3GPP R10 relay调研报告.docx
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3GPPR10relay调研报告
R10中继技术总结报告
2010年12月
目录
1.中继技术概要3
1.1.中继技术综述3
1.2.3GPPRelay技术发展历程4
1.2.1.学术界中对中继站的分类5
1.2.2.3GPP中对中继站的分类5
1)Type1RelayandType2Relay6
2)Type1Relay,Type1aRelayandType1bRelay6
3)MobileRelayandIndoorRelay7
1.3.3GPPRelay系统框架8
2.RAN1Relay标准化过程9
2.1问题1:
Backhaul资源分配10
2.2问题2:
Backhaullink与Accesslink资源的合理分配11
2.3问题3:
Relaybackhaullink设计12
2.4问题4:
HARQ13
3.RAN2Relay标准化过程14
3.1.问题1:
RLF(RadiolinkFailure)14
3.2.问题2:
UnconfigurationwithOAMorRRC15
3.3.问题3:
Systeminformationupdate16
3.4.问题4:
RACHaccesshandling16
3.5.一切其他结论17
4.RAN3Relay标准化过程18
4.1问题1:
Relay系统协议结构18
4.2问题2:
OAM框架20
4.3问题3:
RNstartupprocedure21
4.4问题4:
ChoiceofRNHOtype22
4.5一些其他结论24
5.参考文档24
1.中继技术概要
1.1.中继技术综述
随着现在无线通信技术的不断发展,频谱资源已经变得格外紧张。
为了获得3GPPLTE-A制定的高速无线宽带接入的设计目标,根据现有的频谱分配方案,获得容量的大宽带频谱在较高频段,而该频段路损和穿透损都较大,很难实现好的覆盖。
中继技术(Relay)作为LTE-Advanced系统的关键技术可以很好地解决这一问题,它为小区带来更大的覆盖范围和系统容量。
中继技术最终在R10中被引入到3GPP家族,长期以来受到各大运营商,设备生产商的广泛关注。
Fig.1中继(Relay)系统
所谓中继技术,简单的说,就是在下行方向,基站发给UE的信号不直接发给UE,而是先发给一个中继站,然后再由中继站转发给UE;在上行方向,UE的上行信号也不直接发给基站,而是先发给一个中继站,然后再由中继站转发给基站,如Fig.1所示。
中继的主要作用是扩大小区的覆盖面积和提高系统容量:
Relay可以为小区中阴影衰落严重的地区以及覆盖死角提供服务信号,同时如果中继站放置在原有小区覆盖范围内,如一些热点地区和室内也可以起到提高系统容量的作用。
Relaynode的主要特点有(如Fig.2所示):
–降低网络成本:
不需要回传光纤;不需要设备机房;
–布网快速灵活:
体积小;无线回传。
–扩大网络覆盖:
无线中继
–提高网络容量:
分布式天线;资源复用;协调通信。
Fig.2Relay的特点
Fig.3给出了中继的可能应用场景。
Fig.3.Relay的可能应用场景
1.2.3GPPRelay技术发展历程
中继作为网络中引入的新节点,需要增加一些新的连接链路。
在存在中继的基站小区内,根据链路服务对象的不同连接链路可分为以下三种:
接入链路(Accesslink)、直连链路(Directlink)以及中继链路(回传链路Backhaullink)。
如Fig.4所示,直连链路用于基站与附近用户的直接通信(如Fig.4的链路L1);接入链路(Accesslink)用于中继与中继服务的用户相互连接(如L3);中继链路则是服务于中继与基站间的通信,这条链路也被称作回传链路(Backhaullink,如L3)。
图中UE1被称为MacroUE;UE2被称为R-UE或RemoteUE。
Fig.4.中继小区的无线链路示意图
学术界曾经根据中继执行功能的不同将中继分成了三种:
层1中继、层2中继、层3中继。
但在3GPP的讨论中这种分类方法有所变化。
1.2.1.学术界中对中继站的分类
层1中继也被称为Repeater(类似直放站),它仅仅起到了放大信号和继续向前传输数据的作用。
这种中继将基站(或者用户)发送来的数据经放大后转发给用户(或者基站)。
层1中继的优点在于他只会产生较低的延时,且中继处理算法简单。
但其缺点也显而易见:
层1中继不仅会放大噪声和干扰信号而且还需要在发射侧和接受侧指间设置很好的物理屏蔽。
层2中继中包含了MAC层功能,也可以包含RLC层功能。
该种中继可以执行调度功能,可以对MACSDU进行复用和解复用以及优先级的处理。
层2中继可以和基站进行协调对中继和UE进行无线资源分配等。
除此之外,层2中继还可以选择性的加入外环的ARQ功能和RLCPDU的划分和连接功能。
层2中继可以将收到的信号解析后,根据中继和用户间的信道情况重新编码然后再次发送给用户。
这种中继的好处在于保证了UE获得的传输信号的准确性,不同于层1中继,没有放大噪声和干扰信号。
同时此种中继的引入可以获得更高的信号质量,这也是中继的主要优势所在。
由于层2中继需要对数据解码,所以会产生很大的延时。
同时层2对基站与中继间的链路传输准确性要求很高,如果在这部分链路上因为传输错误而进行重传,则会给用户的业务传输带来更大延时。
层3中继相比层2中继包含了更多功能,可以执行部分或者全部的RRC功能,可以降低RRC连接设置的延时,对数据进行快速路由以及对移动性进行管理。
层3中继的引入将产生更多的切换场景,如基站和中继的切换,中继和中继的切换等。
所以层3中继中还将添加层3的测量功能,用于进行基于中继的切换判决。
层3中继的功能更加接近于基站,相比层1,层2的中继造价也更高,结构更复杂,但是功能上也更强大。
在3GPP的长期讨论中,最终将层1的Relay排除在3GPPR10的考虑之内,并在RAN1#55次会议后逐渐形成了对Relay节点的分类方法。
1.2.2.3GPP中对中继站的分类
在给出3GPPRelay具体分类前,我们首先看看3GPP对Relay功能区分的几个定义:
●从RelayAccesslink和Backhaullink频率使用方式的角度化分,Relay可以分成Inband和Outband两类[3]:
-Inband,inwhichcasetheeNB-RelaylinksharesthesamecarrierfrequencywithRelay-UElinks.Rel-8UEsshouldbeabletoconnecttothedonorcellinthiscase.
-Outband,inwhichcasetheeNB-RelaylinkdoesnotoperateinthesamecarrierfrequencyasRelay-UElinks.Rel-8UEsshouldbeabletoconnecttothedonorcellinthiscase.
●从中继节点是否被UE感知的角度化分,Relay可以被分成Transparent和Non-transparent两类[3]:
-transparent,inwhichcasetheUEisnotawareofwhetherornotitcommunicateswiththenetworkviatheRelay.
-non-transparent,inwhichcasetheUEisawareofwhetherornotitiscommunicatingwiththenetworkviatheRelay.
1)Type1RelayandType2Relay
经过长期的讨论,最终在3GPPRAN1#56和#56b会议上形成了统一的WF,定义了两种Relay类型[1][2]:
Type1Relay和Type2Relay:
Type1Relay具有以下特点:
-区别于宏小区,Type1Relay具备自己独立的小区。
有自己的物理层ID(PCI),传输自己的同步信道和参考信号。
-UE应该直接从Type1Relay接收调度信息和HARQ反馈信令,并且发送控制信令,如SR/CQI/ACK,给Type1Relay。
-Type1Relay应该对R8的UE具备后向兼容性。
Type2Relay具有以下特征:
-Type2Relay没有自己独立的小区,也不具备独立的PCI。
-Type2Relay应该对R8的UE具备后向兼容性。
-至少对于R8UE来说,Type2Relay是透明的。
-Type2Relay可以发送PDSCH
-Type2Relay不发送CRS和PDCCH。
2)Type1Relay,Type1aRelayandType1bRelay
在随后的RAN1讨论中,RAN1在Type1Relay的基础上,根据频谱使用方式的不同有衍生出两种子类型Relay:
Type1aandType1b。
Type1a:
Tyep1aRelay具备Type1Relay的大部分特征,但他的Accesslink和Backhaullink使用的频谱是不同的。
也就是所谓的OutbandRelay。
Type1b:
Type1b也具备Type1Relay的大部分特征,与Type1a不同的是,Type1bRelay也是InbandRelay,但它通过对Accesslink和Backhaullink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。
根据上述描述,我们可以总结3GPP定义的集中Relay的特点如表1所示:
TypeI
TypeIa
TypeIb
TypeII
PhysicalCellID
Yes
Yes
Yes
No
Transparency
No
No
No
Yes
Compatibility
Yes
Yes
Yes
Yes
protocollayer
L3
L3
L3
L2
usageofspectrum
Inband
Outband
Inband
Inband
Antennaseparation
Non-isolated
Non-isolated
isolated
Non-isolated
Table1.WayForwardComparisonbetweenTypeI&IIRelay
根据上面的分析,Relay1主要用于扩大小区的覆盖面积,为小区中阴影衰落严重的地区以及覆盖死角提供服务信号。
而Type2Relay主要用作提高系统容量,对一些热点地区和室内进行重复覆盖,已达到提高系统容量的作用。
Type1aRelay和Type1bRelay是Type1Relay的两个子类,他们用不同的方式解决了如何避免Accesslink和Backhaullink信号互干扰问题,这种相互干扰如Fig.5所示。
Type1aRelay是OutbandRelay,它在Accesslink和Backhaullink使用不同的频率,因此可以避免互干扰;而Type1bRelay采用硬件的措施将Accesslink和Backhaullink实现较好的隔离,这样也避免了互干扰;如果不采用Outband和信号隔离的方式(如Type1a和Type1b),Type1Relay需要采取特别的方式来避免Accesslink和Backhaullink信号互干扰。
Fig.5.Accesslink和Backhaullink互干扰
这个问题也正是3GPPRAN1在#56次会议后重点讨论的问题,我们将在第二章进行详细描述。
3)MobileRelayandIndoorRelay
另外一个值得关注的Relay类型是移动Relay(MobileRelay)和IndoorRelay。
他是独立于type1type2以外的另外一种中继类型。
上节中提到的relay都是静止不懂的。
而移动Relay主要被部署在交通工具上,如火车,大巴上。
移动场景是Relay的一种重要的应用场景,严格的说,MobileRelay在3GPPRelay分类系统中应该属于Type1Relay。
但由于应用场景的特殊性,需要针对这种场景进行一些特殊的优化。
移动场景下的Relay可能存在以下几个方面的问题:
动态的功率控制:
安装在移动物体上的移动Relay,由于处于移动状态,会不断地接近一个eNB并远离,又接近另一个eNB并远离。
在此移动过程中,移动Relay的用户势必会在Relay接近相邻eNB时受到这些eNB的下行干扰强,在远离时受到这些eNB的下行干扰弱。
同样地,在Relay接近相邻eNB时,对相邻小区的相邻用户的下行干扰强,在远离时对原来的那些相邻小区的用户下行干扰也弱。
如果移动Relay在此移动过程中,保持下行发送功率不变,势必导致其小区内用户平均接收信噪比的起伏巨变,同时也对相邻小区内靠近Relay的用户产生起伏巨变的下行干扰.如Fig.6所示。
群体切换的优化:
研究移动中继的目的是:
让运动交通工具上的UE能够直接连接到MobileRelay,从而在获得稳定信号接入的同时避免了频繁切换照成的不必要的延时和用户体验的下降。
当移动中继在DeNB小区边界处移动的时候,中继会携带其下属所有UE群体切换到另一个基站,如果当RN下属用户数量很多,或者目标基站资源并不富裕的情况下,会照成目标基站负载超载。
因此必须由某种机制对RN的切换做一些优化,避免因为群体切换照成的资源紧张。
Fig.6.仿真场景
IndoorRelay也是Relay技术的另外一个应用场景。
在某些比较特殊的应用场景下,eNB和HeNB可能无法为用户提供正常的服务:
郊区或农村,被放置的分散的郊区或农村的房屋内,避免安置数量众多的type1Relay或者是eNB/HeNB,节约设备成本,降低系统干扰水平;文物古迹等特殊场景,出于文物保护的目的,在这些场景下安置有线基站(eNB或HeNB)往往是非常困难的,而IndoorRelay可以方便的布网,避免对建筑物的损害也降低成本。
IndoorRelay的应用场景如Fig.7所示。
Fig.7.IndoorRelay的应用场景
由于标准化时间以及某些技术原因,最终3GPP达成公司,在R10版本中重点考虑Type1Relay,对于Type2Relay以及MobileRelay被赋予了相低的优先级,最终在R10中没有被最终实现。
但Type2Relay和MobileRelay仍具有一定的现实意义,且大部分运营商和设备商都表示出浓厚的兴趣,因此,很有可能将会在3GPP后续版本中得到进一步研究。
1.3.3GPPRelay系统框架
如Fig.8所示给出了Relay(type1relay)的系统框架。
如图所示,RN和DeNB(支持RN的eNB被称作DeNB,DonoreNB)之间存在X2和S1接口,RN的X2和S1终结在DeNB处。
DeNB为RN提供S1和X2的代理功能。
S1和X2代理功能是指:
DeNB代理一系列S1、X2接口上的功能,包括:
为RN传递UE-dedicatedS1、X2signalingmessage,以及GTP数据包。
因此,对于RN来说,DeNB是它的MME(forS1)和eNB(forX2),也是它的S-GW。
Fig.8.OverallE-UTRANArchitecturesupportingRNs
Fig.9:
FunctionalitiesassociatedwithRN
如Fig.9所示给出了RN连接到DeNB时,RN和DeNB的功能示意图,如图所示,RN的S-GW/P-GW功能位于DeNB内部。
在DeNB内部,保存了RN下属UE的上下文(图中将RN下属UE的上下文标识为DeNB-UEcontext)以及RN的Un接口上下文(途中标识为RNAScontext);在RN内部,保存了RNUn接口相关的AS层和EPCcontext,此外还保存了UE的Uu接口相关的AS上下文。
当RNattach到DeNB的时候,RNUn接口相关的上下文被创建并保存在RN和DeNB侧。
当某一个UE连接到RN后,UE的相关上下文也被创建并保存在RN和DeNB。
在第四章我们将更详细的描述Relay的协议结构,以及标准化发展的过程。
通过本章的描述,已经大致了解了3GPPRelay系统的技术概况和系统框架。
在以下的几章里,将详细的对3GPP各工作组Relay标准化的过程进行介绍。
2.RAN1Relay标准化过程
根据上一章描述,在3GPPRAN1#56b次会议以后,3GPPRelay节点的分类方式逐渐清晰。
Type1Relay做列为最高优先级研究的对象。
Type1Relay有三个子类:
Type1、Type1a、Type1b。
由于Type1a、Type1b是为了解决互干扰问题而衍生出来的Type1Relay的具体实现,因此并没有在3GPP规范中给予标准化,因此,RAN1将绝大部分精力放在如何实现无互干扰的Type1Relay上去。
正是由于Type1Relay并不像Type1a和Type1b这样可以采用一些实现的方法避免Accesslink和Backhaullink互干扰,因此,RAN1的工作一直围绕在如何解决互干扰以及解决互干扰问题方案本身引起的一系列问题。
2.1问题1:
Backhaul资源分配
为了避免Accesslink和Backhaullink互干扰,经过长期讨论,3GPP决定采用TDM的模式避免干扰。
简单说来就是Relay采用半双工的工作模式,在下行方向(ForFDD),在某一时刻Relay要么只能接收来自eNB的数据,要么只能给R-UE发送数据;在上行方向,Relay要么只能给eNB发数据,要么只能接收来自R-UE的数据,如Fig.10所示。
Fig.10.RN的资源分配方法(图中UE2为Macro-UE,UE1为R-UE)
但经过讨论后发现,当eNB占用DLfreqency给RN发送数据时,属于RN的R-UE无法获得来自RN的PDCCH,使得R-UE无法正常工作。
为了解决这个问题,最后3GPP决定利用MBSFN子帧来做Backhaul传输,Fig.11给出了用MBSFN做Backhaul传输的原理示意图。
Fig.11.利用MBSFN子帧作Backhaul子帧(图中UE1为Macro-UE,UE2为R-UE)
如图所示,当利用MBSFN子帧做Backhaul传输时,Macro-UE和R-UE被指定为MBSFN子帧,因此,Macro-UE和R-UE将会在前3个符号处分别接受来自eNB和Relay的PDCCH。
而eNB的下行数据将利用后面剩下的符号传递给RN。
这样一来就避免了R-UE收不到RN发来的PDCCH的问题。
这里需要提到的是,在RN端,需要在发送PDCCH的符号与接受来自eNB的数据符号间插入一个gap,做RN的收发转换时间。
更多关于backhaullink设计的相关文档见:
2.2问题2:
Backhaullink与Accesslink资源的合理分配
根据上面的讨论可以看出,由于RN端的Backhaullink和Accesslink的资源是以TDM的方式复用的,也就是说,RN端的资源一部分被用作Backhaullink,一部分被用作Accesslink。
所以对于TDD系统来说,显然会使某些TDDsubframeconfiguration资源紧张。
对于TDD系统来说,在TDD的帧结构配置中,#0和#5子帧由于必须用作同步信道PSCH,SSCH和广播信道PBCH的传播,而#1和#6子帧需要做paging,所以#0,1,5,6子帧是不能被配置为MBSFN子帧。
因此可以用来作为backhaultransmission的子帧更加紧张。
因此,经过长期讨论,3GPP最终决定只有Uplink-downlinkconfiguration#1、2、3、4、6可以被用作backhaul传输(其他的一些配置比如#0由于下行子帧过少,因此不能找出多余的子帧用作eNB-to-RN的backhaultransmission)。
下表给出了3GPP最终决定的用作backhaultransmission的subframe表:
Backhaulsubframe
configuration
Uplink-downlink
configurationatRNcell[3]
DL:
ULratio
Subframenumber
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
1:
1
D
U
1
U
D
2
2:
1
D
U
D
3
U
D
D
4
2:
2
U
D
U
D
5
2
1:
1
U
D
6
D
U
7
2:
1
U
D
D
8
D
U
D
9
3
3:
1
U
D
D
D
10
4
1:
1
U
D
11
6
1:
1
U
D
Table2:
SupportedconfigurationsforeNB-RNtransmission(framestructuretype2)
2.3问题3:
Relaybackhaullink设计
由于DeNB发给RN的数据包括的数据被最终决定放在MBSFN子帧中传输,而DeNB发给RN的数据又分为数据部分(R-PDSCH)和控制信令部分(R-PDCCH),因此,R-PDSCH和R-PDCCH如何复用成为一个问题。
在讨论初期各大厂商都提出了自己的复用方案,大致可以分成三类:
TDM、FDM、TDM+FDM,如Fig.12所示:
Fig.12.R-PDCCH/R-PDSCHmultiplexing
三个option各有其优缺点:
如果使用TDM方式,R-PDCCH可以更快的得到解码,因此有利于快速处理控制信令,但由于R-PDCCH分布在较宽的频域上,所以不利于发挥频率选择性增益;如果采用FDM的方式,由于R-PDCCH分布在整个时域上,因此解R-PDSCH前必须耗费较大的时间去解R-PDCCH;而TDM+FDM的方式是FDM和TD
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