Relay技术在LTE覆盖解决方案中的应用研究

（中国移动通信集团天津有限公司，天津 300090）

Relay技术在LTE覆盖解决方案中的应用研究

汪鹏

（中国移动通信集团天津有限公司，天津 300090）

Relay技术作为一项LTE-A关键技术，具有低成本、灵活拓展等优势，能够有效提高LTE网络系统覆盖能力与吞吐效率。重点分析了Relay技术原理、Relay MBSFN子帧实现方式，并结合中国移动LTE现网状况，提出利用Relay实现GSM直放站覆盖场景LTE延伸覆盖的解决方案。通过LTE现网中验证测试，该方案的部署可提升LTE小区边缘覆盖率67%、增加LTE边缘速率129%。

Relay；LTE-Advanced；M子帧；覆盖扩展

LTE-Advanced网络提出了很高的系统容量要求，而可提供承载此容量的大带宽频谱只能在高频段获得[1]。高频段所引入的传播路径损耗严重、穿透损耗较大，导致LTE覆盖尤其室内覆盖能力严重不足。为此LTE-Advanced网络引入了Relay中继技术，通过新增Relay中继节点，实现信号的放大、再生处理与转发，有效延伸LTE网络覆盖能力。

1 Relay技术

1.1 Relay实现

Relay技术通过在原有LTE基站覆盖边缘新增RN节点（Relay Node，中继节点），LTE基站将信号发送至RN节点，再由RN节点转发至终端UE，使得UE通过RN节点获得无线带宽服务，减少无线链路的空间损耗、增加信噪比，进而提高原边缘用户信道覆盖能力。

1.2 Relay网络关键技术

1．2．1 Relay无线链路

传统LTE网络中，宏基站与UE终端通过空口直传链路（Direct Link）进行上下行通信。引入Relay中继节点后，无线链路划分为LTE宏基站与Relay中继节点间的回传链路（Backhaul Link）以及Relay中继节点与Relay覆盖区域终端间的接入链路（Access Link）两部分，无线链路示意图如图1所示。

图1 中继小区的无线链路示意图

1．2．2 Relay干扰抑制

LTE-Advanced网络中Relay分为带内Relay以及带外Relay等两种方式。对于带外Relay，回传链路与接入链路采用异频方式，无须特殊手段即可保证干扰抑制。但由于带外Relay额外占用频点，无法增加系统容量，对系统效率提升效果不明显。

对于带内Relay，回传链路与接入链路采用同频方式，为抑制回传链路与中继链路干扰，3GPP协议提出TDM时分复用及MBSFN子帧模式（简称M子帧）的解决方式[2]。当eNB-to-Relay的Backhaul Link无数据传输时，Relay-to-UE的Access Link为普通子帧模式；当eNB-to-Relay的Backhaul Link有数据传输时，Relay-to-UE的Access Link为M子帧模式。

在M子帧模式下，Relay在前1～2个OFDM符号向UE下发PDCCH控制信息，此后经过一个由发送到接收的Gap转换时间后，Relay停止向UE下发数据并开始从eNB接收backhaul Link的下行数据。利用M子帧发送数据示意图如图2所示。

1．2．3 Relay M子帧对速率影响分析

对于TDD LTE系统，1个10 ms无线帧被分为10个1 ms的无线子帧，其中子帧0以及子帧5用于传输同步信道PSCH， SSCH和广播信道PBCH，子帧1及子帧6用于传输寻呼信息，0，1，5，6子帧不能被配置为MBSFN子帧。此外针对TDD系统，考虑HARQ反馈位置限制，可配置为MBSFN子帧的位置进一步受限。针对eNB宿主宏站常用DL-UL子帧2：2及3：1配比模式下，可配置为M子帧位置如表1所示[3]。

图2 M子帧进行Backhaul链路下行传输过程（UE1为Macro-UE，UE2为R-UE）

以eNB DL-UL子 帧3：1配置为例，由于可配置为M子帧位置资源受限，在M子帧配置为7或8时，用于backhaul link的下行子帧数量仅为2个。由此eNB-RN的回传链路最大下行峰值速率仅为eNB覆盖下行峰值速率的2/7.43=26.92%（eNB特殊子帧10：2：2配比、下行速率约为普通子帧的10 ofdm/14 ofdm=71.5%估算），故而RN覆盖下的UE峰值速率与传统eNB宏站覆盖存在一定速率劣势。

2 Relay在现网应用

2.1 Relay现网应用实例

无线网络受限输出功率、覆盖区域建筑屏蔽等因素影响，传统宏基站覆盖模式无法有效实现室内全覆盖。GSM时期，针对建筑屏蔽严重宏站无法彻底解决的中小型场景，通过建设直放站解决室内信号覆盖问题。LTE网络由于工作频段更高、传播与穿透损耗较之GSM更严重，导致原有GSM直放站覆盖场景下的LTE网络普遍存在弱覆盖问题。

表1 TDD常用配比下M子帧配置示意图

根据LTE Relay无需铺设传输、无需安装GPS，只需电源配套即可快速部署的优势，提出利用Relay解决直放站场景LTE覆盖方案，并在南开区咖啡传奇餐厅完成现网验证。通过将Relay信号通过合路器馈入原有直放站系统，室内LTE RSRP覆盖电平由-105 dBm提升至-80 dBm左右，LTE平均下载速率由7 Mbit/s提升至16 Mbit/s，实现预期效果。

2.2 Relay现网应用效果验证

现网应用Relay回传天线与宿主eNB天线相距200m左右，视距传播。室外回传天线Un口处测得RSRP= -83 dBm、SINR=14 dB、MCS=22。在20 Mbit/s带宽100 RB条件下，MCS=22对应TBS=20；根据3GPP 36.213协议中TBS-L1及TBS-L2表[4]，对应单时隙下行最大传输比特数为46 888(单流)/93 800(双流)bit。

考虑2×2 MIMO、M子帧配置1个PDCCH条件下，则单个子帧峰值传输比特数为=93 800×(13/14) =87 100 bit。在M子帧配置为下行优先的模式7或模式8下，1个LTE无线帧可配置2个下行M子帧，则eNB-Relay的下行峰值速率为87 100×2/10 ms = 16.6 Mbit/s。

根据Relay开通后室内测试情况，Relay覆盖下UE的下行吞吐量达到16 Mbit/s，与理论算得的16.6 Mbit/s基本一致。开通后现场测试详情如图3所示。

LTE Relay开启前，当地室内平均RSRP-105 dBm，LTE覆盖率（RSRSP＞-100 dBm占比）仅60%，下行吞吐量仅7 Mbit/s；Relay开通后平均RSRP提升至-80 dBm，LTE覆盖率（RSRSP＞-100 dBm占比）达到100%，下行吞吐量达到16 Mbit/s。测试数据表明该方案的部署实现LTE边缘覆盖率67%提升、LTE边缘速率129%的提升效果，达到预期效果。

2.3 Relay应用场景建议

通过利用Relay实现GSM直放站覆盖场景LTE延伸覆盖的解决方案证明了Relay在LTE补盲场景下的应用效果。结合应用实例，提出如下应用场景建议：

（1） 原GSM直放站覆盖的中小型室内场景，利用Relay实现LTE延伸覆盖；

（2） 城区高楼遮挡导致的阴影盲区，利用路灯杆、高楼裙楼等架设Relay实现道路LTE信号补盲；

（3） 山区、农村传输无法铺设或者宏站站址物业难以协调的场景，采用Relay快速部署。

3 小结

图3 Relay开启前后RSRP及下行吞吐量CDF对比

本文针对Relay技术原理、MBSFN子帧配比与下载速率影响等方面进行研究，并结合Relay无需传输资源、灵活快捷组网特点，提出利用Relay解决GSM无线直放站覆盖场景的LTE深度覆盖方案。通过在LTE现网实际应用，Relay部署后室内LTE覆盖能力及吞吐量得到有效提升，为现网Relay规模部署提供了有效示范。

同时Relay受限MBSFN子帧配置资源，Relay覆盖区域下行峰值速率明显低于LTE宏站峰值速率，需后续推动厂家提供MBSFN子帧#9/#10配比、Backhaul链路Relay-eNB上行双流MIMO支持以及256 QAM等更高阶调制能力支持等手段，进一步提升Relay峰值速率。

[1] 王竞，刘光毅． LTE-Advanced系统中的Relay技术研究与标准化[J]． 电信科学， 2010(12)．

[2] 3GPP R2-093106-2009 Type 1 Relay Architecture Consideration[S]．

[3] 3GPP R1-094149-2009 Assignment of Relay Backhaul Subframes in LTE-Advanced[S]．

[4] 3GPP TS 36．213-2009 V10．1．0 Physical layer procedures (Release 10)[S]．

News

韩国移动运营商LG Uplus携手华为完成全球首个U-LTE演示

2014年10月15日，韩国移动运营商LG Uplus携手华为在首尔联合发布了全球首个U-LTE演示。此次演示通过U-LTE技术将2.6 GHz上20 MHz带宽的许可频段，与5.8 GHz上20 MHz的免许可频段进行了载波聚合，实现了高达300 Mbit/s的峰值速率。

LG Uplus副社长金泰善参加了U-LTE的演示发布会，并给出了很高的评价。他认为，U-LTE技术可以弥补LG Uplus在频谱资源上的不足，未来将极大的提升LG Uplus的网络竞争力和品牌影响力。频谱是移动运营商的核心竞争力，U-LTE技术能够在避免干扰的情况下在免许可频段内使用LTE技术，从而实现许可频段和免许可频段的有效聚合。该技术能够让MBB网络容量得到极大拓展，并且提升免许可频段的使用效率。与此同时，U-LTE业务还可以与LTE业务无缝切换，无需改动核心网现有安全、网管、计费架构等，最大程度为运营商节省成本。

Study on applying relay technology to LTE converge solution

WANG Peng
(China Mobile Communications Group Tianjin Co., Ltd., Tianjin 300090, China)

As a key technology in LTE-Advanced(LTE-A), Relay has great advantages in low-cost and f exible development options and provides an attractive means of augmenting network for coverage extension and throughput enhancement. In this paper, the author discusses the mechanism of Relay technology and analyses the implementation and effect on MBSFN subframe. According to the present developing situation of CMCC network, the author proposed the solution to extending LTE coverage in the scenario of GSM repeater. Through verification test in LTE network, Relay solution can promote LTE edge coverage rate of 129% and increase LTE edge throughput of 67%.

Relay; LTE-Advanced; MBSFN subframe; coverage extension

TN929.5

A

1008-5599（2014）11-0025-04

2014-07-30