一种ORAN协议上行时序窗口调整的优化方法与流程

一种oran协议上行时序窗口调整的优化方法
技术领域
1.本发明涉及移动通信技术领域，具体而言，涉及一种oran协议上行时序窗口调整的优化方法，用于在5g nr ru侧上行时序窗口自适应动态调整从而改善全系统接入性能。


背景技术：

2.o-ran，即open ran，这个标准联盟是为了适应迅猛增长的移动业务，移动网络及相关网络设备必须更加绿色、灵活及智能，实现方式应该更加软件化和虚拟化。oran主要通过定义开放标准接口实现设备的解耦和软件化，目前oran定义了很多标准接口如前传标准接口oran-wg4.cus-v03.00等，在这个前传协议接口里面，o-du负责信号的频域处理，o-ru负责下行频域转时域和上行的时域转频域的处理；o-ru里面对上行时序窗口的调整极为重要，o-ru出厂时根据射频链路的处理有一个粗的上行时序窗口配置，但这个粗的上行时序窗口不一定适合实际o-ru个体硬件以及实际真实空口信号处理延迟，所以o-ru一般都需要做精确上行时序窗口调整。精确调整可以使用精密模拟信号仪器来仿真，但成本比较高，另外也不能完全模拟实际空口。常规的调整方式根据o-du反馈出来的preamble ta偏差来手动调整o-ru里面上行时序窗口，因为ue(例如手机)随机接入每次preamble都是随机变化，o-du反馈出来的preamble ta都是根据不同随机的preamble测量，手动调整非常困难。为了解决这个问题，本发明提供根据客户需求或者场景来适配的两种方式动态调整ru里面上行时序窗口从而达到ru上行时序窗口快速收敛到实际期望来提高ue接入性能。


技术实现要素：

3.本发明在于提供一种oran协议上行时序窗口调整的优化方法，用于解决当前ru侧上行时序窗口手动调整的复杂性以及不精确性问题。
4.为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：
5.本发明提供了一种oran协议上行时序窗口调整的优化方法，包括以下步骤：
6.s1、读取配置文件，获取场景模式；
7.s2、对所述场景模式进行判断，若所述场景模式为o-ru没有物理层信号分析能力，或者o-ru有物理层信号分析能力，但o-ru不需主导上行时序窗口调整，则执行步骤s3，若o-ru有物理层信号分析能力，且需主导上行时序窗口调整，则执行步骤s4；
8.s3、采用反馈式动态自适应方法，根据o-du物理层分析能力计算出ta，根据计算出的ta自动动态调整o-ru当前上行时序窗口；
9.s4、采用自激测量动态调整方法，o-du侧根据测量的ue信号通知o-ru，o-ru抓取时域数据并测量ta，根据测量出的ta调整o-ru当前上行时序窗口。
10.在本发明的一较佳实施方式中，在所述配置文件中引入了一个静态配置，用于定义场景模式。
11.因为实际系统集成场景比较多，如果不通过配置来适配，基站需要发布不同版本来适配各种场景，这样增加了基站版本维护成本，另外一些新功能开发需要同步到多个基
站版本也不利于开发。通过一个静态配置，用户可以自定义场景，一套基站版本可以根据配置文件适配多种场景，减少了维护成本以及方便开发。
12.在本发明的一较佳实施方式中，步骤s3具体包括以下步骤：
13.s31、o-du的基带模块根据业务配置把上行配置下发到o-du的oran模块；
14.s32、o-du的oran模块根据上行配置构造oran上行控制面消息并发送给o-ru的oran模块；
15.s33、o-ru的射频模块采集空口iq时域数据并发送给o-ru的oran模块；
16.s34、o-ru的oran模块构造oran数据面消息并发送至o-du的oran模块；
17.s35、o-du的oran模块解析oran数据面消息，把得到的iq频域数据发给o-du的基带模块；
18.s36、o-du的基带模块判断iq频域数据是否有效，若有效，则测量ta，否则ta默认为0；
19.s37、o-du的oran模块根据上行配置构造附带一半ta值的oran上行控制面消息，并发送给o-ru的oran模块；
20.s38、o-ru的oran模块解析出附带的一半ta值发送至o-ru的射频模块，o-ru的射频模块根据附带的一半ta值修正o-ru当前上行时序窗口，若o-ru当前上行时序窗口等于ta阈值，则不再调整o-ru上行时序窗口，否则跳转至步骤s33。
21.在本发明的一较佳实施方式中，步骤s37中，对于所述附带一半ta值的oran上行控制面消息，其偏移量在32字段的reserved字段需修改为timeadvance字段，用于携带o-du测量出来的preamble ta信息。
22.其中，折半ta的修正方便渐进收敛而且最终能收敛，收敛的次数为log2(ta)，因为ta有正负误差，如果每次ta值的修正会引入来回振荡的修正效果而无法收敛；另外选用reserved字段扩展为timeadvance字段也保证对以前协议的兼容性。
23.在本发明的一较佳实施方式中，步骤s38中的ta阈值，通过o-ru的oran模块设定，此阈值可配方便针对不同ru硬件特性的定制匹配。
24.在本发明的一较佳实施方式中，步骤s4具体包括以下步骤：
25.s41、o-du的基带模块根据业务配置把上行配置下发到o-du的oran模块；
26.s42、o-du的oran模块根据上行配置构造oran上行控制面消息并发送给o-ru的oran模块；
27.s43、o-ru的射频模块采集空口iq时域数据并发送给o-ru的oran模块；
28.s44、o-ru的oran模块构造oran数据面消息并发送至o-du的oran模块；
29.s45、o-du的oran模块解析oran数据面消息，把得到的iq频域数据发给o-du的基带模块；
30.s46、o-du的基带模块根据iq频域数据判断ue prach是否有效，若无效，则跳转至步骤s41，否则继续执行步骤s47；
31.s47、o-du的oran模块根据上行配置构造携带prach就绪标志的oran上行控制面消息，并发送给o-ru的oran模块；
32.s48、o-ru的oran模块解析出prach就绪标志，o-ru的射频模块根据prach就绪标志，在对应时序位置抓取时域数据并测量ta，根据测量出的ta调整o-ru当前上行时序窗口。
33.在本发明的一较佳实施方式中，在步骤s48中，在o-ru当前上行时序窗口被调整后，将其与ta阈值比较，若等于ta阈值，则不再调整o-ru上行时序窗口，否则跳转至步骤s43。
34.其中，重新跳转至步骤s43，是为了根据新的空口iq时域数据重新调整o-ru上行时序窗口。
35.在本发明的一较佳实施方式中，步骤s47中，对于所述携带prach就绪标志的oran上行控制面消息，其偏移量在32字段的reserved字段需修改为timeadvance字段，其最高位bit7用于表示是否prach就绪，剩余的bit6到bit0用于扩展o-du计算出来的timeadvance。
36.步骤s47是基于协议本身就有的下发oran上行控制面的流程中，只是在消息里面附带定制信息，这个不会破坏原有协议流程，另外选用一个reserved字段通过高位bit7扩展prach就绪含义，剩余bit6到bit0扩展timeadvance含义充分有效的复用了reserved字段，不需占用其它协议字段。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
38.1)通过不同场景和客户需求使用对应方式来动态调整ru侧上行ta来快速收敛到实际期望来提高ue快速接入能力，灵活性高，且解决了当前ru侧上行时序窗口手动调整的复杂性以及不精确性问题。
39.2)反馈式动态自适应窗口调整方法应用于ru侧最开始的上行时序窗口的精确调整，利用近端ue(例如手机)无空口延迟通过du侧反馈信息来调整，一旦ru上行时序调整完毕就结束上行时序窗口的调整，实际系统中ue远近引入的空口延迟是根据已有的空口ta调整策略来调整ue侧。这种方式在实际解决和ru客户联调效率有几十倍以上提高，通过手动调整可能需要分析不同preamble，通过数据分析排查调整方向正确性，往往o-du和o-ru双方需要3-5小时来完成，几小时范围取决于是否有效的抓到合适的数据以及连续抓的数据方向一致性，但通过反馈式动态自适应需要不到1s完成，原因是基于ru出厂已经有了初步的上行延迟配置调整，整个上行延迟ta波动最大都在于ru上行延迟的默认范围，典型ru厂家一般是1.75us，以1ns为基准单位调整，整个ta波动在1750ns范围内，ue终端随机接入每10ms在对应subframe发起，这样整个需要log2(1750)*10ms不到1s完成。
40.3)自激测量动态窗口调整方法应用于ru侧最开始的上行时序窗口的精确调整，利用近端ue(例如手机)无空口延迟通过du指示是否有真实ue信号接入然后ru自身抓包分析调整，一旦ru上行时序调整完毕就结束上面流程，实际系统中ue远近引入的空口延迟是根据已有的空口ta调整策略来调整ue侧。该自激测量动态窗口调整方法能在实际解决和ru客户联调效率有几十倍以上提高，通过手动调整可能需要分析不同preamble，通过数据分析排查调整方向正确性，往往o-du和o-ru双方需要3-5小时完成，但通过自激测量动态窗口调整方法在不到5分钟内完成，原因一般ru抓取数据在1分钟内能完成，后台数据分析如matlab算法链分析prach一般不到3分钟能完成，后面剩余1分钟用于调整后的验证。
41.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
43.图1是5g基站系统拓扑图；
44.图2是o-du和o-ru上行流程图；
45.图3是本发明oran协议上行时序窗口调整的优化方法流程图；
46.图4是本发明采用反馈式动态自适应方法调整o-ru上行时序窗口的流程图；
47.图5是本发明oran前传协议prach控制面格式图；
48.图6是本发明oran动态自适应ta调整的prach控制面格式图；
49.图7是本发明oran带ta的发送消息结构图；
50.图8是本发明采用自激测量动态调整方法调整o-ru上行时序窗口的流程图。
具体实施方式
51.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
52.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
53.为了更好理解本文领域的相关术语，下面对本文使用的英文术语解释如下：
54.bbu：基带处理单元；
55.rru/ru：远程拉远射频单元/射频单元；
56.nr：new generation radio特指5g系统；
57.ecpri：扩展的公共无线接入接口协议；
58.o-ran/oran：open ran(open radio access network)开放式无线接入网络，它是各国电信运营商联盟而定义的一些开放式标准，oran-wg4.cus-v03.00就是里面前传协议标准，它是基于ecpri,在ecrpi协议基础上扩展了控制面和数据面信息；
59.o-du：开放式分布式单元；
60.o-ru：开放式无线单元；
61.prach：随机接入；
62.c prach：控制面prach消息；
63.c面：oran协议里面控制面；
64.preamble：前导码，一般指5g系统随机接入的前导码；
65.time advance/ta：时序提前量；
66.slot：时隙，5g系统里面基于30khz子载波是0.5ms。
67.请参照图1，在整个无线通信系统中，特别是在5g系统，整个基站系统分为两个单元，即基带单元和远端射频单元，基带单元主要负责协议业务基带处理，射频单元主要负责
发射机和接收机处理。
68.为了支持不同厂家的基带单元和射频单元互联互通，oran前传协议标准定义为互联互通标准，其定义了整个协议流程和数据接口。
69.在下行方向，基带单元把上层用户数据信道编解码后并调制得到iq数据，然后通过一定的流程把控制逻辑和iq数据传到射频单元。
70.在上行方向：射频单元空口收到ue信号后把时域信号转为频域的iq数据发给基带单元处理。
71.本发明所述oran协议上行时序窗口调整的优化方法，其是在o-du和o-ru上行流程中同时进行的，包括了上行流程中的一部分。
72.下面结合图2先描述o-du和o-ru上行流程，具体包括以下步骤：
73.第一步：o-du里面基带模块根据业务需求把上行配置送到oran模块。
74.第二步：o-du里面oran模块把上行配置转换为对应上行控制面消息也包括prach c面消息发给o-ru。
75.第三步：o-ru通过上行控制面消息知道上行时序然后接收空口数据。
76.第四步：o-ru转换空口iq时域数据为频域数据通过数据面消息发给o-du。
77.第五步：o-du里面oran模块收到数据面消息取出iq频域数据发给基带单元处理。
78.第六步：o-du基带模块处理完然后把对应业务数据发给业务模块。
79.在oran系统中，第二步的oran上行时序控制消息都是以一个slot时隙间隔来下发，每次oran上行时序控制消息里面都会带对应时隙信息。一旦重新回到第二步，后面就紧跟第三步到第七步。
80.请参照图3，本发明所述oran协议上行时序窗口调整的优化方法，包括以下步骤：
81.s1、读取配置文件，获取场景模式；
82.s2、对场景模式进行判断，若场景模式为o-ru没有物理层信号分析能力，或者o-ru有物理层信号分析能力，但o-ru不需主导上行时序窗口调整，则执行步骤s3，若o-ru有物理层信号分析能力，且需主导上行时序窗口调整，则执行步骤s4；
83.s3、采用反馈式动态自适应方法，根据o-du物理层分析能力计算出ta，根据计算出的ta自动动态调整o-ru当前上行时序窗口；
84.s4、采用自激测量动态调整方法，o-du侧根据测量的ue信号通知o-ru，o-ru抓取时域数据并测量ta，根据测量出的ta调整o-ru当前上行时序窗口。
85.在本发明中，在整个oran系统配置文件里面引入一个静态配置用于定义客户的场景是需要du计算出ta反馈给ru，还是由ru自己计算。不同配置来适配不同客户需求。
86.请参照图4，其中示出了采用反馈式动态自适应方法调整o-ru上行时序窗口的流程，在该流程中，o-du会根据测算出来的preamble ta然后通过prach控制面反馈给o-ru调整，具体流程包括以下步骤：
87.s31、o-du的基带模块根据业务配置把上行配置下发到o-du的oran模块；
88.s32、o-du的oran模块根据上行配置构造oran上行控制面消息并发送给o-ru的oran模块；
89.s33、o-ru的射频模块采集空口iq时域数据并发送给o-ru的oran模块；
90.s34、o-ru的oran模块构造oran数据面消息并发送至o-du的oran模块；
91.s35、o-du的oran模块解析oran数据面消息，把得到的iq频域数据发给o-du的基带模块；
92.s36、o-du的基带模块判断iq频域数据是否有效，若有效，则测量ta，否则ta默认为0；
93.s37、o-du的oran模块根据上行配置构造附带一半ta值的oran上行控制面消息，并发送给o-ru的oran模块；
94.s38、o-ru的oran模块解析出附带的一半ta值发送至o-ru的射频模块，o-ru的射频模块根据附带的一半ta值修正o-ru当前上行时序窗口，若o-ru当前上行时序窗口等于ta阈值，则不再调整o-ru上行时序窗口，否则跳转至步骤s33。
95.在步骤s38中，当再次跳转至步骤s33后，是为了根据新的空口iq时域数据重新来调整o-ru上行时序窗口。
96.在本发明中，步骤s38中的ta阈值，通过o-ru的oran模块设定，ta阈值可以是1微妙，也可以是500纳秒或其他用户认为合理的值。
97.在本发明中，步骤s36中iq频域数据有效，则说明ue接入了基站，否则ue没接入基站。
98.在本发明中，步骤s35到s38是一个子流程循环，如果没有ue(可以是手机或者其它通信终端)信号，在步骤s36中实际是检测不出有效信号，也就没有实际的ta，默认的修改ta就是0，如果检测到ue信号，则根据实际测量出来的ta折半反馈。另外一旦ue发起随机接入，它会持续一段时间在对应prach位置发起preamble，所以这个子流程循环会根据持续来的ue随机接入来迭代收敛，直到根据ue信号测量的ta满足ta阈值后停止ru侧ta修改更新。
99.在本发明中，上面子流程循环主要应用于ru侧最开始的上行时序窗口的精确调整，利用近端ue无空口延迟通过du侧反馈信息来调整，一旦ru上行时序调整完毕就结束上面流程，实际系统中ue远近引入的空口延迟是根据已有的空口ta调整策略来调整ue侧。
100.在本发明中，oran前传协议里面关于prach c面(控制面)格式如图5所示，下面针对图5中主要数据域含义进行解释。
101.transport header：是8个字节ecpri头部；
102.datadirection：指示上下行，对prach控制面是上行；
103.filterindex：prach频率滤波索引；
104.frameid,subframeid,slotid,startsymbolid：指的是5g系统里面系统帧号，子帧号，时隙号，起始符号；
105.sectiontype:支持不同控制类型，prach上行控制是一个特殊section,sectiontype取值为3；
106.cplenth：prach循环前缀的长度；
107.udcomhdr：压缩算法头部信息；
108.freqoffset：频偏；
109.timeoffset：空口prach的时偏。
110.基于上面消息格式在不影响其他字段含义和兼容性考虑基础上，对于步骤s37中附带一半ta值的oran上行控制面消息，本发明将其偏移量在32字段的reserved字段扩展为timeadvance字段，此字段用于携带o-du测量出来的preamble ta信息，调整后的prach控制
面消息格式如图6所示。
111.上面的控制面消息封装在ecpri协议里面根据图7所示结构图通过以太报文从o-du发送给o-ru。
112.请参照图8，其中示出了采用自激测量动态调整方法调整o-ru上行时序窗口的流程，在本方法中，o-ru根据prach上行控制面消息中是否ue prach就绪标志来采集对应prach时域数据然后送给后台计算时域的偏差然后修正，o-du只是通知ue prach信号就绪，整个ru上行时序窗口的调整只是在o-ru闭环进行。图8流程是基于图二流程里面添加了时域数据采集并测量及修正模块等。具体流程如下：
113.s41、o-du的基带模块根据业务配置把上行配置下发到o-du的oran模块；
114.s42、o-du的oran模块根据上行配置构造oran上行控制面消息并发送给o-ru的oran模块；
115.s43、o-ru的射频模块采集空口iq时域数据并发送给o-ru的oran模块；
116.s44、o-ru的oran模块构造oran数据面消息并发送至o-du的oran模块；
117.s45、o-du的oran模块解析oran数据面消息，把得到的iq频域数据发给o-du的基带模块；
118.s46、o-du的基带模块根据iq频域数据判断ue prach是否有效，若无效，则跳转至步骤s41，否则继续执行步骤s47；
119.s47、o-du的oran模块根据上行配置构造携带prach就绪标志的oran上行控制面消息，并发送给o-ru的oran模块；
120.s48、o-ru的oran模块解析出prach就绪标志，o-ru的射频模块根据prach就绪标志，在对应时序位置抓取时域数据并测量ta，根据测量出的ta调整o-ru当前上行时序窗口。
121.自激测量动态调整方法流程主要应用于ru侧最开始的上行时序窗口的精确调整，利用近端ue无空口延迟通过du指示是否有真实ue信号接入然后ru自身抓包分析调整，一旦ru上行时序调整完毕就结束上面流程，实际系统中ue远近引入的空口延迟是根据已有的空口ta调整策略来调整ue侧。
122.自激测量动态调整方法中的消息可以复用图6里面扩展的timeadvance域，一个简单的方式是最高位bit7用于表示是否prach就绪标志，剩余的bit6到bit0用于扩展反馈式动态自适应流程里面o-du计算出来得timeadvance。
123.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。