LTE-A系統中Relay技術

西安外事學院 李美艷

1.引言

LTE-A（Long-Term Evolution-Advanced，高級長期演進）是3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）為了滿足IMT-Advanced（International Mobile Telecommunications Advanced，高級國際移動通信）的需求而在LTE技術的基礎上進行的技術演進。Relay技術作為LTE-Advanced系統關鍵技術之一，可以為運營商提供更加靈活、快捷的網絡部署手段，提高網絡的覆蓋范圍。

對于移動通信系統而言，Relay并不是新概念，在GSM系統中廣泛應用的直放站（Repeater）就是一種簡單的Relay技術。Repeater（直放站）是指通過“信號接收–放大”方式來實現發信端與收信端之間的一種通信方式。Repeater直接放大射頻信號或中頻信號或基帶信號，但不能區分信號、干擾與噪聲，因此在放大有用信號的同時也會放大干擾與噪聲。Repeater可以是多跳的，TS36.106描述了FDD repeater的接收和發送操作。Repeater的引入將導致接收機噪聲的增加、增加多徑干擾、影響上行功控等。而這些在Relay技術中并不存在。Relay技術作為LTE-A的核心技術之一，不僅具備擴展網絡覆蓋的能力，還具備提高網絡容量的可能。在Relay節點引入基帶信號處理，Relay節點不僅能夠放大信號，抵抗移動信道的大尺度衰落,還可以抑制干擾。

2.Relay技術原理

LTE-A系統的容量要求很高，這樣的容量需要較高的頻段。因此LTE-A系統引入了Relay技術來增加覆蓋，提高小區邊緣吞吐量。Relay就是基站不直接將信號發送給UE，而是先發送給一個RN（Relay Node，中繼節點），然后再由RN轉發給UE，如圖1所示的Relay網絡結構示意圖。

一方面，LTE-A系統提出了很高的系統容量要求，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，很難實現好的覆蓋。采用Relay技術可以增大系統覆蓋范圍，提升系統鏈路性能。

終端可以通過RN來獲得無線帶寬服務，減小無線鏈路的空間損耗，增大信噪比，進而提高邊緣用戶信道容量。Relay技術是在原有服務基站的基礎上，通過增加一些新的RN（或稱中繼節點、中繼站），加大站點和天線的分布密度。這些新增RN和DeNB（Donor eNB，宿主基站）都通過無線通信連接，下行數據先到達DeNB，然后再傳給RN，RN節點再傳輸至終端用戶，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量，從而提高系統的頻譜效率和用戶數據率。

中繼(Relay)是指通過“解碼-轉發”方式來實現發信端與收信端之間通信的一種工作方式。Relay作為一種跳轉系統，能夠為遠離發信端的收信節點提供對時延不敏感的數據服務。Relay可以是單跳或多跳系統，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發。UE和DeNB之間通過RN來間接通信。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Un接口連接。RN和DeNB之間通常是LOS環境，無線信道較好。UE和RN之間是通常的Uu接口。RN是一個地理位置固定的節點，LTE R10版本中是不能運動。使用Relay的目的通常是為了以較低的成本來擴大網絡覆蓋。

3.Relay技術實現

3.1 DeNB針對RN的調度

圖1 LTE Relay網絡結構示意圖

在與DeNB的連接中(Un接口)，針對RN的R-PDCCH和PDSCH最好不要與常規UE混合在一起調度。另外，考慮到RN自己的服務小區通常是Backhaul受限(特別是TDD系統)，因此，調度算法應該也必須簡單一些，通常使用時分調度(TDM)和輪巡調度(RR)以簡化操作。

DeNB不會給RN發射PHICH，DCI 0/DCI 4上的NDI當作PHICH來用。也就是說，RN在N時刻成功地收到了一個上行調度的R-PDCCH(DCI 0/DCI 4)之后，就認為DeNB在N+8時刻一定給它發了ACK的PHICH(即，讓它掛起)。如果該進程的接下來的下一次調度機會上DCI 0/DCI 4上面的NDI發生了翻轉，那表示上次傳輸已經成功了。如果NDI保持不變，則表示上次傳輸沒有成功。

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

針對R10版本的FDD幀結構（FDDSubframeConfig-r10），指示哪個子幀用于Un接口的下行發射。如果某個子幀滿足則該子幀用于Un接口的下行發射。

表1 FDD R-PDCCH幀結構

3.2 RN針對UE的調度

MBSFN子幀配置（MBSFN-SubframeConfig），把DeNB給RN發射PDSCH的子幀配置為MBSFN子幀，告訴其服務的UE在這些子幀上沒有CRS。

RN與UE之間采用Uu接口連接，具體處理流程仍符合LTE協議，通常情況下可以使用發射分集方式，盡可能地少用空間復用模式，這樣可以擴大覆蓋范圍。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隔離開來。考慮到一個RN通常帶若干少數個UE，因此給每個RN分割上若干個C-RNTI即可。

考慮到運營成本和實現復雜度，RN不應支持SPS和TTI Bundling功能。

4.結束語

Relay技術作為LTE-A系統的一項關鍵技術，重點解決了高速數據業務的傳輸問題，但同時Relay技術也面臨諸多的技術挑戰，對于多跳Relay和基于移動的Relay技術，仍然需要進一步的研究和分析，以保證數據業務的高速、有效和準確的無線傳輸。

[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,全海洋.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[4]趙欣麗,LTE-Advanced系統中繼技術綜述[J].電子質量,2010(9):42-44.

[5]王競,劉光毅.LTE-Advanced系統中的Relay技術研究和標準化[J].電信科學,2010,Vol.26 No.12 138-143.