LTE-A系統(tǒng)中Relay技術(shù)

西安外事學(xué)院 李美艷

1.引言

LTE-A（Long-Term Evolution-Advanced，高級(jí)長(zhǎng)期演進(jìn)）是3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃）為了滿足IMT-Advanced（International Mobile Telecommunications Advanced，高級(jí)國(guó)際移動(dòng)通信）的需求而在LTE技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)演進(jìn)。Relay技術(shù)作為L(zhǎng)TE-Advanced系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，可以為運(yùn)營(yíng)商提供更加靈活、快捷的網(wǎng)絡(luò)部署手段，提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，Relay并不是新概念，在GSM系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的直放站（Repeater）就是一種簡(jiǎn)單的Relay技術(shù)。Repeater（直放站）是指通過(guò)“信號(hào)接收–放大”方式來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)信端與收信端之間的一種通信方式。Repeater直接放大射頻信號(hào)或中頻信號(hào)或基帶信號(hào)，但不能區(qū)分信號(hào)、干擾與噪聲，因此在放大有用信號(hào)的同時(shí)也會(huì)放大干擾與噪聲。Repeater可以是多跳的，TS36.106描述了FDD repeater的接收和發(fā)送操作。Repeater的引入將導(dǎo)致接收機(jī)噪聲的增加、增加多徑干擾、影響上行功控等。而這些在Relay技術(shù)中并不存在。Relay技術(shù)作為L(zhǎng)TE-A的核心技術(shù)之一，不僅具備擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋的能力，還具備提高網(wǎng)絡(luò)容量的可能。在Relay節(jié)點(diǎn)引入基帶信號(hào)處理，Relay節(jié)點(diǎn)不僅能夠放大信號(hào)，抵抗移動(dòng)信道的大尺度衰落,還可以抑制干擾。

2.Relay技術(shù)原理

LTE-A系統(tǒng)的容量要求很高，這樣的容量需要較高的頻段。因此LTE-A系統(tǒng)引入了Relay技術(shù)來(lái)增加覆蓋，提高小區(qū)邊緣吞吐量。Relay就是基站不直接將信號(hào)發(fā)送給UE，而是先發(fā)送給一個(gè)RN（Relay Node，中繼節(jié)點(diǎn)），然后再由RN轉(zhuǎn)發(fā)給UE，如圖1所示的Relay網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

一方面，LTE-A系統(tǒng)提出了很高的系統(tǒng)容量要求，另一方面，可供獲得此容量的大帶寬頻譜只能在較高頻段獲得，而這樣高的頻段的路損和穿透損耗都比較大，很難實(shí)現(xiàn)好的覆蓋。采用Relay技術(shù)可以增大系統(tǒng)覆蓋范圍，提升系統(tǒng)鏈路性能。

終端可以通過(guò)RN來(lái)獲得無(wú)線帶寬服務(wù)，減小無(wú)線鏈路的空間損耗，增大信噪比，進(jìn)而提高邊緣用戶信道容量。Relay技術(shù)是在原有服務(wù)基站的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加一些新的RN（或稱中繼節(jié)點(diǎn)、中繼站），加大站點(diǎn)和天線的分布密度。這些新增RN和DeNB（Donor eNB，宿主基站）都通過(guò)無(wú)線通信連接，下行數(shù)據(jù)先到達(dá)DeNB，然后再傳給RN，RN節(jié)點(diǎn)再傳輸至終端用戶，上行則反之。這種方法拉近了天線和終端用戶的距離，可以改善終端的鏈路質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)的頻譜效率和用戶數(shù)據(jù)率。

中繼(Relay)是指通過(guò)“解碼-轉(zhuǎn)發(fā)”方式來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)信端與收信端之間通信的一種工作方式。Relay作為一種跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)，能夠?yàn)檫h(yuǎn)離發(fā)信端的收信節(jié)點(diǎn)提供對(duì)時(shí)延不敏感的數(shù)據(jù)服務(wù)。Relay可以是單跳或多跳系統(tǒng)，但在LTE R10版本中，最多只有一跳。

即，LTE R10版本UE與基站之間最多只有一次轉(zhuǎn)發(fā)。UE和DeNB之間通過(guò)RN來(lái)間接通信。RN具有UE的絕大部分功能和eNB的絕大部分功能。RN和DeNB之間通過(guò)Un接口連接。RN和DeNB之間通常是LOS環(huán)境，無(wú)線信道較好。UE和RN之間是通常的Uu接口。RN是一個(gè)地理位置固定的節(jié)點(diǎn)，LTE R10版本中是不能運(yùn)動(dòng)。使用Relay的目的通常是為了以較低的成本來(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3.Relay技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 DeNB針對(duì)RN的調(diào)度

圖1 LTE Relay網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

在與DeNB的連接中(Un接口)，針對(duì)RN的R-PDCCH和PDSCH最好不要與常規(guī)UE混合在一起調(diào)度。另外，考慮到RN自己的服務(wù)小區(qū)通常是Backhaul受限(特別是TDD系統(tǒng))，因此，調(diào)度算法應(yīng)該也必須簡(jiǎn)單一些，通常使用時(shí)分調(diào)度(TDM)和輪巡調(diào)度(RR)以簡(jiǎn)化操作。

DeNB不會(huì)給RN發(fā)射PHICH，DCI 0/DCI 4上的NDI當(dāng)作PHICH來(lái)用。也就是說(shuō)，RN在N時(shí)刻成功地收到了一個(gè)上行調(diào)度的R-PDCCH(DCI 0/DCI 4)之后，就認(rèn)為DeNB在N+8時(shí)刻一定給它發(fā)了ACK的PHICH(即，讓它掛起)。如果該進(jìn)程的接下來(lái)的下一次調(diào)度機(jī)會(huì)上DCI 0/DCI 4上面的NDI發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，那表示上次傳輸已經(jīng)成功了。如果NDI保持不變，則表示上次傳輸沒(méi)有成功。

為減少RN上針對(duì)Backhaul的U子幀與RN自己的U子幀互干擾的特別調(diào)度處理，DeNB在調(diào)度RN時(shí)，需要降低碼率，以使得在最后一個(gè)符號(hào)丟掉的情況下仍能正常解碼。

針對(duì)R10版本的FDD幀結(jié)構(gòu)（FDDSubframeConfig-r10），指示哪個(gè)子幀用于Un接口的下行發(fā)射。如果某個(gè)子幀滿足則該子幀用于Un接口的下行發(fā)射。

表1 FDD R-PDCCH幀結(jié)構(gòu)

3.2 RN針對(duì)UE的調(diào)度

MBSFN子幀配置（MBSFN-SubframeConfig），把DeNB給RN發(fā)射PDSCH的子幀配置為MBSFN子幀，告訴其服務(wù)的UE在這些子幀上沒(méi)有CRS。

RN與UE之間采用Uu接口連接，具體處理流程仍符合LTE協(xié)議，通常情況下可以使用發(fā)射分集方式，盡可能地少用空間復(fù)用模式，這樣可以擴(kuò)大覆蓋范圍。為減少DeNB與RN的互干擾（特別是在相鄰邊界的地方），最好把它們分配的C-RNTI隔離開(kāi)來(lái)?？紤]到一個(gè)RN通常帶若干少數(shù)個(gè)UE，因此給每個(gè)RN分割上若干個(gè)C-RNTI即可。

考慮到運(yùn)營(yíng)成本和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，RN不應(yīng)支持SPS和TTI Bundling功能。

4.結(jié)束語(yǔ)

Relay技術(shù)作為L(zhǎng)TE-A系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)解決了高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸問(wèn)題，但同時(shí)Relay技術(shù)也面臨諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)，對(duì)于多跳Relay和基于移動(dòng)的Relay技術(shù)，仍然需要進(jìn)一步的研究和分析，以保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速、有效和準(zhǔn)確的無(wú)線傳輸。

[1]3GPP TS.36216-a20.Physical layer for relaying operation(Release 10),2011,3.

[2]3GPP TR 36.913.Requirements for further advancements for E-UTRA (LTE-Advanced ),V9.0.0,2009(12).

[3]沈嘉,索士強(qiáng),全海洋.3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[4]趙欣麗,LTE-Advanced系統(tǒng)中繼技術(shù)綜述[J].電子質(zhì)量,2010(9):42-44.

[5]王競(jìng),劉光毅.LTE-Advanced系統(tǒng)中的Relay技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化[J].電信科學(xué),2010,Vol.26 No.12 138-143.