无线存取网络的主机、基地台、方法与计算机的储存介质与流程

本发明涉及无线存取网络的一主机与一基地台、一种存取无线网络的方法、以及一种非暂存计算机可读的储存介质。

背景技术：

全世界正在着手进行下一世代5g移动网络或无线系统(5thgenerationmobilenetworks或5thgenerationwirelesssystems，简称5g)的技术。面对移动网络数据数据量快速提升的挑战，电信业者布建大量的小型基地台以应付用户的传输需求，形成超高密度网络(ultradensenetwork，udn)。小型基地台间的协调以进行干扰处理是此架构的最主要的问题；业者提出了集中式云端(cloud)无线存取网络(radioaccessnetwork，ran)架构用来方便管理小型基地台之间的协调(可参考图1的示意图)，此架构下，前端只留下天线与远程射频收发装置(remoteradiohead，rrh)做简单的模拟与数字信号的转换，远程射频收发装置连接至后端的基频单元装置(basebandunit，bbu)与5g核心网络，并且将所接收的信号都传送至该基频单元装置，集中处理使用者设备(例如：手机)于小型基地台之间的干扰问题，也可以有效地共享资源来节省成本。

由于远程射频收发装置与具有基频单元装置的主机(bbuserver)之间的前端连结(fronthaul)有模拟与数字的转换，整体传输速度的需求将比原本的数据传输率成长十几倍。为了降低前端的连结需求，将部分的通信协议层(protocollayer)的功能移到前端的远程射频收发装置处理后再回传到后端的具有基频单元装置的主机的想法陆续被提出来探讨。例如，示于图2中的小型基地台论坛(smallcellforum)所提的小型基地台功能性分离(smallcellfunctionalsplits)，如果将越多的通信协议层的功能放在远程射频收发装置处理，则前端链接的数据传回具有基频单元装置的主机的需求就越低，然而，松弛的协调程度将使多个远程射频收发装置，如天线/基地台，之间造成干扰，而降低系统效能。

在目前提出解决集中式云端无线存取网络前端链接需求过高的方法中，都是考虑把通信协议层分离，部分通信协议层放在远程射频收发装置、基地台或是小型基地台，部分通信协议层放在具有基频单元装置的主机群中处理，但松弛的协调程度会影响天线与基地台之间的效能，因而无法兼顾与前端连结的需求。图3举例说明紧密协同程度(效能)与前端连结的取舍。

技术实现要素：

本发明涉及无线存取网络的一主机与一基地台、一种存取无线网络的方法、以及一种非暂存计算机可读的储存介质。

本发明提供无线存取网络的一主机，此主机包括控制功能决定模块以及控制信息收集模块。该控制功能决定模块对一或多个基地台执行起始设定的动作；控制信息收集模块收集由该一或多个基地台传送的控制功能的相关信息，再通过该控制功能决定模块对该一或多个基地台下达控制参数设定的命令；其中，该一或多个基地台将用为通信协议的该控制功能与数据功能分离。

本发明提供无线存取网络的一基地台，该基地台包括控制信息报告模块以及执行模块。该执行模块从一主机取得该基地台的起始设定的动作，该控制信息报告模块传送控制功能的相关信息给该主机；然后，该执行模块取得该主机下达控制参数设定的命令；其中，该基地台将用为通信协议的该控制功能与数据功能分离。

本发明提供存取无线网络的方法，包括：对一或多个基地台执行起始设定；传送控制功能的信息给主机；传送控制参数设定的命令给该一或多个基地台；其中，该一或多个基地台将用为通信协议的该控制功能与数据功能分离。

本发明提供一种非暂存计算机可读的储存介质，使用于一计算机程序产品中，该计算机程序产品包括多个指令，该多个指令被配置使一计算设备执行上述方法。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1举例说明无线存取网络架构的示例性网络；

图2举例说明提供小型基地台论坛所提的小型基地台功能分离；

图3举例说明紧密协同程度(效能)与前端连结的取舍；

图4-1是根据本发明一实施例，说明长期演进技术(longtermevolution，lte)的通信协议栈的示意图；

图4-2是根据本发明另一实施例，说明无线局域网络协议(wifi)的通信协议栈的示意图；

图5是根据本发明一实施例，说明控制功能与数据功能分离的示意图；

图6是根据本发明一实施例，说明基地台与主机间运作的示意图；

图7是根据本发明一实施例，说明主机运作的示意图；

图8是根据本发明一实施例，说明基地台运作的示意图；

图9是根据本发明一实施例，说明基地台细部运作的示意图；

图10是根据本发明一实施例，说明主机细部运作的示意图；

图11说明根据本发明的效能与现有技术效能比较；

图12说明根据本发明的效能与现有技术效能比较的详细计算方式。

【符号说明】

101：控制功能决定模块

102：控制信息收集模块

103：控制信息报告模块

104：执行模块

201；起始设定

202；传回

203；控制参数设定

301：控制功能接收器

302：控制功能处理器

500：基地台内部运作方块图

510：控制功能

520：数据功能

具体实施方式

以下将配合图式详细说明例示性实施例，关连图式中的相同组件或等同组件，则沿用相同的附图标记以及陈述。

本发明提出类似软件定义网络(software-definednetworking)的网络，在集中式云端无线存取网络中将控制功能(controlfunction)与数据功能(datafunction)分离。控制功能集中在基频单元装置中、无线存取网络、云端无线存取网络或是超高密度网络中的主机或是具有基频单元装置的主机(bbuserver)，本发明所谓的主机；数据功能分散到基地台(basestation)、小型基地台(smallcell)、微型基地台(microcell)、微微型基地台(picocell)、lte基地台(evolvednodeb，enb)或是远程射频收发装置，本发明所谓的基地台，除了不需要前端链接来传输大量数据之外，并且依然可使用紧密协同(tightcoordination)技术，例如：网络多重输入多重输出(networkmulti-inputmulti-output，networkmimo)来消除干扰，以增加系统效能。而基地台间可以互相交换数据信息。

图4-1是根据本发明一实施例，说明长期演进技术(longtermevolution，lte)的通信协议栈的示意图，通信协议栈由五层通信协议层所组成，由下至上分别为物理层(phy)、媒体访问控制层(mac)、无线链结控制层(rlc)、封包数据汇聚通信协议层(pdcp)以及无线资源控制层(rrc)。在各通信协议层中，空白圆圈代表控制信息，黑圆圈代表数据信息。在本发明的较佳实施例中，控制功能与数据功能被分散在各通信协议层中处理。在其他实施例中，控制功能与数据功能可能只由默认的一或多个通信协议层处理。

以控制功能与数据功能的分离做为范例，在物理层中，控制信息是信道预估(channelestimation)，数据信息则是快速傅利叶变换(fastfouriertransform，fft)以及涡轮码(turbocode)。在媒体访问控制层中，控制信息是调度控制(scheduling)，数据信息则是混合自动重传机制(harq)以及调度器(scheduler)。在无线链结控制层(rlc)中，控制信息包括通透模式(transparentmode，tm)、非承认模式(unacknowledgedmode，um)以及承认模式(acknowledgedmode)，数据信息则是分段(segmentation)以及重组(reassembly)。在封包数据汇聚通信协议层(pdcp)中，控制信息是标头控制压缩(headercompressioncontrol)，数据信息则是健壮性表头压缩(robustheadercompression，rohc)以及加密(ciphering)算法。在无线资源控制层(rrc)中，控制信息是切换管理(handovermanagement)以及系统信息方块(systeminformationblock，sib)，数据信息则是抽象语法表示法(abstractsyntaxnotationone，asn.1)。

本发明提出一通讯系统，该通讯系统包括基地台以及主机，其中主机执行控制功能，基地台执行数据功能。将控制功能与数据功能分离执行可以减低通讯系统在前端连结的数据流量。在本发明的较佳实施例中，由长期演进技术的通信协议栈处理分离执行。分离执行可以全部或个别地由长期演进技术的通信协议栈处理，在本发明的较佳实施例中，分离执行是由长期演进技术的通信协议栈中所有的通信协议层处理。在另一实施例中，分离执行是由长期演进技术的通信协议栈中的一或多个通信协议层处理。

图4-2说明无线局域网络协议(wifi)的通信协议栈，以两层为例，由下至上分别是物理层及数据连接层。在各通信协议层中，空白圆圈代表控制信息，黑圆圈代表数据信息。在本发明的较佳实施例中，控制信息与数据信息分别由各个通信协议层处理。在其他实施例中，控制信息与数据信息的分离可以由单一个或多个默认的通信协议层处理。

以控制信息与数据信息的分离为例，在物理层中，控制信息是供跳频序列的虚拟随机数(pseudo-randomnumberforhoppingsequence)，数据信息则是跳频展频技术(frequency-hoppingspreadspectrum，fhss)。在数据连接层中，控制信息是网络配置向量(networkallocationvector，nav)或是指数后退窗格大小(exponentialbackoffwindowsize)，数据信息则是避免碰撞的载波感测多重存取协议(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，csma/ca)。

在本发明的另一实施例中，控制与数据的分离是由无线局域网络协议栈执行。在本实施例中，控制与数据的分离执行是由无线局域网络协议的通信协议栈中的至少一个通信协议层处理，而在其他实施例中，分离执行是由无线局域网络协议的通信协议栈中所有的通信协议层处理。

本发明可任意组合所需的通信协议层的控制功能与数据功能的分离，可以仅做物理层的分离，也可以是物理层与媒体访问控制层、或是所有的通信协议层都做分离。在长期演进技术(longtermevolution，lte)中，控制功能与数据功能的分离范例可参考图5。其中，方块500为基地台内部运作的方块图，图5的右边方块代表控制功能510，控制功能510与主机沟通的接口为控制逻辑接口bc(图5中未标示)，主机与控制功能510传送控制信息的逻辑接口为控制逻辑接口sc(图5中未标示)。图5的左边方块代表数据功能520，数据功能520与其他基地台传送数据信息的数据逻辑接口为数据逻辑接口bd(图5中未标示)。控制功能510与数据功能520成功的分离。控制功能是由该主机处理，而分离数据功能与控制功能是由基地台处理。控制功能510与数据功能520都可以储存于非暂存计算机可读的储存介质中。

图6是根据本发明一实施例，说明基地台与主机间运作的方块图。主机包含一控制功能决定模块(controlfunctiondetermination)101与一控制信息收集模块(controlinformationcollector)102，主机处理与控制相关的功能。控制功能决定模块101与控制信息收集模块102都可以储存于非暂存计算机可读的储存介质中。基地台包含一控制信息报告模块(controlinformationreport)103与一执行模块(executor)104，基地台可以分离控制与数据相关功能。主机中的控制逻辑接口可与基地台中的控制逻辑接口传送控制信息。该基地台中的数据逻辑接口可与其他基地台中的数据逻辑接口传送数据信息。

本发明将多个基地台的无线的某一层或数层通信协议中的控制功能拉出，并且集中处理该些控制功能，形成一紧密结合的集中式云端无线存取网络。例如：协调基地台之间的干扰(inter-cellinterferencecoordination)，或是两个基地台同时服务一个手机(networkmimo)，当然不以两个基地台为限，也可以是三个或其他任意数目的基地台。

在图6中，主机与基地台间的运作关系说明如下。在步骤201时，主机对一或多个基地台执行起始设定；在步骤202时，此一或多个基地台将控制功能的控制信息传回给主机；在步骤203时，主机对此一或多个基地台下达控制参数设定的命令。

主机的运作方式可参考图7。主机开始运作后，会通过控制功能决定模块101执行步骤201，对基地台执行起始设定；在步骤202时，主机控制信息收集模块102收集基地台的控制信息报告模块103中的控制功能的相关信息；并于步骤203时，主机通过控制功能决定模块101根据前述步骤202的信息，再对基地台的执行模块104下达参数设定的命令。

在本发明的一范例中，主机根据多个基地台间的相邻关系，作一相关度运算并且将运算结果传回基地台。所以，本发明的范例可以使用紧密协同技术，例如：networkmimo消除干扰，而增加系统效能。此处的相关度运算可从基地台回传的信道信息(控制信息)得知基地台间互相干扰/影响的情形，而相关度运算是主机根据多个基地台间的相邻关系而得知，并将运算结果传回基地台。

基地台的运作方式可参考图8。基地台开始运作后，执行模块104会经由步骤201，从主机取得基地台作起始设定的动作；在步骤202时，基地台的控制信息报告模块103传送控制功能的相关信息给主机的信息收集模块102；并于步骤203时，一或多个基地台的执行模块104取得主机下达控制参数设定的命令，并执行。

在一些实施例中，主机可链接多个具有与图8的基地台相同结构的多个基地台。而非暂存计算机可读的储存介质可储存于储存计算机程序产品中(例如：本发明中的主机或基地台)，此计算机程序产品可包括指令，这些指令被配置去使计算设备执行图8的运作。

以长期演进(longtermevolution；lte)技术作为通信协议范例。本发明并不限定于长期演进技术，也可以是wimax，或是其它无线通信协议。于图9中，基地台的控制信息报告模块103会将通信协议层中，物理层、媒体访问控制层、无线链结控制层、封包数据汇聚通信协议层、或是无线资源控制层等的控制功能参数垂直地传回主机，例如将信道预估、调度控制或通透模式、非承认模式(unacknowledged)与承认模式的选择传回给主机。而在控制功能接收器(controlfunctionreceptor)301收到主机传送的控制参数的指令后，会于控制功能接收器301中判断属于哪一通信协议层的参数，再交由该通信协议层负责处理。

主机的控制信息收集模块102收集各个基地台的控制处理功能的相关信息，经整理后，交由控制功能决定模块101，评估效能表现以及决定准备下达给各个基地台的控制参数设定的命令。评估效能可以是想要达到用户与主机和基地台间流量最大化，来决定下达给基地台的传送控制信息所需天线(mimo)参数；或者是达到用户与主机和基地台间能量消耗率小，来决定下达给基地台使用功率大小的参数设定等；此评估效能也可以是多种参数指标的加权。

在图10中，主机的控制信息收集模块102中有一控制功能处理器(controlfunctionhandler)302，此控制功能处理器302将收到的控制信息处理后，根据用户标识符(useridentifier，ueid)与基地台标识符(basestationidentifier，bsid)，判断将该控制信号传送至相关的用户或基地台。

在一些实施例中，非暂存计算机可读的储存介质可储存于储存计算机程序产品中，此计算机程序产品可包括多个指令，该些指令被配置去使计算设备执行图7。

本发明的效能与现有技术的效能比较可参考图11。由图中数据可知，本发明可以大量减低前端连结的数据流量，而仍能执行紧密协同技术，例如：networkmimo。详细计算方式请参考图12。

在本发明中，如“lte”等关键词或短语仅用作根据本发明的概念的例示；然而，本发明中所提供的相同概念也可由所属领域的一般技术人员应用于例如ieee802.11、ieee802.16、*wimax等任何其他系统。除非明确说明，否则在本发明的详细说明中所使用的任何组件、动作或指令均不应被视为对于本发明而言至关重要或必不可少的。

虽然本发明已以实施例发明如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视前附的权利要求所界定者为准。