LTE-A系统中Relay技术

2012-07-12西安外事学院李美艳

电子世界 2012年9期

西安外事学院李美艳

1.引言

LTE-A（Long-Term Evolution-Advanced，高级长期演进）是3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）为了满足IMT-Advanced（International Mobile Telecommunications Advanced，高级国际移动通信）的需求而在LTE技术的基础上进行的技术演进。Relay技术作为LTE-Advanced系统关键技术之一，可以为运营商提供更加灵活、快捷的网络部署手段，提高网络的覆盖范围。

对于移动通信系统而言，Relay并不是新概念，在GSM系统中广泛应用的直放站（Repeater）就是一种简单的Relay技术。Repeater（直放站）是指通过“信号接收–放大”方式来实现发信端与收信端之间的一种通信方式。Repeater直接放大射频信号或中频信号或基带信号，但不能区分信号、干扰与噪声，因此在放大有用信号的同时也会放大干扰与噪声。Repeater可以是多跳的，TS36.106描述了FDD repeater的接收和发送操作。Repeater的引入将导致接收机噪声的增加、增加多径干扰、影响上行功控等。而这些在Relay技术中并不存在。Relay技术作为LTE-A的核心技术之一，不仅具备扩展网络覆盖的能力，还具备提高网络容量的可能。在Relay节点引入基带信号处理，Relay节点不仅能够放大信号，抵抗移动信道的大尺度衰落,还可以抑制干扰。

2.Relay技术原理

LTE-A系统的容量要求很高，这样的容量需要较高的频段。因此LTE-A系统引入了Relay技术来增加覆盖，提高小区边缘吞吐量。Relay就是基站不直接将信号发送给UE，而是先发送给一个RN（Relay Node，中继节点），然后再由RN转发给UE，如图1所示的Relay网络结构示意图。

一方面，LTE-A系统提出了很高的系统容量要求，另一方面，可供获得此容量的大带宽频谱只能在较高频段获得，而这样高的频段的路损和穿透损耗都比较大，很难实现好的覆盖。采用Relay技术可以增大系统覆盖范围，提升系统链路性能。

终端可以通过RN来获得无线带宽服务，减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高边缘用户信道容量。Relay技术是在原有服务基站的基础上，通过增加一些新的RN（或称中继节点、中继站），加大站点和天线的分布密度。这些新增RN和DeNB（Donor eNB，宿主基站）都通过无线通信连接，下行数据先到达DeNB，然后再传给RN，RN节点再传输至终端用户，上行则反之。这种方法拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。

中继(Relay)是指通过“解码-转发”方式来实现发信端与收信端之间通信的一种工作方式。Relay作为一种跳转系统，能够为远离发信端的收信节点提供对时延不敏感的数据服务。Relay可以是单跳或多跳系统，但在LTE R10版本中，最多只有一跳。

即，LTE R10版本UE与基站之间最多只有一次转发。UE和DeNB之间通过RN来间接通信。RN具有UE的绝大部分功能和eNB的绝大部分功能。RN和DeNB之间通过Un接口连接。RN和DeNB之间通常是LOS环境，无线信道较好。UE和RN之间是通常的Uu接口。RN是一个地理位置固定的节点，LTE R10版本中是不能运动。使用Relay的目的通常是为了以较低的成本来扩大网络覆盖。

3.Relay技术实现

3.1 DeNB针对RN的调度

图1 LTE Relay网络结构示意图

在与DeNB的连接中(Un接口)，针对RN的R-PDCCH和PDSCH最好不要与常规UE混合在一起调度。另外，考虑到RN自己的服务小区通常是Backhaul受限(特别是TDD系统)，因此，调度算法应该也必须简单一些，通常使用时分调度(TDM)和轮巡调度(RR)以简化操作。

DeNB不会给RN发射PHICH，DCI 0/DCI 4上的NDI当作PHICH来用。也就是说，RN在N时刻成功地收到了一个上行调度的R-PDCCH(DCI 0/DCI 4)之后，就认为DeNB在N+8时刻一定给它发了ACK的PHICH(即，让它挂起)。如果该进程的接下来的下一次调度机会上DCI 0/DCI 4上面的NDI发生了翻转，那表示上次传输已经成功了。如果NDI保持不变，则表示上次传输没有成功。

为减少RN上针对Backhaul的U子帧与RN自己的U子帧互干扰的特别调度处理，DeNB在调度RN时，需要降低码率，以使得在最后一个符号丢掉的情况下仍能正常解码。

针对R10版本的FDD帧结构（FDDSubframeConfig-r10），指示哪个子帧用于Un接口的下行发射。如果某个子帧满足则该子帧用于Un接口的下行发射。

表1 FDD R-PDCCH帧结构

3.2 RN针对UE的调度

MBSFN子帧配置（MBSFN-SubframeConfig），把DeNB给RN发射PDSCH的子帧配置为MBSFN子帧，告诉其服务的UE在这些子帧上没有CRS。

RN与UE之间采用Uu接口连接，具体处理流程仍符合LTE协议，通常情况下可以使用发射分集方式，尽可能地少用空间复用模式，这样可以扩大覆盖范围。为减少DeNB与RN的互干扰（特别是在相邻边界的地方），最好把它们分配的C-RNTI隔离开来。考虑到一个RN通常带若干少数个UE，因此给每个RN分割上若干个C-RNTI即可。

考虑到运营成本和实现复杂度，RN不应支持SPS和TTI Bundling功能。