TD-LTE Relay基站綜述

［陳志煜］

?

TD-LTE Relay基站綜述

［陳志煜］

摘要TD-LTE Relay基站的主要作用是：在光傳輸無法到達(dá)的場景，作為基站覆蓋的擴(kuò)展和靈活的補(bǔ)盲、補(bǔ)熱手段。在工程應(yīng)用中具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢。本文描述了TD-LTE Relay基站的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分析了各種分類方式，從不同角度對Relay基站進(jìn)行描述，并和微基站進(jìn)行了對比。最后例舉了目前部分主流廠家的設(shè)備情況。為TD-LTE Relay基站在4G網(wǎng)絡(luò)中的部署提供參考。

關(guān)鍵詞：中繼 Relay TD-LTE 帶內(nèi) 帶外

陳志煜

中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司，北京郵電大學(xué)工程碩士，1997年本科畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)系，現(xiàn)任職于中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司工程中心，主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)管理工作。

1　引言

LTE-A系統(tǒng)提出下行峰值速率超過1Gbit/s和上行峰值速率超過500 Mbit/s的性能要求。為了達(dá)到這個要求，在3GPP R10階段引入載波聚合、多點(diǎn)協(xié)作傳輸、上下行MIMO傳輸以及Relay（中繼）等關(guān)鍵技術(shù)。Relay作為一種低功率、低成本的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以廉價的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，可實(shí)現(xiàn)基站覆蓋的延伸，同時提供系統(tǒng)容量。

TD-LTE Relay的主要作用是：在密集城區(qū)、居民區(qū)、山區(qū)、海域等光傳輸無法到達(dá)的場景，作為基站覆蓋的有效擴(kuò)展和靈活的補(bǔ)盲、補(bǔ)熱手段。Relay設(shè)備的復(fù)雜度遠(yuǎn)低于基站，因此采用Relay覆蓋上述區(qū)域的成本較低。由于Relay節(jié)點(diǎn)采用無線回傳技術(shù)，不需要有線傳輸，且對無線傳播環(huán)境的敏感度也遠(yuǎn)不如微波鏈路，因此Relay節(jié)點(diǎn)具有部署靈活快速的特點(diǎn)。小型化室外型Relay設(shè)備不需要機(jī)房等配套設(shè)施，大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營成本?；赗elay產(chǎn)品的突出優(yōu)勢和多樣化的應(yīng)用場景，Relay得到了LTE運(yùn)營商和廠商等的特別關(guān)注。

2　Relay組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

首先來看3GPP R10標(biāo)準(zhǔn)定義的Relay組網(wǎng)圖，如圖2所示。包含宿主基站（Donor eNodeB）和中繼站（RelayNode）兩個邏輯節(jié)點(diǎn)。中繼作為網(wǎng)絡(luò)中引入的新節(jié)點(diǎn)，需要增加兩種新的連接鏈路：接入鏈路（Access link）和回傳鏈路（Backhaul link）。接入鏈路（Access link）用于Relay與其服務(wù)的用戶相互連接，回傳鏈路是Relay與宿主基站間的通信鏈路。

圖1　Relay組網(wǎng)圖

宿主基站是在普通 eNodeB 的基礎(chǔ)上增加了對 Relay特性相關(guān)功能的支持，宿主基站在接入普通 UE 的同時，也支持接入中繼站，并承載中繼站的回傳流量。

中繼站邏輯上又劃分為 Relay remote node （RRN）和 Relay eNodeB（ReNB）兩部分，RRN 包含了標(biāo)準(zhǔn)中UE的部分功能和Relay功能，而ReNB包含標(biāo)準(zhǔn)中eNodeB完整功能和Relay功能。ReNB可供覆蓋范圍內(nèi)的普通UE接入，而RRN接入DeNB并建立LTE空口承載為ReNB提供無線回傳。

3　Relay的分類

3.1按實(shí)現(xiàn)的協(xié)議棧分類

按照Relay中所實(shí)現(xiàn)的協(xié)議棧來分， Relay可分為三類：L1 Relay（層一中繼）、L2 Relay（層二中繼）和L3 Relay（層三中繼）。L1 Relay也被稱為Repeater，類似于直放站，僅實(shí)現(xiàn)物理層信號的放大轉(zhuǎn)發(fā)功能。L1 Relay的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生的時延較短，且中繼處理算法簡單。缺點(diǎn)也很明顯，會引入放大的噪聲，降低系統(tǒng)性能。

L2 Relay中包含了MAC層功能和RLC層功能。從協(xié)議功能上看，L2 Relay具有解碼轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)度功能，同時具有部分資源分配功能，但沒有完整的層三資源管理功能。對MAC SDU進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用以及優(yōu)先級的處理。可以和基站進(jìn)行協(xié)調(diào)，對中繼和UE進(jìn)行無線資源分配等。不同于L1 Relay，L2 Relay沒有放大噪聲信號，可保證更好的信號質(zhì)量。

L3 Relay相比L2 Relay包含了更多功能，可以執(zhí)行部分或者全部的RRC功能。L3 Relay就是一個無線回傳的基站。相比L1 Relay，L2 Relay造價也更高，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但是功能也更強(qiáng)大。

3.2 3GPP中Relay的分類

（1） 帶內(nèi)Relay和帶外Relay

若 RN 的回傳鏈路和接入鏈路使用相同的載頻，則稱為帶內(nèi) Relay，若 RN 的回傳鏈路和接入鏈路使用不同的載頻，則稱為帶外Relay。當(dāng)頻譜資源比較緊張時，考慮使用帶內(nèi)Relay。當(dāng)頻譜資源較豐富時，建議使用帶外Relay。和帶內(nèi)Relay相比較，帶外Relay的優(yōu)勢在于：可避免Relay和宏站之間的干擾。增加回傳鏈路調(diào)度靈活性，不受回傳鏈路MBSFN子幀配置限制。當(dāng)需要增加回傳鏈路容量時，可以考慮使用CA。避免3：1時隙配比下對帶內(nèi)Relay的性能影響。

（2）透明Relay和非透明Relay概念

用戶（UE）通過Relay進(jìn)行通信，若UE不知道自身是否通過Relay與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，則稱為透明Relay，若UE知道自身是否通過Relay與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，則稱為不透明Relay。

（3） 3GPP中定義的Relay類型

3GPP R10定義了Type1 Relay（L3 Relay）和Type2 Relay（L2 Relay）。L1 Relay被排除在3GPP R10的考慮之外。最終在3GPP R10版本中，只有Type1 Relay被重點(diǎn)考慮，賦予了最高優(yōu)先級，并實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。

在Type1 Relay的基礎(chǔ)上，根據(jù)頻譜使用方式的不同，衍生出兩種子類型Relay： Type 1a 和Type 1b。 它們是為了解決回傳鏈路和接入鏈路信號互干擾問題而衍生出來的Type1 Relay的具體實(shí)現(xiàn)，因此并沒有在3GPP 規(guī)范中給予標(biāo)準(zhǔn)化。

Tyep 1a Relay具備Type1 Relay的大部分特征，但他的回傳鏈路和接入鏈路使用的頻譜是不同的。也就是帶外Relay。Type 1b也具備Type 1 Relay的大部分特征，與Type 1a不同的是，Type 1b Relay也是帶內(nèi)Relay，但它通過對回傳鏈路和接入鏈路的物理隔離，使得Relay可以同時工作在兩條鏈路上且不發(fā)生相互干擾。3GPP定義的幾種Relay的特點(diǎn)如表1所示。

表1　3GPP定義的幾種Relay

另外，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，3gpp還定義了Mobile Relay 和Indoor Relay。Mobile Relay應(yīng)用于移動場景，Indoor Relay應(yīng)用于室內(nèi)場景。針對這兩種特定的場景，進(jìn)行了一些特殊的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。最終兩種Relay也沒有在3GPP 規(guī)范中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

3.3一體化Relay和分體式Relay

從設(shè)備形態(tài)上來分，有一體化Relay和分體式Relay基站，如圖2所示。一體化Relay的回傳和接入鏈路集成在同一個模塊內(nèi)。分體式Relay的回傳和接入鏈路分布在不同的模塊。分體式可以靈活部署回傳及接入模塊，單獨(dú)升級、單獨(dú)管理。且由于不需要回傳天線單獨(dú)拉出，損耗較小。一體化Relay的安裝比分體式Relay簡單，但如果其回傳鏈路使用外置天線，并且天線和Relay之間的饋線損耗較大，則可能對回傳鏈路的接收靈敏度產(chǎn)生一定影響。

圖2　一體化Relay基站和分體式Relay基站

由于Relay的性能瓶頸在于其回傳鏈路的性能，因此，在部署Relay時，回傳天線需要安裝在宿主基站信號較好的地方，且優(yōu)先考慮使用高增益定向天線，盡可能高質(zhì)量的接收到宿主基站的信號，并抑制周邊站點(diǎn)的干擾信號。

4　TD-LTE Relay 和微基站的對比

根據(jù)應(yīng)用場景的不同規(guī)劃，目前TD-LTE基站有4種類型：宏基站、微基站、Relay和微微基站。如表2所示。宏基站主要用于室外廣覆蓋，微微基站用于室內(nèi)覆蓋，微基站和Relay主要用于室外補(bǔ)盲和室外熱點(diǎn)區(qū)域補(bǔ)充覆蓋。

表2　TD-LTE基站類型

Relay的小區(qū)覆蓋半徑與微基站相當(dāng)，部署方式也與微基站基本類似，如無需機(jī)房等配套，支持一體化天線等。從某種意義上說，Relay類似于一種使用LTE無線回傳方式的微站。在需要部署小站站型的站址，如果有線回傳條件具備，則優(yōu)選部署微站。如果有線回傳條件不具備，則可以考慮使用無需有線回傳的Relay解決。

5　部分廠家TD-LTE Relay基站

5.1部分廠家TD-LTE Relay基站

目前各主流設(shè)備廠家均推出了TD-LTE Relay基站產(chǎn)品。產(chǎn)品類型有帶內(nèi)Relay和帶外Relay，設(shè)備形態(tài)既有分體式設(shè)備，也有一體化設(shè)備。產(chǎn)品普遍支持20M工作帶寬。表3列出了具有代表性的華為和中興廠家的TDLTE Relay基站。

華為TD-LTE Relay基站采用廠家私有方案，與3GPP 標(biāo)準(zhǔn) Relay 架構(gòu)相比，主要不同點(diǎn)在于：回傳模塊RUE-MME和RUE-HSS功能下移到DeNB內(nèi)，RUE的控制面和用戶面終結(jié)在宿主基站DeNB。優(yōu)點(diǎn)：RN的設(shè)備數(shù)據(jù)在DeNB配置，部署只涉及eNB升級和部署RN，對核心網(wǎng)解耦（MME、HSS）。不涉及到新增MME和DeNB的S11接口，降低了端到端的互操作測試工作量。后續(xù)支持接入GSM、TD-SCDMA等制式的小站和宏站。缺點(diǎn)：屬于廠家私有方案，施主eNB和Relay具有強(qiáng)綁定關(guān)系，只能同廠商互聯(lián)。

表3　華為和中興廠家TD-LTE Relay基站產(chǎn)品

中興兩款TD-LTE Relay基站產(chǎn)品分別是遵循3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的Type 1 Relay和Type 1a Relay來開發(fā)的。優(yōu)點(diǎn)是：標(biāo)準(zhǔn)方案可以支持異廠商的DeNB和Relay間的互聯(lián)互通。缺點(diǎn)：需對核心網(wǎng)進(jìn)行配置。

6　總結(jié)

3GPP R10定義了Type1 Relay（L3 Relay）和Type2 Relay（L2 Relay）。在Type1 Relay的基礎(chǔ)上，衍生出Type 1a 和Type 1b兩種類型的Relay。根據(jù)RN的回傳鏈路和接入鏈路使用的載頻是相同還是不同，分出帶內(nèi) Relay和帶外Relay。從設(shè)備形態(tài)上來分，有一體化Relay和分體式Relay基站。和微基站相比，在需要部署小站站型的站址，如果有線回傳條件具備，則優(yōu)選部署微站，如果有線回傳條件不具備，則考慮使用Relay解決。目前各主流設(shè)備廠家均推出了TD-LTE Relay基站產(chǎn)品，各有優(yōu)勢。Relay基站具有體積小、重量輕，安裝部署靈活的特點(diǎn)。能有效解決光傳輸無法到達(dá)的城區(qū)、農(nóng)村、高速和海域等區(qū)域的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。能滿足運(yùn)營商對其網(wǎng)絡(luò)快速、靈活、低成本部署的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

1劉冰婷.小型化基站設(shè)備在TD-LTE建設(shè)中的應(yīng)用.中國新通信，01期，2015

2沈嘉.LTE-Advanced 關(guān)鍵技術(shù)演進(jìn)趨勢. 移動通信，2008年8月

3王競，劉光毅.TD-LTE系統(tǒng)中的Relay技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化.電信科學(xué)，12期，2010

43GPP TS 36.216， “Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Physical layer for Relaying operation”，（Release 10）， V10.0.0

5沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋.3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)．人民郵電出版社，2008

63GPP_R10_relay調(diào)研報告.2010.12

7華為、中興等設(shè)備廠家技術(shù)資料

DOI：10.3969/j.issn.1006-6403.2016.04.010

收稿日期：（2016-03-18）