法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-01-19
授权
授权
2014-08-13
实质审查的生效 IPC(主分类):H04W28/08 申请日:20121009
实质审查的生效
2014-07-16
公开
公开
技术领域
本发明的实施方式一般涉及无线通信，更具体地涉及无线电接 入网中的基带资源的分布式负载均衡。
背景技术
对移动服务的更高数据速率的需求正在稳步增长。与此同时， 现代移动通信系统例如第三代(3G)系统和第四代(4G)系统提供 实现更高频谱效率且允许更高数据速率和小区容量的增强技术。随 着对具有增加差异的高速服务的需求比对小区容量的需求增长得更 快，促使运营商在它们的网络中增加小区数目，即基站的密度增大。 基站收发机是移动通信系统或网络的总功耗的主要贡献者，于是也 是运营商所面对的运营支出(OPEX)的主要贡献者。一个功率节省 策略是从基站收发机移走处理能力并且移向针对若干基站收发机提 供处理能力的中央处理单元。基站收发机的处理设备消耗基站收发 机的总功率的大部分，尽管基站收发机的处理能力仅在高负载条件 下被完全采用，其中高负载条件不会永久地出现而仅在高峰时间出 现。无线电接入系统中的不同小区关于它们随时间变化的业务负载 彼此非常异构。这意味着在小区簇中，不同的小区不在相同的时间 具有它们的高峰忙时。此行为定性地在图1a和图1b中示出，其中 图1a示出了无线电小区A的示例性业务负载随时间变化的曲线100， 而图1b示出了无线电小区B的示例性业务负载随时间变化的曲线 110。尽管例如小区A在约上午11点经历其最高负载，但是小区B 在约晚上11点经历其最高负载。
当前，移动网络的无线电接入(RAN)使用基站或基站收发机， 例如处理所有无线电、基带和控制功能的用于最新技术LTE(长期 演进)的e节点B。这些基站，就宏基站而言，由位于升高位置的、 具有需要大量空间安装体积的电子系统的大量天线构成。另外，用 于供电、空气调节等的补充系统被安装在附近。在人口稠密的区域， 这种安装以具有～1km或更小的网孔宽度的网格进行重复。
整个RAN的资本支出(CAPEX)和OPEX的大部分因此归因于 每个站的独立处理单元，例如租赁站、基础设施、处理硬件、维护 等。最近的研究行为给出了切掉这些成本要素的至少大部分的若干 方法。一些方案降低发射功率和处理复杂度由此减少了所需的体积， 然而，这些方案都是以增加所需站的数目为代价。
发明内容
本发明的一个发现是可通过从无线电前端移除处理能力和通过 使用云计算或负载均衡的处理单元作为处理能力来提高无线电接入 网的成本效率。这种处理能力可由多个无线电前端共享，由此整体 处理能力可被更有效地利用。实施方式因此可提供具有减少的整体 处理能力由此减少移动通信系统的整体功耗(OPEX和CAPEX)的 概念。
云计算可通过作为池的大型安装资源的共享使用来降低操作成 本。另外，安装成本可通过缩放硬件的效果来减少并且可降低(每 个用户)对于高成本外围设备和硬件的需求。通过考虑室内(企业 或住宅)或户外应用的随时间变化的不同负载曲线情况下安装的处 理资源的成熟负载共享，可实现站点和所需硬件的显著减少。这导 致运营商的OPEX和CAPEX减少。除了处理资源的负载均衡之外， 本发明的实施方式还可在负载管理的一般上下文中从低业务区域向 高业务区域分配处理资源。
还发现多标准配置可通过软件(SW)更换、以半静态的方式被 修改，即使独立的处理元件在给定时间仅可操作一个无线标准或无 线电接入技术(RAT)。这向运营商提供了演变多标准系统的更大 灵活性而不需要改变任何硬件(HW)。
因此，本发明的实施方式旨在通过提供整合云计算元件的分散 式负载均衡方法而为下一代移动无线电接入网(RAN)更新当前的 RAN架构。分散式负载均衡由此可被认为比集中式负载均衡架构即 通过中央网络实体执行负载均衡的架构重要。
在实施方式中，RAN架构可由远程射频头(RRH)构成，RRH 可被认为是无线电前端，其接收和发送实际的无线电信号并且建立 至少一个无线电小区。下面将考虑两个传输方向。第一方向指下行 链路或前向链路。它指代从RAN即RRH到覆盖区域中的移动终端 或用户设备(UE)的传输。第二方向指代上行链路或反向链路。它 指代从移动终端到RAN即RRH的传输。在上行链路中，RRH可将 来自传输带的、接收的无线电信号转换成基带接收信号并且将基带 接收信号提供给云计算网络的分布式负载均衡架构。在下行链路中， RRH可将已经在云网络中处理的基带传输信号转换成传输带并且使 用一个或多个天线发送信号。
下面将参考传输带作为具有系统带宽和载波频率的系统频带。 如在频分双工(FDD)系统中那样，传输带可包括用于下行链路传 输的子带和用于无线电信号的上行链路接收的子带。在一些实施方 式中，如在时分双工(TDD)系统中那样，相同的传输带可用于下 行链路和上行链路。
在传统方案中，基带处理单元与RRH之间存在1:1关系，在RRH 中基带处理能力根据高峰业务来调节。在一些实施方式中，RRH可 提供发送(Tx)、接收(Rx)和天线功能。RRH可与作为传统基带 处理元件的池的相关联的基带处理单元或基带单元(BBU)空间分 离，从而后者可在若干BBU的BBU间云计算簇内被组合。这开启 了路径以应用云计算(BBU内或BBU间)的技术、建立分布式或分 散式负载均衡并直接减少所需的处理站点的数目以及并行的相关联 的安装成本而且还减少了维护和功率消耗。
换句话说，实施方式可提供具有形成云计算架构的节点的RRH 和基带处理单元的RAN架构。由此，每个单独的网络节点即BBU 被装配有负载均衡实体，从而网络节点的单独的互连负载均衡实体 一起形成分布式或分散式负载均衡器，其中分布式或分散式负载均 衡器在下面也被称为分散式云控制器(DCC)。由此，DCC可以与 云计算网络的其他DCC协作，以便将由其相关联的BBU从RRH接 收的负载分布或路由至网络的其它节点或BBU。这增加了运营商的 业务分布的灵活性。
根据本发明的第一方面，提供了一种基带单元(BBU)，即基 带处理装置。该基带处理装置用于处理一个或多个用户的基带信号。 由此，基带信号可去往或来自与基带处理装置耦合的至少一个远程 射频头(RRH)，其中至少一个RRH建立或服务于蜂窝通信系统或 网络的小区。
根据各种实施方式，蜂窝通信系统可例如对应于由第3代合作 伙伴计划(3GPP)标准化的移动通信系统之一，例如通用陆地无线 电接入网(UTRAN)或演进UTRAN(E-UTRAN)，例如通用移动 通信网(UMTS)、全球移动通信系统(GSM)或用于GSM增强数 据率演进(EDGE)网络、GSM/EDGE无线电接入网(GERAN)、 长期演进(LTE)或LTE-高级(LTE-A)。一般地，基于码分多址 (CDMA)、正交频分多址(OFDMA)、频分多址(FDMA)、时 分多址(TDMA)等的任意系统。在下文中，术语移动通信系统和 蜂窝通信系统/网络互换地使用。
由此，至少一个远程射频头(RRH)可例如包括用于GSM、EDGE、 UMTS、LTE或LTE-A蜂窝通信系统的无线电收发器。至少一个RRH 可耦合至基带处理装置，以在基带处理装置与至少一个RRH之间交 换复数数字基带数据。为了此目的，例如可使用已知为通用公共无 线电接口的接口。
基带处理装置可充当网络的第一处理节点，该网络可例如为云 计算网络。根据实施方式，基带处理装置包括接口以将所述基带处 理装置连接至充当网络的第二处理节点的另一基带处理装置。所述 接口可适于在所述基带处理装置(BBU)之间交换复数数字基带数 据。所述接口还可用于在互连的BBU之间交换控制信息，例如作为 用于LTE的第3代合作伙伴计划(3GPP)规范的一部分的扩展X2 接口。
云计算或云计算网络可被理解为一种可提供不需要终端用户知 道递送服务的系统或网络的物理位置和配置的计算、软件、数据访 问和存储服务的技术。因此，云计算描述了用于IT服务(例如，基 于互联网协议(IP))的补充、消耗和递送模型，并且典型地涉及 供给动态可扩展和通常被虚拟化的资源。因此，在BBU云计算网络 中存在BBU硬件或基带处理资源的池。每个BBU可被认为是云计 算网络的网络节点，其中每个节点容纳一个或多个这种计算或处理 资源。根据实施方式，基带处理任务不必绑定至具体网络节点，而 是可通过使用本发明的实施方式的分布式负载管理和分布式方法被 动态地分配到任意其它网络节点。因此，可实现可用的分布式硬件 资源的有效使用。
此外，基带处理装置包括多个专用用户数据处理器，每个专用 用户数据处理器可操作以处理被分配到与由至少一个RRH服务的无 线电小区相关联的多个第一用户之一的用户特定数据。
根据一些实施方式，用户特定数据可被理解成承载特定数据， 即与承载相关的数据，所述承载包括由以下各项的组中的一项或多 项的数据：用户特定无线电接入承载(RAB)、无线电承载(RB) 和/或信令无线电承载(SRB)。也就是说，处理用户特定数据或数 据流可指代不同的无线电承载，无线电承载是用于用户的数据服务 的协议上下文。换句话说，用户可利用使用不同的无线电承载所提 供的多种服务。无线电承载可通过使用多层协议来建立。一个突出 的实施例是用于交换层3(L3)的信令或控制信息的信令无线电承载 (SRB)、作为UMTS或LTE中的实施例的无线电资源控制(RRC)。 这种SRB涉及协议上下文，即它使用由层2(L2)提供的服务以交 换L3控制信息或信令。L2所提供的服务被称为无线电承载。由无 线电链路控制(RLC)提供给RRC的控制平面(C平面)无线电承 载被称为信令无线电承载，例如参见3GPP规范、无线电接口协议架 构3GPP TS25.301V10.0.0。
在UMTS或LTE中可涉及物理层(层1或PHY)、媒体接入控 制层(层2或MAC)、RLC层和RRC。所有这些协议由3GPP标准 化并且它们对应的规范被公布并且在下文被认为是已知的。
第一用户的用户特定数据(分组或流)的处理导致基带处理装 置(即，第一处理节点)的一定的处理负载。基带处理装置还包括 负载均衡器(也被称为分散式云控制器(DCC))，负载均衡器可 操作以经由节点间接口与第二处理节点的负载均衡器或DCC交换负 载信息并且响应于所交换的负载信息而在第一处理节点的多个专用 用户数据处理器之间分布处理任务和/或在第一处理节点的多个专用 用户数据处理器与第二处理节点之间分布处理任务。在云计算网络 中的可用处理资源之间分布处理任务可根据辅助均衡标准来实现。
这种负载均衡标准可例如为处理节点之间相等共享地分布负 载。另一标准可优化处理节点的功耗。例如，一些处理节点或其部 分可被关闭，只要其他活跃的处理节点能够处理负载。
因此，本发明的实施方式可以以分布式或类似云的方式提供基 带或承载信号处理方案，因为基带或承载处理可由空间分离的作为 处理节点的多个不同的、互连的基带处理装置(BBU)实现。当在 特定RRH簇处存在业务热区时，可提供如下优点：通过利用处理节 点的分布式网络，更多的处理功率可用。
而且，实施方式可提供如下优点：对每个无线电小区而言可缩 放的处理功率可用，由于无线电小区的服务可被解复用成服务或用 户特定数据分组，其中服务或用户特定数据分组然后可被路由到不 同的处理节点。换句话说，根据给定的负载均衡准则，可在各个网 络节点之间分布用户特定(承载)数据的处理。这意味着给定RRH 与物理连接有RRH的BBU之间不存在固定的关联，因为由RRH处 理的用户特定基带或承载信号不一定由物理连接的BBU预处理或后 处理。由于分布式负载均衡架构，BBU云网络基于负载均衡准则决 定哪个节点执行给定用户的基带或承载处理。
因此，第一处理节点的负载均衡器可能与第二处理节点的负载 均衡器一起可操作以响应于之前交换的负载信息而发起经由BBU间 接口与第二节点的第二用户特定数据的交换。由此，交换的第二用 户特定(承载)数据关联于或专用于与作为第一用户的同一无线电 小区或RRH相关联的第二用户。然而，第二用户不同于第一用户。 换句话说，他不属于在第一节点处被处理的第一用户。也就是说， 在某些负载情形下，云计算网络或多个DCC可决定将第二用户特定 数据的基带或承载处理从第一处理节点转移至网络的另一(例如， 第二)处理节点以改善负载情形。因此，第二节点的专用用户数据 处理器可处理实际上与另一无线电小区(例如，与第一处理节点相 关联的小区)相关联的第二用户的用户特定数据。另外，在由BBU 节点所包括的DCC控制的BBU节点内存在负载均衡。
为了向RRH提供用户特定基带或承载数据或者反之亦然，为了 从RRH获得用户特定基带或承载数据，基带处理装置还可包括小区 特定实体，小区特定实体在后面被称为“小区物理层处理器”。由 此，小区物理层处理器用于处理去往或来自服务于第一用户和第二 用户的至少一个RRH的无线电收发机的无线电帧的基带无线电帧结 构，无线电帧包括第一用户的用户特定数据和第二用户的用户特定 数据。换句话说，小区物理层处理器服务于多个专用用户数据处理 器与连接至基带处理装置或BBU的至少一个RRH之间的接口。由 于小区物理层处理器可处理第一用户和第二用户的数据分组，所以 第一用户和第二用户的用户特定数据已由或将由另一处理节点处 理，小区物理层处理器的输入或输出是任意可配置的。这意味着， 由于分散式负载均衡或云控制，第一处理节点的小区物理层处理器 可附加地耦合至云的其它处理节点的专用用户数据处理器。小区物 理层处理器可被理解成用于将第一用户和第二用户的用户特定(承 载)数据转换成公共基带信号无线电帧的装置，并且反之亦然，即 用于将公共基带无线电帧结构转换成第一用户和第二用户的用户特 定(承载)数据的装置。转换方向取决于用户特定(承载)数据是 被发送(下行链路)还是被接收(上行链路)。
对于下行链路方向，小区物理层处理器可从第一节点的多个专 用用户数据处理器接收专用于与由耦合至第一节点的至少一个RRH 服务的小区相关联的第一用户的下行链路(承载)数据分组。另外， 小区物理层处理器可从第二节点的一个或多个专用用户数据处理器 接收与第一用户的同一小区相关联的第二用户的下行链路数据分 组。为了进行负载均衡，第二用户的下行链路数据分组可已经在第 二节点处被处理。然而，第一节点的小区物理层处理器可操作以根 据下行链路多址接入技术将第一和第二用户的接收的下行链路数据 分组复用成公共下行链路无线电帧结构。多址接入技术可例如为码 分多址(CDMA)、正交频分多址(OFDMA)、频分多址(FDMA)、 时分多址(TDMA)等的之一或组合。
相反，对于上行链路方向，第一节点的小区物理层处理器可从 连接至第一节点的至少一个RRH接收专用于与由至少一个RRH服 务的小区相关联的第一和第二用户的上行链路数据分组。在这种情 况下，小区物理层处理器可操作以(根据上行链路多址接入技术) 从复用的上行链路无线电帧结构分解或解复用所接收的用户特定上 行链路数据。一个或多个分散式负载均衡器然后可响应于之前交换 的负载信息，发起在第二节点处对解复用的第二用户特定上行链路 数据的进一步处理，例如由于在第一节点处没有留下用于第二用户 数据的处理能力。第一节点的专用用户数据处理器可仅处理解复用 的第一用户特定上行链路数据。
例如，在CDMA系统中，不同的服务或信号可通过正交的信道 化码来区分。每个信道化码携带某种服务的数据。无线电信号以及 基带信号对应于将由小区提供的用于所有服务的信号的叠加，即用 服务的数据对所有信道化码进行加权。叠加可例如为所有信号相加。 结果，这种叠加必须在发送之前组成并且在接收之后分解。此过程 还可称为复用和解复用。因此，小区物理层处理器可适于通过复用 各个用户特定下行链路数据分组来组成发送的基带信号，其中不同 的用户特定下行链路数据分组与不同的用户或由至少一个RRH的覆 盖区域中的蜂窝通信系统或网络提供的不同服务相关联。另一方面， 小区物理层处理器可适于通过从发送基带信号解复用各个用户特定 下行链路数据分组来分解发送的基带信号。
根据一些实施方式，处理节点即BBU的多个专用用户数据处理 器可包括专用用户数据处理实体的第一群组，第一群组可操作以根 据第一RAT(例如用于UMTS的CDMA)来处理用户特定数据。此 外，BBU的多个专用用户数据处理器还可包括专用用户数据处理实 体的第二群组，第二群组可操作以根据第二RAT(例如用于LTE的 OFDMA)来处理用户特定数据。特定用户数据处理实体的不同群组 可在一个或不同的印刷电路板(PCB)上实现，其还可与支持相同 RAT的对应小区物理层处理器一起被称为信道单元模块(CEM)。 也就是说，第一小区物理层处理器(支持第一RAT)和专用用户数 据处理实体的第一群组可被集成到第一公共CEM上，并且第二小区 物理层处理器(支持第二RAT)和专用用户数据处理实体的第二群 组可被集成到公共CEM或相同BBU的其它CEM上。
根据一些实施方式，第一群组所包括的专用用户数据处理实体 与第二群组所包括的专用用户数据处理实体之间的比率可经由软件 更换来配置。换句话说，CEM板所支持的RAT可通过充足的软件更 换来改变。例如，如果处理节点(基带处理装置)包括当前支持UMTS 的I个CEM板和当前支持LTE的K个CEM板，则比率I/K可简单 地通过更换CEM板的软件而适于当前需求。例如，如果需要更多的 UMTS硬件，则一些LTE相关的CEM板可被配置为通过将对应的 软件加载到CEM板的存储器中而支持UMTS。
根据本发明的另一方面，提供了一种云计算网络，其包括作为 云计算网络的不同网络节点的根据实施方式的至少两个基带处理装 置。由此分散式负载均衡成为可能，因为第一和第二节点的分散式 均衡器可操作以经由第一和第二网络节点之间的接口交换负载信 息，以响应于交换的负载信息在第一节点的多个专用用户数据处理 器之间分布处理任务以及在第一节点的多个专用用户数据处理器与 第二节点之间分布处理任务，以便在云计算网络的不同节点之间分 布负载。
根据本发明的另一方面，提供了根据实施方式的基带处理装置 的方法。所述方法包括经由接口将作为云计算网络的第一节点的所 述基带处理装置连接至作为所述云计算网络的第二节点的另一基带 处理装置的步骤。在第二步骤中，通过使用多个专用用户数据处理 器处理与至少一个远程射频头相关联的第一用户的用户特定(承载) 数据。对所述第一用户的用户特定数据的处理导致所述第一节点处 的处理负载。在另外的步骤中，经由所述接口在第一和第二节点之 间交换处理负载信息。而且，响应于所交换的负载信息在所述第一 节点的多个专用用户数据处理器之间分布处理任务以及/或者在所述 第一节点的多个专用用户数据处理器与所述第二节点之间分布处理 任务，以便在所述云计算网络的不同节点之间分布负载。
一些实施方式包括安装在用于执行所述方法的装置内的数字控 制电路。这种数字控制电路例如数字信号处理器(DSP)需要相应地 被编程。因此，其它实施方式还提供了具有程序代码的计算机程序， 当计算机程序在计算机或数字处理器上被执行时，程序代码执行所 述方法的实施方式。
附图说明
下面参考附图仅参考实施例描述装置和/或方法的一些实施方 式，在附图中：
图1a、1b分别示出了小区A和小区B的两个随时间变化的业务 负载曲线；
图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的基带处理装置的 框图；
图3示出了根据本发明的实施方式的包括基带处理装置(BBU) 的网络的分布式移动云网络架构；
图4示出了根据本发明的实施方式的基带处理装置的功能架构；
图5示出了根据本发明的实施方式的基带处理装置的硬件架构；
图6示出了根据本发明的实施方式的多标准虚拟化概念；以及
图7示意性地示出了用于根据本发明的实施方式的基带处理装 置的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图更完整地描述各种示例性实施方式，在附图中示 出了一些示例性实施方式。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或 区域的厚度可被放大。
由此，尽管示例性实施方式能够进行各种修改，并且可选形式、 实施方式通过实施例的方式在附图中示出并且在文中详细描述。然 而，应该理解，不将示例性实施方式限于所公开的具体形式，但是 相反，示例性实施方式旨在覆盖落入本发明范围的所有修改、等同 的替代。在附图的整个描述中类似的标号指向类似或相似的元件。
将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”至另一元件时，它 可直接连接或耦合至另一元件或可存在中间元件。相反，当元件被 称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，不存在中间元件。 用于元件之间关系的其它词语应该以相似的方式解释(例如，“位 于…之间”相对于“直接位于…之间”、“与…相邻”相对于“与… 直接相邻”等)。
本文所用的术语的目的是仅描述具体实施方式并且不用于显示 示例性实施方式。如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一 个(an)”和“所述(the)”也包括复数形式，除非上下文另有清 楚指示。还将理解术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、 “包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时指 明特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一 个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组 合的存在。
除了另有定义，本文中所用的所有术语(包括技术和科学术语) 具有与示例性实施方式所属领域的技术人员通常理解的意义相同的 意义。还将理解，术语(例如，在一般使用的字典中定义的术语) 应该被解释为具有与相关领域的上下文中的意义一致的意义，并且 不应该以理想或多度正规的意义被解释，除非本文中明确这样定义。
图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的基带处理装置200 的功能框图。
基带处理装置200用于处理专用于多个用户的基带或承载信号 202-1至202-I。基带或承载信号202-1至202-I将被转发至至少一个 远程射频头(RRH)204或从至少一个RRH204获得，RRH204例 如经由光纤链路206耦合至基带处理装置200。至少一个RRH204 服务于蜂窝通信系统(例如，UMTS或LTE网络或它们的组合)的 无线电小区。
基带处理装置200还包括接口208，接口208用于将可充当云计 算网的第一节点的基带处理装置200连接至可充当云计算网络的第 二节点的另一基带处理装置(未示出)。接口208可例如为基站间 接口，例如将由3GPP定义的扩展X2接口。
基带处理装置或基带单元(BBU)200还包括多个专用用户数据 处理器210-1至210-I，其中每个专用用户数据处理器可操作以处理 与无线电小区或至少一个RRH204相关联的多个用户的用户特定基 带或承载数据。对多个用户的用户特定数据的处理导致基带处理装 置200(即，云计算网络的第一节点)处的一定负载。为了将所述负 载分布到云计算网络的不同节点，基带处理装置200还包括负载均 衡器212，负载均衡器212可操作以经由接口208与第二网络节点的 负载均衡器交换负载信息并且响应于所交换的信息在第一网络节点 200的多个专用用户数据处理器210-1至210-I之间分布处理任务和/ 或在第一网络节点200的多个专用用户数据处理器210-1至210-I与 第二节点的用户数据处理器之间分布处理任务。
第一节点的负载均衡器212和第二节点的负载均衡器(在图2 中未示出)均可被认为是分散式云控制器(DCC)，它们可协作用 于在云计算网络中进行负载均衡和处理能力分布。
多个专用用户数据处理器210中的每个可被认为是执行对应的 用户特定承载数据的用户平面协议栈处理和/或专用控制平面协议栈 处理的实体。此协议栈处理与物理层(PHY)无线电帧处理分离， 其中用户(或承载)特定数据适于无线电帧结构(下行链路)，或 无线电帧结构被分解成多个用户(或承载)特定数据分组或流(上 行链路)。
基带处理装置200的前述协议栈处理实施方式与PHY无线电帧 处理实施方式之间的接口还可包括小区物理层处理器214，小区物理 层处理器214处理去往或来自为无线电小区服务的至少一个远程射 频头204的收发机的无线电帧的基带无线电帧结构。小区物理层处 理器214可操作以执行以下处理步骤中的一个或多个处理步骤：基 带至传输带转换、传输带至基带转换、解复用、复用、快速傅里叶 变换(FFT)、快速傅里叶逆变换(IFFT)、循环前缀插入(CPI)、 循环前缀移除(CPR)、扩频、解扩等。
为了分布处理负载，负载均衡器212可操作以响应于之前交换 的负载信息发起经由接口208与第二处理节点的第二用户特定数据 的交换。由此，第二用户特定数据与第二用户相关联，其中第二用 户与第一用户处的同一无线电小区和/或至少一个RRH204相关联。 物理层处理器214可操作以处理去往或来自对第一用户和第二用户 服务的至少一个RRH204的无线电帧(下行链路或上行链路方向) 的基带无线电帧结构，其中无线电帧包括第一用户和第二用户的用 户特定数据。
因此，对于下行链路方向，负载均衡器212可操作以响应于交 换的负载信息，发起对第二节点处的(由耦合至第一节点200的至 少一个RRH204服务的)第二用户的第二用户特定下行链路数据的 处理，并且通过接口208从第二节点接收经处理的第二用户特定下 行链路数据。第一节点的专用用户数据处理器210-1至210-I可操作 以处理由至少一个RRH204服务的第一用户的第一用户特定下行链 路数据。在此情况中，小区物理层处理器214可操作以根据下行链 路多址接入技术将第一和第二用户特定下行链路数据复用成公共下 行链路无线电帧结构，因为所有下行链路数据是用于由至少一个 RRH204服务的用户和第二用户的。也就是说，小区物理层处理器 214可复用已由其自身相关联的网络节点200处理的第一用户特定 数据和已由云计算网络的另一网络节点处理的第二用户特定数据。 这意味着对小区物理层处理器214的输入根本不是固定的。相反， 它们可通过本发明的分布式或分散式负载均衡概念被自由地配置。
对于上行链路情形，小区物理层处理器214可操作以根据上行 链路多址接入技术(例如，OFDMA或CDMA)解复用所接收的来 自上行链路无线电帧结构的第一和第二用户特定上行链路数据。所 接收的上行链路无线电帧结构包括由耦合至第一节点200的至少一 个RRH204服务的第一和第二用户的上行链路数据。在此情况中， 负载均衡器212可操作以响应于交换的负载信息，针对在第一网络 节点200处未为第二用户留下处理能力的情况发起对第二节点处的 第二用户的解复用的上行链路数据的进一步处理。专用用户数据处 理器210-1至210-I可因处理或计算能力限制而仅处理第一用户的解 复用的上行链路数据。
在所描述的下行链路/上行链路情形中，云计算网络可因此决定 将用户特定数据的处理从第一网络节点或BBU200转移至第二网络 节点或BBU，如果这导致网络中的更好负载分布的话。
如之前所描述的，多个BBU200可被组合到分布式云计算网络。 这种分布式云网络架构在图3中示出。
图3示出了形成云计算网络300的多个基带处理装置200-1至 200-5。作为扩展X2接口或专有方案，在经由高速光学链路互连的 不同位置处存在不同的基带处理装置。也可称为多站/标准基带单元 (MSS-BBU)的基带处理装置200-1至200-5中的每一个具有与其 相关联的多个RRH204。RRH204提供发送器(Tx)、功率放大器 (PA)、接收器(Rx)和天线功能，并且通过高速光学链路与相关 联的MSS-BBU200-1至200-5空间分离。后者可被组合到若干无线 单元的簇中。RRH204与不同的功率级共存以实现宏、微微和毫微 微小区，并且可被安装在室内和/或户外环境中。在户外宏小区场景 中，对应的RRH204可以用相对大的功率驱动，而在室内场景中， 对应的RRH204可以用比较低的电功率驱动。MSS-BBU200-4具有 与其耦合的多个RRH204，多个RRH204分别服务于户外宏和微微 小区，导致所谓的异构蜂窝网络(HetNet)。如已经关于图1在介 绍部分解释的，由单独的MSS-BBU200-1至200-5服务的各个网络 部分或无线电小区可在给定的时间点经历完全不同的负载情形，这 为从低至高业务区域的负载平衡和处理能力提供空间。任务或功能 可由分散式负载均衡概念执行，其中多个MSS-BBU中的每一个如上 所述包括负载均衡器或分散式云控制器212。
在图3中MSS-BBU200和相关联的RRH204的簇一起代表多标 准云基站。连接的RRH204的数目应该足够大以再次确保足够的潜 在负载均衡增益。这种RRH簇的限制经由空中接口由LTE和UMTS 的延迟约束给予。分散式云控制器(DCC)212一旦位于每个 MSS-BBU200中，则充当负载管理器以在多标准云基站中实现负载 均衡并且与其它BBU200的其它DCC212交互以用于进行云基站间 负载均衡或处理能力分布以追随业务热点或热区。由此，不同区域 (例如，室内/户外，商业区/住宅区)之间的负载曲线可趋于平稳并 且可在CAPEX和OPEX上实现显著的成本节省。这开启了路径以应 用云计算、建立负载管理和直接减少所需的处理资源和站点的数目 以及相关联的安装成本而且还减少了维护和功率消耗的技术。
DCC212包括作为例如具有从低到高业务区域的子栈负载均衡 和处理能力分布的负载管理器的若干功能和作为用于管理将处理工 作分配到用于MSS-BBU内和间区域的专用用户数据处理器210的配 置管理器的功能。如图3所示，本发明建议这种云控制器的分散配 置，其中在每个MSS-BBU200中实现一个DCC212。结果是具有两 个不同层的负载管理的分层方法，即MSS-BBU内和MSS-BBU间。 MSS-BBU内这一层可通过访问所有相关内部处理资源而仅由DCC 212管理。MSS-BBU间这一层通过不同DCC212之间的相互通信和 DCC内部功能的组合来实现。因此，实施方式允许分散式云控制器 架构，其允许从低业务区域至高业务区域的负载均衡和处理能力分 布。
现在转向图4，其示出了根据本发明的实施方式的基带处理装置 或MSS-BBU200的可能的功能架构。
MSS-BBU200的基带部分可被细分成控制部分402、用户部分 404和小区部分406。用于各种支持的移动通信网络技术(例如， GSM、UMTS和LTE)的控制功能连接至Abis、Iub和SI接口。用 户部分404的多个专用用户数据处理器410、420中的每一个可被认 为是称为UP的虚拟实体，在该虚拟实体中进行上行链路(UL)和 下行链路(DL)的专用用户处理。根据本发明的实施方式，可存在 用于LTE的多个UP实体(用参考标号410表示)和用于UMTS的 多个UP实体(由参考标号420表示)。因此，多个专用用户数据处 理器可包括专用用户数据处理实体410的第一群组，该第一群组可 操作以根据第一无线电接入技术(例如，LTE)处理用户特定数据， 并且其中多个专用用户数据处理器210可包括专用用户数据处理实 体420的第二群组，该第二群组可操作以根据第二无线电接入技术 (例如，UMTS)处理用户特定数据。用户数据处理处理实体410、 420中的每一个可操作以执行用户特定数据的用户平面和/或专用控 制平面处理。UP410、420的用户平面部分分别连接至S1-U/Iub接 口。UP410、420的专用控制平面部分经由eNB(LTE)和节点B (UMTS)控制功能分别连接至S1-MME(LTE)和Iub(UMTS)接 口。
假定用于LTE和UMTS的专用用户处理(DL/UL)被虚拟化。 也就是说，对于LTE，UP实体410可操作以执行用户特定数据的下 面的用户平面和/或专用控制平面协议栈处理：
·S1-MME终端栈：ETH/SCTP/S1AP ded.(专用控制平面)
·S1-U终端栈：ETH/IP/UDP/GTP-U(用户平面)
·Uu控制平面栈：RRC/PDCP/RLC/MAC/PHY用户(专用控制平 面)
·Uu用户平面栈：PDCP/RLC/MAC/PHY用户(用户平面)
对于UMTS，专用UP实体420可操作以执行用户特定数据的以 下用户平面和/或专用控制平面协议栈处理：
·用于HSPA的Iub终端用户平面栈
·ETH/IP/UDP/FP(HS-DSCH/e-DCH)(用户平面)
·用于HSPA的Uu终端栈：MAC(e)hs/e/PHY用户
UMTS中的所有其它信道例如专用信道(DCH)、随机接入信 道(RACH)、前向接入信道(FACH)、寻呼信道(PCH)因低期 望的负载均衡增益而未被虚拟化并且在此不被考虑。
根据实施方式，一个标准的UP410、420的集合可被分配到一 个硬件资源直至其最大带宽。由此，UPi表示云基站中支持的LTE 用户的总数，UPj表示云基站中支持的UMTS用户的总数。注意，i、 j不是固定的并且分别取决于单个用户的带宽。
MSS-BBU200可包括用于LTE的小区物理层处理器PHY小区430 和用于UMTS的小区物理层处理器PHY小区440。因此，除了专用用 户数据处理实体410、420的第一和第二群组之外，MSS-BBU200 可包括第一小区物理层处理器430和第二小区物理层处理器440，其 中第一小区物理层处理器430对支持第一无线电接入技术(LTE)的 第一RRH204的无线电帧数据进行处理，第二小区物理层处理器440 对支持第二无线电接入技术(UMTS)的第二RRH204的无线电帧 数据进行处理。
用于LTE的PHY小区实体430可包括用于组成(分解)或复用(解 复用)无线电帧结构的成帧器。另外，PHY小区实体430可包括例如 快速傅里叶变换(FFT)、快速傅里叶逆变换(IFFT)、循环前缀插 入(CPI)、循环前缀移除(CPR)的功能。所有这些功能根据LTE 小区的数目乘以每个小区天线的数目可用。用于UMTS的PHY小区实体440可包括用于组成(分解)或复用(解复用)无线电帧结构 的成帧器。另外PHY小区实体或小区物理层处理器440可具有扩频和 /或解扩能力。这些功能根据UMTS小区的数目乘以每个小区天线的 数目可用。作为一种选择，PHY小区实体430、440可仅包括组成(分 解)或复用(解复用)帧结构的基础成帧器功能，如果用于LTE的 附加功能IFFT/FFT/CPI/CPR和用于UMTS的功能扩频器/解扩器集 成到相关联的RRH204中以节省MSS-BBU200与RRH204之间的 光学链路处的带宽的话。在图4中，m个RRH204示例性地连接至 MSS-BBU200。概括地说，MSS-BBU200的小区物理层处理器430、 440可操作以执行基带至传输带转换、传输带至基带转换、解复用、 复用、快速傅里叶变换(FFT)、快速傅里叶逆变换(IFFT)、循环 前缀插入(CPI)、循环前缀移除(CPR)、扩频、解扩中的一个或 多个处理步骤。
另外，MSS-BBU200可包括用于LTE的分组调度器450的集合 和用于高速分组接入(HSPA)的分组调度器460的集合，其中分组 调度器对应于由MSS-BBU200支持的对应无线电小区的数目。一个 标准的任意UP实体410、420可被分配到同一标准的任意PHY小区实体430、440。这意味着任意LTE相关的UP实体410可被分配到 至少包括成帧器功能的任意LTE相关的PHY小区实体430。相应地， 任意UMTS相关的UP实体420可被分配到至少包括成帧器功能(即， 组成(分解)或复用(解复用)无线电帧结构)的任意UMTS相关 的PHY小区实体440。将UP实体分配到PHY小区实体可直接由负责 的小区调度器440、450控制。
对将虚拟处理实体UP410或420分配到PHY小区功能440或 450的整体管理可由MSS-BBU的负载均衡器或DCC212实现。
在图4的实施例中，GSM部分被认为未被虚拟化，因为在未来 不希望有用于GSM的重大业务增长。
图5示意性地示出了基带处理装置或MSS-BBU200的示意性硬 件架构，基带处理装置或MSS-BBU200经由例如CPRI接口506耦 合至多个m个RRH204-1至204-m。由此CPRI表示无线电设备控 制(REC)(即MSS-BBU200)与无线电设备(RE)(即RRH204-1 至204-m)之间的无线电基站的接口。
MSS-BBU200可包括多个信道单元模块(CEM)510、520，其 中CEM可被认为是数字信号处理器(DSP)、通用处理器(GPP) 或作为例如印刷电路板(PCB)任意硬件加速器形式的硬件模块。 在图5的示例中，分别地，CEM510包括LTE相关的UP实体410， CEM520包括UMTS相关的UP实体420。信道单元模块510、520 可容纳根据每用户带宽至最大带宽的UP集合+用于一个RRH的小区 功能(PHY小区+小区控制功能+无线电资源管理功能)。也就是说， (与LTE相关的)第一小区物理层处理实体440和(与LTE相关的) 专用用户数据处理实体410的第一群组可被集成到(与LTE相关的) 第一公共CEM510中。与此同时，(与UMTS相关的)第二小区物 理层处理器450和专用用户数据处理实体420的第二群组可被集成 到(与UMTS相关的)第二公共CEM520。CEM510、520因此可 充当LTE或UMTS特定BBU硬件(HW)模块。根据一些实施方式， 它可通过软件(SW)更换变为对应的其它无线电标准。
另外，CEM510、520可提供以小区为基础的、需要的用于LTE 和HSPA的分组调度器440、450。在如图5所示的实施方式中，CEM 板510、520分别为针对UMTS可用I次、针对LTE可用K次。在 实施方式中，I与K之间的比率可被修改。这意味着UMTS与LTE 之间的多标准混合的修改可通过SW更换来实现而不需要进行任何 硬件修改。因此，根据一些实施方式，由与LTE相关的第一群组构 成的专用用户数据处理实体410与由与UMTS相关的第二群组构成 的专用用户数据处理实体420之间的比率I/K或K/I可经由软件更换 被配置。对于传统的方案，这是不可能的。
附加的PHY小区HW模块530如上所述可容纳用于LTE和UMTS 的附加的PHY小区功能。如果作为云配置结果的负载均衡增益用于减 少采用的每个MSS-BBU200的CEM的数目(降低CAPEX)，则可 能需要可经由BBU间接口208耦合至相邻MSS-BBU200的附加的 PHY小区模块530。在此情况下，由MSS-BBU的无线电小区服务的 一些用户可能必须由云网络300的其它MSS-BBU处理。
然而，由于附加的PHY小区HW或小区物理层处理器模块530， 仍然可提供至簇中所有存在的RRH204的完全连接。MSS-BBU200 可因此包括支持两种无线电接入技术(例如，LTE和UMTS)的附 加的小区物理层处理器530，其中附加的小区物理层处理器实体530 耦合至接口208以响应于交换的负载信息将第二用户特定数据发送 至第二节点或从第二节点接收第二用户特定数据。如上所述，第二 用户特定(承载)数据属于确实与MSS-BBU200的至少一个RRH204 相关联的至少一个第二用户，但是因缺乏硬件或处理资源而不能在 MSS-BBU200自身处被处理。
如果有足够的处理资源可用，则专用用户数据处理(UP)和小 区控制功能可仅在CEM510、520中被处理。
根据一些实施方式，一个MSS-BBU200的CEM510、520和PHY 小区HW板530可经由内部高速背板互连。相反，对于CEM510、520 或具有来自其它MSS-BBU的CEM的PHY小区实体530的互连，可 使用扩展X2接口(见参考标号208)或专有接口。
根据图5，DCC212可包括两个主要部分，即DCC负载管理器， DCC负载管理器可负责用于MSS-BBU内和MSS-BBU间负载分布 的负载均衡和/或分布算法。第二个主要部分是DCC配置管理器， DCC配置管理器可对处理实体实例化和/或将处理实体关联至用户、 小区和CEM。
路由器/地址分派器实体540可能需要以通过直接的方式将 S1-U、S1-MME和Iub用户或承载特定分组路由至由DDC212决定 的所分配的CEM510、520。这可使不同CEM510、520之间的信号 传送最少。
CPRI交换机506可被认为是任选实体，其可能在为故障的CEM 510、520进行恢复的情况下被需要以不丢失连接的RRH204-1至 201-m。为了此目的，另一(工作的)CEM或PHY小区硬件模块530 可使用其可用的CPRI接口。CPRI交换机506在此情况下可执行电 子CPRI交换和其CPRI接口从CEM510、520到RRH204-1至204-m 的重新分配。
所描述的云基站的MSS-BBU HW架构允许负载均衡和多标准配 置，其中UMTS和LTE的混合可以半静态的方式通过SW更换被修 改。
现在转向图6，概述了本发明的多标准虚拟化概念。
无线电网络控制器(RNC)602、移动性管理实体(MME)604 和服务网关(SGW)606可经由路由器/地址分派器540连接至基带 处理装置或MSS-BBU200。将LTE和UMTS用户特定数据分组路由 至CEM510、520以用于处理对RNC602、MME604和SGW606而 言是透明的。对于此目的，路由/地址分派器540可向核心网仿真一 个或(典型地)多个基站，一个或多个基站又由来自这类PHY小区 实体(小区物理层处理器)和CEM的一组虚拟实例构成。路由器/ 地址分派器540可终止协议接口并且执行n元、m步路由过程(典 型地通过嵌套表查找来实现)以找到用于执行的虚拟实体。一旦找 到，协议头可被调整以允许云内基于IP协议的传输。根据鸟瞰图， 路由过程可类似于NA(P)T网关(网络地址和端口转换)的功能，但 是不同之处在于从内到外寻址的映射不被随意地选择(如在NA(P)T 的情况下)，而是基于通过深度分组检查获得的知识。
在图6中，CEM1和CEM2被假定位于一个云基站的同一 MSS-BBU中，而CEM3被假定为另一云基站的另一MSS-BBU。CEM 1被假定提供用于感兴趣的具体小区的所有小区控制功能和PHY小区(物理层处理)。DCC212的负载管理器决定一个小区的哪个UP210 由一个MSS-BBU中的哪个CEM(在此实施例中为CEM1和CEM2) 处理并且如果对于此小区需要来自外部(在此实施例中被分配到 CEM3)的用于UP的附加处理，则与另一MSS-BBU的DCC通信。 用于一个小区的所有UP210(在此实施例中来自CEM1、CEM2和 CEM3)然后在双工方向连接至CEM1的PHY小区物理层处理器214。 这意味着在CEM1与CEM2之间可经由内部高速背板连接，并且 CEM1和CEM3可经由扩展X2接口或任意专有接口连接。因此， 第一节点或MSS-BBU(容纳CEM1和CEM2)可包括小区物理层 处理器214，小区物理层处理器214处理去往或来自与第一节点耦合 的至少一个远程射频头的无线电帧的基带无线电帧结构。第一节点 的负载均衡器212和/或第二节点(第二MSS-BBU)的负载均衡器 212可操作以发起(响应于之前交换的负载信息)经由接口208的第 一节点与第二节点的用户或承载特定数据的交换，其中交换的用户 特定数据专用于与第一节点的至少一个远程射频头相关联的用户。 以这种方式，交换的用户或承载特定数据在其被第一网络节点的小 区物理层处理器214处理之前(例如，在下行链路方向的情况下) 或之后(例如，在上行链路方向的情况下)可由第二节点的专用用 户数据处理器(UP)处理。
对于用户1…x(UP1…UPx)，CEM1可被认为是控制CEM和 服务CEM(CCEM&SCEM)。对于用户x+1…n(UPx+1…UPn)， CEM1为控制CEM(CCEM)并且CEM2为服务CEM(SCEM)。 对于用户n+1…n+y(UPn+1…UPn+y)，CEM1为控制CEM(CCEM) 并且CEM3为外部服务CEM(ESCEM)。CEM1的PHY小区物理层 处理器214然后可连接至在此代表感兴趣的无线电小区的一个 RRH。CCEM、SCEM和ESCEM可被理解为用于具体用户的逻辑功 能。
因此，一个小区的用户的专用用户数据处理器(UP)和分配的 PHY小区功能可在相同MSS-BBU的相同CEM或不同CEM上运行， 或者可甚至来自不同MSS-BBU。
现在转向图7，将描述可由基带处理装置或MSS-BBU200执行 的方法700。
方法700包括经由BBU间接口208将作为云计算网络300的第 一节点的基带处理装置200连接至作为云计算网络的第二节点的另 一基带处理装置的步骤702。在另一步骤704中，使用多个专用用户 数据处理器210来处理与基带处理装置200的至少一个远程射频头 相关联的第一用户的用户(承载)特定数据。方法700还包括经由 接口208与第二节点交换负载信息的步骤706。在步骤708中，响应 于交换的负载信息而在第一节点的多个专用用户数据处理器210之 间分布处理任务和/或在第一节点200的多个专用用户数据处理器 210与第二节点之间分布处理任务以在云计算网络300的不同节点 之间分布负载。
前述装置的实施方式可分别包括信号处理器，信号处理器执行 具有程序代码的计算机程序，其中当计算机程序在处理器上被执行 时程序代码执行或支持上述方法的实施方式。因此，实施方式可提 供具有程序代码的计算机程序，其中当计算机程序在计算机或处理 器上被执行时程序代码执行上述方法之一。本领域技术人员将容易 认识到，上述各种方法的步骤可由编程的计算机执行。在本文中， 一些实施方式还用于覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质， 其中数字数据存储介质为机器或计算机可读的并且对机器可执行或 计算机可执行的指令程序编码，所述指令执行上述方法的一些步骤 或所有步骤。程序存储设备可以是例如数字存储器、磁存储介质例 如磁盘和磁带、硬盘驱动、或光学可读数字数据存储介质。实施方 式还用于覆盖被编程为执行上述方法的步骤的计算机。
概括而言，从本发明的RAN实施方式中云计算的高级讨论开始 提出了新颖的分散式架构概念的细节。根据技术和经济要求和优化， 可为未来的系统考虑所讨论的元件中的一些元件。实施方式可提供 分散式云控制器架构、云基站中MSS-BBU的功能架构、云基站中的 MSS-BBU HW架构、以及云配置中的虚拟化概念。
描述和附图仅示出了本发明的原理。因此将理解，本领域技术 人员能够想到各种布置，尽管未在本文中明确描述或示出，各种布 置实施本发明的原理并且包括在其精神和范围内。而且，本文提到 的所有实施例在原理上明确地用于教学目的以帮助读者理解本发明 的原理和发明人贡献的概念以补充现有技术，并且被解释为不限于 具体陈述的实施例和条件。而且，提到本发明的原理、方面和实施 方式的所有陈述及其具体实施例用于包括其等同。
定义为(执行某种功能的)“用于…的装置”的功能块应被理 解为分别包括适于执行某种功能的电路的功能块。因此，“用于某 物的装置”还可被理解为“适于某物的装置”。适于执行某种功能 的装置因此不暗示装置必需(在给定时间)执行所述功能。
在附图中示出的各种元件的功能(包括任意功能块)可通过使 用专用硬件(例如，处理器)以及能够执行与合适软件相关联的软 件的硬件提供。当由处理器提供时，功能可通过单个专用处理器、 单个共享处理器或多个独立处理器提供，其中一些功能可共享。而 且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应该被解释为排他 地指向能够执行软件的硬件，并且可含蓄地且不限制地包括数字信 号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现 场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、 随机存取存储器(RAM)和非易失存储器。还可包括其它硬件(传 统和/或定制)。
本领域技术人员应该理解，本文中任意框图表示实施本发明原 理的所示电路的概念视图。类似地，将理解，任意流程图、流动图、 状态转变图、伪代码等表示可基本在计算机可读介质中表示因此由 计算机或处理器执行的各种过程，而不管计算机或处理器是否被明 确示出。
而且，下面的权利要求由此被并入详细描述中，每个权利要求 可单独作为分离的实施方式。尽管每个权利要求可单独作为分离的 实施方式，但是注意尽管从属权利要求可在权利要求中指与一个或 多个其它权利要求的具体组合，其它实施方式还可包括该从属权利 要求与每个其它从属权利要求的主题的组合。这些组合在本文中被 提出，除非指出特定组合是不需要的。而且，还将一个权利要求的 特征包括到任意其它独立权利要求中，即使此权利要求不直接从属 于此独立权利要求。
还应注意，在说明书或权利要求中公开的方法可由具有用于执 行这些方法的对应步骤中的每一个的装置的设备实现。
此外，将理解，在说明书或权利要求中公开的多个步骤或功能 的公开可不被解释为特定的顺序。因此，多个步骤或功能的公开不 将其限制于具体顺序，除非这些步骤或功能因技术原因不可互换。 而且，在实施方式中，单个步骤可包括或可被分成多个子步骤。这 些子步骤可包括在此单个步骤中且作为此单个步骤的一部分，除非 明确排除。
机译： 无线电接入网中的负载均衡的概念
机译： 无线接入网中的分布式负载均衡
机译： 无线接入网中的分布式负载均衡
