Relay技術(shù)在LTE覆蓋解決方案中的應(yīng)用研究

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)天津有限公司，天津 300090）

Relay技術(shù)在LTE覆蓋解決方案中的應(yīng)用研究

汪鵬

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)天津有限公司，天津 300090）

Relay技術(shù)作為一項(xiàng)LTE-A關(guān)鍵技術(shù)，具有低成本、靈活拓展等優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋能力與吞吐效率。重點(diǎn)分析了Relay技術(shù)原理、Relay MBSFN子幀實(shí)現(xiàn)方式，并結(jié)合中國(guó)移動(dòng)LTE現(xiàn)網(wǎng)狀況，提出利用Relay實(shí)現(xiàn)GSM直放站覆蓋場(chǎng)景LTE延伸覆蓋的解決方案。通過(guò)LTE現(xiàn)網(wǎng)中驗(yàn)證測(cè)試，該方案的部署可提升LTE小區(qū)邊緣覆蓋率67%、增加LTE邊緣速率129%。

Relay；LTE-Advanced；M子幀；覆蓋擴(kuò)展

LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)提出了很高的系統(tǒng)容量要求，而可提供承載此容量的大帶寬頻譜只能在高頻段獲得[1]。高頻段所引入的傳播路徑損耗嚴(yán)重、穿透損耗較大，導(dǎo)致LTE覆蓋尤其室內(nèi)覆蓋能力嚴(yán)重不足。為此LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)引入了Relay中繼技術(shù)，通過(guò)新增Relay中繼節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、再生處理與轉(zhuǎn)發(fā)，有效延伸LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。

1 Relay技術(shù)

1.1 Relay實(shí)現(xiàn)

Relay技術(shù)通過(guò)在原有LTE基站覆蓋邊緣新增RN節(jié)點(diǎn)（Relay Node，中繼節(jié)點(diǎn)），LTE基站將信號(hào)發(fā)送至RN節(jié)點(diǎn)，再由RN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至終端UE，使得UE通過(guò)RN節(jié)點(diǎn)獲得無(wú)線帶寬服務(wù)，減少無(wú)線鏈路的空間損耗、增加信噪比，進(jìn)而提高原邊緣用戶信道覆蓋能力。

1.2 Relay網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

1．2．1 Relay無(wú)線鏈路

傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)中，宏基站與UE終端通過(guò)空口直傳鏈路（Direct Link）進(jìn)行上下行通信。引入Relay中繼節(jié)點(diǎn)后，無(wú)線鏈路劃分為L(zhǎng)TE宏基站與Relay中繼節(jié)點(diǎn)間的回傳鏈路（Backhaul Link）以及Relay中繼節(jié)點(diǎn)與Relay覆蓋區(qū)域終端間的接入鏈路（Access Link）兩部分，無(wú)線鏈路示意圖如圖1所示。

圖1 中繼小區(qū)的無(wú)線鏈路示意圖

1．2．2 Relay干擾抑制

LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)中Relay分為帶內(nèi)Relay以及帶外Relay等兩種方式。對(duì)于帶外Relay，回傳鏈路與接入鏈路采用異頻方式，無(wú)須特殊手段即可保證干擾抑制。但由于帶外Relay額外占用頻點(diǎn)，無(wú)法增加系統(tǒng)容量，對(duì)系統(tǒng)效率提升效果不明顯。

對(duì)于帶內(nèi)Relay，回傳鏈路與接入鏈路采用同頻方式，為抑制回傳鏈路與中繼鏈路干擾，3GPP協(xié)議提出TDM時(shí)分復(fù)用及MBSFN子幀模式（簡(jiǎn)稱M子幀）的解決方式[2]。當(dāng)eNB-to-Relay的Backhaul Link無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，Relay-to-UE的Access Link為普通子幀模式；當(dāng)eNB-to-Relay的Backhaul Link有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，Relay-to-UE的Access Link為M子幀模式。

在M子幀模式下，Relay在前1～2個(gè)OFDM符號(hào)向UE下發(fā)PDCCH控制信息，此后經(jīng)過(guò)一個(gè)由發(fā)送到接收的Gap轉(zhuǎn)換時(shí)間后，Relay停止向UE下發(fā)數(shù)據(jù)并開(kāi)始從eNB接收backhaul Link的下行數(shù)據(jù)。利用M子幀發(fā)送數(shù)據(jù)示意圖如圖2所示。

1．2．3 Relay M子幀對(duì)速率影響分析

對(duì)于TDD LTE系統(tǒng)，1個(gè)10 ms無(wú)線幀被分為10個(gè)1 ms的無(wú)線子幀，其中子幀0以及子幀5用于傳輸同步信道PSCH， SSCH和廣播信道PBCH，子幀1及子幀6用于傳輸尋呼信息，0，1，5，6子幀不能被配置為MBSFN子幀。此外針對(duì)TDD系統(tǒng)，考慮HARQ反饋位置限制，可配置為MBSFN子幀的位置進(jìn)一步受限。針對(duì)eNB宿主宏站常用DL-UL子幀2：2及3：1配比模式下，可配置為M子幀位置如表1所示[3]。

圖2 M子幀進(jìn)行Backhaul鏈路下行傳輸過(guò)程（UE1為Macro-UE，UE2為R-UE）

以eNB DL-UL子 幀3：1配置為例，由于可配置為M子幀位置資源受限，在M子幀配置為7或8時(shí)，用于backhaul link的下行子幀數(shù)量?jī)H為2個(gè)。由此eNB-RN的回傳鏈路最大下行峰值速率僅為eNB覆蓋下行峰值速率的2/7.43=26.92%（eNB特殊子幀10：2：2配比、下行速率約為普通子幀的10 ofdm/14 ofdm=71.5%估算），故而RN覆蓋下的UE峰值速率與傳統(tǒng)eNB宏站覆蓋存在一定速率劣勢(shì)。

2 Relay在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用

2.1 Relay現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受限輸出功率、覆蓋區(qū)域建筑屏蔽等因素影響，傳統(tǒng)宏基站覆蓋模式無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)室內(nèi)全覆蓋。GSM時(shí)期，針對(duì)建筑屏蔽嚴(yán)重宏站無(wú)法徹底解決的中小型場(chǎng)景，通過(guò)建設(shè)直放站解決室內(nèi)信號(hào)覆蓋問(wèn)題。LTE網(wǎng)絡(luò)由于工作頻段更高、傳播與穿透損耗較之GSM更嚴(yán)重，導(dǎo)致原有GSM直放站覆蓋場(chǎng)景下的LTE網(wǎng)絡(luò)普遍存在弱覆蓋問(wèn)題。

表1 TDD常用配比下M子幀配置示意圖

根據(jù)LTE Relay無(wú)需鋪設(shè)傳輸、無(wú)需安裝GPS，只需電源配套即可快速部署的優(yōu)勢(shì)，提出利用Relay解決直放站場(chǎng)景LTE覆蓋方案，并在南開(kāi)區(qū)咖啡傳奇餐廳完成現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證。通過(guò)將Relay信號(hào)通過(guò)合路器饋入原有直放站系統(tǒng)，室內(nèi)LTE RSRP覆蓋電平由-105 dBm提升至-80 dBm左右，LTE平均下載速率由7 Mbit/s提升至16 Mbit/s，實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

2.2 Relay現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用效果驗(yàn)證

現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用Relay回傳天線與宿主eNB天線相距200m左右，視距傳播。室外回傳天線Un口處測(cè)得RSRP= -83 dBm、SINR=14 dB、MCS=22。在20 Mbit/s帶寬100 RB條件下，MCS=22對(duì)應(yīng)TBS=20；根據(jù)3GPP 36.213協(xié)議中TBS-L1及TBS-L2表[4]，對(duì)應(yīng)單時(shí)隙下行最大傳輸比特?cái)?shù)為46 888(單流)/93 800(雙流)bit。

考慮2×2 MIMO、M子幀配置1個(gè)PDCCH條件下，則單個(gè)子幀峰值傳輸比特?cái)?shù)為=93 800×(13/14) =87 100 bit。在M子幀配置為下行優(yōu)先的模式7或模式8下，1個(gè)LTE無(wú)線幀可配置2個(gè)下行M子幀，則eNB-Relay的下行峰值速率為87 100×2/10 ms = 16.6 Mbit/s。

根據(jù)Relay開(kāi)通后室內(nèi)測(cè)試情況，Relay覆蓋下UE的下行吞吐量達(dá)到16 Mbit/s，與理論算得的16.6 Mbit/s基本一致。開(kāi)通后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試詳情如圖3所示。

LTE Relay開(kāi)啟前，當(dāng)?shù)厥覂?nèi)平均RSRP-105 dBm，LTE覆蓋率（RSRSP＞-100 dBm占比）僅60%，下行吞吐量?jī)H7 Mbit/s；Relay開(kāi)通后平均RSRP提升至-80 dBm，LTE覆蓋率（RSRSP＞-100 dBm占比）達(dá)到100%，下行吞吐量達(dá)到16 Mbit/s。測(cè)試數(shù)據(jù)表明該方案的部署實(shí)現(xiàn)LTE邊緣覆蓋率67%提升、LTE邊緣速率129%的提升效果，達(dá)到預(yù)期效果。

2.3 Relay應(yīng)用場(chǎng)景建議

通過(guò)利用Relay實(shí)現(xiàn)GSM直放站覆蓋場(chǎng)景LTE延伸覆蓋的解決方案證明了Relay在LTE補(bǔ)盲場(chǎng)景下的應(yīng)用效果。結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，提出如下應(yīng)用場(chǎng)景建議：

（1） 原GSM直放站覆蓋的中小型室內(nèi)場(chǎng)景，利用Relay實(shí)現(xiàn)LTE延伸覆蓋；

（2） 城區(qū)高樓遮擋導(dǎo)致的陰影盲區(qū)，利用路燈桿、高樓裙樓等架設(shè)Relay實(shí)現(xiàn)道路LTE信號(hào)補(bǔ)盲；

（3） 山區(qū)、農(nóng)村傳輸無(wú)法鋪設(shè)或者宏站站址物業(yè)難以協(xié)調(diào)的場(chǎng)景，采用Relay快速部署。

3 小結(jié)

圖3 Relay開(kāi)啟前后RSRP及下行吞吐量CDF對(duì)比

本文針對(duì)Relay技術(shù)原理、MBSFN子幀配比與下載速率影響等方面進(jìn)行研究，并結(jié)合Relay無(wú)需傳輸資源、靈活快捷組網(wǎng)特點(diǎn)，提出利用Relay解決GSM無(wú)線直放站覆蓋場(chǎng)景的LTE深度覆蓋方案。通過(guò)在LTE現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用，Relay部署后室內(nèi)LTE覆蓋能力及吞吐量得到有效提升，為現(xiàn)網(wǎng)Relay規(guī)模部署提供了有效示范。

同時(shí)Relay受限MBSFN子幀配置資源，Relay覆蓋區(qū)域下行峰值速率明顯低于LTE宏站峰值速率，需后續(xù)推動(dòng)廠家提供MBSFN子幀#9/#10配比、Backhaul鏈路Relay-eNB上行雙流MIMO支持以及256 QAM等更高階調(diào)制能力支持等手段，進(jìn)一步提升Relay峰值速率。

[1] 王競(jìng)，劉光毅． LTE-Advanced系統(tǒng)中的Relay技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)化[J]． 電信科學(xué)， 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

韓國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商LG Uplus攜手華為完成全球首個(gè)U-LTE演示

2014年10月15日，韓國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商LG Uplus攜手華為在首爾聯(lián)合發(fā)布了全球首個(gè)U-LTE演示。此次演示通過(guò)U-LTE技術(shù)將2.6 GHz上20 MHz帶寬的許可頻段，與5.8 GHz上20 MHz的免許可頻段進(jìn)行了載波聚合，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)300 Mbit/s的峰值速率。

LG Uplus副社長(zhǎng)金泰善參加了U-LTE的演示發(fā)布會(huì)，并給出了很高的評(píng)價(jià)。他認(rèn)為，U-LTE技術(shù)可以彌補(bǔ)LG Uplus在頻譜資源上的不足，未來(lái)將極大的提升LG Uplus的網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)力和品牌影響力。頻譜是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的核心競(jìng)爭(zhēng)力，U-LTE技術(shù)能夠在避免干擾的情況下在免許可頻段內(nèi)使用LTE技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)許可頻段和免許可頻段的有效聚合。該技術(shù)能夠讓MBB網(wǎng)絡(luò)容量得到極大拓展，并且提升免許可頻段的使用效率。與此同時(shí)，U-LTE業(yè)務(wù)還可以與LTE業(yè)務(wù)無(wú)縫切換，無(wú)需改動(dòng)核心網(wǎng)現(xiàn)有安全、網(wǎng)管、計(jì)費(fèi)架構(gòu)等，最大程度為運(yùn)營(yíng)商節(jié)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