LTE网络中TA的概念及距离计算.docx

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LTE网络中TA的概念及距离计算

LTE网络中TA的概念及距离计算

在GSM网络中，1TA表征的距离大约在550m，那么在LTE网络中TA命令对应距离是如何计算?

（在LTE网络中有一个最基本的时间单元:

Ts,无线帧长（=307200*Ts）、时隙长度（=15360*Ts）、循环前缀长度（=144*Ts或者512*Ts）都是通过TS定义的。

那么Ts值是多少呢？

下面等式明确给出了Ts的定义。

                Ts=1/（15000*2048）单位是：

秒

计算结果大约时间为32.6纳秒。

规范中定义了Ts公式，Ts的含义如下。

   LTE系统中OFDM符号生成所采用的FFTSIZE为2048（以20MHZ带宽为例），采样频率为15kHz，那么20M带宽的采样率=15kHz*2048=3.072MHz,这样Ts可以理解为OFDM符号的采样周期，即一个OFDM符号的周期为Ts=1/15000*2048）

 *首先，TA表征的是UE与天线端口之间的距离。

   1Ts对应的时间提前量距离等于：

（3*10^8*1/（15000*2048））/2=4.89m。

含义就是距离=传播速度（光速）*1Ts/2（上下行路径和）。

TA命令值对应的距离都是参照1Ts来计算的。

 *在随机接入过程中：

   eNodeB测量到上行PRACH前导序列，在RAR（随机接入响应）的MACpayload中携带11bit信息，TA的范围在0～1282之间，根据RAR（随机接入响应）中TA值，UE调整上行发射时间Nta=TA*16Ts，值恒为正。

   例如：

TA=1，那么Nta=1*16Ts,表征的距离为16*4.89m=78.12m，同时可以计算得到在初始接入阶段，UE与网络的最大接入距离=1282*78.12m=100.156km。

 *在业务进行中：

  周期性的TA命令在Mac层的信息为6bit，即TA的范围在0～63之间。

   TA命令表征Nta的调整量。

Nta_新=Nta_旧+（TA-31）*16，时间提前量值可能为正或负。

   例如：

TA=30，那么Nta_新=Nta_旧+（30-31）*16Ts，距离等于-1*16*4.89m=-78.12m

根据公式可以算出最小的TA距离为-31*16*4.89m=-2.42Km，最大TA距离为32*16*4.89m=2.5Km。

   参考文献：

3GPP36.213-4.2.3

的时间之间的一个负偏移（negativeoffset）。

eNodeB通过适当地控制每个UE的偏移，可以控制来自不同UE的上行信号到达eNodeB的时间。

对于离eNodeB较远的UE，由于有较大的传输延迟，就要比离eNodeB较近的UE提前发送上行数据。

图1上行传输的timing对齐

    图1（a）中指出了不进行上行定时提前所造成的影响。

    从图1（b）中可以看出，eNodeB侧的上行子帧和下行子帧的timing是相同的，而UE侧的上行子帧和下行子帧的timing之间有偏移。

    同时可以看出：

不同UE有各自不同的uplinktimingadvance，也即unlinktimingadvance是UE级的配置。

3.HowmeasureTA

    eNodeB通过测量UE的上行传输来确定每个UE的timingadvance值。

因此，只要UE有上行传输，eNodeB就可以用来估计timingadvance值。

理论上，UE发送的任何信号（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH等）都可用于测量timingadvance。

    在随机接入过程中，eNodeB通过测量接收到的preamble来确定timingadvance值。

4.WhensendTA

    上行同步的粒度为16Ts（0.52ms）。

关于Ts，见36.211的第4章。

    上行timing的不确定性正比于小区半径，每1km有大约6.7μs的传输延迟（6.7μs/km），LTE中小区最大半径为100km，故最大传输延迟接近0.67ms。

上行同步的粒度为Ts（0.52ms），故TA的最大值约为（0.67*1000）/0.52≈1288。

（TA的最大值为1282，应该是更精确的计算，但计算方法就是这样的，当然还要将解码时间考虑在内）

    eNodeB通过两种方式给UE发送TimingAdvanceCommand：

    1.在随机接入过程，通过RAR的TimingAdvanceCommand字段发送给UE

    这中情况下，eNodeB通过测量接收到的preamble来确定timingadvance值，RAR的TimingAdvanceCommand字段共11bit，对应TA索引值的范围是0~1282。

图2MACRARfeild

    对于随机接入而言，TA值乘以16Ts，就得到相对于当前上行timing所需的实际调整值NTA=TA*16（单位为Ts）。

    我称这个过程为“初始上行同步过程”。

    2. 在RRC_CONNECTED态，通过TACMACCE发送TA给UE

    虽然在随机接入过程中，UE与eNodeB取得了上行同步，但上行信号到达eNodeB的timing可能会随着时间发生变化：

    -高速移动中的UE，例如运行中的高铁上的UE，其与eNodeB的传输延迟会不断变化；

    -当前传输路径消失，切换到新的的传输路径。

例如在建筑物密集的城市，走到建筑的转角时，这种情况就很可能发生；

    -UE的晶振偏移，长时间的偏移累积可能导致上行定时出错；

    -由于UE移动而导致的多普勒频移等。

    因此，UE需要不断地更新其上行定时提前量，以保持上行同步。

LTE中，eNodeB使用一种闭环机制来调整上行定时提前量。

    eNodeB基于测量对应UE的上行传输来确定每个UE的timingadvance值。

因此，只要UE有上行传输，eNodeB就可以用来估计timingadvance值。

理论上，UE发送的任何信号（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH等）都可用于测量timingadvance。

    如果某个特定UE需要校正，则eNodeB会发送一个Timing AdvanceCommand给该UE，要求其调整上行传输timing。

该Timing AdvanceCommand是通过Timing AdvanceCommand MACcontrolelement发送给UE的。

    Timing AdvanceCommand MACcontrolelement由LCID值为11101（见36.321的Table6.2.1-1）的MACPDUsubhead指示，且其结构如下（R表示预留bit，设为0）：

图3：

TimingAdvanceCommandMACcontrolelement

    可以看出，TimingAdvanceCommand字段共6bit，对应TA索引值TA的范围是0~63。

    UE侧会保存最近一次timingadvance调整值NTA,old，当UE收到新的TimingAdvanceCommand而得到TA后，会计算出最新的timingadvance调整值NTA,new = NTA,old +（TA-31）*16（单位为Ts）。

    我称这个过程为“上行同步更新过程”。

5.Relatedparamters

     eNodeB会通过RRC信令给UE配置一个timer（在MAC层，称为timeAlignmentTimer），UE使用该timier在MAC层确定上行是否同步。

     需要注意的是：

该timer有Cell-specific级别和UE-specific级别之分。

eNodeB通过SystemInformationBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段来配置的Cell-specific级别的timer；eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段来配置UE-specific级别的timer。

6.UEbehavior

     如果UE在子帧n收到TimingAdvanceCommand，则UE会从子帧n+6开始应用该timing调整值。

     如果UE在子帧n和子帧n+1发送的PUCCH/PUSCH/SRS由于timing调整的原因出现重叠，则UE将完全发送子帧n的内容，而不发送子帧n+1中重叠的部分。

     UE收到TimingAdvanceCommand后，会调整PCell的PUCCH/PUSCH/SRS的上行发送时间。

而SCell的PUSCH/SRS（SCell不发送PUCCH）的上行发送时间调整量与PCell相同。

（见36.213的4.2.3节）

     从上面的介绍可以看出，PCell和SCell共用一条TimingAdvanceCommand在载波聚合中，UE可能需要往多个小区（或称为componentcarrier）发送上行数据，在理论上，由于不同小区的物理位置（inter-bandCA）可能不同，每个小区都需要给该UE发送各自的TimingAdvanceCommand。

但是这种类型的部署并不常见，载波聚合的小区通常物理位置上相近且同步，因此为了简化LTE的设计，所有聚合的小区共用一条timingadvancecommand。

      前面已经介绍过，上行定时提前的调整量是相对于接收到的下行子帧的timing的，因此在UE没有收到TimingAdvanceCommand的时候，UE需要跟踪下行timing的变化，以便自动调整上行传输的timing。

（详见36.133的7.1.2节）

7.Outofsync

UE在MAC层如何判断上行同步/失步（详见36.321的5.2节）：

 eNB会通过RRC信令给UE配置一个timer（在MAC层，称为timeAlignmentTimer），UE使用该timier在MAC层确定上行是否同步。

需要注意的是：

该timer有Cell-specific级别和UE-specific级别之分。

eNodeB通过SystemInformationBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段来配置的Cell-specific级别的timer；eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段来配置UE-specific级别的timer。

如果UE配置了UE-specific的timer，则UE使用该timer值，否则UE使用Cell-specific的timer值。

当UE收到TimingAdvanceCommand（来自RAR或TimingAdvanceCommandMACcontrolelement），UE会启动或重启该timer。

如果该timer超时，则认为上行失步，UE会清空HARQbuffer，通知RRC层释放PUCCH/SRS，并清空任何配置的DLassignment和ULgrant。

当该timer在运行时，UE认为上行是同步的；而当该timer没有运行，即上行失步时，UE在上行只能发送preamble。

还有一种情况下，UE认为上行同步状态由“同步”变为“不同步”：

非同步Handover。

8.eNBimplementation

     由于不同的厂商实现方式可能不同，这里只介绍一些可借鉴的做法。

（1）由于UE必须在timeAlignmentTimer超时之前接收到TimingAdvanceCommand，否则会认为上行失步。

所以eNodeB需要保证在该timer时间范围内（通常要比该timer小，因为要预留一些时间给传输延迟和UE编解码等）给UE发送TimingAdvanceCommand，以便UE更新上行定时并重启该timer。

所以eNodeB必须保存最近一次成功地给该UE发送了TimingAdvanceCommand（即eNodeB收到了对应下行传输的ACK）的子帧号，以便计算该时间范围。

（2）从

（1）中可以看出，在eNodeB侧在MAC层也应该为每个UE维护一个类似timeAlignmentTimer的timer，以保证在该timer超时之前给UE发送TimingAdvanceCommand。

eNodeB何时启动/重启该timer呢？

个人认为可以在UE随机接入成功中后启动，并在收到对应TimingAdvanceCommandMACcontrolelement的ACK/NACK后重启。

注意timer的起始位置应该从最近一次成功地给该UE发送了TimingAdvanceCommand的子帧（而不是收到对应ACK的子帧）。

     （3）从上面的介绍可以看出，UE在子帧n收到TimingAdvanceCommand后，会从子帧n+6才开始应用该timing调整值。

也就是说，eNodeB在子帧n发送了某个UE的TimingAdvanceCommand之后，在子帧n+6之前（不包括n+6子帧）的时间内，是不会去测量该UE的上行timing的。

     （4）在子帧n+6之后，eNodeB可能需要测量多个上行timing瞬时值以作平均处理，以便得到最终的调整量，也就是说，eNodeB可能在n+6子帧后的某段时间内，是不会发送TimingAdvanceCommand的。

当测量完毕后，eNodeB在之后的某个子帧将Timing AdvanceCommand MACcontrolelement发给UE。

     （5）eNodeB在物理层（L1层）应该也会判断UE在上行是否同步（具体如何判断我也不清楚，有位读者介绍过该厂家的实现机制，供大家参考：

物理层会根据UL信号来计算sinr（也用于估算TA值），如果算出的sinr值过低，物理层就会认为UL失步），如果不同步，应告知MAC层。