［陈志煜］



TD-LTE Relay基站综述

［陈志煜］

摘要TD-LTE Relay基站的主要作用是：在光传输无法到达的场景，作为基站覆盖的扩展和灵活的补盲、补热手段。在工程应用中具有自身独特的优势。本文描述了TD-LTE Relay基站的组网结构，分析了各种分类方式，从不同角度对Relay基站进行描述，并和微基站进行了对比。最后例举了目前部分主流厂家的设备情况。为TD-LTE Relay基站在4G网络中的部署提供参考。

关键词：中继 Relay TD-LTE 带内 带外

陈志煜

中国移动通信集团广东有限公司，北京邮电大学工程硕士，1997年本科毕业于西安电子科技大学计算机系，现任职于中国移动通信集团广东有限公司工程中心，主要负责无线网络建设管理工作。

1　引言

LTE-A系统提出下行峰值速率超过1Gbit/s和上行峰值速率超过500 Mbit/s的性能要求。为了达到这个要求，在3GPP R10阶段引入载波聚合、多点协作传输、上下行MIMO传输以及Relay（中继）等关键技术。Relay作为一种低功率、低成本的网络节点，以廉价的网络建设成本，可实现基站覆盖的延伸，同时提供系统容量。

TD-LTE Relay的主要作用是：在密集城区、居民区、山区、海域等光传输无法到达的场景，作为基站覆盖的有效扩展和灵活的补盲、补热手段。Relay设备的复杂度远低于基站，因此采用Relay覆盖上述区域的成本较低。由于Relay节点采用无线回传技术，不需要有线传输，且对无线传播环境的敏感度也远不如微波链路，因此Relay节点具有部署灵活快速的特点。小型化室外型Relay设备不需要机房等配套设施，大幅降低网络建设和运营成本。基于Relay产品的突出优势和多样化的应用场景，Relay得到了LTE运营商和厂商等的特别关注。

2　Relay组网结构

首先来看3GPP R10标准定义的Relay组网图，如图2所示。包含宿主基站（Donor eNodeB）和中继站（RelayNode）两个逻辑节点。中继作为网络中引入的新节点，需要增加两种新的连接链路：接入链路（Access link）和回传链路（Backhaul link）。接入链路（Access link）用于Relay与其服务的用户相互连接，回传链路是Relay与宿主基站间的通信链路。

图1　Relay组网图

宿主基站是在普通 eNodeB 的基础上增加了对 Relay特性相关功能的支持，宿主基站在接入普通 UE 的同时，也支持接入中继站，并承载中继站的回传流量。

中继站逻辑上又划分为 Relay remote node （RRN）和 Relay eNodeB（ReNB）两部分，RRN 包含了标准中UE的部分功能和Relay功能，而ReNB包含标准中eNodeB完整功能和Relay功能。ReNB可供覆盖范围内的普通UE接入，而RRN接入DeNB并建立LTE空口承载为ReNB提供无线回传。

3　Relay的分类

3.1按实现的协议栈分类

按照Relay中所实现的协议栈来分， Relay可分为三类：L1 Relay（层一中继）、L2 Relay（层二中继）和L3 Relay（层三中继）。L1 Relay也被称为Repeater，类似于直放站，仅实现物理层信号的放大转发功能。L1 Relay的优点在于产生的时延较短，且中继处理算法简单。缺点也很明显，会引入放大的噪声，降低系统性能。

L2 Relay中包含了MAC层功能和RLC层功能。从协议功能上看，L2 Relay具有解码转发和调度功能，同时具有部分资源分配功能，但没有完整的层三资源管理功能。对MAC SDU进行复用和解复用以及优先级的处理。可以和基站进行协调，对中继和UE进行无线资源分配等。不同于L1 Relay，L2 Relay没有放大噪声信号，可保证更好的信号质量。

L3 Relay相比L2 Relay包含了更多功能，可以执行部分或者全部的RRC功能。L3 Relay就是一个无线回传的基站。相比L1 Relay，L2 Relay造价也更高，结构更复杂，但是功能也更强大。

3.2 3GPP中Relay的分类

（1） 带内Relay和带外Relay

若 RN 的回传链路和接入链路使用相同的载频，则称为带内 Relay，若 RN 的回传链路和接入链路使用不同的载频，则称为带外Relay。当频谱资源比较紧张时，考虑使用带内Relay。当频谱资源较丰富时，建议使用带外Relay。和带内Relay相比较，带外Relay的优势在于：可避免Relay和宏站之间的干扰。增加回传链路调度灵活性，不受回传链路MBSFN子帧配置限制。当需要增加回传链路容量时，可以考虑使用CA。避免3：1时隙配比下对带内Relay的性能影响。

（2）透明Relay和非透明Relay概念

用户（UE）通过Relay进行通信，若UE不知道自身是否通过Relay与网络进行通信，则称为透明Relay，若UE知道自身是否通过Relay与网络进行通信，则称为不透明Relay。

（3） 3GPP中定义的Relay类型

3GPP R10定义了Type1 Relay（L3 Relay）和Type2 Relay（L2 Relay）。L1 Relay被排除在3GPP R10的考虑之外。最终在3GPP R10版本中，只有Type1 Relay被重点考虑，赋予了最高优先级，并实现了标准化。

在Type1 Relay的基础上，根据频谱使用方式的不同，衍生出两种子类型Relay： Type 1a 和Type 1b。 它们是为了解决回传链路和接入链路信号互干扰问题而衍生出来的Type1 Relay的具体实现，因此并没有在3GPP 规范中给予标准化。

Tyep 1a Relay具备Type1 Relay的大部分特征，但他的回传链路和接入链路使用的频谱是不同的。也就是带外Relay。Type 1b也具备Type 1 Relay的大部分特征，与Type 1a不同的是，Type 1b Relay也是带内Relay，但它通过对回传链路和接入链路的物理隔离，使得Relay可以同时工作在两条链路上且不发生相互干扰。3GPP定义的几种Relay的特点如表1所示。

表1　3GPP定义的几种Relay

另外，根据应用场景的不同，3gpp还定义了Mobile Relay 和Indoor Relay。Mobile Relay应用于移动场景，Indoor Relay应用于室内场景。针对这两种特定的场景，进行了一些特殊的设计和优化。最终两种Relay也没有在3GPP 规范中实现标准化。

3.3一体化Relay和分体式Relay

从设备形态上来分，有一体化Relay和分体式Relay基站，如图2所示。一体化Relay的回传和接入链路集成在同一个模块内。分体式Relay的回传和接入链路分布在不同的模块。分体式可以灵活部署回传及接入模块，单独升级、单独管理。且由于不需要回传天线单独拉出，损耗较小。一体化Relay的安装比分体式Relay简单，但如果其回传链路使用外置天线，并且天线和Relay之间的馈线损耗较大，则可能对回传链路的接收灵敏度产生一定影响。

图2　一体化Relay基站和分体式Relay基站

由于Relay的性能瓶颈在于其回传链路的性能，因此，在部署Relay时，回传天线需要安装在宿主基站信号较好的地方，且优先考虑使用高增益定向天线，尽可能高质量的接收到宿主基站的信号，并抑制周边站点的干扰信号。

4　TD-LTE Relay 和微基站的对比

根据应用场景的不同规划，目前TD-LTE基站有4种类型：宏基站、微基站、Relay和微微基站。如表2所示。宏基站主要用于室外广覆盖，微微基站用于室内覆盖，微基站和Relay主要用于室外补盲和室外热点区域补充覆盖。

表2　TD-LTE基站类型

Relay的小区覆盖半径与微基站相当，部署方式也与微基站基本类似，如无需机房等配套，支持一体化天线等。从某种意义上说，Relay类似于一种使用LTE无线回传方式的微站。在需要部署小站站型的站址，如果有线回传条件具备，则优选部署微站。如果有线回传条件不具备，则可以考虑使用无需有线回传的Relay解决。

5　部分厂家TD-LTE Relay基站

5.1部分厂家TD-LTE Relay基站

目前各主流设备厂家均推出了TD-LTE Relay基站产品。产品类型有带内Relay和带外Relay，设备形态既有分体式设备，也有一体化设备。产品普遍支持20M工作带宽。表3列出了具有代表性的华为和中兴厂家的TDLTE Relay基站。

华为TD-LTE Relay基站采用厂家私有方案，与3GPP 标准 Relay 架构相比，主要不同点在于：回传模块RUE-MME和RUE-HSS功能下移到DeNB内，RUE的控制面和用户面终结在宿主基站DeNB。优点：RN的设备数据在DeNB配置，部署只涉及eNB升级和部署RN，对核心网解耦（MME、HSS）。不涉及到新增MME和DeNB的S11接口，降低了端到端的互操作测试工作量。后续支持接入GSM、TD-SCDMA等制式的小站和宏站。缺点：属于厂家私有方案，施主eNB和Relay具有强绑定关系，只能同厂商互联。

表3　华为和中兴厂家TD-LTE Relay基站产品

中兴两款TD-LTE Relay基站产品分别是遵循3GPP标准定义的Type 1 Relay和Type 1a Relay来开发的。优点是：标准方案可以支持异厂商的DeNB和Relay间的互联互通。缺点：需对核心网进行配置。

6　总结

3GPP R10定义了Type1 Relay（L3 Relay）和Type2 Relay（L2 Relay）。在Type1 Relay的基础上，衍生出Type 1a 和Type 1b两种类型的Relay。根据RN的回传链路和接入链路使用的载频是相同还是不同，分出带内 Relay和带外Relay。从设备形态上来分，有一体化Relay和分体式Relay基站。和微基站相比，在需要部署小站站型的站址，如果有线回传条件具备，则优选部署微站，如果有线回传条件不具备，则考虑使用Relay解决。目前各主流设备厂家均推出了TD-LTE Relay基站产品，各有优势。Relay基站具有体积小、重量轻，安装部署灵活的特点。能有效解决光传输无法到达的城区、农村、高速和海域等区域的4G网络覆盖问题。能满足运营商对其网络快速、灵活、低成本部署的要求，具有广阔的应用前景。

参考文献

1刘冰婷.小型化基站设备在TD-LTE建设中的应用.中国新通信，01期，2015

2沈嘉.LTE-Advanced 关键技术演进趋势. 移动通信，2008年8月

3王竞，刘光毅.TD-LTE系统中的Relay技术研究和标准化.电信科学，12期，2010

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5沈嘉，索士强，全海洋.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计．人民邮电出版社，2008

63GPP_R10_relay调研报告.2010.12

7华为、中兴等设备厂家技术资料

DOI：10.3969/j.issn.1006-6403.2016.04.010

收稿日期：（2016-03-18）