一种基于CPRI协议的节能控制方法及基站系统与流程

一种基于cpri协议的节能控制方法及基站系统
【技术领域】
1.本发明涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种基于cpri协议的节能控制方法及基站系统。


背景技术：

2.通信行业的基站能耗问题历来已久，5g时代数据流量需求持续猛增，网络负荷大幅增长，基站耗电、设备散热、节能管理等方面的问题，亟需解决。节能减排的矛盾在于既要保证移动用户业务体验，又要降低系统能量的消耗。传统节电方法是采用基站后台统计数据，找到用户数，流量与时间规律。这些节能方法比较粗放，不容易做到用户感知和节能的兼顾。
3.基站系统通常分为基带单元(baseband unit，bu)和远端射频单元(radio unit，ru)。远端ru是基站系统最耗能源的网元，降低远端ru的耗电，更容易降低整个基站系统的功耗，达到节能减排的目标。
4.因此，亟需提出一种可以降低基站系统能耗的节能控制方法和基站系统。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于cpri协议的节能控制方法及基站系统，其可以降低基站系统能耗。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于cpri协议的节能控制方法，包括步骤：
7.s1:基带单元接收数据，判断当前数据在各个时隙内是否存在有效数据，在当前不存在有效数据的时隙内的第m个基本帧的控制字内配置关控制信号；所述第m个基本帧属于当前时隙的可用基本帧，m为从0开始的自然数；
8.s2:所述基带单元将所述已配置开控制信号和/或关控制信号的数据，传输至远端射频单元；
9.s3:所述远端射频单元接收所述已配置关控制信号的数据；根据所述关控制信号和预设的关断时间，暂停发送当前配置有关控制信号的时隙数据的的第m个以上的基本帧的射频信号，前m个基本帧和其他时隙数据的射频信号默认继续发送，所述预设的关断时间小于等于单个时隙的总时长减去m个基本帧的时长。进一步的，所述步骤s2可由以下步骤s4替换：
10.s4:所述基带单元将所述已配置关控制信号的数据，延迟m个基本帧后，传输到所述远端射频单元。
11.进一步的，所述预设的关断时间是由所述基带单元预先设置的，然后发送给所述远端射频单元，或者，所述预设的关断时间由所述远端射频单元根据所述关控制信号所在基本帧在当前时隙的位置计算得出的。
12.进一步的，在所述步骤s1中，所述基带单元将所述控制字中的任意一个或多个控制位配置为所述关控制信号。
13.为解决上述技术问题，本发明还提供一种基带单元，包括数据传输模块，控制字配置模块和发送模块；
14.所述数据传输模块用于接收数据；
15.所述控制字配置模块用于判断当前数据在各个时隙内是否存在有效数据，在当前不存在有效数据的时隙内的第m个基本帧的控制字内配置关控制信号；所述第m个基本帧属于当前时隙的可用基本帧，m为从0开始的自然数；
16.所述发送模块用于将所述已配置关控制信号的数据，传输至远端射频单元。
17.进一步的，所述发送模块还用于将所述已配置关控制信号的数据，延迟m个基本帧后，传输到所述远端射频单元。
18.进一步的，所述控制字配置模块还用于设置关断时间；所述发送模块还用于将所述关断时间发送至所述远端射频单元。
19.为解决上述技术问题，本发明还提供一种远端射频单元，其特征在于：包括数据处理模块和射频功放模块；
20.所述数据处理模块用于接收所述基带单元发送的已配置关控制信号的数据，并转换为射频信号发送到所述射频功放模块，以及提取并发送所述关控制信号到所述射频功放模块，以控制射频功放模块的工作；
21.所述射频功放模块接收到所述关控制信号，在预设的关断时间内暂停发送当前配置有关控制信号的时隙数据的第m个以上的基本帧的射频信号，前m个基本帧和其他时隙数据的射频信号默认继续发送，所述预先设置的关断时间小于等于单个时隙的总时长减去m个基本帧的时长；m为从0开始的自然数。
22.进一步的，所述数据处理模块还用于接收所述基带单元发送的预设的关断时间；数据处理模块包括信号提取模块和数据转换模块；
23.所述信号提取模块用于在接收到所述已配置关控制信号的数据和预设的关断时间后，提取所述关控制信号和预设的关断时间，并实时发送到所述射频功放模块；
24.所述数据转换模块用于将所述已配置关控制信号的数据转换为射频信号，并实时发送到所述射频功放模块；
25.所述射频功放模块用于接收到所述关控制信号，在所述预设的关断时间内暂停发送所述射频信号。
26.为解决上述技术问题，本发明还一种基于cpri协议的基站系统，其特征在于，包括上述的基带单元，和连接所述基带单元上述的远端射频单元。
27.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过在可用基本帧的控制字中配置控制信号，使远端ru实现射频功放模块时隙级关断，并将控制字随iq数据一起传输。在不影响系统性能、用户感知的情况下，可有效降低系统功耗，提升能源使用效率。
【附图说明】
28.图1是本发明实施例的基于cpri协议的节能控制方法步骤图；
29.图2是本发明实施例的基于cpri协议的基站系统结构图；
30.图3是本发明实施例的基本帧的结构图；
31.图4是本发明实施例的控制字结构图；
32.图5是本发明实施例的时隙，超帧和基本帧的序号对照表；
33.图6是本发明实施例的时隙级别控制信号示意图；
34.图7是本发明实施例的延迟3个基本帧的bu和远端ru的数据传输示意图。
【具体实施方式】
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.参考图1，本发明实施例提供的一种基于cpri协议的节能控制方法，包括以下步骤：
37.s1:基带单元接收数据，判断当前数据在各个时隙内是否存在有效数据，在当前不存在有效数据的时隙内的第m个基本帧的控制字内配置关控制信号；所述第m个基本帧属于当前时隙的可用基本帧，m为从0开始的自然数；
38.s2:所述基带单元将所述已配置关控制信号的数据，传输至远端射频单元；
39.s3:所述远端射频单元接收所述已配置关控制信号的数据；根据所述关控制信号和预设的关断时间，暂停发送当前配置有关控制信号的时隙数据的第m个以上的基本帧的射频信号，前m个基本帧和其他时隙数据的射频信号默认继续发送，所述预先设置的关断时间小于等于单个时隙的总时长减去m个基本帧的时长。
40.具体的，bu与远端ru之间采用光纤传输，并基于通用公共射频接口协议(common public radio interface，cpri)或增强型cpri(enhanced
‑
cpri，ecpri)协议传输数据信号，cpri或ecpri协议中规定了每个基本帧包含用户同相正交(inphase quadrature，iq)数据字段及控制字段数据。用户数据包随机到达时，bu通过cpri接口传输至远端ru，远端ru再将数据通过无线方式传输至用户终端设备。
41.根据cpri协议或ecpri协议的规定，bu以10ms为单位传输数据，每10ms内包含150个超帧，每个超帧包含256个基本帧，每个基本帧260.42ns。如图3、图4所示，每个基本帧包括1个控制字和60个iq数据，控制字和iq数据均为16bytes，每个控制字包括16个控制位，从#z.x.0至#z.x.15，bu将16个控制位的任意一个或多个用于配置控制信号，即开控制信号或关控制信号，开控制信号用于控制远端ru的射频功放模块保持工作，可继续发送射频信号，关控制信号用于控制远端ru的射频功放模块暂停工作，中断发送射频信号。射频功放模块是远端ru中最耗电的模块，在无有效数据时控制射频功放模块暂停工作，可最大限度的节省系统耗电。并且bu将控制字和iq数据一起传输到远端ru，远端ru在获得数据同时也获得控制信号，实现射频功放的实时控制，开启有数据的时隙，保障用户感知；关闭无数据的时隙，节约能源，达到节能的目的。当然，本领域技术人员也可以设置将控制信号用于控制其他模块的工作，同样达到发送含有有效数据的射频信号，不发送没有有效数据的射频信号的目的。
42.在本发明实施例中，bu只在控制字中配置关控制信号，不配置开控制信号。并且，远端ru默认一直发送射频信号，只有在收到关控制信号后才暂停发送。
43.远端ru采用无线传输协议3gpp(third generation partnership project，第三
代合作伙伴计划)协议向用户终端设备传输数据。根据5g无线3gpp协议的规定，每10ms内包含1个无线帧，每个无线帧包含10个子帧，每个子帧有2个时隙，即每个时隙0.5ms。
44.也就是说，每10ms数据内包含150个超帧，对应有20个时隙，每个时隙内包含7.5个超帧，即7个超帧+128个基本帧。
45.为更准确地判断当前10ms数据内是否含有真正有效的数据，本发明实施例以时隙为单位逐一判断，当前数据的20个时隙内，每个时隙是否存在有效数据，如果不存在，就在该时隙的第m个基本帧的控制字内配置关控制信号，如果存在就不做处理。其中，第m个基本帧为可用基本帧。可用基本帧是指根据cpri/ecpri协议的规定，可以使用其控制字来配置任意信号的基本帧。根据目前cpri/ecpri协议的规定，在一个超帧的第0
‑
255号基本帧中，只有第3，8～19、67、72～83、131、136～147、195、200～211号基本帧为可用基本帧。所以，在一个超帧中，第1个可用基本帧即为第3号基本帧，第2个可用基本帧为第8号基本帧，第3个可用基本帧为第9号基本帧，最后一个可用基本帧为第211号基本帧。在一个时隙中，第一个可用基本帧为第一个超帧的第一个可用基本帧，最后一个可用基本帧为最后一个超帧的最后一个可用基本帧，由于每个时隙包含7.5个超帧，所以，可以在第1～7.5个超帧的可用基本帧中任选一个配置控制信号。
46.为了使远端ru尽早获知是否要发送数据，配置规则应设置为在当前时隙的第1个可用基本帧内配置控制信号。每个时隙有7.5个超帧，因此，部分超帧的前半段和后半段分别在两个时隙内。所以，对于此类超帧，bu是在其后半段的第一个可用基本帧内配置控制信号，也就是在第128～255号基本帧中的第一个可用基本帧，即第131号基本帧内配置控制信号。
47.如图5所示的本发明实施例的时隙，超帧和基本帧的序号对照表。第0个时隙的第1个可用基本帧为第0号超帧的第3号基本帧。由于每个时隙包含7.5个超帧，所以，第1号时隙的第1个可用基本帧为第7号超帧的第131号基本帧；第2号时隙的第1个可用基本帧为第15号超帧的第3号基本帧，以此类推，第19号时隙的第1个可用基本帧为第142号超帧的第131号基本帧。
48.当然，本领域技术人员也可根据实际情况，在当前时隙的第2个、第3个或其他任意一个可用基本帧内配置控制信号，都不影响本发明的实施。
49.当bu接收到10ms数据后，从第0号时隙开始，遍历每个时隙内每个基本帧的iq数据段是否包含有效数据，如果所有基本帧内都不存在有效数据，则配置关控制信号0。直到第19号时隙完成配置后，再开始下一个10ms数据的配置。
50.在图6中，第0号时隙内存在有效数据，不做配置；第1、2、3号时隙内不存在有效数据，分别将第1、2、3号时隙的第1个可用基本帧的控制字配置为关控制信号0；第4号时隙内存在有效数据，也不做配置
……
直到第19号时隙。当然，本领域技术人员也可配置关控制信号为1，或者11等，具体数值可以任意设置，都不影响本发明的实施。
51.在理想状态下，当前时隙的第1个可用基本帧应当为第1个超帧的第1个基本帧，这样，远端ru就能够在每个时隙的起始时间控制当前时隙数据的射频信号停止发送，并且不会产生数据误差。但是根据cpri协议和3gpp协议的规定，每个时隙的起始基本帧都不是可用基本帧，所以，bu在每个时隙的第m个(m大于0时)基本帧的控制字内配置控制信号时，如果远端ru按一个时隙的总时长关断用户数据发送功能，则会导致部分时隙的前m个基本帧
被错误的关断发送，产生数据误差。
52.因此，本发明实施例设置一个关断时间，并将远端ru关断用户数据发送功能的时间控制在单个时隙的总时长减去m个基本帧的时长以内，例如，在第3个基本帧内设置关控制信号，则，关断时间小于等于0.5ms―260.42
×
3＝0.499ms。在第67个基本帧内设置关控制信号，则，关断时间小于等于0.5ms―260.42
×
67＝0.482ms。关断时间可以由基带单元预先设置，然后发送给远端ru，或者，由远端ru根据关控制信号所在基本帧在当前时隙的位置计算得出的。
53.bu在每个时隙的第m个(m大于0时)基本帧的控制字内配置控制信号时，也会使远端ru延迟m个基本帧才获知控制信号，产生m个基本帧的延迟。
54.所以，在本发明另一实施例中，为了使远端ru能够在每个时隙的起始基本帧获得控制信号，及时控制用户数据发送功能的开启和关断。bu发送模块在向远端ru发送数据时，会延迟m个基本帧。具体的，bu将配置好控制字的各个时隙数据，延迟m个基本帧后，发送到远端ru。
55.这样，远端ru接收到的数据，为bu延迟m个基本帧后发送的数据，即远端ru接收到的当前时隙的起始基本帧，就是bu配置了关控制信号的当前时隙的第m个基本帧。因此，远端ru在每个时隙的起始时间即可获知控制信号，从而保证第一时间关断射频功放模块。
56.由于延迟m个基本帧发送，所以当前时隙的前m个基本帧会作为上一时隙的最后m个基本帧，发送到远端ru。在系统刚启动工作时，初始时隙的前m个基本帧，可设置成默认发送，本领域技术人员也可根据实际情况进行其他设置。
57.具体的，如图7所示，为本发明实施例的延迟3个基本帧的bu和远端ru的数据传输示意图。
58.在本实施例中，bu将每个时隙的第3个基本帧用作配置控制信号，并延迟3个基本帧后，传输数据至远端ru。
59.因此，远端ru接收到的基本帧相比bu端配置后的基本帧延迟了3个基本帧的时间。具体的，远端ru时隙n
′
的第一个超帧的第0号基本帧实际上为bu端时隙n的第一个超帧的第3号基本帧，时隙n
′
的最后一个超帧的倒数3个基本帧实际上为时隙n+1的第一个超帧的前3个基本帧。时隙n
′
+1的第一个超帧的第128号基本帧，实际上为时隙n+1的第一个超帧的第131号基本帧，时隙n
′
+1的最后一个超帧的倒数3个基本帧，实际上为时隙n+2的第一个超帧的前3个基本帧。以此类推。
60.远端ru根据时隙n
′
+1第一个超帧的第128号基本帧中配置的关控制信号0，不发送时隙n
′
+1的从第128号基本帧开始的0.499ms时间内的数据的射频信号，其他数据的射频信号继续发送。可见，远端ru可在没有有效数据的时间内关断用户数据发送功能，使射频功放模块在需要时工作，不需要时不工作，有效降低了远端ru的系统功耗。
61.在本发明实施例中，远端ru只将基本帧的iq数据转换为射频信号，控制字段不会转换为射频信号。
62.再如图2所示，为本发明实施例的基于cpri协议的基站系统结构图。
63.本发明实施例的基于cpri协议的基站系统，包括bu和远端ru。
64.其中，bu包括数据传输模块，控制字配置模块和发送模块；
65.数据传输模块用于接收数据。
66.控制字配置模块用于判断当前数据在各个时隙内是否存在有效数据，在当前不存在有效数据的时隙内的第m个基本帧的控制字内配置关控制信号；所述第m个基本帧属于当前时隙的可用基本帧，m为从0开始的自然数。
67.发送模块用于将当前已配置关控制信号的数据，传输至远端ru。
68.具体的，数据传输模块接收核心网侧的数据后发送到控制字配置模块，控制字配置模块遍历每个时隙并配置好关控制信号后，再发送到发送模块，发送模块将配置后的携带有关控制信号的数据通过光纤传输至远端ru。
69.远端ru包括数据处理模块和射频功放模块。射频功放模块只是被动接收信号，属于被控制的一方，控制数据何时发送以及何时不发送的主动权在数据处理模块上。数据处理模块接收到bu发送的数据后，以时隙为单位提取每个时隙的控制信号，也以时隙为单位将每个符号内的iq数据转换射频信号。
70.具体的，数据处理模块用于接收所述基带单元发送的已配置关控制信号的数据，并将所述数据转换为射频信号发送到所述射频功放模块，以及提取并发送所述关控制信号到所述射频功放模块，以控制射频功放模块的工作。
71.射频功放模块接收到关控制信号，在预设的关断时间内暂停发送当前配置有关控制信号的时隙数据的第m个以上的基本帧射频信号，前m个基本帧和其他时隙数据的射频信号默认继续发送。
72.为了便于远端ru在预设的关断时间内关断用户数据发送功能，在本实施例中，控制字配置模块还用于设置关断时间，发送模块将关断时间发送至远端ru。关断时间小于等于单个时隙的总时长减去m个基本帧的时长。
73.其中，远端ru的数据处理模块可以由一个功能强大的处理器芯片组成，也可以由一组fpga阵列外加数据转换模块组成，或者由其他类型的多个模块组成，本领域技术人员可根据实际情况进行合理设计。
74.预设的关断时间也可以由数据处理模块根据关断控制信号所在基本帧在当前时隙的位置计算得出。具体的，若当前关断控制信号配置在当前时隙的第3个基本帧，则，数据处理模块可根据计算规则得出关断时间小于等于0.499ms。计算规则为关断时间小于等于单个时隙的总时长减去m个基本帧的时长。
75.为了使远端ru尽早获知控制信号，以准确控制数据的发送与不发送，bu应在每个时隙的起始基本帧内配置控制信号。但是根据cpri协议和3gpp协议的规定，每个时隙的起始基本帧都不是可用基本帧，所以，bu在每个时隙的第m个基本帧的控制字内配置控制信号，且m大于0时，会使远端ru延迟m个基本帧才获知控制信号，产生m个基本帧的延迟。
76.所以，在本发明另一实施例中，为了使远端ru能够在每个时隙的起始基本帧获得控制信号，及时控制用户数据发送功能的开启和关断。bu发送模块在向远端ru发送数据时，会延迟m个基本帧。具体的，发送模块将配置好控制字的各个时隙数据，延迟m个基本帧后，发送到远端ru。
77.这样，远端ru数据处理模块接收到的数据，为发送模块延迟m个基本帧后发送的数据，即数据处理模块接收到的当前时隙的起始基本帧，就是bu发送的当前时隙的第m个基本帧。因此，远端ru在每个时隙的起始时间即可获知控制信号，从而保证第一时间关断或开启射频功放模块。
78.因此，数据处理模块可由简单的模块组成，无需复杂设计。在本实施例中，数据处理模块包括信号提取模块和数据转换模块。
79.信号提取模块用于在接收到所述已配置关控制信号的数据和预设的关断时间后，提取关控制信号和预设的关断时间，并实时发送到所述射频功放模块。
80.数据转换模块用于将所述已配置关控制信号的数据转换为射频信号，并实时发送到射频功放模块。
81.射频功放模块接收到所述关控制信号，在预设的关断时间内暂停发送所述射频信号。
82.具体的，本发明实施例中，数据转换模块只将基本帧的iq数据转换为射频信号发送给射频功放模块，控制字不会转换成射频信号。
83.再如图7所示，为本发明实施例的延迟3个基本帧的bu和远端ru的数据传输示意图。
84.在本实施例中，bu将每个时隙的第3个基本帧用作配置控制信号，并延迟3个基本帧后，传输数据至远端ru。因此，远端ru接收到的基本帧相比bu端配置后的基本帧延迟了3个基本帧的时间。具体的，远端ru时隙n
′
的第一个超帧的第0号基本帧实际上为bu端时隙n的第一个超帧的第3号基本帧，时隙n
′
的最后一个超帧的倒数3个基本帧实际上为时隙n+1的第一个超帧的前3个基本帧。时隙n
′
+1的第一个超帧的第128号基本帧，实际上为时隙n+1的第一个超帧的第131号基本帧，时隙n
′
+1的最后一个超帧的倒数3个基本帧，实际上为时隙n+2的第一个超帧的前3个基本帧。以此类推。
85.远端ru根据时隙n
′
+1第一个超帧的第128号基本帧中配置的关控制信号0，不发送时隙n
′
+1的第128号基本帧开始的0.499ms时间内的数据的射频信号，其他数据的射频信号继续发送。可见，远端ru可在没有有效数据的时间内关断用户数据发送功能，使射频功放模块在需要时工作，不需要时不工作，有效降低了远端ru的系统功耗。
86.综上所述，本发明通过在可用基本帧的控制字中配置控制信号，使远端ru实现射频功放模块时隙级关断，并将控制字随iq数据一起传输。在不影响系统性能、用户感知的情况下，可有效降低系统功耗，提升能源使用效率。
87.以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。