确保无线回程的方法、子级基站、父级基站以及子级基站和父级基站中的方法

摘要

一种确保用于由第一运营商提供的第一网络中的子级基站的无线回程的方法，其中：具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF的任一父级基站通告其支持无线回程服务；第一网络中的子级基站通过空中接口连接至第二运营商提供的第二网络中的一个或更多个父级基站；该子级基站向所连接的父级基站发送回程服务请求；当该回程服务请求被接受时，所连接的父级基站使用虚拟化的UPF以使得能够在父级基站与数据网络之间实现直接有线回程链路；以及所述子级基站使用所述空中接口作为无线回程链路以及所连接的父级基站的有线回程链路以用于回程。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及使用无线回程的无线通信方法和系统。无线回程链路使用无线电接入技术来为网络节点之间的用户计划包提供互连。本发明还涉及提供有线回程连接的父级基站，以及无线地连接至该父级基站以使用有线回程连接的子级基站。

特别地但非排它地，本发明涉及在具有多运营商密集部署的“5G”(也称为新无线电“NR”)无线通信环境中的优化的无线回程共享方法。

背景技术

无线通信系统是已知的，其中终端(也称为用户设备或UE、用户或移动台)通过无线接口(也称为空中接口)与终端的通信范围内的基站(BS)通信。基站与核心网络之间的用户层平面分组的传送称为回程，并且通常是通过有线链路。

在给定的载波频率下，将一个或更多个基站所服务的不同的地理区域通称为小区。基站可以控制一个或更多个发送(和/或接收)点，并且各个发送点皆可以支持一个或更多个小区。通常，在适当的位置设置多个发送点，以利用相邻和/或交叠的小区来形成或多或少无缝地覆盖广阔的地理区域的网络。(在本说明书中，术语“系统”和“网络”是以同义使用的)。对于各个小区，提供或至少管理发送点的基站将可用带宽(即，频率和时间资源)划分成针对该小区所服务的用户设备的单独资源分配。这样，在小区中发送并且由基站调度的信号在频域和时域中具有特定位置。终端通常是移动的，并由此可以在这些小区间移动，提出了随着终端在相邻小区之间移动而切换终端与基站的连接的需要。终端可以同时处于多个小区的范围内(即，能够检测到来自多个小区的信号和/或与多个小区通信)，但在最简单情况下，终端与一个“服务”小区通信。终端通常只能够接入由单个运营商提供的单个网络。然而，网络/运营商可以协作。

4G和5G架构

一种类型的蜂窝无线网络基于被称为长期演进(LTE)或4G的一组标准。在这种网络拓扑中，各个终端(在LTE中称为UE)通过空中接口(标记为Uu)无线地连接至采用增强节点B或eNB的形式的基站。应注意，不同类型的eNB都是可以的。eNB可以以不同的载波频率来支持一个或更多个小区，各个小区皆具有不同的发送功率和不同的天线配置，并由此提供不同大小的覆盖区域(小区)。被部署在给定地理区域中的多个eNB构成了被称为E-UTRAN的无线网络。

各个eNB然后(通常)通过有线链路(标记为S1)连接至上层或“核心网络”实体(包括服务网关(标记为S-GW))和移动管理实体(标记为MME)以管理该系统和向网络中的其它节点特别是eNB发送控制信令。另外，与S-GW分离地或组合地，存在分组数据网络(PDN)网关(P-GW)，以与包括互联网在内的任何分组数据网络交换数据分组。因此，LTE网络与其它网络之间的通信是可以的。此时，多个eNB本身之间可以经由有线或无线X2接口通信。

如今，对互联网或其它通信网络的移动接入已成为企业和个人生活的重要必需品，并且由于诸如社交网络、基于云的服务以及大数据分析的新应用的普及，目前的无线系统面临着巨大挑战。随着诸如物联网和超可靠的关键任务连接的即将来临的服务，需要一种继承LTE/LTE-A并且被称为“5G”或“NR(新无线电)”的下一代无线电接入系统，以满足所有这些苛刻的要求。有关5G/NR的研究正在之前负责设计UMTS和LTE标准的3GPP第三代合作伙伴计划的各个小组内进行着。

作为物理层设计的一部分，既调度资源又容纳用于与终端无线通信的物理天线的基站的传统概念变得较易变。针对5G/NR使用的术语包括“gNB”(下一代节点B)，其(本地地或远程地)管理至少一个发送点。这样的发送点也可以用作接收点，并且通常被称为TRP或TRxP(发送/接收点)。

在被称为演进分组核心(EPC)的4G核心网络(CN)中，为如上所述的各个实体(诸如移动性管理实体(MME)、服务网关(S-GW)以及分组数据网络网关(P-GW))定义了协议和基准点(接口)。

另一方面，在5G核心中，为各个网络功能(NF)定义了协议和基准点(接口)。可以将NF实现为专用硬件上的网络部件、实现为在专用硬件上运行的软件实例、或者被实现为在合适的平台(例如云基础设施)上实例化的虚拟化功能(不限于特定硬件)。

图1是5G的架构和基准点(NG1-G15)的图。该图示出了，在图的左下方的用户设备(UE)连接至无线电接入网络(RAN)或接入网络(AN)以及接入和移动功能(AMF)。RAN表示使用新的RAT(gNB)和演进的LTE的基站，而AN是包括非3GPP接入(例如Wi-Fi)的一般基站。UPF被连接至数据网络(例如，运营商服务，互联网接入或第三方服务)、AN或RAN以及SMF。SMF负责实施与服务数据流检测、经授权的QoS(服务质量)、计费、门控、流量使用报告、分组路由和转发以及流量控制有关的策略决定。SMF控制策略和计费实施，其包括服务数据流到QoS流的绑定以及与CHF的交互。SMF与UPF、RAN以及UE交互，以实现对用户平面流量的适当处理。

5G核心网络由各种NF组成。在图1中，有七个5G核心NF，即，(1)AMF、(2)会话管理功能(SMF)、(3)策略控制功能(PCF)、(4)应用功能(AF)、(5)认证服务器功能(AUSF)、(6)用户平面功能(UPF)以及(7)用户数据管理(UDM)。

作为5G网络架构(5GC)的一部分，关键概念是控制平面和用户平面的分离。用户平面承载用户流量，而控制平面承载网络中的信令。UPF处于用户平面中，而所有其它的NF(即，AMF、SMF、PCF、AF、AUSF以及UDM)处于控制平面中。将用户平面和控制平面分离开保证了各个平面资源皆可以独立地进行缩放。还允许以分布式方式将UPF与控制平面功能分离地部署。在这种架构中，可以将UPF部署得非常靠近UE，以针对要求低延迟的一些应用而缩短在UE与数据网络之间的往返时间(RTT)。

用户平面中的相关接口/基准点如下。UPF与数据网络(DN)之间的接口是N6接口，如图1所示。多个UPF本身之间的接口是NG 9接口。gNB之间的接口被称为Xn接口(与4G中的X2接口相对应，并且图1中未示出)。gNB与UPF之间的接口被称为NG接口(图1中也未示出)。gNB与UE之间的接口被称为Uu空中接口(也未示出)。

可以将UPF看作是用户平面功能的集合，这些用户平面功能例如可以从运营商A到运营商B而不同。UPF通常是定位在与基站不同的物理位置处的。UPF是服务数千个基站的核心网络实体。因此，将其集中是有益的。

通过引用并入本文的3GPP TS 23.501“System Architecture for the 5GSystem”在6.2.3节中对UPF进行了以下描述：

“UPF

用户平面功能(UPF)包括以下功能。在UPF的单个实例中可以支持UPF功能中的一些或全部：

-用于RAT内/RAT间移动性的锚点(若适用的话)。

-与数据网络互连的外部PDU会话点。

-分组路由和转发(例如，支持上行链路分类器以将流量流路由至数据网络的实例、支持分支点以支持多宿主PDU会话)。

-分组检查(例如，另外基于服务数据流模板和从SMF接收到的可选PFD来进行应用检测)。

-策略规则实施的用户平面部分，例如，门控、重定向、流量控制)。

-合法截听(UP收集)。

-流量使用报告。

-针对用户平面的QoS处理，例如，UL/DL速率实施、DL中的反射式QoS标记。

-上行链路流量验证(SDF到QoS流映射)。

-上行链路和下行链路中的传输级分组标记。

-下行分组缓冲和下行链路数据通知触发。

-向源NG-RAN节点发送和转发一个或更多个“结束标记”。

-在IETF RFC 1027[53]中规定的ARP代理和/或IETF RFC 4861[54]功能中规定的以太网PDU的IPv6邻居请求代理。UPF通过提供与请求中发送的IP地址相对应的MAC地址来对ARP和/或IPv6邻居请求进行响应。

注意：在网络切片的用户平面功能的实例中，并非所有的UPF功能都需要受支持。”

不同的运营商将需要不同的UPF，并且如上所述，可以将UPF部署得非常靠近UE，以针对要求低延迟的一些应用而缩短在UE与数据网络之间的往返时间(RTT)。而且，多个UPF可以服务同一装置。

采用毫米波频谱的5G小小区部署

采用mmW频带(波长从十毫米到一毫米)的小小区是5G的关键部署场景。在3GPP TR38.913“Study on Scenarios and Requirements for Next Generation AccessTechnologies”中定义了相关的5G要求，其通过引用并入本文。章节6.1.1室内热点、6.12密集市区、7.1峰值数据速率、7.5用户平面延迟、7.7移动性中断时间、7.9可靠性、7.17连接密度、10.8易操作和自组织要求、以及7.14区域流量容量是特别相关的，并且将相关部分概括如下：

室内热点部署场景专注于每站点/TRxP(发送和接收点)的小覆盖范围以及建筑物内的高用户吞吐量或用户密度。该部署场景的关键特征是高容量、高用户密度以及一致的室内用户体验。载波频率约为30GHz或约70GHz或约4GHz。ISD为20m(等效于每120m x 50m12个TRxP)。

密集市区微蜂窝部署场景专注于具有或没有微TRxP的宏TRxP，以及城市中心和密集市区的高用户密度和流量负荷。该部署场景的关键特征是高流量负荷、室外以及室外到室内覆盖。使用具有或没有微TRxP的宏TRxP，这种场景将受到干扰的限制。应当假定连续的蜂窝布局和关联的干扰。载波频率约为4GHz+约30GHz(两个层)。ISD具有宏层：200m，微层：每宏TRxP有3个微TRxP。所有的微TRxP都在室外。

峰值数据速率的目标应当是下行20Gbps，上行10Gbps。移动性中断时间是指系统支持的最短持续时间，在该最短持续时间期间，用户终端无法在过渡期间与任何基站交换用户层平面分组。移动性中断时间的目标应为0ms。对于eMBB，用户平面延迟的目标应当是UL 4ms，DL 4ms。

可以根据在一定时延内发送X个字节的成功概率来评估可靠性，该时延是以某种信道质量(例如，覆盖范围边缘)从无线电接口的无线电协议层2/3SDU入口点向无线电协议层2/3SDU出口点递送小数据分组所花费的时间。分组的一次发送的一般URLLC可靠性要求在用户平面延迟为1ms的情况下对于32字节为1-10

在市区环境中，连接密度的目标应为1000000装置/km

对于易操作和自组织要求，下一代无线电接入技术的RAN设计应被设计成满足以下要求：RAN应以混合方式(分布式和集中式)支持RAN SON功能的部署。需要解决RAN SON功能之间的协作和协调。应支持UE和网络部件的用户/应用级QoS和QoE(体验质量)监测能力。

区域流量容量是指每地理区域服务的总流量吞吐量(以Mbit/s/m

因此，可以看出，需要具有可靠且优化的回程路径的密集网络(例如，小小区)。室内热点场景仅使用小小区(20m ISD)，小小区可以采用mmW频带(约30GHz或约70GHz)来部署。密集市区场景使用小小区(每宏小区有3个小小区)，该小小区可以采用mmW频带(约30GHz)来部署。所需的峰值数据速率需要在mmW频谱下可获的非常大的带宽。所需的用户平面延迟需要优化的回程路径。移动性中断时间和可靠性要求需要可靠的回程路径。

对区域流量容量的需求需要密集网络(即，小小区的部署)以及在mmW频谱下可获的非常大的带宽。连接密度要求需要密集网络(即，小小区的部署)。易操作和自组织要求表明了节点协作的重要性。

5G中的自回程

由于5G将增加需要连接至CN的RAN节点的数量，因此，回程将成为更加具战略性的资产。而且，5G所要求的极高速度和可靠性需要由传输技术来支持。光纤将是这种回程链路的最佳媒介。但是由于光纤的成本、安装影响以及法规，不可能将其部署到任意地方。因此，无线回程将是最佳另选。

如今，无线回程已被广泛使用，但具有对在5G中的使用造成限制的约束。由于频谱稀有且昂贵，因此，运营商没有将同一载波用于他们的无线服务以及用于将基站连接至CN的任何无线回程链路。运营商以他们自己的限制(例如，功率限制、有限的带宽等)来使用不同的许可频谱甚至是免许可频谱。而且，使用不同的载波需要新的设备，包括其自己的天线和电源连接。这与小小区占用空间不兼容。

然而，由于诸如波束成形和mmW的新技术，因此，运营商将能够以高效的方式重新使用高质量的许可频谱。具有波束管理功能和多个天线振子的新天线将能够将波束引导至空间中的非常精确的点(例如，另一gNB)。在该情况下，重新使用同一频谱将对干扰产生有限的影响。在同一方面，由于mmW频带内的衰减随着距离的增加而迅速增加，因此，如果多次使用同一频谱，那么这将有助于减少干扰。该频带中可用的大带宽将帮助回程链路达到5G所需的高容量。

因此，可以在实际上部署诸如自回程的构思。自回程节点是可以使用其专用频谱以经无线连接至可以接入核心网络的另一节点的节点。3GPP定义和要求在3GPP TS 22.261“Service requirements for next generation new services and markets”中定义如下：

6.12.1描述

为满足未来的性能目标所需的增加了的接入节点密度对部署和管理(例如，回程可用性、回程容量以及可扩展性)形成了相对大的挑战。对此类接入节点使用无线回程有助于解决其中一些挑战。

通过减少对各个接入节点位置的有线回程可用性的依赖，无线电接入网络中的无线自回程可以使得能够实现更简单的部署和增量部署(rollout)。通过利用即插即用型特征-自配置、自组织以及自优化，可以减少网络计划和安装工作。

6.12.2要求

5G网络将使得运营商能够使用NR和E-UTRA来支持无线自回程。

5G网络应支持室内和室外场景的灵活且高效的无线自回程。

5G网络应支持在接入功能与回程功能之间灵活分配无线电资源。

5G网络应支持接入功能和无线自回程功能的自主配置。

5G网络应支持多跳无线自回程。

注意1：这使得能够实现范围和覆盖区域的灵活扩展。

5G网络应支持对无线自回程网络拓扑的自主适应，以使得服务中断最小化。

5G网络应支持无线自回程上的拓扑冗余连接性。

注意2：这是为了提高可靠性和容量并减少延迟。

提供无线回程的一种方法是使用中继原理(单跳或多跳)。图2中可以看到这种部署的示例。该图摘自3GPP Study RP-170821Item Description“Study on IntegratedAccess and Backhaul for NR”，其证明该主题对移动运营商很重要。其示出了集成的接入链路和回程链路。各个TRP皆提供对UE的接入，但是TRP A通过空中接口来为TRP B和TRP C提供中继回程，以使这两个充当中继节点。不同链路的操作可以处于相同的频率或不同的频率上(也称为“带内”和“带外”中继)。

传统RAN共享

以前从未用于自回程的由不同的运营商共享网络设备的另一方式是共享资源就是共享RAN本身。3GPP TS 23.251：“Network sharing；Architecture and functionaldescription”中描述了几种解决方案。图3和图4示出了3GPP在4G环境下标准化的两种不同的方法。

在图3所示的GWCN(网关核心网络)配置中，eNB、频谱以及MME在运营商之间共享。在图4所示的MOCN(多运营商核心网络)配置中，eNB和频谱在运营商之间共享。还存在非标准化方法，诸如MORAN(多运营商无线电接入网)，其中仅共享了基站(而未共享频谱)，但在此将不详细描述。

然而，所有这些RAN共享特征都会影响核心网络设计。而且，用户平面分组需要被路由穿过核心网络，这限制了本地分支以卸载回程链路的可能性。而且，eNB功能被共享，这意味着需要在运营商之间讨论服务和配置。参与的运营商无法管理他们自己的eNB功能以及他们自己的eNB配置。

NFV(网络功能虚拟化)中的核心网络和RAN虚拟化

大量的标准化主体和研究项目已经研究了网络功能的虚拟化。NFV将连网组件与(专有)硬件设备分离，例如通过运行可以在不同位置实例化的功能(例如在软件中)。例如，ETSI ISG NFV标准化组在ETSI GS NFV 001v1.1.1中定义了RAN和核心网络虚拟化的多个用例(请参见用例#5和#6，其通过引用并入)。

可以将核心网络和RAN所提供的功能虚拟化并部署在通用硬件基础结构上。图5和图6是4G网络中的与用例#5和#6相对应的这些架构的高级表示。在图5中，将EPC和其它网络功能在云中的数据中心中虚拟化，其提供P/SGW、MME以及HSS(归属用户服务器)的功能。图6示出了使用集中式BBU池的虚拟化RAN-C-RAN架构。

问题

如先前定义的自回程可以被视为针对小小区的回程部署问题的解决方案。然而，该解决方案有一些局限性并且需要优化，例如，考虑到3GPP TS 22.261：“Servicerequirements for next generation new services and markets”中的要求。

5G网络应支持接入功能和无线自回程功能的自主配置。

5G网络应支持多跳无线自回程。

注意1：这使得能够实现范围和覆盖区域的灵活扩展。

5G网络应支持对无线自回程网络拓扑的自主适应，以使得服务中断最小化。

5G网络应支持无线自回程上的拓扑冗余连接性。

注意2：这是为了提高可靠性和容量并减少延迟。

其中一些限制还归因于mmW频带的物理特性：

严重的短期阻塞意味着自回程链路质量可能会快速变化

传播特性意味着两个连接的节点之间的距离较小。因此，无线回程信号可能需要多跳才能找到与CN有有线连接性的节点

因此，希望提供用于无线回程的快速且自主的基于RAN的机制。

根据本发明的第一方面的实施方式，提供了一种确保由第一运营商提供的第一网络中的子级基站(例如，具有有限的有线回程或者没有有线回程)的无线回程的方法，其中：具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF的任一父级基站通告其支持无线回程服务；第一网络中的子级基站通过空中接口连接至第二运营商提供的第二网络中的一个或更多个父级基站；该子级基站向所连接的父级基站发送回程服务请求；当该回程服务请求被接受时，所连接的父级基站使用经虚拟化的UPF以使得能够在父级基站与数据网络之间实现直接有线回程链路；以及该子级基站使用所述空中接口作为无线回程链路以及所连接的父级基站的有线回程链路以用于回程。

该实施方式允许子级基站(其可以是具有有限的有线回程或者没有有线回程的基站)使用来自不同的运营商的另一基站的有线接入。UPF的虚拟化确保了直接从父级基站到数据网络的用于回程的经优化的路径，而无需通过由任一运营商提供的任何附加硬件实体进行路由。该实施方式适用于可以虚拟化CN用户平面功能的任何电信系统。

空中接口可以使用任何合适的频谱和定时。在一个示例中，空中接口使用被分配给所连接的父级基站的用于与用户设备UE进行无线电接入网络RAN通信的资源。这与自回程的不相同在于，子级基站使用由父级基站提供的资源以用于无线回程(而不是该子级基站自身的资源)。

为了完全优化回程路径，所连接的父级基站可以虚拟化第一网络和第二网络两者的核心网络UPF以提供无线回程服务。这些UPF可以是在这两个网络中定义的任何UPF。这些可以在TS 23.501中描述的功能的列表中逐个运营商来选择：

-用于RAT内/RAT间移动性的锚点(若适用)。

-与数据网络互连的外部PDU会话点。

-分组路由和转发(例如，支持上行链路分类器将流量流路由至数据网络的实例、支持分支点以支持多宿主PDU会话)。

-分组检查(例如，基于服务数据流模板和另外从SMF接收到的可选PFD来进行应用检测)。

-策略规则实施的用户平面部分，例如门控、重定向、流量控制)。

-合法截听(UP收集)。

-流量使用报告。

-针对用户平面的QoS处理，例如，UL/DL速率实施、DL中的反射式QoS标记。

-上行链路流量验证(SDF到QoS流映射)。

-上行链路和下行链路中的传输级分组标记。

-下行分组缓冲和下行链路数据通知触发。

-向源NG-RAN节点发送和转发一个或更多个“结束标记”。

-在IETF RFC 1027[53]中规定的ARP代理，和/或在IETF RFC 4861[54]功能中规定的以太网PDU的IPv6邻居请求代理。UPF通过提供与请求中发送的IP地址相对应的MAC地址来响应ARP和/或IPv6邻居请求。

在多个情况下，回程路径在单个链路中直接从子级基站传递至父级基站，然后在单个链路中从父级基站传递至数据网络。然而，在其它情况下，中间基站可以充当子级基站与父级基站之间的无线回程中继。中间基站可以来自第一网络、或者来自第二网络、或者来自另一网络。该中间基站使用其自己的空中接口来接收信令和回程，并且使用父级基站的空中接口将该信令和回程转发至第二网络。可以提供多于一个中间基站。

在一种场景中，子级基站连接至第二网络中的多于一个父级基站并且选择一个父级基站用于回程用途；并且当子级基站与被用于回程的所连接的父级基站之间的无线电状况下降到质量阈值下方时，子级基站使用第二网络中的不同的所连接的父级基站以用于回程。这可使在需要时快速改变成新的回程连接(例如，以应对网络变化)。

在这种背景下，基站可以与它们的邻居共享有关这些基站的回程共享(和虚拟化能力)的信息(邻居可以是它们的直接邻居，而如果该信息是被中继的，则也可以是较远的邻居)。根据该接收到的信息，所连接的父级基站(优选为被用于回程的所连接的父级基站)可以向子级基站发送第二网络中的邻近的基站的无线回程服务能力的列表。子级基站可以根据该列表构建用于回程连接性的路由表。可以将这样的路由表用于快速标识下一要连接的基站。

可以以任何合适的方式来定义邻近的基站，例如，根据简单的邻接(紧邻的邻居)、根据距父级基站的物理距离或者根据从父级基站的在基站之间的最大链路数量(即，超过一条链路)而言的距离。

在一个实施方式中，任一基站经由基站之间的接口向同一网络中的相邻的基站发送无线回程能力消息，该消息包括最大跳转计数，该最大跳转计数限制无线回程能力消息然后沿着基站之间的链路中继的次数。

可以将该最大跳转计数用于限制信息的传播。当基站接收到具有大于零的最大跳转计数的无线回程能力消息时，接收基站可以递减最大跳转计数并且向相邻的基站中继无线回程能力消息。如果该计数为零，则不转发该消息。在任一情况下，当基站接收到无线回程能力消息时，该基站向与其连接的任何子级基站(或者向正在被其提供回程的任何子级基站)发送该无线回程能力消息。

本发明的实现方式不限于两个网络/运营商。子级基站可以通过第三网络空中接口连接至第三运营商提供的第三网络中的一个或更多个父级基站。在这种情况下，第三网络可以以和第二网络相同的方式运行。例如，路由表还可以具有针对第三网络中的基站的条目。显然，可以为第四网络、第五网络等提供类似的功能。

当子级基站与被用于回程的所连接的父级基站之间的无线电状况下降到质量阈值下方时，以及当第二网络中不存在其它连接的父级基站时，子级基站可以与第二网络中的另一父级基站连接。如果还存在第三网络，则子级基站可以与第三网络中的另一父级基站(或者第四网络或第五网络等中的另一父级基站)连接。

子级基站可以具有到所连接的父级基站的最大数量(Max Uu)的附加空中接口链路，并且其中，当一个所连接的父级基站将其无线回程能力从可用改变成不可用时，子级基站可以停用其到该父级基站的空中接口链路，并将该最大数量加一(以允许新连接)。

同等地，当一个父级基站将其无线回程能力从不可用改变成可用时，子级基站可以启用其到该父级基站的空中接口链路(但只有当最大Uu数量大于零时)，并将最大附加空中接口Uu数减一。

根据本发明的第二方面的实施方式，提供了一种由第一运营商提供的第一网络中的子级基站(或许具有有限的有线回程或者没有有线回程)，该子级基站包括：控制器以及发送和接收单元，该控制器控制发送和接收单元：通过空中接口连接至第二运营商提供的第二网络中的一个或更多个父级基站，所述一个或更多个父级基站具有有线回程能力并且被配置成，虚拟化核心网络用户平面功能UPF以允许针对数据网络的直接有线回程链路；向所连接的父级基站发送回程服务请求；并且当回程服务请求被接受时，使用空中接口作为到所连接的父级基站的有线回程链路的无线回程链路。

根据本发明的第三方面的实施方式，提供了一种具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF的父级基站，该父级基站处于第二运营商提供的第二网络中并且包括：控制器、发送和接收单元以及对数据网络的连接；其中：该控制器控制发送和接收单元：通告父级基站支持无线回程服务；允许子级基站通过空中接口的连接(可能具有有限的有线回程或者没有有线回程)，该子级基站处于第一运营商提供的第一网络中；从所连接的子级基站接收并接受回程服务请求；以及该控制器虚拟化UPF以使得能够在父级基站与数据网络之间实现有线回程链路，使得该子级基站能够使用空中接口作为无线回程链路以及所连接的父级基站的有线回程链路以用于回程。

就支持UE通信而言，子级基站和父级基站也具有常规的基站功能。

根据本发明的第四方面的实施方式，提供了一种由第一运营商提供的第一网络中的子级基站中的方法，其中，该子级基站：通过空中接口连接至第二运营商提供的第二网络中的一个或更多个父级基站，所述一个或更多个父级基站具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF以允许针对数据网络的直接有线回程链路；向所连接的父级基站发送回程服务请求；并且当回程服务请求被接受时，使用空中接口作为到所连接的父级基站的有线回程链路的无线回程链路。

根据本发明的第五方面的实施方式，提供了一种具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF的父级基站中的方法，该父级基站处于第二运营商提供的第二网络中；并且所述方法包括以下步骤：通告父级基站支持无线回程服务；允许子级基站通过空中接口的连接，该子级基站处于第一运营商提供的第一网络中；从所连接的子级基站接收并接受回程服务请求；以及虚拟化UPF以使得能够在父级基站与数据网络之间实现直接有线回程链路，使得该子级基站能够使用空中接口作为无线回程链路以及所连接的父级基站的有线回程链路以用于回程。

根据本发明的优选实施方式的基站或计算机程序可以包括所述方法方面的任何组合。可以将根据将另一些实施方式的方法或计算机程序描述为计算机实现的是因为它们需要处理和存储器能力。

将根据优选实施方式的设备描述为被配置或设置成或者简单地“以”执行某些功能。该配置或结构可以通过使用硬件或中间件或任何其它合适的系统来进行。在优选实施方式中，配置或结构是通过软件进行的。

因此，根据一个方面，提供了采用计算机可读指令的形式的软件，该软件在通过基站中的处理器(控制器)执行时，使基站充任在前述定义中的任何定义中引用的子级基站或父级基站。

根据另一方面，提供了一种程序，该程序当被加载到第一网络和第二网络两者的基站的控制器上时，将该基站配置成执行根据前述方法定义中的任何方法定义或其任何组合的方法步骤。

根据特定实施方式描述了本发明。其它的实施方式处于所附权利要求的范围内。例如，本发明的步骤可以以不同的顺序执行并且仍然获得希望的结果。

现在参照附图完全通过示例描述本发明的优选特征，其中：

图1(已描述)是5G的架构和基准点的结构图；

图2(已描述)是示出集成的接入链路和回程链路的概念图。

图3(已描述)是使用GWCN(网关核心网络)配置的RAN共享的结构图；

图4(已描述)是使用MOCN(多运营商核心网络)配置的RAN共享的结构图，其中，多个CN节点被连接至同一eNB；

图5(已描述)是示出在云上的数据中心中虚拟化的EPC和其它网络功能的结构图；

图6(已描述)是示出使用集中式BBU池的虚拟化RAN-C-RAN架构的结构图；

图7是在两个运营商网络中提供的本发明实施方式的流程图；

图8是在子级基站中提供的本发明实施方式的流程图；

图9是在父级基站中提供的本发明实施方式的流程图；

图10是子级基站的概观图；

图11是父级基站的概观图；

图12是优化的无线回程路径的图；

图13是在三个网络中具有无线回程的总体架构的图；

图14是在Uu链路中断的情况下子级基站的行为的流程图；

图15是当子级基站从父级基站接收到无线回程能力更新时该子级基站的行为的流程图；

图16是当接收经优化的无线能力更新时基站行为的流程图；

图17是无线回程路径的图，一条无线路径使用中间基站，一条直接无线路径；以及

图18是使用中间基站的中继无线回程路径结构的图。

在毫米波频带上运行的小小区的密集网络将成为5G方面的关键部署场景。然而，部署成本和站点可用性是运营商需要应对的重要挑战。因此，运营商之间的资源共享将是在密集区域快速部署的关键。传统的RAN共享将是分摊成本的一种方式，但是它将运营商限制在具有共享的性能、服务等的共享节点上。因此，本发明人设想的另一种可能性是共享回程链路。

利用诸如波束成形的技术，具有无线回程的自回程小小区将变得现实。然而，传播规则意味着采用mmW频带的节点之间的分隔距离很短，因此无线回程信号将需要多跳来找到与CN有有线连接性的节点。另外，由于mmW频带中的严重的短期阻塞，因此需要用于在TRP之间进行切换的快速的基于RAN的机制。本发明的实施方式旨在减少用于用户平面数据的回程中的延迟(通过缩短和优化共享的无线回程的路径)并确保用于该回程的网络路径。其还可以减少启动无线回程的延迟。

本发明实施方式提供了这样一种方法，即，该方法在gNB中虚拟化来自另一运营商的UPF功能(以及对该UPF功能进行操作并用信号通知)，以缩短和优化共享的无线回程的路径。UPF的所有功能都可以在BS上虚拟化并部署。然而，并非所有功能对于本发明实施方式都是必需的。在任何特定情况下，虚拟化的UPF功能都是来自UPF的被用于回程的有限CN功能集，并且依赖于运营商的配置和厂商的实现。

图7是确保用于第一运营商提供的第一网络中的基站的无线回程的方法的流程图。该方法跨越具有不同的运营商的两个网络。基站被称为子级基站，这是因为该基站使用另一基站(父级基站)来向其提供回程能力。该方法使用另一基站的有线回程能力(该另一基站称为父级基站)这是因为其在向另一基站(向子级基站)提供回程方面的用途。子级基站也使用父级基站的空中接口。

在步骤S10中，具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF的任一父级基站通告其支持无线回程服务。在步骤S20中，第一网络中的子级基站通过空中接口连接至第二运营商提供的第二网络中的一个或更多个父级基站。该空中接口是由该父级基站提供的，并且在这种意义上，子级基站的行为就像UE。

在步骤S30中，子级基站向所连接的父级基站发送回程服务请求。所选择的特定基站可以是由无线电状况决定的。在步骤S40中，如果回程服务请求被接受，则所连接的父级基站使用虚拟化的UPF(例如，在这个实例中，两个网络的所需UPF)以使得能够在父级基站与数据网络之间实现直接有线回程链路。最后，在步骤S50中，子级基站使用空中接口作为无线回程链路以及所连接的父级基站的有线回程链路以用于回程。

图8是在子级基站中并由此在具有单个运营商(拥有者)的单个网络中提供的本发明实施方式的流程图。子级基站具有有限的有线回程或者没有有线回程，或者具有可用的有线回程，但是出于某种理由而未使用有线回程，并且处于由第一运营商提供的第一网络中。在步骤S60中，子级基站通过空中接口连接至第二运营商提供的第二网络中的一个或更多个父级基站。所述一个或更多个父级基站具有有线回程能力并且被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF，以允许针对数据网络的直接有线回程链路。在步骤S70中，子级基站向所连接的父级基站发送回程服务请求；并且在步骤S80中(如果回程服务请求被接受，则)，子级基站使用空中接口作为到所连接的父级基站的有线回程链路的无线回程链路。

图9是在父级基站中提供的本发明实施方式的流程图。父级基站具有有线回程能力，被配置成虚拟化核心网络用户平面功能UPF，并且处于第二运营商提供的第二网络中。在步骤S90中，父级基站通告其支持无线回程服务。在步骤S100中，父级基站允许通过子级基站(具有有限的有线回程或者没有有线回程)的空中接口连接，该子级基站处于第一运营商提供的第一网络中。在步骤S110中，父级基站从所连接的子级基站接收并接受回程服务请求。在步骤S120中(假设该请求被第二运营商接受)，父级基站将UPF虚拟化以使得能够在父级基站与数据网络之间实现有线回程链路，使得该子级基站能够使用空中接口作为无线回程链路以及所连接的父级基站的有线回程链路以用于回程。

图10是例示适于用作子级基站(100)的设备的示例的框图。该设备包括TRP，并由此包括被连接至至少一个天线802的发送器/接收器单元804(共同限定通信单元，其可以是TRP)以及控制器806。控制器可以例如是微处理器、DSP、ASIC、FPGA或者被编程或以其它方式配置成执行上述各种功能(特别是图8的流程图中的步骤)的其它逻辑电路。例如，上述子级基站的各种功能可以以被存储在存储介质808中并由控制器806执行的计算机程序的形式来实施。发送/接收单元804在控制器906的控制下，负责通过第二运营商网络的无线接口进行与父级基站的发送和接收。子级基站可以使用不同的发送器/接收器来与UE进行通信。

图1是例示适于用作父级基站(200)的设备的示例的框图。该设备包括TRP，并由此包括被连接至至少一个天线902的发送器/接收器单元904(共同限定通信单元)以及控制器906。控制器例如可以是微处理器、DSP、ASIC、FPGA或者被编程或以其它方式配置成执行上述各种功能(特别是图9的流程图中的步骤)的其它逻辑电路。例如，上述父级基站的各种功能可以以被存储在存储介质908中并由控制器906执行的计算机程序的形式来实施。发送/接收单元904在控制器906的控制下，负责通过无线接口进行与父级基站的发送和接收。另外，如图所示，控制器直接连接至数据网络300(没有中间设备)。

图12示出了特定5G实施方式中的结构。在图的左上角处示出了转角以双线框起来的来自运营商/网络A的子级基站gNB-A。该子级基站没有有线回程。在图的上中心处示出了转角以粗线框起来的来自运营商B的父级基站gNB-B。子级基站gNB-A经由属于运营商/网络B的Uu接口连接至gNB-B(即，对于gNB-B，gNB-A被视为B网络中的UE)。

有两条路径可以接入互联网，使用所示的NG接口(从gNB-B到UPF)和N6接口(两个UPF到数据网络)。不需要虚拟化并且不是发明实施方式的点虚线蓝色路径比短划线路径长(该短划线路径需要虚拟化)。点虚线蓝色路径经由两个网络实体，其中一个网络实体包括运营商B的UPF，其中另一个网络实体包括运营商A的UPF。图中的框表示UPF的“正常”位置(即，运营商的集中式核心网络)。为了使用绿色路径，gNB-B需要虚拟化(接管)某些UPF功能。因此，来自运营商B的gNB-B具有虚拟化来自运营商A的某些UPF功能和来自运营商B的某些UPF功能的能力(紧挨着gNB-B示出为vUPF-A和vUPF-B)。

对于未优化的“带内”回程共享的情况来说，用户层平面分组将使用以下蓝色路径：

-UE经由Uu空中接口连接至gNB-A

-gNB-A经由Uu空中接口连接至gNB-B

-gNB-B经由NG接口连接至UPF-B

-UPF-B经由数据网络(DN)和N6接口连接至UPF-A

-UPF-A经由N6接口连接至数据网络

对于使用本文所描述的方法进行优化的带内回程共享的情况来说，用户层平面分组将使用以下绿色路径

-UE经由Uu空中接口连接至gNB-A

-gNB-A经由Uu空中接口连接至gNB-B

-gNB-B经由N6接口连接至数据网络(DN)

支持本发明的总体架构在图13示出，其为三个不同的网络中的多个gNB的表示。示出了如前所述转角是以双线框起来并且居中的来自运营商/网络A的子级基站gNB-A。该子级基站没有有线回程。

示出了转角粗线框起来的来自运营商B的基站gNB-B。以灰色框示出了来自运营商C的基站gNB-C。网络中的两个gNB之间的每条线表示Xn链路。子级基站没有回程接入，并且没有对来自同一运营商的另一基站的无线接入。该子级基站经由Uu接口(即，充当UE)连接至其它基站中的一些基站，正如可以由采用闪电形式的空中接口链路看到的。该Uu连接性可以根据其它节点的能力(即，CN功能虚拟化和有线回程)而改变。

下面概括了将在本发明实施方式中执行的不同处理：

1.运营商B和运营商C的基站通过空中广播它们支持经优化的无线回程服务。

2.运营商A的子级基站(经由Uu接口)连接至各个运营商的广播了服务可用性的基站中的至少一个基站。

3.子级基站预订针对其它运营商中的各个运营商的基站(这些是父级基站)中的以下至少一个基站的经优化的无线回程服务：该子级基站从该至少一个基站接收到广播服务可用性。

4.在UPF功能虚拟化中涉及的运营商B和运营商C的父级基站在参与运营商的网络的帮助下创建所需的UPF实体(例如，配置文件)。该配置文件是依赖于UPF厂商和运营商的OAM功能，但是一些示例是：HW(硬件)配置、标识、IP地址、用户简档、安全密钥等。

5.对于运营商B和C中的各个运营商，连接至运营商A(子级)基站的基站中的至少一个基站将邻居能力列表(用于CN虚拟化和回程连接性)发送至橙色基站。哪些基站是邻居的定义可以根据例如能力信息被中继的最大跳转数(下文中说明的)、限制于直接相邻的基站、或者受物理距离限制。子级基站使用这些列表(每其它运营商一个列表)，以构建用于回程连接性的路由表，例如，该表可以包含可以到达具有虚拟化的UPF的BS并且存在Uu连接的邻居BS的所有BS标识(例如，对于5G而言的gNB ID)。该表还可以包含有关这些BS的某一其它信息，诸如IP地址、运营商、重量等。下面示出了简单的示例

6.如果需要，则子级基站改变无线连接性并更新其路由表。

7.运营商B和运营商C的站用信号通知它们的能力更新，并通过Xn转发来自邻居节点的更新。其将这些更新发送至子级基站，该子级基站必要时修改其路由表并且改变其无线连接。

网络节点的预配置：

使用了两种类型的基站(在该5G示例中的gNB)：

-父级gNB：与UPF功能虚拟化(例如，HW(硬件)、SDN/NFV(软件定义的连网/网络功能虚拟化)连接等)兼容并且可以提供经优化的无线回程服务的gNB。

-子级gNB：具有有限的有线回程连接性或者没有有线回程连接性并且需要通过邻居gNB进行无线回程以连接至其CN或数据网络的gNB

参与经优化的无线回程服务的各个父级gNB均应配置有以下信息(例如，经由OAM)：

-授权提供经优化的无线回程服务

-来自其它运营商(厂商和运营商特定)的CN功能模板

-来自同一运营商的邻居父级gNB的列表，例如从最多跳(Max Hop)内的所有基站创建的。这可以通过经由自组织的网络功能(例如，SON ANR)来配置，或者可以由运营商“人工”配置。该配置将依赖于运营商配置和部署，但不一定包括Max Hop内的所有BS。例如，可以仅包括某些频带。

-“Max Hop”参数值：“Max Hop”参数定义了优化的无线回程能力信息消息可以被转发至邻居gNB的最大次数。

参与经优化的无线回程服务的各个子级gNB均应配置有以下信息(例如，经由OAM)：

-根据运营商(图13中的B或C)，对使用经优化的无线回程服务的授权

-“Max Uu”参数值：“Max Uu”是被用于经优化的无线回程服务的启用的Uu链路(即，子级gNB与父级gNB之间的无线连接)的最大数量。该值将依赖于运营商策略(例如，与其它运营商的合同)，但是也依赖于硬件能力。该值例如可以为2到10(每运营商)，但是根据情况，其它值也可能是合适的。

在一个实施方式中，可以基于上面的概要使用以下详细过程。

处理1的细节：

如果父级gNB被授权提供经优化的无线回程服务(例如，CN功能虚拟化能力)，并且如果其具有可用的能力(足够的HW资源)，则该父级gNB将通过空中广播该信息(例如，经由系统信息广播)。

处理2的细节：

如果子级gNB被授权使用来自给定运营商的经优化的无线回程服务，则该子级gNB将连接至提供该经优化的无线回程服务的该运营商的gNB中的至少一个gNB。该连接将是UuNR连接，如在3GPP TS 38.201：“NR；Physical layer；General description”中描述的。将应用传统的过程。

处理3的细节：

在将子级gNB连接到了父级gNB时，该子级gNB将向父级gNB网络发送服务请求。如果该子级gNB连接至网络中的多于一个基站，则将使用第一链路。如果后续链路的质量较好，那么其可以一被建立就被使用。父级gNB网络将检查存储在核心网络中的经优化的无线回程数据库(例如，HSS、UDM)。细节参见TS 23.501第6章。父级gNB网络将根据情况授权子级gNB接入该服务。然后，父级gNB被通知该决定并且将更新自己的服务数据库。如果需要，则修改承载和/或QoS流，以匹配该服务所需的QoS。

处理4的细节：

父级gNB根据在配置阶段期间接收到的模板创建所需CN功能的实例，然后向子级gNB通知：可以将节点之间的Uu连接用作经优化的无线回程链路。在这个阶段，子级gNB可以开始使用对父级gNB的无线回程链路以及从父级gNB到数据网络的直接链路，以形成两链路回程路径。

处理5的细节：

父级gNB向子级gNB发送同一运营商的邻居父级gNB的列表，包括这些邻居父级gNB的CN功能虚拟化和有线回程能力。然后，子级gNB随后将更新其回程路由表。

可以将邻居基站限制成Max Hop，例如，介于2到10之间。另选地，该限制可以根据寻呼区域(该寻呼区域对于各个运营商可以是不同的)。

处理6的细节：

在这个阶段，子级gNB处于以下状态：

-经由Uu接口连接至至少一个父级gNB

-在父级gNB运营商的经优化的无线回程数据库中注册为子级gNB

-具有邻居gNB的经优化的无线回程能力的最新数据库

-具有被用于经由共享的无线回程发送用户层平面分组的路由表

在这个阶段，两种不同类型的事件可以改变子级gNB路由其用户层平面分组的方式：

-6.1：Uu链路的无线电状况变化

-6.2：邻居gNB的经优化的无线回程能力发生变化，例如如果出于其它目的需要较多的频谱，或者如果有不同类型的基础网络用于不同的回程(例如不同类型的光纤)。

6.1的细节：

图14描述了在一个实施方式中在无线电链路中断的情况下子级gNB的详细行为。

在步骤S150中，子级gNB与父级gNB之间的Uu链路的无线电状况下降到阈值下方。例如，该变化可能起因于：在两个gNB之间的湿度增加或有障碍物。该阈值可以是-6dB。Q10询问是否该子级gNB与同一运营商的基站之间存在另一Uu链路。在S160中，如果该子级gNB与同一运营商的基站之间存在另一Uu链路，则将该Uu链路用于路由用户层平面分组，并且在S170中更新路由表。Q20询问旧的Uu链路中断定时器是否已到期，如果该定时器已到期，则在S180中断开旧的Uu链路。在步骤S190中，建立与同一网络中的另一经优化的父级gNB的连接，以确保属于该运营商的网络内有足够的链路可用。

另一方面，如果在Q10，该子级gNB与同一运营商的基站之间没有Uu链路，则在步骤S190中，进行与同一网络中的另一经优化的父级gNB的连接。在S210中，将该Uu链路用于路由用户层平面分组，并且在S220中，更新路由表。

依赖于情况，子级基站将改变到提供无线回程的另一运营商/网络。如果没有对当前运营商的基站的其它链路，则该改变必须进行。然而，其它情况下的切换例如可以根据诸如链路质量、成本等一个或更多个参数来配置。

步骤6.2的细节：

图15描述了在一个实施方式中在能力更新的情况下子级gNB的详细行为。

在步骤S230中，gNB接收由被用于无线回程的父级gNB中继的、来自该组邻近gNB中的一个邻近gNB的能力更新消息。在S240中，gNB更新其本地数据库。Q30询问该能力是否已经从“可用”改变成“不可用”。如果是，则Q40询问与该gNB是否存在活动的Uu连接。如果是，则在S250中将其停用，在S260中，将附加Uu链路的最大数量加一，并且在S270中，更新回程路由表。

另一方面，如果该能力

步骤7的细节：

对于经优化的无线回程能力发生变化的情况来说，父级gNB将向其邻居gNB用信号通知新能力，连同在预配置步骤期间配置的“Max Hop”参数。图16详细说明了接收该更新的gNB的行为。

在步骤S310中，gNB从其相邻的邻居之一接收邻居gNB的能力更新。Q60询问Maxhop(剩下的中继该消息的跳转数)是否大于零，如果是，则gNB在S320中递减Max Hop并将更新转发至其相邻的gNB。然后，gNB在S330中利用最初发送该消息的邻居的新能力更新该gNB的本地数据库。如果Max Hop为零，则不转发该消息，但是在S330中仍执行更新。

Q70询问针对RAN共享数据库中的各个RAN共享邻居，是否存在活动的Uu连接。给定gNB的RAN共享数据库包含参与RAN共享服务的具有或没有有线回程或虚拟化能力的邻居gNB。在S340中，对于这些gNB中的各个gNB，发送具有新能力的应用消息。

图17示出了特定5G实施方式中的结构，以演示实施方式中的中间基站的使用。

这里的子级基站来自运营商/网络A，并且被标记为gNB-A1和gNB-A2。在该图的上左和上右处示出了转角以双线框起来的这些子级基站。该子级基站没有有线回程。在该图的顶部示出了来自运营商C的父级基站gNB-C(在灰色框中)。该父级基站与右侧的gNB-A2有直接无线链路。该父级基站还具有经由来自运营商B的中间基站gNB-B(转角以粗线框起来)到左侧的gNB-A1的间接无线回程链路。因此，父级基站gNB-C需要虚拟化其自己的UPF，以及来自运营商/网络A和B的UPF。

图18以虚线示出了包括图17所示的中间基站的未优化的回程路径。再次，父级基站gNB-C虚拟化其自己的UPF，以及来自运营商/网络A和B的UPF。这允许经优化的路径，示出为从gNB-A1到gNB-B和从gNB-B到gNB-C的两条无线链路，以及从gNB-C到互联网的有线N6链路。在这里，gNB-B充当无线中继站，通过其自己的空中接口接收来自gNB-A1的回程，并且通过gNB-C的空中接口将该回程发送到gNB-C。该回程经过的每个运营商网络都需要UPF虚拟化。

本发明的实施方式可以允许方法：

■预订优化的无线回程共享

■在空中广播“经优化的无线回程服务”信息

■将CN功能虚拟化和有线回程能力经无线传递至预订了经优化的无线回程服务的邻居(子级)基站

■将CN功能虚拟化和有线回程能力传递至参与经优化的无线回程服务的邻居节点

■配置和使用Xn信令(有关虚拟化资源的信息)的跳转的最大数量

■配置和使用与邻居gNB一起使用以共享无线回程的Uu链路的最大数量

■配置和使用Uu链路中断定时器。

-经优化的无线回程服务：来自给定运营商的基站(或gNB)向来自另一运营商的基站(或gNB)提供的无线回程服务。在实施方式中，这包括虚拟化来自这些运营商中的一个或大多数运营商(通常为两个运营商)的某些CN功能。

-CN功能虚拟化能力：按照经优化的无线回程服务的要求，给定gNB虚拟化(托管)来自其自己的网络/不同的运营商的某些CN功能的能力。该能力可以随时间改变(例如，缺乏HW资源、新策略等)。可以根据有限数量的表示相对能力的值来定义该能力。例如，4个值(即，2位信令)可以是：

○无能力

○有限的能力(例如，可以快速改变成无能力)

○良好的能力(例如，足够的资源，但不到100％)

○完整的能力(例如，100％的资源)

-有线回程能力：给定gNB经由有线连接连接至数据网络的能力。该能力是二进制的(即，可用或不可用)，并且可以由单个位表示。

-带内回程：使用无线服务频谱以提供无线回程链路。这意味着无线回程链路使用与无线服务(即，5G)相同的频谱(例如，在24.25GHz至27.5GHz频带中为200MHz)。

本发明的应用领域包括可以采用无线回程的所有无线通信系统。