精選百科
本文由作者推薦
中繼技術
增加基站與移動臺間中繼節(jié)點的技術
中繼（Relay）技術，就是在基站與移動臺之間增加了一個或多個中繼節(jié)點，負責對無線信號進行一次或者多次的轉發(fā)，即無線信號要經(jīng)過多跳才能到達移動臺。以較簡單的兩跳中繼為例，就是將一個基站—終端鏈路分割為基站—中繼站和中繼站—終端兩個鏈路，從而有機會將一個質量較差的鏈路替換為兩個質量較好的鏈路，以獲得更高的鏈路容量及更好的覆蓋。
基本信息
| 外文名 | Relay |
簡介
相比以往的移動通信系統(tǒng)，LTE-Advanced可能使用覆蓋能力較差的高頻載波以及支持高數(shù)據(jù)速率業(yè)務的需求，因此可能需要部署更多的站點。如果所有的基站與核心網(wǎng)之間的回程鏈路（Backhaul）仍然使用傳統(tǒng)的有線連接方式，會對運營商帶來較大的部署難度和部署成本，站點部署靈活性也受到較大的限制。因此3GPP在LTE-Advanced啟動了中繼技術的研究來解決上述問題，提供無線的回程鏈路解決方案。從更廣的角度來看，如圖10-8所示，中繼技術不僅能夠解決部署靈活性和成本的問題，還有非常廣泛的應用前景，因此吸引了眾多運營商和廠商的興趣。
中繼節(jié)點（RN，Relay Node）通過無線連接到其歸屬的eNode B小區(qū)（Donor Cell），如圖10-9所示，其中共有3條空中鏈路：
① RN與其歸屬小區(qū)之間的接口為Un接口，或稱回程鏈路（Backhaul Link）；
② R-UE（歸屬到RN的UE）與RN之間的接口為Uu接口，或稱接入鏈路（Access Link）；
③ UE與eNode B之間的接口為Uu接口，或稱直傳鏈路（Direct Link）。
根據(jù)中繼節(jié)點在網(wǎng)絡中實現(xiàn)功能的不同，可以將中繼分為如下的類型。
（1）按照RN接入Donor cell的方式分類
① 帶內（Inband）RN：回程鏈路和接入鏈路復用相同的載波頻率資源。
② 帶外（Outband）RN：回程鏈路和接入鏈路使用不同的載波頻率資源。
（2）按照RN的工作方式分類
① 透明（Transparent）RN：R-UE無法感受到正通過透明RN進行通信。
② 非透明（Non-transparent）RN：R-UE能夠感受到正通過非透明RN進行通信。
（3）按照RN具有的功能分類
① 不獨立管理小區(qū)的RN：此類RN沒有獨立的小區(qū)ID，沒有獨立的無線資源管理功能（至少部分無線資源管理功能主要由Donor Cell所在的eNode B完成）。Smart repeater、解碼轉發(fā)中繼，層2中繼以及后面描述的類型2中繼都屬于此類的RN。
圖10-8 幾種中繼技術的應用場景
圖10-9 引入中繼節(jié)點后的空中接口
② 獨立管理小區(qū)的RN：此類RN具有獨立的小區(qū)ID，具有獨立的無線資源管理功能，其管理的小區(qū)能夠接入LTE R8終端。層3中繼以及后面描述的類型Ⅰ中繼都屬于此類的RN。
中繼物理層技術
類型1 中繼（Type I Relay）
① 類型Ⅰ中繼是帶內中繼（Inband Relay）。
② 類型Ⅰ中繼管理獨立的小區(qū)，并擁有獨立的物理層小區(qū)ID，發(fā)送獨立的同步信號、參考符號等。
③ 歸屬到類型Ⅰ中繼的R-UE直接從中繼節(jié)點接收調度信令和HARQ反饋信令，并直接向中繼節(jié)點發(fā)送上行控制和反饋信息。
④ 類型Ⅰ中繼允許LTE R8終端的接入。
⑤ 對于LTE-A終端，類型Ⅰ中繼允許提供有別于普通LTE R8 eNode B的增強特性以提高系統(tǒng)性能。
可以看到，類型Ⅰ中繼屬于前面提到的帶內、非透明、獨立管理小區(qū)的RN，類型Ⅰ中繼具有與普通eNode B類似的功能。
根據(jù)前面的定義，帶內類型的RN在接入鏈路和回程鏈路上復用相同的載波頻率資源，若這兩條鏈路的信號收發(fā)同時進行，由于RN節(jié)點的收/發(fā)通道之間并不總是有良好的信號隔離，因此，將出現(xiàn)RN的發(fā)送信號干擾自身的接收信號的情況，如圖10-10所示。為了避免此類自干擾的出現(xiàn)，類型Ⅰ中繼以時分的方式工作在接入鏈路和回程鏈路上，特別地，針對TDD模式的類型Ⅰ中繼：
l Donor eNode B→RN的傳輸在eNode B和RN的下行子幀完成；
圖10-10 帶內中繼自干擾示意圖
在LTE R8中，終端在非DRX狀態(tài)下每個下行子幀都對控制區(qū)域進行檢測和測量，為了保證類型Ⅰ中繼進行回程鏈路的接收不對LTE R8終端造成影響，采用了R8協(xié)議中已經(jīng)定義的MBSFN子幀的工作方式，如圖10-11所示。在一個MBSFN子幀的非控制區(qū)域，RN接收來自于Donor eNode B的下行回程數(shù)據(jù)，同時不向R-UE發(fā)送任何信號?；就ㄟ^高層信令告知RN作為回程傳輸?shù)南滦凶訋?。同時，基站需要預先告知RN作為回程傳輸?shù)纳闲凶訋?，RN避免在這些上行子幀中對R-UE進行調度。
圖10-11 MBSFN子幀接收Donor eNode B數(shù)據(jù)
圖10-12 兩種不同的RN幀配置方式
（1）常規(guī)R-PDCCH：Donor eNode B為歸屬于其下的多個RN分配相同的R-PDCCH區(qū)域，每個RN在該公共區(qū)域內采用類似LTE R8 UE盲檢的方式獲得各自的控制信令。
（2）RN specific R-PDCCH：Donor eNode B為每個RN分配專屬的R-PDCCH資源，每個RN在各自的資源內獲得控制信令。
同時，3GPP RAN1也在研究回程下行子幀中R-PDCCH與R-PDSCH （回程下行數(shù)據(jù)傳輸信道）的復用設計。目前有如下的3種復用設計方案尚在討論中，為簡單起見，這里沒有描述RN收發(fā)切換對回程傳輸帶來的影響。
（1）TDM復用方式：在MBSFN子幀的非控制區(qū)域中，R-PDCCH與R-PDSCH為單純的時分復用的關系，如圖10-13所示。其中R-PDCCH頻率上占用整個系統(tǒng)帶寬，時間上占用的OFDM符號數(shù)目可以由基站配置。
圖10-13 R-PDCCH與R-PDSCH時分復用
圖10-14 R-PDCCH與R-PDSCH頻分復用
圖10-15 R-PDCCH與R-PDSCH時/頻分混合復用
類型Ⅱ 中繼（Type II Relay）
在討論“類型Ⅰ中繼”的同時，3GPP RAN1也對其他的中繼類型進行了研究，一種“類型Ⅱ中繼”方案吸引了部分公司的研究興趣，類型Ⅱ中繼具有如下的特性：
① 類型Ⅱ中繼是一種帶內中繼節(jié)點；
② 它沒有獨立的物理層小區(qū)標識，不能創(chuàng)建新的小區(qū)；
③ 它對LTE R8終端是透明的，即此類終端意識不到Type II中繼節(jié)點的存在；
④ 它能夠傳輸PDSCH；
⑤ 它至少不傳輸CRS和PDCCH。
可以看到，類型Ⅱ中繼屬于“不獨立管理小區(qū)的”、“透明的”中繼類型，主要用于增強終端的PDSCH接收性能，從而達到提高小區(qū)整體吞吐量的目的。類型Ⅱ中繼由于不發(fā)送CRS和PDCCH等公共信號，因此不能作為擴展小區(qū)覆蓋的解決方案。類型Ⅱ中繼的工作方案，主要有如下的3種類型，分別如圖10-16至圖10-18所示。
① 下行非協(xié)作傳輸，即基站將（重傳）調度信息和下行數(shù)據(jù)包發(fā)送給中繼節(jié)點，下行數(shù)據(jù)初傳和重傳都是在中繼節(jié)點和用戶終端之間進行，基站不參與向用戶終端的下行數(shù)據(jù)傳輸；
② 下行協(xié)作初傳和重傳，即基站將（重傳）調度信息和下行數(shù)據(jù)包發(fā)送給中繼節(jié)點，下行數(shù)據(jù)的初傳和重傳都是由基站和中繼節(jié)點協(xié)作完成的；
③ 下行協(xié)作重傳，即下行數(shù)據(jù)初傳在基站和用戶終端之間進行，當需要重傳時，基站將重傳調度信息發(fā)送給中繼節(jié)點，基站和中繼節(jié)點協(xié)作向用戶終端發(fā)送下行數(shù)據(jù)包。
圖10-16 下行非協(xié)作傳輸
圖10-17 下行協(xié)作初傳和重傳步驟
圖10-18 下行協(xié)作重傳步驟
總體上看，3GPP RAN1對類型Ⅱ中繼的研究還處于初步的可行性討論階段，具體的工作方案還沒有一致的意見。
中繼高層技術
中繼研究的首要問題是類型I中繼的架構選擇，根據(jù)協(xié)議棧結構的不同，中繼架構主要分為架構A和B。架構A包含3種架構選項，分別稱為Alt1、Alt2和Alt3；架構B只包含一種架構選項，稱為Alt4。
中繼架構A
圖10-19 RN網(wǎng)絡架構示意圖—架構A
從圖10-19可以看出，架構選項Alt1、Alt2和Alt3的差異對于RN而言是透明的，它們屬于同一種架構體系，之間的區(qū)別體現(xiàn)在將不同的功能實體集成到DeNode B中。在Alt1中，DeNode B功能和RN的Relay-UE對應的SGW/PGW功能分別位于不同的物理節(jié)點；而在Alt2和Alt3中，DeNode B功能和RN的Relay-UE對應的SGW/PGW功能被集成到DeNode B中。
需要注意的是，圖10-19中的中繼GW功能是可選的，其只存在于架構選項Alt2中。中繼網(wǎng)關用于完成Home eNode B GW的功能，集成在DeNode B實體中，其使得DeNode B可以以代理的方式查看并中轉經(jīng)過其傳輸?shù)腟1接口和X2接口消息。中繼網(wǎng)關功能對于RN、UE的核心網(wǎng)節(jié)點以及其他eNode B而言都是不可見的。
對于上述3種架構選項，現(xiàn)有的S1接口協(xié)議無需做任何改動。在Alt1和Alt3下，DeNode B只是將被封裝入隧道的S1接口消息映射到一條Un接口承載上進行傳輸，DeNode B無法獲悉其中轉的S1接口消息的具體內容。在Alt2中，DeNode B可以獲悉經(jīng)其中轉的S1接口消息。Alt2中DeNode B的中繼GW功能帶來的另一個優(yōu)點是降低了DeNode B下RN的數(shù)量擴展對UE核心網(wǎng)節(jié)點的影響。DeNode B將為UE服務的RN與UE的核心網(wǎng)節(jié)點屏蔽開，在UE的核心網(wǎng)節(jié)點看來RN控制的小區(qū)就是DeNode B所控制的小區(qū)；同時DeNode B對RN屏蔽了UE的核心網(wǎng)節(jié)點，在RN看來DeNode B就是UE的核心網(wǎng)節(jié)點。
與S1接口協(xié)議類似，對于上述3種架構選項，X2接口協(xié)議也無需做任何改動。在Alt2下，DeNode B能夠獲悉經(jīng)其中轉的X2接口消息。在Alt2下，DeNode B對鄰eNode B屏蔽了其服務的RN，在鄰eNode B看來RN控制的小區(qū)就是DeNode B所控制的小區(qū)；DeNode B對RN屏蔽了鄰eNode B，在RN看來其鄰小區(qū)都是DeNode B控制的小區(qū)。
1．Alt1/3中的數(shù)據(jù)傳輸過程
對于Alt1和Alt3，UE和RN承載以及下行數(shù)據(jù)包傳輸過程如圖10-20所示。
（1）發(fā)往UE的數(shù)據(jù)包由UE的PGW根據(jù)相應的數(shù)據(jù)包過濾規(guī)則（通常根據(jù)數(shù)據(jù)包所屬業(yè)務的QoS進行分類）確定其所屬的UE EPS承載，并通過對應的GTP隧道（位于UE的SGW/PGW和RN之間）進行傳輸。
（2）對于上述數(shù)據(jù)包，UE SGW/PGW根據(jù)包過濾規(guī)則分類（通常根據(jù)數(shù)據(jù)包所屬業(yè)務的QoS進行分類）確定其所屬的RN EPS承載類型，并在IP包頭中的DS域中進行指示。
（3）RN的PGW接收到目的地址為RN的GTP隧道數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包過濾規(guī)則（基于IP包頭中的DS域）將其分類為不同的RN承載，并根據(jù)分類結果將該數(shù)據(jù)包通過第二層GTP隧道（位于RN的SGW/PGW和DeNode B之間）進行傳輸。對于由同一個RN服務的多個UE，具有相似QoS需求的多條UE EPS承載被映射到同一條RN EPS承載上。
圖10-20 用戶數(shù)據(jù)傳輸過程—Alt1/3
（5）RN維護UE GTP隧道與UE無線承載之間的一一映射關系，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包所屬的UE GTP隧道確定對應的UE無線承載，并在Uu接口將數(shù)據(jù)包發(fā)往UE。
在上行，RN基于UE承載的QCI來完成UE承載到RN承載的映射。
2．Alt2中的數(shù)據(jù)傳輸過程
圖10-21 用戶數(shù)據(jù)傳輸過程—Alt2
（1）DeNode B可以通過解析S1消息知道每一條UE EPS承載的QoS信息，所以，由DeNode B基于收到的數(shù)據(jù)包所屬的UE EPS承載的QCI（通過承載設置時建立起的GTP TEID與之的關系進行過濾）確定該數(shù)據(jù)包所屬的RN無線承載。
（2）DeNode B將從SGW/PGW來的UE承載的GTP隧道轉化為另一條指向RN的UE承載GTP隧道，二者為一對一映射。這種將UE承載GTP隧道截斷的做法使得RN和核心網(wǎng)相互之間不可見，提高了網(wǎng)絡的可擴展性。
對于上行，RN基于UE承載的QCI完成UE承載到RN承載的映射。
對比圖10-20和圖10-21，可以看出一個顯著的區(qū)別是：在Alt1/3下，UE承載GTP隧道對DeNode B是不可見的；而在Alt2下，UE承載GTP隧道對DeNode B是可見的。
需要說明的是，EPS承載由GTP隧道和對應的無線承載組成。在Alt2和Alt3中，由于DeNode B中集成了RN的SGW/PGW功能，RN承載的GTP隧道在邏輯上仍然是存在的，所以RN的EPS承載也是客觀存在的。這形成了架構A的另一個特征：UE EPS承載與RN EPS承載之間存在嵌套關系。
架構A中的3種選項中各具優(yōu)勢：Alt1對現(xiàn)有網(wǎng)絡具有最好的兼容性；Alt3將RN的SGW/PGW功能并入DeNode B后，減少了數(shù)據(jù)傳輸途徑的節(jié)點數(shù)，相比Alt1降低了數(shù)據(jù)傳輸時延；Alt2下，RN所服務的UE的信息對DeNode B可見，為進一步進行流程優(yōu)化提供了可能。
架構A的3種子選項采用了相同的Un接口。這意味著，同一種RN可以適用于架構A的所有子選項，在標準上無需對架構A下的3種RN架構再做區(qū)分，這也為網(wǎng)絡部署帶來了實現(xiàn)的靈活度。運營商可以選擇Alt1，對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行簡單升級后快速部署RN；也可以選擇Alt2和Alt3，對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行復雜升級后部署RN，以獲得更好的網(wǎng)絡性能。
中繼架構B
架構B的特征為：S1接口的用戶平面終結于DeNode B，而控制平面終結于RN。此架構下，DeNode B集成了中繼GW的功能，可以解析經(jīng)過其傳遞的S1和X2接口消息。與Alt2類似，從核心網(wǎng)節(jié)點和相鄰eNode B看來，RN表現(xiàn)為DeNode B管理下的小區(qū)。
圖10-22 RN網(wǎng)絡架構示意圖—架構B
在架構B下，RN PGW/SGW雖然對User-UE的數(shù)據(jù)傳輸過程沒有貢獻，但其仍然是不可缺少的，因為RN的控制信息，如OAM信息等，需要經(jīng)過RN PGW/SGW發(fā)送到RN。
GTP隧道不延伸到Un接口也會帶來一定的缺點，如DeNode B對于收到的需要中轉給RN的用戶平面數(shù)據(jù)，需要先對其做協(xié)議轉換，即先從GTP隧道中取出，再發(fā)送給RN，這一過程的引入無疑增加了協(xié)議的復雜度。
對于Alt4，UE和RN的承載以及下行數(shù)據(jù)包傳輸過程如圖10-23所示。
對于連接到RN的UE，其每一條GTP隧道將和Un接口的RN無線承載一一映射，即每條GTP隧道獨占一條Un接口RN無線承載。需要注意的是，獨享的UE RN承載不含有GTP隧道的標識信息，所以不是GTP隧道。與架構A使用GTP隧道的標識信息用于區(qū)分不同UE承載不同，架構B需要在Un接口的PDCP，RLC或者MAC 協(xié)議層需要增加UE標識，即需要對Uu接口的MAC/RLC/PDCP協(xié)議需要進行改造。
圖10-23 用戶數(shù)據(jù)傳輸步驟—Alt4
架構選擇
架構A的優(yōu)勢在于對協(xié)議影響小，部署靈活，而缺點是Un接口效率低。架構B的優(yōu)點在于Un接口效率高，但缺點是對現(xiàn)有協(xié)議過程的改動較大。兩種架構相比各有優(yōu)勢和不足，尚需進一步的評估。
中繼技術相關的文章
西晉（公元265年—公元316年）是中國歷史上三國時期之后的大一統(tǒng)王朝之一，另與東晉合稱晉朝。傳四帝，國祚五十一年。若以滅東吳始，則僅立朝37年。為了區(qū)別于東晉，史稱西晉，兩晉又被稱為司馬晉。
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
