CN102195704A

CN102195704A - 中继方法及相应的基站和中继设备

Info

Publication number: CN102195704A
Application number: CN2010101303060A
Authority: CN
Inventors: 张凯宾; 韩锋; 刘继民; 郑武
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: CN102195704B

Abstract

本发明提出了一种中继方法及相应的基站和中继设备。该中继方法包括步骤：在中继设备处接收至少一个用户设备的数据；在中继设备处对所述至少一个用户设备的数据进行复用，并将复用后的数据发送给基站；以及在基站处对从中继设备接收到的复用后的数据进行解复用，以得到所述至少一个用户设备的数据。所述中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。通过在媒体接入控制(MAC)层上进行中继转发，本发明能够以更低的成本设计出更为简单的中继，显著降低中继系统的实现复杂度，同时对现有协议的影响很小。

Description

中继方法及相应的基站和中继设备

技术领域

本发明涉及无线中继转发方法和设备，更具体地，涉及多跳系统，尤其是LTE-A(Long Term Evolution Advance，长期演进项目)系统中的无线中继转发方法，以及执行该方法的基站和中继设备。

背景技术

近年来，对中继技术的研究逐渐引起人们的关注。中继技术被当作提高小区容量和扩展覆盖区域以满足LTE-A的一种很好的候选技术。当前，3GPP LTE-A中提出了两种类型的中继，即，类型I中继和类型II中继。

类型I中继具有自身的物理小区ID，并且类似于独立的基站(eNB)，对于用户设备是可见的。类型II中继自身没有物理小区ID，并且对于UE而言是透明的。利用类型II中继，广播控制信令可以从基站eNB直接传输到UE，因此引入的延迟和开销都较小。

类型I中继可以象eNB那样操作，并且能够控制用户设备的调度和资源。图1示出了类型I中继的转发架构。如图1所示，类型I中继的转发一定要在PDCP层之上执行，由此可能导致较高的开销和复杂度。但是，这样的解决方案不适用于类型II中继。

迄今为止，还没有提出针对类型II中继转发和聚合方案的任何解决方案。在最近的3GPP会议中只提出了关于类型I中继的一些解决方案。这类方案仅仅描述了类型II中继可以在MAC或RLC层之上执行转发，例如仅在MAC实体之间交换一些消息(在LTE中通常称为MAC控制单元)，例如缓冲状态报告、时间提前量等等。但是，相关文献并没有具体提及如何实现类型II中继的业务转发。

发明内容

本发明的目的是提出一种针对类型II中继的转发方案。

根据本发明的一方面，提出了一种中继方法，包括步骤：在中继设备处接收至少一个用户设备的数据；在中继设备处对所述至少一个用户设备的数据进行复用，并将复用后的数据发送给基站；以及在基站处对从中继设备接收到的复用后的数据进行解复用，以得到所述至少一个用户设备的数据。

优选地，中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。

优选地，至少一个用户设备的数据包括媒体接入控制层MAC的服务数据单元SDU和MAC控制单元，所述复用后的数据是MAC的协议数据单元PDU。

优选地，中继设备将所述至少一个用户设备中每一个用户设备的MAC控制单元和MAC SDU封装在MAC PDU内，并在MAC PDU内利用每一个用户设备的MAC控制单元中的第一MAC控制单元来指示相应用户设备的身份。

优选地，所述中继设备还将中继设备自身的数据和控制信息与所述至少一个用户设备的数据一同复用。

根据本发明的另一方面，提出了一种中继转发方法，包括步骤：在基站处对要通过中继设备转发的针对至少一个用户设备的数据进行复用，并将复用后的数据发送给中继设备；在中继设备处对所述复用后的数据进行解复用，以得到针对至少一个用户设备的数据；以及将针对至少一个用户设备的数据分别发送给相应的用户设备。

优选地，中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。

优选地，针对至少一个用户设备的数据包括媒体接入控制层MAC的服务数据单元SDU和MAC控制单元，所述复用后的数据是MAC的协议数据单元PDU。

优选地，所述基站将所述至少一个用户设备中每一个用户设备的MAC控制单元和MAC SDU封装在MAC PDU内，并在MAC PDU内利用每一个用户的MAC控制单元中的第一MAC控制单元来指示相应用户设备的身份。

优选地，所述基站还将针对中继设备的数据和控制信息与所述针对至少一个用户设备的数据一同复用。

根据本发明的又一方面，提出了一种中继设备，包括：中继侧复用/解复用单元，用于在上行链路中对至少一个用户设备的数据进行复用，以及在下行链路中将来自基站的数据解复用为至少一个用户设备的数据；转发设备，用于将中继侧复用/解复用单元复用后的数据转发给基站，以及将中继侧复用/解复用单元解复用后的数据转发给至少一个用户设备。

根据本发明的又一方面，提出了一种基站，包括：基站侧复用/解复用单元，用于在下行链路中对针对至少一个用户设备的数据进行复用，以及在上行链路中将来自中继设备的数据解复用为至少一个用户设备的数据；传输设备，用于将基站侧复用/解复用单元复用后的数据发送给中继设备以及接收来自中继设备的数据。

通过在媒体接入控制(MAC)层上进行中继转发，本发明能够以更低的成本设计出更为简单的中继，显著降低中继系统的实现复杂度，同时对现有协议的影响很小。

附图说明

结合附图，根据下面对本发明的非限制性实施例的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中：

图1示出了现有的用于类型I中继的用户平面转发过程的示意图；

图2示出了部署有类型II中继的系统中的基本节点和接口的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的上行链路中继转发的流程图；

图4示出了根据本发明实施例的下行链路中继转发的流程图；

图5和图6分别示出了中继设备执行数据业务和控制信令转发的用户平面协议栈；

图7示出了中继设备在控制平面中的协议栈；

图8示出了根据本发明实施例的中继设备的层2结构；

图9示出了根据本发明实施例的基站设备的层2结构；

图10示出了经由中继设备或者基站设备的Un接口进行发送的MAC PDU的格式；以及

图11示出了实施根据本发明实施例的无线中继转发方法的系统配置示意图。

具体实施方式

下面，结合附图来详细描述本发明的实施例。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明的示例。需要指出的是，示意图仅示出了与现有系统的区别，而省略了常规结构或构造，以免导致对本发明的理解不清楚。

图2示出了部署有类型II中继的系统中的基本节点和接口的示意图，其中，Uu1(user-user)表示用户设备与中继设备之间的接口，Un(user-network)表示中继设备与基站eNB之间的接口，Uu2表示用户设备与基站eNB之间的接口。

图3示出了根据本发明第一实施例的在图2所示的系统中进行上行链路中继转发的方法的示意图。在根据本发明第一实施例的上行链路转发方法中，在Uu1接口上采用现有的数据及信令处理过程。

首先，在步骤S301，中继设备接收用户设备发送的数据。实际上，该数据是用户设备针对基站所发送的。在本实施例中，尽管中继设备接收了该数据，但是中继设备对于用户设备而言可能是透明的，即用户设备感知不到中继设备的存在。

然后，在步骤S303，中继设备对来自用户设备的数据进行复用。这里中继设备是在MAC层上对用户设备的数据进行复用的。例如，中继设备可以将自身的数据和控制信息与用户设备的数据一同复用，例如复用到一个MAC PDU内。接着，中继设备在步骤S305将复用后的数据转发给基站设备。接收到复用后的数据的基站设备在步骤S307对该复用后的数据进行解复用，从中提取出中继设备的数据和控制信息以及用户设备的数据。这里，用户设备的数据主要包括与用户设备相关联的MAC控制单元以及用户设备的MAC SDU(图3中仅示出了MAC SDU)。

需要注意的是，尽管图3中以一个用户设备为例进行说明，然而上述方法也适用于多个用户设备的情况。例如，在多个用户设备的情况下，中继设备可以对多个用户设备的数据进行复用，然后转发给基站。

图4示出了根据本发明第一实施例的在图2所示的系统中进行下行链路中继转发的方法的示意图。在根据本发明第一实施例的下行链路转发方法中，在Uu接口上采用现有的数据单元及信令处理过程。

首先，在步骤S401，基站设备将要经由中继设备转发的针对用户设备的数据进行复用。这里，基站设备也是在MAC上对用户设备的数据进行复用的。例如，基站设备可以将针对中继设备的数据和控制信息和针对用户设备的数据复用在一起，例如复用到一个MAC PDU内。接着，基站设备在步骤S403将复用后的数据发送给中继设备。在步骤S405，中继设备对来自基站设备的复用后的数据进行解复用。这里，中继设备是在MAC层上对数据包进行解复用的。例如，中继设备可以从该复用后的数据中解复用或者分离出针对中继设备自身的数据和控制信令以及针对用户设备的数据。然后，中继设备在步骤S407将解复用出来的针对用户设备的数据转发给用户设备。这里，用户设备的数据主要包括与用户设备相关联的MAC控制单元以及用户设备的MAC SDU(图4中仅示出了MAC SDU)。

需要注意的是，尽管图4中以一个用户设备为例进行说明，然而上述方法也适用于多个用户设备的情况。例如，在多个用户设备的情况下，中继设备可以将多个用户设备的数据复用到一个MAC PDU中，用以转发给基站。

上述两种方法都是关于LTE-A的类型II中继在MAC层上执行业务转发。下面将对LTE-A的类型II中继在MAC层上执行业务转发过程中的协议栈进行描述。

这里，中继设备的协议栈包括数据平面和控制平面。图5和图6分别示出了中继设备执行数据业务和控制信令转发的用户平面协议栈，图7示出了中继设备在控制平面中的协议栈。

如图5和图6所示，S1接口的用户平面在基站设备处终结。服务于用户设备的PGW/SGW将进入的IP分组映射到与用户设备的EPS(演进分组系统)承载相对应的GTP(GPRS隧道协议)隧道，并通过该隧道将用户设备的IP分组数据发送到基站。在基站设备通过该隧道接收到来自PGW/SGW的数据后，将内部用户IP分组映射到针对用户设备的相应无线承载。中继设备工作于MAC层，并且它应该在基站设备与用户设备之间透明地转发MAC SDU，而无需进行任何修改。例如，如上所述，中继设备在MAC层对用户设备的数据进行复用，以使得它能够符合现有的原则，即，一个用户设备只有一个MAC PDU与之相关联，这里一个MAC PDU可以理解为一个数据包。

从图5和图6中可以看出，在中继设备的用户平面中，用户设备的数据业务和控制信令业务都是在MAC层上转发的。中继设备并不知道所转发的业务的内容，也就是说，中继设备的转发是完全透明的。

如图7所示，中继设备在RRC层操作，并与基站中的对应方进行通信。中继设备可以与基站交换RRC消息，以执行相应的操作。例如，当确定了来自用户设备的连接建立请求时，基站可以向中继站发送RRC消息，以使得中继站在其自身的Uu接口与Un接口之间建立转发路径。

图8示出了根据本发明实施例的中继设备的层2(即MAC层)结构，图9示出了根据本发明实施例的基站设备的层2结构。

如图8所示，中继设备可以包括Un接口和Uu接口。Un侧可以包括双栈，其中一个栈专门用于中继设备的业务传输，包括从PHY层直到RRC层和应用层，另一个栈用于基站设备与用户设备之间的业务转发。由于根据本发明实施例的中继设备在MAC层处进行业务转发，因此另一个栈仅包括PHY层和MAC层。

如图9所示，基站设备可以包括与中继设备相连的Un接口和与用户设备直接连接的Uu接口。这里的Uu接口指的是LTE-A中已有的位于基站设备与用户设备之间的接口，符合现有的标准，因而不对其进行赘述。因而，这里主要对基站设备中的Un接口进行描述。

图8中的类型II中继设备与现有的类型I中继设备的区别在于图8中所示的中继侧复用/解复用模块801。相应地，图9中的Un接口与现有的基站设备中的Uu接口(即图9右侧的Uu接口)的区别在于基站侧复用/解复用模块901。也就是说，图8中MAC层以外的组成与现有的类型I中继设备相同，图9中的Un接口中MAC层以外的组成与现有的基站中的Uu接口相同，这里不再赘述。

在上行链路的中继转发中，中继侧复用/解复用模块801对来自至少一个用户设备的数据进行复用，即将中继设备自身的数据和控制信息与来自至少一个用户设备的数据复用到一起。在本发明中，由于复用/解复用模块801是在中继设备的MAC层执行数据转发，因而复用/解复用模块801具体将多个用户设备的MAC SDU和MAC控制单元与中继设备自身的数据和控制信息复用到一个MAC PDU中，然后转发给基站设备。在接收到来自中继设备的MAC PDU之后，基站设备中的基站侧复用/解复用模块901对接收到的MAC PDU进行解复用，以提取出针对中继设备的数据和控制信息以及针对多个用户设备的数据，主要包括用户设备的MAC SDU和MAC控制单元。

类似地，在下行链路的中继转发中，基站设备中的基站侧复用/解复用模块901将要经由中继设备转发的针对中继设备的数据和控制信息和针对多个用户设备的MAC SDU及MAC控制单元复用为一个MACPDU，并将其发送到中继设备。中继侧复用/解复用模块801对从基站设备接收到的MAC PDU进行解复用，从中提取出针对中继设备的数据控制信息以及针对用户设备的MAC SDU和MAC控制单元，然后将这些MAC SDU和MAC控制单元转发给用户设备。

图10示出了经由中继设备或者基站设备的Un接口进行发送的MAC PDU的格式。如图10所示，根据UE身份将每一个关联UE的MAC控制单元和MAC SDU聚合到一起，以符合现有的MAC PDU格式。如图10所示，这里的用户身份可以用用户的C-RNTI来表示，但不局限于此。图10所示的帧格式与经由Uu接口的MAC PDU的唯一区别在于要使用第一MAC控制单元，用于指示UE身份。应注意，RN还可以至/自基站发送/接收数据。例如，该数据可以包括用于配置RN接口的RRC信令等。因此，应当如图所示地将RN的MAC SDU以及MAC控制单元与UE的SDU进行复用。

如图11所示，在部署有中继设备的系统中，基站10包括基站侧复用/解复用单元101、传输单元103。相应地，中继设备20包括中继侧复用/解复用单元201和中继侧传输单元203。

在上行链路中，中继侧传输单元203接收来自至少一个用户设备30₁-30_n的数据。中继侧复用/解复用单元201对中继侧传输单元203接收到的数据进行复用，并由中继侧传输单元203将复用后的数据发送给基站侧传输单元103。在基站侧传输单元103接收到来自中继设备20的数据后，基站侧复用/解复用单元101对该数据解复用为不同用户设备30₁-30_n的数据。下行链路过程与上行链路过程正好相反，这里不再进行赘述。

上述转发过程中的数据聚合以及转发均是在MAC层之上执行的。

需要注意的是，尽管上述实施例以LTE-A的类型II中继为例进行描述，本发明也适用于LTE的其它后续演进版本。

尽管以上描述涉及多个单元，但是通过将一个单元划分为多个单元或将多个单元组合为一个单元，只要其仍能执行相应的功能，也可以实现本发明。另外，前述实施例仅例证了只有一个中继设备的情况，然而前述实施例也适用于多个中继设备的情况。

通过前述实施例，本发明呈现出了下列优点：

1、中继设备不必执行其他复杂的高层操作，例如分段重组、数据的加密解密、完整性保护、报头压缩/解压缩，等等，因此，中继站的设计会更加简单，且成本较低。此外，可以实现支持RN支持UE的后向兼容性；

2、在MAC层执行业务复用/聚合对现有协议和设备的影响非常小。此外，可以保留每一个逻辑信道的特性。例如，一些信道可以配置为非确定模式，以忽略对于较低延迟性能的重传，而其他可以配置为确认模式，以实现中继链路上的较高可靠性；

3、本发明提供了在MAC层处理转发MAC控制消息的相对简单的方案。不仅避免了跨层设计，而且MAC PDU格式还与接入链路的格式兼容。因此，对DeNB的影响非常小；

4、针对UE的RRC功能仅位于DeNB，RRC功能无需在DeNB和中继设备之间进行划分，中继设备对RRC消息做透明传输。这对于有利于简化中继设备的实现，而且对现有DeNB设计的影响也非常小；

5、标准改变之间的折衷最小化了这种方法所产生的开销。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种中继方法，包括步骤：

在中继设备处接收至少一个用户设备的数据；

在中继设备处对所述至少一个用户设备的数据进行复用，并将复用后的数据发送给基站；以及

在基站处对从中继设备接收到的复用后的数据进行解复用，以得到所述至少一个用户设备的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个用户设备的数据包括媒体接入控制层MAC的服务数据单元SDU和MAC控制单元，所述复用后的数据是MAC的协议数据单元PDU。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述中继设备将所述至少一个用户设备中每一个用户设备的MAC控制单元和MAC SDU封装在MAC PDU内，并在MAC PDU内利用每一个用户设备的MAC控制单元中的第一MAC控制单元来指示相应用户设备的身份。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中继设备还将中继设备自身的数据和控制信息与所述至少一个用户设备的数据一同复用。

6.一种中继转发方法，包括步骤：

在基站处对要通过中继设备转发的针对至少一个用户设备的数据进行复用，并将复用后的数据发送给中继设备；

在中继设备处对所述复用后的数据进行解复用，以得到针对至少一个用户设备的数据；以及

将针对至少一个用户设备的数据分别发送给相应的用户设备。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，针对至少一个用户设备的数据包括媒体接入控制层MAC的服务数据单元SDU和MAC控制单元，所述复用后的数据是MAC的协议数据单元PDU。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述基站将所述至少一个用户设备中每一个用户设备的MAC控制单元和MAC SDU封装在MAC PDU内，并在MAC PDU内利用每一个用户的MAC控制单元中的第一MAC控制单元来指示相应用户设备的身份。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基站还将针对中继设备的数据和控制信息与所述针对至少一个用户设备的数据一同复用。

11.一种中继设备，包括：

中继侧复用/解复用单元，用于在上行链路中对至少一个用户设备的数据进行复用，以及在下行链路中将来自基站的数据解复用为至少一个用户设备的数据；

转发设备，用于将中继侧复用/解复用单元复用后的数据转发给基站，以及将中继侧复用/解复用单元解复用后的数据转发给至少一个用户设备。

12.根据权利要求11所述的中继设备，其中，所述中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。

13.根据权利要求11所述的中继设备，其中，所述至少一个用户设备的数据包括媒体接入控制层MAC的服务数据单元SDU和MAC控制单元，以及所述复用后的数据或者来自基站的数据是MAC的协议数据单元PDU。

14.根据权利要求13所述的中继设备，其中，所述中继设备将至少一个用户设备中每一个用户设备的MAC控制单元和MAC SDU封装在MAC PDU内，并在MAC PDU内利用每一个用户的MAC控制单元中的第一MAC控制单元来指示相应用户设备的身份。

15.一种基站，包括：

基站侧复用/解复用单元，用于在下行链路中对针对至少一个用户设备的数据进行复用，以及在上行链路中将来自中继设备的数据解复用为至少一个用户设备的数据；

传输设备，用于将基站侧复用/解复用单元复用后的数据发送给中继设备，以及接收来自中继设备的数据。

16.根据权利要求15所述的基站，其中，所述中继设备是LTE-A中的类型II中继设备。

17.根据权利要求15所述的基站，其中，所述针对至少一个用户设备的数据包括媒体接入控制层MAC的服务数据单元SDU和MAC控制单元，以及所述复用后的数据或者来自中继设备的数据是MAC的协议数据单元PDU。

18.根据权利要求17所述的基站，其中，所述基站将至少一个用户设备中每一个用户设备的MAC控制单元和MAC SDU封装在MAC PDU中，并在MAC PDU中利用每一个用户的MAC控制单元中的第一MAC控制单元来指示相应用户设备的身份。