中繼技術:簡介,中繼物理層技術,類型1 中繼（Type I Relay）,類型Ⅱ

中繼（Relay）技術，就是在基站與移動台之間增加了一個或多箇中繼節點，負責對無線信號進行一次或者多次的轉發，即無線信號要經過多跳才能到達移動台。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。

基本介紹

中文名：中繼技術
外文名：Relay
套用學科：通信

簡介,中繼物理層技術,類型1 中繼（Type I Relay）,類型Ⅱ 中繼（Type II Relay）,中繼高層技術,中繼架構A,中繼架構B,架構選擇,

簡介

相比以往的移動通信系統，LTE-Advanced可能使用覆蓋能力較差的高頻載波以及支持高數據速率業務的需求，因此可能需要部署更多的站點。如果所有的基站與核心網之間的回程鏈路（Backhaul）仍然使用傳統的有線連線方式，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，還有非常廣泛的套用前景，因此吸引了眾多運營商和廠商的興趣。

中繼節點（RN，Relay Node）通過無線連線到其歸屬的eNode B小區（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）。

根據中繼節點在網路中實現功能的不同，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 不獨立管理小區的RN：此類RN沒有獨立的小區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、解碼轉發中繼，層2中繼以及後面描述的類型2中繼都屬於此類的RN。

② 獨立管理小區的RN：此類RN具有獨立的小區ID，具有獨立的無線資源管理功能，其管理的小區能夠接入LTE R8終端。層3中繼以及後面描述的類型Ⅰ中繼都屬於此類的RN。

中繼物理層技術

類型1 中繼（Type I Relay）

在LTE-Advanced研究中，3GPP RAN主要研究和標準化“類型Ⅰ中繼”，其特性如下。

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，並擁有獨立的物理層小區ID，傳送獨立的同步信號、參考符號等。

③ 歸屬到類型Ⅰ中繼的R-UE直接從中繼節點接收調度信令和HARQ反饋信令，並直接向中繼節點傳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 對於LTE-A終端，類型Ⅰ中繼允許提供有別於普通LTE R8 eNode B的增強特性以提高系統性能。

可以看到，類型Ⅰ中繼屬於前面提到的帶內、非透明、獨立管理小區的RN，類型Ⅰ中繼具有與普通eNode B類似的功能。

根據前面的定義，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同時進行，由於RN節點的收/發通道之間並不總是有良好的信號隔離，因此，將出現RN的傳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，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；

l　RN→Donor eNode B的傳輸在eNode B和RN的上行子幀完成。

在LTE R8中，終端在非DRX狀態下每個下行子幀都對控制區域進行檢測和測量，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，採用了R8協定中已經定義的MBSFN子幀的工作方式，如圖10-11所示。在一個MBSFN子幀的非控制區域，RN接收來自於Donor eNode B的下行回程數據，同時不向R-UE傳送任何信號。基站通過高層信令告知RN作為回程傳輸的下行子幀。同時，基站需要預先告知RN作為回程傳輸的上行子幀，RN避免在這些上行子幀中對R-UE進行調度。

對於存在RN部署的TD-LTE-Advanced系統，為了支持上下行對稱和非對稱業務，接入鏈路可以配置為上下行對稱和非對稱的子幀配比，因此，回程鏈路也應當支持根據實際業務情況支持靈活的子幀分配方式，如圖10-12所示，這部分內容還在3GPP RAN1研究和討論過程中。

RN在MBSFN子幀的控制區域需要向R-UE傳送控制信令，由於自干擾的限制，無法同時接收Donor eNode B傳送的信號，因此3GPP RAN1正在研究和討論專門針對RN的下行控制信令設計，稱為R-PDCCH（Relay-PDCCH）。目前主流的兩種P-PDCCH設計方案有兩大類。

（1）常規R-PDCCH：Donor eNode B為歸屬於其下的多個RN分配相同的R-PDCCH區域，每個RN在該公共區域內採用類似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 （回程下行數據傳輸信道）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，這裡沒有描述RN收發切換對回程傳輸帶來的影響。

（1）TDM復用方式：在MBSFN子幀的非控制區域中，R-PDCCH與R-PDSCH為單純的時分復用的關係，如圖10-13所示。其中R-PDCCH頻率上占用整個系統頻寬，時間上占用的OFDM符號數目可以由基站配置。

（2）FDM復用方式：在MBSFN子幀的非控制區域中，R-PDCCH與R-PDSCH為單純的頻分復用關係，如圖10-14所示。其中R-PDCCH時間上占用MBSFN子幀中非控制區域的所有OFDM符號，頻率上占用的PRB數目可以由基站配置。

（3）TDM+FDM混合方式：在MBSFN子幀的非控制區域中，R-PDCCH與占用相同頻域位置的R-PDSCH資源為TDM復用方式，與另一部分R-PDSCH資源為FDM復用方式，如圖10-15所示。其中R-PDCCH占用PRB和符號數目可以由基站配置。

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點；

② 它沒有獨立的物理層小區標識，不能創建新的小區；

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中繼屬於“不獨立管理小區的”、“透明的”中繼類型，主要用於增強終端的PDSCH接收性能，從而達到提高小區整體吞吐量的目的。類型Ⅱ中繼由於不傳送CRS和PDCCH等公共信號，因此不能作為擴展小區覆蓋的解決方案。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 下行非協作傳輸，即基站將（重傳）調度信息和下行數據包傳送給中繼節點，下行數據初傳和重傳都是在中繼節點和用戶終端之間進行，基站不參與向用戶終端的下行數據傳輸；

② 下行協作初傳和重傳，即基站將（重傳）調度信息和下行數據包傳送給中繼節點，下行數據的初傳和重傳都是由基站和中繼節點協作完成的；

③ 下行協作重傳，即下行數據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傳送給中繼節點，基站和中繼節點協作向用戶終端傳送下行數據包。

總體上看，3GPP RAN1對類型Ⅱ中繼的研究還處於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，根據協定棧結構的不同，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

架構A的特徵為：S1接口的用戶平面和控制平面都終結於RN。在架構A中，Alt1是其中最基礎的架構選項，Alt2和Alt3是對Alt1進行最佳化得到的。

如圖10-19所示，RN由兩部分邏輯功能組成：eNode B功能和UE功能（又稱為Relay-UE）。其中，eNode B功能用於為User-UE（在RN下工作的UE）提供接入服務；Relay-uE功能用於在回程連線上收發數據。為使RN的UE功能可以正常工作，LTE-Advanced系統中引入了Relay-UE的MME和Relay-UE的SGW/PGW功能。

從圖10-19可以看出，架構選項Alt1、Alt2和Alt3的差異對於RN而言是透明的，它們屬於同一種架構體系，之間的區別體現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功能分別位於不同的物理節點；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，其只存在於架構選項Alt2中。中繼網關用於完成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並中轉經過其傳輸的S1接口和X2接口訊息。中繼網關功能對於RN、UE的核心網節點以及其他eNode B而言都是不可見的。

對於上述3種架構選項，現有的S1接口協定無需做任何改動。在Alt1和Alt3下，DeNode B只是將被封裝入隧道的S1接口訊息映射到一條Un接口承載上進行傳輸，DeNode B無法獲悉其中轉的S1接口訊息的具體內容。在Alt2中，DeNode B可以獲悉經其中轉的S1接口訊息。Alt2中DeNode B的中繼GW功能帶來的另一個優點是降低了DeNode B下RN的數量擴展對UE核心網節點的影響。DeNode B將為UE服務的RN與UE的核心網節點禁止開，在UE的核心網節點看來RN控制的小區就是DeNode B所控制的小區；同時DeNode B對RN禁止了UE的核心網節點，在RN看來DeNode B就是UE的核心網節點。

與S1接口協定類似，對於上述3種架構選項，X2接口協定也無需做任何改動。在Alt2下，DeNode B能夠獲悉經其中轉的X2接口訊息。在Alt2下，DeNode B對鄰eNode B禁止了其服務的RN，在鄰eNode B看來RN控制的小區就是DeNode B所控制的小區；DeNode B對RN禁止了鄰eNode B，在RN看來其鄰小區都是DeNode B控制的小區。

1．Alt1/3中的數據傳輸過程

對於Alt1和Alt3，UE和RN承載以及下行數據包傳輸過程如圖10-20所示。

（1）發往UE的數據包由UE的PGW根據相應的數據包過濾規則（通常根據數據包所屬業務的QoS進行分類）確定其所屬的UE EPS承載，並通過對應的GTP隧道（位於UE的SGW/PGW和RN之間）進行傳輸。

（2）對於上述數據包，UE SGW/PGW根據包過濾規則分類（通常根據數據包所屬業務的QoS進行分類）確定其所屬的RN EPS承載類型，並在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隧道數據包，根據數據包過濾規則（基於IP包頭中的DS域）將其分類為不同的RN承載，並根據分類結果將該數據包通過第二層GTP隧道（位於RN的SGW/PGW和DeNode B之間）進行傳輸。對於由同一個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。

（4）DeNode B維護RN GTP隧道與RN無線承載之間的一一映射關係，根據收到的數據包所屬的RN GTP隧道確定對應的RN無線承載，並在Un接口將數據包發往RN。

（5）RN維護UE GTP隧道與UE無線承載之間的一一映射關係，根據收到的數據包所屬的UE GTP隧道確定對應的UE無線承載，並在Uu接口將數據包發往UE。

在上行，RN基於UE承載的QCI來完成UE承載到RN承載的映射。

2．Alt2中的數據傳輸過程

對於Alt2，在UE的SGW/PGW和DeNode B之間，每個UE承載對應一條GTP隧道，這條隧道在DeNode B被轉化為另一條GTP隧道，用於從DeNode B到RN的傳輸，兩條GTP隧道一一映射，下行數據包的傳輸過程如圖10-21所示，Alt2與Alt1/3的不同主要體現在以下兩方面。

（1）DeNode B可以通過解析S1訊息知道每一條UE EPS承載的QoS信息，所以，由DeNode B基於收到的數據包所屬的UE EPS承載的QCI（通過承載設定時建立起的GTP TEID與之的關係進行過濾）確定該數據包所屬的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和核心網相互之間不可見，提高了網路的可擴展性。

對於上行，RN基於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，由於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的另一個特徵：UE EPS承載與RN EPS承載之間存在嵌套關係。

架構A中的3種選項中各具優勢：Alt1對現有網路具有最好的兼容性；Alt3將RN的SGW/PGW功能併入DeNode B後，減少了數據傳輸途徑的節點數，相比Alt1降低了數據傳輸時延；Alt2下，RN所服務的UE的信息對DeNode B可見，為進一步進行流程最佳化提供了可能。

架構A的3種子選項採用了相同的Un接口。這意味著，同一種RN可以適用於架構A的所有子選項，在標準上無需對架構A下的3種RN架構再做區分，這也為網路部署帶來了實現的靈活度。運營商可以選擇Alt1，對現有網路進行簡單升級後快速部署RN；也可以選擇Alt2和Alt3，對現有網路進行複雜升級後部署RN，以獲得更好的網路性能。

中繼架構B

架構B的特徵為：S1接口的用戶平面終結於DeNode B，而控制平面終結於RN。此架構下，DeNode B集成了中繼GW的功能，可以解析經過其傳遞的S1和X2接口訊息。與Alt2類似，從核心網節點和相鄰eNode B看來，RN表現為DeNode B管理下的小區。

與架構A的不同在於，架構B中Un口的用戶平面承載結構不再採用在UE EPS承載外層嵌套RN EPS承載的結構，而是將UE EPS承載直接一一映射為Un接口RN無線承載。這樣的映射方式避免了GTP隧道嵌套帶來的Un接口的協定開銷過大的問題。同時，由於在User-UE的數據傳輸過程中，不再需要RN EPS承載，所以與RN EPS承載相關的功能，如中繼的UE功能、Relay-UE的MME和SGW/PGW功能等，在User-UE的數據傳輸過程中不再發揮作用，如圖10-22所示。

在架構B下，RN PGW/SGW雖然對User-UE的數據傳輸過程沒有貢獻，但其仍然是不可缺少的，因為RN的控制信息，如OAM信息等，需要經過RN PGW/SGW傳送到RN。

GTP隧道不延伸到Un接口也會帶來一定的缺點，如DeNode B對於收到的需要中轉給RN的用戶平面數據，需要先對其做協定轉換，即先從GTP隧道中取出，再傳送給RN，這一過程的引入無疑增加了協定的複雜度。

對於Alt4，UE和RN的承載以及下行數據包傳輸過程如圖10-23所示。

對於連線到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隧道的標識信息用於區分不同UE承載不同，架構B需要在Un接口的PDCP，RLC或者MAC 協定層需要增加UE標識，即需要對Uu接口的MAC/RLC/PDCP協定需要進行改造。

架構選擇

架構A的優勢在於對協定影響小，部署靈活，而缺點是Un接口效率低。架構B的優點在於Un接口效率高，但缺點是對現有協定過程的改動較大。兩種架構相比各有優勢和不足，尚需進一步的評估。

中繼技術