一种基于5G技术的电力小基站信息接收装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于5G技术的电力小基站信息接收装置。

背景技术

第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。

小基站特指小型一体化基站，目前为区别于宏基站的基站类型的统称。小型基站可以根据其应用时的所在位置划分为三种不同类型：满足家庭应用的家用型基站、满足小型或零售企业应用的企业级/室内基站、满足公共场所应用的室外基站，小型基站可以提高家庭、办公室以及公共场所中的用户网络体验，减少客户流失并且帮助运营商赢得市场份额。

现有的电力网络存在网络和业务灵活调整、光纤部署困难等问题，因此本申请考虑电力实时通信的问题，基于现有的小基站提出一种基于5G技术适合电力系统的电力小基站。

发明内容

本发明提供了一种基于5G技术的电力小基站信息接收装置，包括：基带处理单元和射频远端单元；

基带处理单元硬件设计具体包括传输模块、基带模块、控制模块和电源模块，传输模块负责完成通信和协议适配、基带模块负责完成上层协议处理、信号编解码及调制解调、以及同射频模块的通信；控制模块负责时钟管理、信令处理和操作处理，电源模块负责供电；

基带处理单元软件设计具体包括中央单元和分布单元，采用符合5G RAN体系架构，通过设置服务数据适配协议层，将中央单元与分布单元分开通过F1接口通信；

射频远端单元硬件设计具体包括放大器部分和收发器部分，负责射频部分电路的控制和处理，并将天线部分和基带处理单元连接起来；

射频远端单元软件设计具体包括射频功能和进行汇聚和统计复用的部分以太网通信功能。

优选地，基带处理单元增加控制器层，提供将RAN控制功能引入某些应用程序来实现的接口。

优选地，中央单元上的控制器层由交叉切片、内切片控制器以及在北向接口上运行的相应应用程序组成；控制命令和与5G基站的交互通过南向接口进行；中央单元提供网络信息管理功能，通过RAN信息库维护关于基础网络实体所有统计信息和与配置有关的信息，将原始数据公开到北向接口，供更高层应用程序使用；CU还支持实时应用程序，应用程序以及主服务器的事件通知服务向RAN信息库发起询问以执行操作，通过北向接口发出控制命令。

优选地，在中央单元中，控制器层通过RAN控制器代理与功能实体RAN NF通信，将分布式和集中式NF与逻辑集中式控制器连接在一起；RAN控制器代理作为控制器和NF之间的中间件，具有本地数据存储功能，存储来自NF的最新监控信息；RAN控制器代理用于控制发送给控制器层的数据量；南向接口是RAN控制器代理与控制器之间的统一接口，用于监视和重新配置NF。

优选地，分布单元提供虚拟控制功能，通过访问层协议为控制操作提供精确定义和范围，控制模块采用相同的结构，根据其相应协议的范围提供功能。

优选地，中央单元和分布单元中的每个可编程NF都支持与RAN控制器代理进行交互，以便与部署在控制器顶部的北向应用程序交换控制信息；RAN控制器代理与RAN数据分析功能之间有交互接口，RAN数据分析功能负责收集与用户设备和无线接入网相关的监视信息；RAN控制器代理将从RAN数据分析功能获得的信息转发到控制器，再转发到北向应用程序，RAN控制器代理将从RAN数据分析功能获得的信息转发到控制器，再转发到北向应用程序；RAN控制器代理还从控制器路由重配置信息到中央单元和分布单元中的各个功能实体。

优选地，RAN软件架构还能够根据电网需求进行扩展。

优选地，射频远端单元的放大器部分负责放大无线信号的传输能量，由微波集成电路组成；收发器部分负责无线信号的处理，包括数模转换和模数转换。

优选地，射频远端单元通过天馈接收射频信号，将接收信号下变频至中频信号，并经过放大处理、模数转换、数字下变频、匹配滤波、自动增益控制后，发给基带处理单元处理；接收基带处理单元传来的下行基带数据，转发级联射频远端单元数据，将下行信号进行滤波、数模转换、射频信号上变频；提供射频通道接收和发射复用功能，使得接收和发射共用一个天线信道，并提供滤波功能。

优选地，述装置采用中央单元/分布单元/射频远端单元的三级软件架构，支持中央单元/分布单元合设，支持多接入边缘计算及用户端口功能下沉；支持通信、计算、存储能力；支持与数据网络的互通；支持提供通信网络的网络管理能力，并深入融合AI分析能力。

本发明实现的有益效果如下：本申请提供的5G电力小基站能够提供完整的无线接入解决方案，同时提供通信、计算、存储功能，深度集成AI应用能力，可直接接入电网应用平台，并支持针对电力业务需求定制化开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于5G技术的电力小基站信息接收装置在5G通信网络中的位置示意图；

图2和图3是基于5G技术的电力小基站信息接收装置示意图。

具体实施方式

下面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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。

实施例一

本申请实施例一提供一种基于5G技术的电力小基站信息接收装置，所述装置在5G通信网络中的位置如图1所示，该一体化小基站基于白盒化开放平台，适用于电网应用场景，如(如公网低时延性、安全性等不能满足电力业务需求区域、变电站内、配电房、换流站、输电线路走廊等，提供完整的无线接入解决方案，同时提供通信、计算、存储功能，深度集成AI应用能力，可直接接入电网应用平台，并支持针对电力业务需求定制化开发。

如图2和图3所示，所述基于5G技术的电力小基站信息接收装置包括BBU(BasebandUnit，基带处理单元)和RRU(Remote Radio Unit，射频远端单元)，涉及顶层设计、CU/DU协议栈软件开发调试、物理层协议栈软件开发调试、驱动软件开发调试、射频设备软/硬件开发调试等；同时集成UPF/MEC进行数据的本地处理分析，提供计算、存储功能，支持深度融合AI能力。其中：

(1)BBU(Baseband Unit，基带单元)：

BBU作为一体化小基站空口接入的核心组件，能够承载基带处理、信令处理、状态监控等无线接入网基础能力。在BBU中引入英特尔FlexRAN硬件参考架构，以便支持全面虚拟化的无线接入网，对网络切片也有良好支持，能够在通用x86服务器平台中实现传统无线接入网BBU的性能，提供高吞吐、低时延的5G无线连接。与传统的通用服务器相比，本申请BBU除能满足基本的电信网络功能和性能要求外，更能满足边缘场景的部署和应用。

①BBU的硬件设计具体为：基于通用处理器(x86)和可编程逻辑器件(FPGA)的硬件平台组合开发，具体包括传输模块、基带模块、控制模块和电源模块。传输模块负责完成通信和协议适配、基带模块负责完成上层协议处理、信号编解码及调制解调、以及同射频模块的通信；控制模块负责时钟管理、信令处理和操作处理，电源模块负责供电。

②BBU的软件设计具体为：

其中，BBU包括CU(Centralized Unit，中央单元)和DU(Distributed Unit，分布单元)，支持虚拟化、容器化。在BBU上能够部署移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)软件，并可把该软件与物联网相结合，支持物联网功能的扩展，并且基于标准化的接口，支持运营商和垂直行业多样化部署需求。

BBU的RAN(无线接入网)软件架构采用baseline体系结构，符合有关5G RAN的3GPPRelease规范，特性包括添加了服务数据适配协议(SDAP)层，将CU与DU分开、并通过F1接口通信；同时，RAN增加了控制器层，提供将RAN控制功能引入某些应用程序来实现的接口。

具体地，CU上的控制器层由交叉切片(XSC)、内切片控制器(ISC)以及在北向接口(NBI)上运行的相应应用程序(APP)组成。控制命令和与gNB(5G基站)的交互通过南向接口(SoBI)进行。

CU部分提供网络信息管理功能，通过RAN信息库(RIB)维护关于基础网络实体所有统计信息和与配置有关的信息。RIB的当前实现将原始数据公开到北向API，供更高层应用程序使用。CU部分还支持实时应用程序。应用程序以及主服务器的事件通知服务向RIB发起询问以执行操作，通过北向接口发出控制命令。支持实时应用程序执行，如MAC调度程序。

在CU中，控制器层通过RAN控制器代理(RCA)与RAN NF(功能实体)通信，将分布式和集中式NF与逻辑集中式控制器连接在一起。RCA作为控制器和NF之间的中间件，具有本地数据存储功能，存储来自NF的最新监控信息；RCA用于控制发送给控制器层的数据量；SoBI是RCA与控制器之间的统一接口，用于监视和重新配置NF。

DU部分提供虚拟控制功能，通过访问层协议(RRC，MAC/RLC，PDCP)为控制操作提供了精确的定义和范围，控制模块采用相同的结构，根据其相应协议的范围提供功能，实现例如用于调度的MAC/RLC控制模块，用于无线电资源控制的RRC控制模块等。

DU和CU中的每个可编程NF都支持与RCA进行交互，以便与部署在控制器顶部的北向应用程序交换控制信息。RCA与RAN数据分析功能(RAN-DAF)之间有交互接口，RAN-DAF负责收集与用户设备(UE)和RAN相关的监视信息，例如信道质量指示符(CQI)、功率电平、路径损耗、无线电链路质量、无线电资源使用情况、调制和编码方案(MCS)、无线电链路控制(RLC)缓冲区状态信息等。RCA可以将从RAN-DAF获得的信息转发到控制器，再转发到北向应用程序，RCA可以将从RAN-DAF获得的信息转发到控制器，再转发到北向应用程序，例如切片RRM、切片感知RAT选择、弹性资源控制等。RCA还从控制器路由重配置信息到CU和DU中的各个NF。

另外，RAN软件架构还针对可能的电网需求进行了扩展，使网络架构向更加分散的系统过渡，加速其数字化。例如可以提供包括SaaS和IaaS的多个VNF，Self-X功能等多个VNF。此外由于电网是关键的基础设施核心部分，保证服务质量至关重要，可以进一步提供电网性能KPI的自优化过程。

具体地，RAN的扩展部分，还包括实现用于小型甚至超小型IoT设备的识别和数据路由优化的方法。在资源和功能级别上，包含了大量部署在边缘侧的特定于应用程序的VNF，这些VNF可以用于电网基础设施监控、电网控制数字化、使用数字孪生技术构建电网资产实现抽象描述与实体设备的分离、引入区块链技术以明确可追溯的方式存储关键数据、便于基础架构维护和更安全的媒体交互，以及高精度的移动性管理服务，能够更好地管理新一代物联网设备，如无人机进行自动安全检查。

(2)RRU(Remote Radio Unit，射频远端单元)：

RRU主要由硬件构成，软件具体包括射频功能和进行汇聚和统计复用的部分以太网通信功能，将部分以太网功能挪至RRU处，这样在网络前传以前，可以进行一些汇聚和统计复用的工作，减小前传的数据带宽压力。

RRU硬件主要包括放大器部分和收发器部分，负责射频部分电路的控制和处理，并将天线部分和BBU部分连接起来。RRU的放大器部分负责放大无线信号的传输能量，主要由微波集成电路组成；收发器负责无线信号的处理，包括DA(数模转换)和AD(模数转换)部分，数字处理功能可由FPGA、DSP或者CPU实现。

具体地，RRU通过天馈接收射频信号，将接收信号下变频至中频信号，并经过放大处理、模数转换、数字下变频、匹配滤波、自动增益控制后，发给BBU处理；接收BBU传来的下行基带数据，转发级联RRU数据，将下行信号进行滤波、数模转换、射频信号上变频；提供射频通道接收和发射复用功能，使得接收和发射共用一个天线信道，并提供滤波功能。

本申请采用CU/DU/RRU的三级软件架构，支持CU/DU合设，MEC(多接入边缘计算)及UPF(用户端口功能)下沉等功能。具体地，电力5G本地UPF组件基于云化IT架构，各个功能实体软件解耦，可部署于通用x86服务器上，根据电力5G建网需求，组合不同功能组件，灵活部署。

通过最简UPF的功能满足高效灵活的部署及行业差异化需求，通过增量提升产业价值，同时避免碎片化的定制需求带来研发和维护成本的上升。

在对UPF吞吐与时延要求不高的场景，可考虑使用软硬件结合的加速方案。例如采用标准网卡的自动散列等功能与CPU具备的频率负载调配功能提升UPF性价比。在对UPF各项指标要求严格的场景，使用FPGA智能网卡作为标准加速硬件，基于硬件加速技术，加速硬件的选型需考虑该款硬件的高并发、低时延处理的能力，支持加速功能的灵活调整。

5G MEC平台组件提供支持通信、计算、存储能力，支持与数据网络的互通，支持提供通信网络的网络管理能力，并深入融合AI分析能力。

网络管理软件系统提供操作维护管理功能，基于NetConf/TR069南向接口实现，以支持OMC网管设备与不同厂家基站设备的集成，以云网融合+智能管控的核心理念，推进5G无线小基站的统一管控和智能运维。

与上述实施例对应的，本发明实施例提供一种计算机存储介质，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；

存储器用于存储一个或多个程序指令；

处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行一种电力传输网最优业务路径规划方法。

与上述实施例对应的，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，一个或多个程序指令用于被处理器执行一种电力传输网最优业务路径规划方法。

本发明所公开的实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述的电力传输网最优业务路径规划方法。

在本发明实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。

易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。

本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。