灵活轻量级LTE Smart Relay方案助力网络全覆盖

4G移动网络已进入高速发展通道，人们也越来越依赖手机里的各种应用软件，吃穿住行都可以在线完成。人们对网络随时随地的依赖，对4G网络的无缝覆盖、快速部署提出了更高的要求。网络全覆盖是智慧生活的最重要一环，全覆盖的含义有两个方面，一是盲区覆盖，二是边缘用户的体验提升。3GPP中定义的LTE-A有一个重要话题就是LTE中继技术，该技术为4G网络提供快速、低成本的回传方式，从而提升网络覆盖能力。本文探讨基于3GPP提出的两大类Relay架构，重点介绍中兴通讯推出的灵活轻量级Smart Relay方案。

LTE Relay标准发展

Relay作为一种低功率、低成本的网络节点被引入到LTE系统中，将为小区带来更高的边缘速率、更大的网络覆盖、更加快速和廉价的部署形式。LTE标准化Relay技术主要依托于LTE的大带宽作为回传载体。一方面，与传统的Layer 1中继（即直放站）相比，LTE Relay有效放大有用信号，而不会同时抬高噪声，应用场景更为广泛；另一方面，与传统回传方式相比，中继节点不需要有线连接传输网络，有效降低网络部署成本，同时能够灵活选择其部署位置。

前3GPP在LTE-A中已经将Relay技术标准化。3GPP协议中提出了A和B两种架构。

架构A如图1所示。

在架构A中，Relay数据处理在Relay相关网元中完成。

架构A有三种实现方式：

－Alt 1（Alternative 1）：层3 Relay方案，对宿主基站透明传输；

－Alt 2：宿主基站代理S1/X2接口；

－Alt 3：Relay的承载终结在宿主基站。

这三种方式的共性，是需要增加一个RN处理单元来处理Relay控制面的数据，而三种方式对宿主基站的影响不同，在Alt 1中对宿主基站完全透明，需要有另外的RN单元来处理Relay用户面数据；Alt 2和Alt 3，宿主基站需要协助完成部分RN数据的处理。

架构B则是由宿主基站来完成所有RN处理，终结RN的S1数据。架构B需要宿主基站开发RN相关的数据处理软件。

中兴通讯灵活轻量级Smart Relay方案

由以上对LTE协议中Relay架构的分析，可知其中Alt 1是对现网影响最小的方案，即最为灵活。而对于Relay而言，很重要的一个需求就是灵活。因此，通过对网络需求的分析和判断，基于3GPP协议定义的架构A中的Alt 1，中兴通讯设计了一种对现有网络透明化、部署快速、成本低廉的Relay解决方案Smart Relay。Smart Relay对于现网来说“透明传输”，Relay小区数据作为一个“普通终端”的用户面数据来处理，将Relay数据终结在Relay GW。

在Smart Relay方案中，宿主基站选择LTE制式，中继节点在eNodeB的基础上增加部署无线回传模块。在中继小区中的用户，将通过中继站点小区接入，并由回传模块将数据发到宿主基站，宿主基站透传该中继用户数据。

Smart Relay方案的优点是：

－普通的4G（TDD或者FDD）基站既可以提供终端用户的接入覆盖，又可以为下一级eNB提供无线回传功能，从而提高建网速度，降低传输网络建设成本；

－具备强大的扩展性，可以为2G/3G/4G基站提供无线回传功能；

－宿主基站可以支持接入多个中继小区，进一步横向扩大覆盖；

－中继小区可以级联，进一步纵向延伸覆盖。

Smart Relay方案中，中继小区UE的数据流如下：

目前RN采用室外Air Bridge与Relay基站组合构成，Netnumen/MME/SGW的数据首先需要汇聚到Relay网关，然后再与Air Bridge进行通信。

Relay基站与核心网的通信过程如下：

－首先，RN中的Air Bridge接入宿主eNodeB的小区，通过该小区接入现网核心网；

－RN中的Air Bridge发起VPN隧道建立过程，与核心网侧的Relay网关建立VPN隧道；该过程可建立多条VPN隧道，对高优先级VPN隧道可建立在高优先级的专用承载上；

－Relay基站与Netnumen/MME/SGW通信的数据流承载在上述已建立的VPN隧道中进行传输。

Smart Relay部署场景

Smart Relay能够帮助运营商扩展网络覆盖范围和补充盲点覆盖等，应用场景主要分为以下几类：

－郊区覆盖

对于一些偏远郊区，用户并不多，可以利用Smart Relay快速部署、不需要有线传输的特点，灵活组网，使得网络收益最大化。

－缺少有线传输的区域覆盖

有一些特殊的地理环境，如山区、海岛、高速公路等场景，不易或无法部署有线传输，可以考虑采用Smart Relay方案，利用无线作为回传方式，完成网络部署。

－紧急事件或者临时布网

当出现紧急事件，如灾后或者集会等临时性情况，需要在某个区域快速开通网络时，由于本地未必会具备有线传输的开站条件，则可以采用Smart Relay方案来快速部署网络。

－城区热点或盲点

在热点区域由于建筑物遮挡或其他原因造成的某区域覆盖盲点，可以采用Smart Relay方案快速建站完成热点覆盖补充。

－深度与广度覆盖需求

万物互联的时代到来，使得更多的智能技术成为可能，例如智慧农业、野生动物的追踪研究等。这些应用通常会发生在广阔的郊区环境，传输网络建设成本高，这时Smart Relay成为一种物联网延伸覆盖回传方案的极佳选择。另外物联网应用要求深度覆盖，包括地下车库、管道中的仪表等传统4G网络信号难以完全覆盖的场所。同时，此类业务模型所需要传输的数据量较小。此时也可以采用Smart Relay作为宏站覆盖的延伸。

应用案例

2016年，中兴通讯与中国联通携手成功部署了第一个Smart Relay商用方案，用于解决海岛覆盖以及郊区覆盖的难题。该项目中，宿主站点和Relay站点相距10.3km。宿主站点部署TDD LTE载波，Relay站点部署FDD LTE载波。Relay小区速率达到下行24Mbps，上行8.55Mbps，成功解决了海岛覆盖难题。

2017年11月，Smart Relay在泰国落地生根。AIS网络覆盖的某一郊区地域，因为覆盖差，经常收到客户的投诉。而此地的容量需求又并不大，单独部署一个站点投资回报率低。于是Smart Relay发挥成本低、快速部署的优势，解决了该区域的用户覆盖，解决了用户网络问题的同时降低了运营商的投资成本。该案例中，利用1800MHz FDD LTE小区作为宿主，Relay站点部署2100MHz UL双模。部署后极大优化了用户体验。

在4G网络不断发展的今天，Relay相对于传统网络部署，在提高边缘用户感知，改善覆盖和降低成本方面取得了较好的效果。未来，期待Smart Relay能够帮助运营商、政府、企业更快速、低成本地建设移动网络，助力移动应用拓展。