利用第二无人机基站对第一无人机基站的无缝替换的制作方法

本发明涉及电信，特别地涉及无线电信。

背景技术：

在未来几年中，用于无线蜂窝电信的网络的运营商面临大量的业务增加。小小区基站对于解决这一问题是有用的，因此运营商正在考虑关于在哪里放置小小区基站、以及如何以能量高效的方式智能地管理它们的方法，例如控制开启/关闭。运营商理解，小小区部署在哪里是很重要的，因为小小区基站通常应当放置在允许大量业务从宏小区基站被卸载的适当位置。

小小区基站通常简称为小小区。

关于在何处以及如何放置小小区的显著发展是使用安装在无人机上的小小区。无人机是一种小型无导频无线电控制飞机，通常被称为无人驾驶飞行器(UAV)。所得到的“飞行小小区”可以由操作者定向成在特定时段位于期望位置处，操作者期望飞行小小区在该时段在该位置处。因此，可以根据业务需求的变化来到处放置和移动飞行小小区。

飞行小小区通常被称为无人机基站(有时表示为无人机BS或DBS)，并且可以以两种方式中的一种或两种来帮助解决业务需求。这些方式是覆盖扩展和容量扩展，如继而在下文所述。

覆盖扩展例如在蜂窝覆盖不可用的情况下发生，因此无人机基站被定向到需要覆盖的位置，以便扩展由网络覆盖的地理。这种需要可能在地面基站发生故障的事件时发生，或者例如在灾难性情况发生救援人员需要连接的人烟稀少地区的事件时发生。

容量扩展在无人机基站飞行到临时高业务需求的位置的情况下发生，以便提供附加的业务容量。例如，在体育赛事或音乐会期间，无人机基站飞行到该事件的位置以处理一些业务。

技术实现要素：

读者参考所附独立权利要求。一些优选的特征在从属权利要求中给出。

本发明的示例是一种利用第二无人机基站替换第一无人机基站的方法，方法包括：

由第一无人机基站发送指示小区标识符的第一导频信号；

由第一无人机基站接收第二无人机基站处于第一无人机基站附近的信息；

由第二无人机基站发送指示与第一无人机基站相同的小区标识符的第二导频信号；

由第一无人机基站从第二无人机基站接收用以终止发送第一导频信号的指示；以及

依据由第一无人机基站从第二无人机基站接收到用以终止发送第一导频信号的指示，终止由第一无人机基站终止第一导频信号的发送。

一些优选实施例提供了一种用户终端不可见的无线无人机基站替换过程。

一些优选实施例提供了一种替换必须停止其服务的第一无人机基站的方法，其中替换无人机基站使用与第一无人机基站相同的无线电频带和小区标识符。这是为了提供对连接的用户终端不可见的无缝替换。该过程对于用户终端是不可见的。不使用个体用户终端的传统切换。用户终端看不到小区标识符、即小区ID的改变。用户终端也看不到C-RNTI(无线电网络临时标识符)的改变。

优选实施例提供良好的性能，因为由于无人机替换造成的中断限于网络将下行链路数据路径从经由第一无人机基站交换到经由第二无人机基站所花费的时间。这个时间通常小于使用传统切换的已知网络中发生的中断。传统切换涉及由用户终端通过空中接口执行的小区交换。

一些优选实施例具有简单且快速的无人机替换过程的优点，从而在移动网络中实现高质量的服务和增加的容量。此外，可以增加覆盖，特别是在不可接入的地形中，例如在地面基站不适合的情况下。

本发明的示例还涉及相应的第一无人机基站、相应的第二无人机基站和无人机基站替换的控制器。例如，本发明的示例还涉及被配置成被第二无人机基站替换的第一无人机基站，第一无人机基站包括：

用以发送指示小区标识符的第一导频信号的装置；

用以接收第二无人机基站在第一无人机基站附近的信息的装置；

用以从第二无人机基站接收用以终止发送第一导频信号的指示的装置；以及

用以依据从第二无人机基站接收到用以终止发送第一导频信号的指示来终止第一导频信号的发送的装置。

优选地，用以发送的装置包括传输器，用以接收的装置包括一个或多个接收器，用以终止的装置包括传输器控制器。

优选地，第一无人机基站还包括：

用以在被通知第二无人机基站在附近时朝着第二无人机基站发送与用户终端的连接的用户上下文信息的装置；

用以接收用以停止上行链路接收的指令的装置；以及

用以作为响应停止与多个用户终端的到第一无人机基站的上行链路用户数据连接的装置，

用以朝着第二基站发送指令的确认的装置。

优选地，第一无人机基站包括用以与确认一起发送已经由第一无人机基站接收并且向回程节点转发的上行链路用户数据的用户上下文数据的装置。

本发明的另一示例涉及第二无人机基站，其被配置成替换被配置成发送指示小区标识符的第一导频信号的第一无人机基站，第二无人机基站包括：

用以接收用以飞行到第一无人机基站附近的给定位置的命令的装置，

用以传输指示该位置已经被飞行到的信号的装置，

用以从第二无人机基站发送指示与所述第一无人机基站相同的小区标识符的第二导频信号的装置；

用以向第一无人机基站发送用以终止发送第一导频信号的指示的装置。

优选地，用以接收的装置包括接收器，用以传输的装置包括传输器，并且用以发送的装置包括一个或多个传输器。

优选地，第二无人机基站还包括：

用以接收来自第一无人机基站的与多个用户终端的连接的用户上下文信息的装置，

用以承担上行链路接收的装置，

用以朝着第一无人机基站发送用以停止上行链路接收的指令以便具有利用第二无人机基站而非第一无人机基站的与多个用户终端的上行链路用户数据连接的装置，

用以从第一基站接收指令的确认的装置。

优选地，第二无人机基站还包括：

用以朝着回程节点发送指令的装置，以通过利用IP地址来区分第一和第二基站而将用于下行链路用户数据的路径从经由第一无人机基站交换到经由第二无人机基站。

本发明的另一示例涉及无人机基站替换的控制器，控制器包括：

用以接收指示发送指示小区标识符的第一导频信号的第一无人机基站应当被替换的消息的装置；

用以朝着第二无人机基站发送用以飞行到第一无人机基站附近的给定位置的命令的装置，

用以从第二无人机基站接收第二无人机基站已经到达给定位置的指示的装置，

用以朝着第一基站发送第二无人机基站现在正处于第一无人机基站附近的指示的装置，指示是用于第二无人机基站在发送指示与第一无人机基站相同的小区标识符的第二导频信号时向第一无人机基站发送用以终止发送第一导频信号的指示的触发，以及

用以命令第一无人机基站飞走的装置。

优选地，用以接收的装置包括一个或多个接收器，用以发送的装置包括一个或多个传输器，并且用以命令的装置包括处理器。

优选地，控制器包括用以从第二无人机基站接收通过利用IP地址在第一和第二基站之间区分而被发送到第二无人机基站而非第一无人机基站的下行链路用户数据的请求的装置，以及

用以响应于接收到请求来交换到经由第二无人机基站发送下行链路用户数据的装置。

附图说明

现在将通过示例并参考附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1是示出了已知的切换过程(现有技术)的图，

图2是示出了已知的无人机基站切换过程(现有技术)的图，

图3是示出了根据本发明第一实施例的网络在第一时间的图，其中无人机BS-A服务某些用户，

图4是示出了图3所示的网络的图，但是在无人机BS-B飞行到目标位置准备被切换到的稍后时间，

图5是示出了图4所示的网络的图，但是在无人机BS-B已经被切换到从而已经接管提供无线服务的稍后时间，

图6是示出了图3至图5所示的网络中的无人机切换过程的消息序列图，

图7是示出了两个无人机基站如何使用因特网协议标识号被回程节点区分以用于下行链路用户数据传输的图，

图8是示出了图3至图5所示的网络中的X2接口路由的图，

图9是示出了替选网络(未示出)中的替选X2接口路由的图，

图10是示出了在图3至图5所示的网络中使用单个RF频带的图，

图11是示出了图3至图5所示的网络中的无人机基站的图，

图12是示出了替选网络(未示出)中的替选无人机基站的图。

具体实施方式

用于蜂窝基站之间的切换的已知技术在图1中示出。该技术涉及在基站之间的连接的无线电切换、基站之间的X2回程接口上的用户终端(UE)上下文数据的传送、以及经由核心网更新用于用户终端的因特网协议(IP)数据和用户数据的S1AP路径路由。有三个已知的切换选项，即“先断后接”(Break before Make)、“先接后断”(Make before Break)和双连接。在所有这些过程中，必须改变标识被连接到的基站的小区标识(小区ID)。此外，由于RNTI标识用于特定小区中的特定用户的信息，其中公共或共享信道用于数据传输，所以用户终端的无线电网络临时标识符(RNTI)由于切换而改变。

考虑无人机基站的替换，以在被提供给用户终端的服务方面看起来无缝的方式，图2中示出了已知的技术。它由以下步骤组成。具有小区Id1的服务无人机基站(无人机-BS-A)向经由回程节点连接的无人机管理模块通知对于替换的需求。因此，无人机管理模块将无人机-BS-B定向到无人机-BS-A的位置。

配置数据从无人机-BS-A被传送到无人机-BS-B。然后，无人机-BS-B激活其小区覆盖(小区Id2)。继而，无人机-BS-A减小其导频功率，以便触发切换。然后，当前连接的用户终端从无人机-BS-A被切换到无人机-BS-B。这涉及用户终端以已知方式提供对相邻小区的导频信号的测量，触发无人机-BS-A针对特定用户终端的切换请求消息。标识在不同频带操作的小区ID2(即无人机-BS-B)是用于切换的目标小区，并且到具有小区ID2的小区的切换被生效。一旦这些切换完成，无人机-BS-A终止提供无线服务，并且被指示飞走。

本发明人意识到这种已知的方法很复杂且缓慢，并且可以如下所述提供具有改进的性能的方法。

首先将从结构角度描述示例网络，然后将解释关于无人机替换的示例操作。

网络

如图3到图5所示，用于蜂窝无线电信的网络32包括地面基站34、回程节点36、无人机管理级38和蜂窝通信核心网40。回程节点无线地连接到表示为无人机-BS-A和无人机-BS-B的两个无人机基站42。

回程节点36和地面基站34连接到无人机管理级38和核心网40。一些用户终端连接到地面基站34。在图3到图5中，为了简单起见，示出了这些用户终端中的两个，表示为UE3和UE4。

地面基站34是安装在固定位置的基站。在该示例中，地面基站34是宏小区基站。在另一相似的示例(未示出)中，地面基站34是小小区基站。

无人机基站42每个由安装在无人机上的小小区基站组成，其中无人机是小型无导频无线电控制飞机并且具有到回程节点36的无线电链路。无人机基站42提供小小区覆盖区域以便为用户终端提供服务。在图3至图5中为了简单起见而示出了表示为UE1和UE2的两个无人机连接的用户终端。

在该示例中，从每个无人机基站42到回程节点36的无线电链路与到用户终端UE1、UE2的连接处于相同的无线电接入技术(RAT)、相同的频带和相同的天线类型。然而，在另外一些其它的类似的示例(未示出)中，使用不同的RAT、频带和/或天线类型。

回程节点6用于将数据从无人机基站42传输到网络32中。为了便于解释，无人机管理级38被示出为单独的单元。在实践中，无人机管理级被集成到任何网络节点中，例如地面基站、核心网或回程节点。

在无人机基站替换之前

如图3所示，在第一阶段中，无人机-BS-A服务于用户终端UE1、UE2。

无人机基站替换

现在将参照图3至图6描述用于无人机基站替换的示例机制。这里使用的步骤的编号是在图6中编号的步骤的编号。当然，其他机制也是可能的。

在图6中，示出了移动管理实体(MME)和分组数据网络网关(PDN GW)。这些是用于核心网40的部分。

检测对于替换的需求：

步骤1：在该示例中，无人机-BS-A检测到要被替换的需求，因为它的电池已经空了。无人机-BS-A通过经由回程节点36向无人机管理级38发送消息来通知网络32。该消息包含关于以下各项的信息：替换原因、由无人机-BS-A测量的基站的测量报告、以及由用户终端测量并且发送到无人机-BS-A的无人机基站和地面基站的测量报告(如果可用)。

向位置发送替换无人机-BS：

步骤2：无人机管理级38决定另一无人机应当替换无人机-BS-A。它为此选择无人机-BS-B，并且命令无人机-BS-B飞行到无人机-BS-A的位置(见图4)。注意，为了安全起见，无人机-BS-B始终与无人机-BS-A保持至少最小距离。

无人机-BS-B到达无人机-BS-A附近：

步骤3：一旦无人机-BS-B已经到达给定地理位置，无人机-BS-B通知无人机管理级38它已经到达该目标位置。

步骤4：无人机管理级38向无人机-BS-A通知替换无人机、即无人机-BS-B现在可用。(在否则类似的备选实施例(未示出)中，无人机-BS-B将该可用性信息直接发送给无人机-BS-A)。

由无人机-BS-B接管无线服务(见图5)：

步骤5：然后，无人机-BS-B被配置成接管无线服务。这包括关于无人机-DB-A的配置数据的向无人机-BS-B的传送和当前用户的上下文的传送。

步骤6：无人机-BS-B开始接收上行链路用户数据(而无人机-BS-A仍然也这样做)。此时，只有无人机-BS-A将上行链路用户数据转发到回程节点36。

步骤7：当无人机-BS-B标识其自身(无人机-BS-B)正确地接收到上行链路数据并且将该数据转发到回程节点36时，无人机-BS-B指示无人机-BS-A停止上行链路接收。

步骤8：无人机-BS-A确认停止上行链路接收，并且向无人机-BS-B报告无人机BS-A已经经由回程节点36转发的上行链路用户数据的上下文信息。

步骤9：无人机-BS-B经由回程节点36开始发送上行链路数据(利用已经经由无人机-BS-A和回程节点36发送的数据的上下文信息)。

步骤10：无人机-BS-B开始发送导频信号(使用与无人机-BS-A使用的相同的小区-id、即小区ID1以及相同的无线电频带f1)。

步骤11：无人机-BS-A停止发送导频信号。

在该示例中，步骤10和11通过无人机-BS-A检测到(未示出)来自无人机-BS-B的导频信号而被同步。其他选项是可能的。例如，在一些其他实施例(未示出)中，从无人机-BS-B被发送到无人机BS-A的指示无人机-BS-B已经开始发送导频信号并且无人机-BS-A应当停止导频信号的消息)。

步骤12：无人机-BS-B直接通知回程节点36交换下行链路用户数据的路径，使得下行链路用户数据不再被发送到无人机-BS-A，而是被发送到无人机-BS-B。在备选实施例(未示出)中，无人机-BS-A通知回程节点。在另一备选实施例(未示出)中，经由无人机管理级而不是直接经由回程节点来通知回程节点36。如图7所示，回程节点36和无人机管理级38出于这一原因使用它们的唯一的因特网协议标识符来在两个无人机基站之间区分。在该示例中，这些标识是用于无人机-BS-A的IP1和用于无人机-BS-B的IP2。标识IP1和IP2由作为核心网的一部分的操作和管理中心OMC来提供。无人机基站还具有ECGI(增强小区全球标识符)，其在本示例中对于两个无人机基站是相同的。无人机基站也共享另一标识符PC1_1。

步骤13：无人机-BS-B开始传输下行链路用户数据。

步骤14：无人机-BS-A停止传输下行用户数据；并且无人机-BS-B通知无人机管理级38该过程完成(无人机BS-B现在已经接管了所有无线服务)。

步骤15：无人机管理级38指示无人机BS-A飞行到不同的位置。

无人机-BS-A飞走：

步骤16：无人机-BS-A例如飞往其基地或例如可以对电池充电或替换的另一位置。

一些另外的细节

应当注意，该无人机替换过程对于在无人机替换之前连接到无人机-BS-A的用户终端是透明的。随着到用户终端的连接被无缝地切换到替换无人机-BS-B，它们的用户数据传输继续。

在这些无缝切换中，小区标识(在该示例中为小区ID1)不变。从用户终端的角度来看，没有切换。此外，通过无人机切换，C-RNTI(控制平面-无线电网络临时标识符)保持不变。

此外，移动管理实体看到未改变的小区标识符CellID1，因此不需要S1AP路径交换来将无人机-BS-B附接到MME。S1表示小小区基站与网关(图3至图6中未示出)之间的接口。AP表示接入点。也不需要新的S1接口。

关于无人机管理级38，这看到两个无人机，换句话说，两个小小区，这两个小小区具有相同的小区标识符CellID1。无人机管理级经由到无人机的适当的控制信令来协调切换。

X2路由

作为无人机替换过程的一部分，使用X2接口将小区上下文和用户终端上下文(表示为UE上下文)两者从无人机-BS-A传送到无人机-BS-B。X2接口是两个无人机之间的逻辑直接链路。

如图8所示，在该示例中(其在上面参考图3至图6描述)，物理上而言，X2接口传递经由回程节点36。因此，UE上下文经由回程节点36被路由。该方法在无人机-BS-A和无人机-BS-B来自不同的设备制造商的情况下在提供和保证一层互操作性方面具有优势。

再次参考图7，无人机基站使用它们的IP标识符IP1和IP2作为信息消息中的地址来在X2接口上交换信息。

如图9所示，备选地，在另外的类似的示例网络中(未示出)，X2接口物理上直接从无人机传递到无人机。X2消息直接通过无人机之间的无线接口传递，其中无线接口使用任何适当的无线电接入技术(RAT)，例如长期演进设备到设备(LTE-D2D)技术、无线局域网(WLAN)或微波。UE上下文直接在无人机之间传输。这具有以下优点：由于没有涉及中间节点(诸如回程节点)，所以UE上下文传送更快。在一些备选示例中，与在无人机基站与其连接的用户终端之间使用的相比，直接物理接口使用不同的无线电接入技术和无线电频带。其它优点在于，由于UE上下文传送而在回程节点上没有负载，并且对地面基站，例如对在底层宏蜂窝网络中的宏蜂窝基站，具有更少的无线电干扰。当然，在无人机来自不同制造商的情况下，物理接口的协议可能需要被标准化。

应当注意，在图8和图9所示的示例中，即使无人机之间的接口在物理上不同，但是相关的控制信令过程相同，因为它们由无人机之间的X2接口逻辑地定义。

频带使用

如图10所示，在参考图3至图8描述的示例中，无人机-BS-A和无人机-BS-B二者使用相同的频带。无人机-BS-A和无人机-BS-B被同步，使得当无人机-BS-B开始发送导频信号时，无人机-BS-停止发送导频信号。类似地，当无人机-BS-A停止发送(到用户终端的)用户数据下行链路时，无人机-BS-B接管用户数据下行链路的传输。

备选地，在另外的相似的示例(未示出)中，频带被分成两个子带，并且两个无人机基站中的每个使用不同的子带。这减少了同步的要求。此外，在两个无人机基站之间存在显著干扰的风险较小。采用这种方法，在UE上下文传送期间，无人机-BS-A占用服务于小区中的一些用户终端的第一子带。同时，无人机-BS-B使用另一子带来与小区中的其他用户终端以及连接到无人机-BS-A的无人机-BS-B已经接收到用于其的UE上下文的用户终端都进行连接。

基本收发器单元

如图11和图12所示，考虑到基站43包括基本收发器单元45和无线电头端47，在上面参照图3至图7和图9描述的示例中，基站43安装在无人机41上，以形成无人机基站42。

备选地，如图13和图14所示，无线电头端47’安装在无人机41’上，而基本收发器单元45’位于网络中的其他地方，例如在附接到回程节点的地面上。无线电头端47’继而通常被称为远程无线电头端(RRH)。使用这种方法，可以认为无人机安装的基站43’被削减。无人机41’上承担较少的处理，例如UE上下文传送。另外，同步要求不那么严格，因为无人机-BS-A和无人机-BS-B都由相同的基本收发器单元服务。然而，与基本收发器单元是无人机安装的情况相比，经由与回程节点的回程链路发送更多的控制数据。

本发明可以在不脱离其基本特征的情况下以其他具体形式实施。所描述的实施例在所有方面都被认为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述来表示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。

本领域技术人员将容易认识到，各种上述方法的步骤可以由编程的计算机执行。一些实施例涉及机器或计算机可读并且编码机器可执行或计算机可执行指令程序的程序存储设备，例如数字数据存储介质，其中所述指令执行上述方法的一些或全部步骤。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带等磁存储介质、硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。一些实施例涉及被编程为执行上述方法的所述步骤的计算机。