的方案。 当然， 本领域技术人员理解， 也可采用其他公知的关 于 Iua接口中数字无线信号及有关控制信息的传输技术。 同时， 上述 Iur+接口中数字无线信号的传输也可以采用与 Iua接口相同 的技术。

图 6是根据本发明的无线接入网***结构的另一种实施方式 的示意图。 具体地说， 图 6给出了图 5所示无线接入网进一步演 进为 RAG 6用户面与控制面分离的结构， 即 RAG 6分离为无线 承载服务器 （RBS ) 6-2与无线控制服务器（RCS ) 6-1两个独立 的网元， RCS 6-1与 CN 1之间的接口为 Iu-c， RBS 6-2与 CN 1 之间的接口为 Iu-u， RCS 6-1之间的接口为 Iur-c或 Iur-c+, RBS 6-2之间的接口为 Iur-u或 Iur-u+, RCS 6-1与 RBS 6-2之间通过 接口 lui相连， 用于实现所述 RCS对相应的 RBS的控制。 除 lui 接口需要重新定义外其它接口基本上可沿用图 5所示无线接入网 中 Iu和 Iur/Iur+接口的控制面与用户面协议。 关于 lui接口的重 新定义， 本领域技术人员基于上述 RCS 6-1与 RBS 6-2之间的功 能和控制关系可根据实际情况进行， 由于这种定义对于本发明来 说并不是关键的， 因此在此不进行详细说明。

在图 6所示无线接入网中， RBS 6-2主要包括如图 5中所示 无线接入网中 RAG 6内的信号路由分配单元、基带信号处理资源 池、 无线协议用户面处理部分等功能单元， 负责处理 RRC 以外 的无线接口接入层协议， RCS 6-1主要包括上述 RAG 6中的无线 协议控制面处理部分， 负责完成 RRC协议处理并对 RBS 6-2进 行控制。 与图 4所示 RAN结构相比， 图 6所示无线接入网由于 在单一的网络节点 RBS 6-2 中无线接口接入层 L1/L2协议的处 理， 从而克 了上述如图 1所示的原 UTRAN结构中因 NodeB 3 与 RNC 2分离而产生的时延所造成的诸多潜在问题。 同时， 由于 RCS 6-1只对 RBS 6-2进行控制，因而避免了图 4所示 RAN结构 中对 NodeB 3的控制信令需要由 UPS 2-2终结或转发而造成的问 题， 从而具有结构清晰且功能划分明确的 RAN用户面与控制面 相分离的结构。

实际上， 根据上面的分析可知， 本发明提出的图 5与图 6所 示无线接入网结构除克服了已有无线接入网结构存在的不足， 即 克服了原 UTRAN结构中存在的问题， 解决了频繁的移动性管理 问题， 且支持结构清晰且功能划分明确的 RAN用户面与控制面 相分离的结构外， 还具有以下明显的优势：

□ 集中的基带信号处理资源池结构允许使用有效的动态资 源调度机制， 从而使得昂贵的基带信号处理资源为 RAG 或 RBS/RCS所属的所有小区所共享，因此与现有无线接入网技术相 比，所需的基带信号处理资源数量明显减少并有效减低***成本；

□ 集中的基带信号处理资源池结构能自动适应 RAG 或 RBS/RCS所属各小区内的业务量的动态变化，在各小区间实现动 态的负荷分担， 与现有无线接入网技术相比， 能有效减少某小区 出现短期的业务量高峰而造成的呼损， 从而提高用户服务质量；

□ 集中的基带信号处理资源池结构使得在传统 RAN 中的 码分多址 （CDMA ) ***的软切换由更软切换来完成， 从而获得 额外的处理增益并提高无线性能；

□ 由于 RRU主要包括射频部分， 与现有无线接入网技术 中 NodeB或 NodeB+相比， 有效降低了在体积、 功耗、 供电及工 作环境等方面的要求， 因此易于工程安装、 操作维护以及站址的 选择。

为便于说明， 本发明的上述具体实施方式是以 UMTS 中的 UTRAN为例进行描述的，但是， 本发明所提出的 RAN结构与系 统并不受特定无线接入技术的限制， 因此适用于任何接入技术的 移动通信***， 如 CDMA2000、 GSM/GPRS , UTRA TDD , TD-SCDMA等现有的或将来的移动通信***。

虽然上面已经结合特定实施方式对本发明进行了具体描述， 但是在上述公开的技术内容的教导下， 本领域技术人员还可以想 到对上述具体实施方案的许多改进或修改。 这些改进或修改都应 被认为包括在附后的权利要求书所限定的范围内。

Claims (1)

1. 1. 一种无线接入网***， 该无线接入网***包括：

   核心网 CN;

   多个无线接入网关 RAG,每个 RAG完成无线接口接入层所 有 L1/L2/L3协议的处理；

   多个远端射频单元 RRU;

   其中， 所述多个 RAG与所述 CN通过 Iu接口相连， 各个 RAG之间通过 lur或 Iur+接口相连， 所述多个 RAG通过 Iua接 口分别与相应的所述多个 RRU相连，用于实现所述多个 RAG对 相应的多个 RRU的控制以及两者之间的数字无线信号传输。

   2. 如权利要求 1所迷的无线接入网***，其中，每个所述 RAG 完成无线接入网 RAN结构中 NodeB和无线网络控制器 RNC的 功能， 并且每个 RAG包括：

   信号路由分配单元， 用于根据各小区业务量的不同， 动态分 配信道处理资源， 以实现多小区处理资源的有效共享；

   基带信号处理资源池， 其由多个基带信号处理单元组成， 用 于完成无线接口中物理层的基带信号处理；

   无线协议用户面处理部分及无线协议控制面处理部分，用于 分别完成无线接口 （物理层除外） 与 RAN接口用户面与控制面 的处理。

   3. 如权利要求 2所述的无线接入网***， 其中， 所述无线接 入网***是 UMTS ***， 所述无线协议用户面处理部分包括 MAC, RLCP、 DCP、 BMC、 Iu-UP与 lur接口的 FP数据帧协 议，所述无线协议控制面处理部分包括 RRC：、 RANAP与 RNSAP, 每个所述 RRU 包括发射通道的射频功率放大器、 接收通道的低 噪声放大器、 双工器以及天线。

   4. 如权利要求 1-3 中任一项所述的无线接入网***， 其中， 当所述 RAG之间通过 Iur+接口相连时， 所述 Iur+接口被配置成 当某个 RAG的基带信号处理资源池的占用达到一定的上限时， 通过相应的 Iur+接口将某些业务量较高的小区所对应的数字无 线信号交换至其它 RAG,由其完成相应小区的基带信号处理及无 线协议的处理， 从而实现 RAG之间的负荷分担。

   5. 如权利要求 1-4 中任一项所述的无线接入网***， 其中， 所述 RAG与相应 RRU之间的 Iua接口用于传输数字无线信号及 有关控制信息， 其中， 所述数字无线信号是数字同相分量 /正交分 量 I/Q基带信号， 以及， 所述 Iur+接口中数字无线信号的传输采 用与所述 Iua接口相同的技术。

   6. 如权利要求 1 -3中任一项所述的无线接入网***， 其中 , 每个所述 RAG被分离为无线承载服务器 RBS与无线控制服务器 RCS两个独立的网元，各个 RCS与 CN之间通过接口 Iu-c相连， 各个 RBS与 CN之间通过接口 Iu-u相连， 各个 RCS之间通过接 口 Iur-c或 Iur-c+相连， 各个 RBS之间通过接口 Iur-u或 Iur-u+ 相连， 各个 RCS与相应的 RBS之间通过接口 Iui相连， 用于实 现所述 RCS对相应的 RBS的控制， 其中， 所述接口 Iu-c, 接口 Iu-u, Iur-c或 Iur-c+, 接口 Iur-u或 Iur-u+分别使用与所述 Iu 和 Iur/Iur+接口相应的控制面与用户面协议。

   7. 如权利要求 6所述的无线接入网***， 其中， 所述 RBS包 括所述 RAG中的所述信号路由分配单元、 基带信号处理资源池、 无线协议用户面处理部分， 用于处理 RRC 以外的无线接口接入 层协议， 以及， 所述 RCS包括所述 RAG中的所述无线协议控制 面处理部分，用于完成 RRC协议处理并对相应的 RBS进行控制。