通讯质量及服务涵盖范围绝对是用户相当关切的要点，对于常常断线或收不到讯号的服务用户是不会满意的。然而为了增加服务范围、减少基地台讯号无法涵盖处、同时能服务更多的用户而大量地布建基地台，其建设所需的土地空间、住户回馈金、网络布线及施工时间等造成的高昂建置成本，却也是系统营运商不得不考虑的因素。利用中继站（Relay Station）的技术来延伸覆盖范围，辅助基地台布建的不足，由于不需要有线骨干网络支持，加上设备价格较低且铺设速度快，这几年在无线宽带网络领域逐渐受到重视。

非穿透式中继站可延伸覆盖范围

IEEE 802.16j标准定义了两种中继站模式，穿透式中继站（Transparent Relay Station）及非穿透式中继站（Non-Transparent Relay Station）。穿透式中继站主要用途在加强客户端的传输讯号，增进用户传输质量进而提高数据传输率。非穿透式中继站的主要使用型态则是架设在基地台涵盖范围之边界，使不在基地台覆盖范围内之用户也能透过中继站达成联机并取得服务。如图一所示，中继站成功弥补了基地台讯号无涵盖之处。此种情况较常见于用户量较少未达到经济规模之地点，藉由设立中继站来代替基地台以降低布建成本。

《图一 非穿透式中继站（Non-Transparent Relay Station）》 数据源：IEEE C80216j-06/132

由于16j是基于16d及16e再往上延伸之新标准，其目标是在不改变现有客户端的前提下，去扩展16e移动式WiMAX基地台的覆盖范围及提升系统容量，因此非穿透式中继站要扮演一个基地台的角色，在客户端面前表现出WiMAX基地台的行为，包括传送前置讯号、讯框控制标头（FCH）、下行与上行排程控制讯息（DL-MAP/UL-MAP）等。而对客户端来说，虽然是与中继站取得同步，并透过中继站帮忙代转与基地台之间包括下行与上行之数据，但整体之行为模式则有如是面对一个WiMAX基地台一般。

非穿透式中继站的运作方式

非穿透式中继站依据传输模式的不同，可以分为TTR（Time-division Transmit and Receive）和STR（Simultaneous Transmit and Receive）两种模式。在TTR中继模式中，中继站接收上层基地台数据与传送数据给下层客户端是在不同时间进行，而中继站接收下层客户端数据与传送数据给上层基地台也是在不同时间进行。而在STR中继模式中，中继站则会在同一时间内同时接收上层基地台数据以及传送数据给下层客户端，以及在同一时间内同时接收下层客户端数据以及传送数据给上层基地台。

《图二 IEEE 802.16j定义之TTR中继模式讯框架构》 数据源：IEEE 802.16j Draft 9

IEEE 802.16j定义之TTR中继模式讯框架构TTR中继模式的讯框架构如图二所示，其中下行子讯框与上行子讯框，分别用于上行数据与下行数据之传输，这两组子讯框分别又再进一步被切割成Access Zone和Relay Zone两种区段。在Access Zone区段中，基地台和中继站仍然提供其各自服务之客户端上行与下行服务。由于IEEE 802.16j的目标是在客户端不做任何更动的情况下依然可以运作，因此在此区段的所有行为必须符合IEEE 802.16e的标准，亦即中继站在此区段中呈现出一个基地台的角色。

至于Relay Zone区段则用于基地台与中继站间、或中继站与中继站间之传输，此时位于下层之中继站扮演着客户端的角色与上层基地台互动，而客户端在此区段中则不做任何动作。非穿透式中继站的下层不一定只能服务客户端，有可能再连接另一个中继站 （穿透式或非穿透式），若为非穿透式中继站，则可再继续往下连接，一层层串连下去形成多重跃进中继模式。在这情况下，两个相连中继站的其中一个便需要在Relay Zone区间变成如基地台服务中继站的角色来与另一中继站互通。对于TTR中继站来说，在多重跃进中继模式时可将基地台与中继站分组，然后以多个讯框为单位来安排基地台与中继站的行为。

例如，在分成两组的方法下，可以在一个讯框中，安排处于奇数节点之中继站来转送数据，此时基地台与偶数节点之中继站则负责提供服务，然后下一个讯框再将两组的角色对调，以此类推，藉以达成多重跃进中继。如果想要减少数据传输的延迟时间，也可在同一讯框中切出多个Relay Zone区间，在不同的Relay Zone区间中分组让中继站之间轮流转送数据。

《图三 IEEE 802.16j定义之STR中继模式讯框架构》 数据源：IEEE 802.16j Draft 9

IEEE 802.16j定义之STR中继模式讯框架构

排程管理有两套在非穿透式中继站的系统中，带宽资源的分配可分成集中式与分布式排程。在集中式排程中，所有带宽资源的分配都由基地台决定，基地台将分配结果通知中继站，中继站再将结果包装成MAP，广播给其下层客户端。反过来说，在分布式排程中，中继站对其下层客户端之带宽分配则是由中继站自己决定，在收到客户端的数据后，经过整理再转送给基地台。

要注意的是，不论是集中式还是分布式排程，中继站能控制的只是其下端带宽资源的分配，至于用户的管理，如入网允许控制、服务流建立与管理，仍是由基地台与客户端间点对点进行，中继站仅负责在两者间转送数据之工作。

安全加密不可少

非穿透式中继站的密码管理可分为集中式与分布式两种。在集中式的密码管理中，客户端直接与基地台建立其安全机制，中继站仅作为中间转送之媒介；由于中继站并不握有其下层客户端所用之密钥，因此对于上层基地台或下层客户端经过加密之数据，中继站并无法解读，仅能将其接收到的东西原封不动的转送出去。至于在分布式密码管理机制中，客户端之安全机制则是跟中继站建立。基地台在中继站进行入网程序时除了跟中继站协调一套加密方式，同时有交给中继站一些密钥，让用端户端在透过中继站进行入网程序时，中继站可以用这些密钥与户用端建立两者间之加密机制。

当中继站收到经过客户端加密之数据时，中继站必须先用其与客户端间的密钥将数据解密，再用中继站与基地台间共同的密钥将数据重新加密然后转送给基地台，基地台才能用其与中继站间之密钥将数据解密并处理。反之，基地台欲传送给客户端之数据，若经过加密，中继站亦需先将数据解密再用其与客户端间之密钥将数据重新加密后再转送给客户端。

路径管理有必要

《图四 非穿透式中继站路径管理》 数据源：项目自行绘制

数据源：项目自行绘制IEEE 802.16j标准定义了两种路径管理方式，即嵌入式路径管理及明确式路径管理。在嵌入式路径管理中，基地台以联机标识符（CID）为依据来决定路径。如图五(a)所示，基地台将固定范围的CID分配给底下的中继站，例如1-1000的CID分配给中继站B，1001-2000的CID分配给中继站C；每个中继站再将其所得到CID分组分给其底下之中继站，如此只要从CID便可以马上找到其路径。

《图五 嵌入式路径管理范例》 数据源：IEEE 802.16j Draft 9

嵌入式路径管理范例

明确式路径管理则是透过路由表明确指出每个CID所属之路径。每当有新的客户端或者中继站进入网络时，基地台决定其路径并将结果通知路径上的每个中继站，中继站再将该客户端或中继站所有之CID与路径键入其路由表。当网络拓朴发生改变，例如客户端因为移动换手而改变其服务之节点，此时基地台必须通知在旧路径上之所有中继站删除其路由表中所有该路径相关之信息，同时通知新路径上之所有中继站新增该路径。

另一种传送方式则是基于联机标识符的传送（CID Based Forwarding）。此种方法以既有的通用媒介访问控制标头（Generic MAC Header）中的联机标识符作为传输依据，中继站在此方法中必须拥有一套排程机制在能尽量符合每位用户服务质量的情况下进行数据传输。

速度决定胜负

现代无线通信系统使用越来越高的频段进行传输虽然带来高带宽的好处，然而其穿透力差的特性却也造成室内环境收讯质量不佳的问题。近来在无线通信领域备受瞩目的毫微微蜂巢式基地台（Femtocell），因为价格低廉且发射功率较低（100毫瓦以内），在打入家庭市场以扩充室内服务范围这方面变成热门的讨论话题；且电信业者可将资本支出成本转移至消费者身上，使得此一技术之发展饱受关注。不过Femtocell的发展还是必须与现有固网业者合作，对于局域网络布建尚未完善之区域或偏远地方，非穿透式中继站因为其使用无线资源连接回后端骨干网络的特性而有布建上的优势。

对于目前营运刚起步的WiMAX来说，由于用户数量还不太多，如果能在使用最少基地台的情况下，用最快的速度和最低的成本迅速达成服务最多的用户，可以预见将会是WiMAX成功与否的一大关键。在电信基地台抗争问题日益严重的情况下，这种透过超小型基地台来提升服务涵盖率及降低布建成本，似乎已经成为一种新的思考方向。

---本文作者任职于资策会网络多媒体研究所---