LTE網(wǎng)絡(luò)中TA的概念及距離計(jì)算

1、在 GSM網(wǎng)絡(luò)中，1TA表征的距離大約在550m，那么在LTE網(wǎng)絡(luò)中 TA命令對(duì)應(yīng)距離是如何計(jì)算?（在LTE網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)最基本的時(shí)間單元:Ts, 無(wú)線幀長(zhǎng)（=307200*Ts）、時(shí)隙長(zhǎng)度 （=15360*Ts） 、 循環(huán)前綴長(zhǎng)度（=144*Ts 或者 512*Ts） 都是通過(guò)TS定義的。那么Ts 值是多少呢？下面等式明確給出了Ts 的定義 。Ts =1/ （ 15000*2048） 單位是：秒計(jì)算結(jié)果大約時(shí)間為32.6 納秒。規(guī)范中定義了Ts 公式， Ts的含義如下。LTE系統(tǒng)中OFDM符號(hào)生成所采用的FFT SIZE 為 2048（以20MHZ帶寬為例），采樣頻率為15kHz，那么20M帶

2、寬的采樣率=15kHz*2048=3.072MHz,這樣Ts 可以理解為OFDM符號(hào)的采樣周期，即一個(gè)OFDM符號(hào)的周期為Ts=1/15000*2048 ）* 首先，TA表征的是UE與天線端口之間的距離。1Ts 對(duì)應(yīng)的時(shí)間提前量距離等于：（3*108*1/（15000*2048）/2=4.89m。含義就是距離=傳播速度（光速）*1Ts/2（ 上下行路徑和）。TA命令值對(duì)應(yīng)的距離都是參照1Ts 來(lái)計(jì)算的。* 在隨機(jī)接入過(guò)程中：eNodeB測(cè)量到上行PRACH前導(dǎo)序列，在RAR（隨機(jī)接入響應(yīng)）的MACpayload 中攜帶 11bit 信息， TA的范圍在0 1282之間，根據(jù)RAR（隨機(jī)接入響應(yīng)

3、）中TA值，UE調(diào)整上行發(fā)射時(shí)間Nta=TA*16Ts，值恒為正。例如：TA=1，那么Nta=1*16Ts, 表征的距離為16*4.89m=78.12m，同時(shí)可以計(jì)算得到在初始接入階段，UE與網(wǎng)絡(luò)的最大接入距離=1282*78.12m=100.156km。* 在業(yè)務(wù)進(jìn)行中：周期性的TA命令在 Mac層的信息為6bit ，即TA的范圍在0 63之間。TA命令表征Nta 的調(diào)整量。Nta_新 = Nta_舊 + （ TA-31） *16，時(shí)間提前量值可能為正或負(fù)。例如：TA=30，那么Nta_新 = Nta_ 舊 +（ 30-31 ） *16Ts，距離等于-1*16*4.89m=-78.12m根據(jù)

4、公式可以算出最小的TA距離為 -31*16*4.89m=-2.42Km ，最大 TA距離為32*16*4.89m=2.5Km。參考文獻(xiàn)：3GPP 36.213-4.2.31. What is TAUE從網(wǎng)絡(luò)側(cè)接收TA命令，調(diào)整上行PUCCH/PUSCH/SR的發(fā)射時(shí)間， S目的是為了消除UE之間不同的傳輸時(shí)延，使得不同UE的上行信號(hào)到達(dá)eNodeB的時(shí)間對(duì)齊，保證上行正交性，降低小區(qū)內(nèi)干擾。TA: Timing Advance, 定時(shí)提前，一般用于UE 上行傳輸，指為了將UE 上行包在希望的時(shí)間到達(dá)eNB ，預(yù)估由于距離引起的射頻傳輸時(shí)延，提前相應(yīng)時(shí)間發(fā)出數(shù)據(jù)包。TAC: Timing Adv

5、ance Command ，定時(shí)提前命令，eNB 通過(guò)發(fā)送TAC 給 UE ，告知UE 定時(shí)提前的時(shí)間大小。2. Why need TA上行傳輸?shù)囊粋€(gè)重要特征是不同UE 在時(shí)頻上正交多址接入(orthogonal multipleaccess )，即來(lái)自同一小區(qū)的不同UE 的上行傳輸之間互不干擾。為了保證上行傳輸?shù)恼恍裕苊庑^(qū)內(nèi)(intra-cell )干擾，eNodeB 要求來(lái)自同一子幀但不同頻域資源(不同的RB ) 的不同 UE 的信號(hào)到達(dá)eNodeB 的時(shí)間基本上是對(duì)齊的。eNodeB 只要在CP( Cyclic Prefix )范圍內(nèi)接收到UE 所發(fā)送的上行數(shù)據(jù)，就能夠正確地解碼上

6、行數(shù)據(jù)，因此， 上行同步要求來(lái)自同一子幀的不同UE 的信號(hào)到達(dá)eNodeB 的時(shí)間都落在 CP 之內(nèi)。為了保證接收側(cè)( eNodeB 側(cè)) 的時(shí)間同步，LTE 提出了上行定時(shí)提前( Uplink TimingAdvance )的機(jī)制。在 UE 側(cè)看來(lái)， timing advance 本質(zhì)上是接收到下行子幀的起始時(shí)間與傳輸上行子幀的時(shí)間之間的一個(gè)負(fù)偏移(negative offset )。 eNodeB 通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂泼總€(gè)UE 的偏移，可以控制來(lái)自不同UE 的上行信號(hào)到達(dá)eNodeB 的時(shí)間。對(duì)于離eNodeB 較遠(yuǎn)的 UE，由于有較大的傳輸延遲，就要比離eNodeB 較近的 UE 提前發(fā)送上行

7、數(shù)據(jù)。圖 1 上行傳輸?shù)膖iming 對(duì)齊圖 1(a) 中指出了不進(jìn)行上行定時(shí)提前所造成的影響。從圖 1(b) 中可以看出，eNodeB 側(cè)的上行子幀和下行子幀的timing 是相同的，而 UE側(cè)的上行子幀和下行子幀的timing 之間有偏移。同時(shí)可以看出：不同UE 有各自不同的uplinktiming advance ，也即 unlink timingadvance 是 UE 級(jí)的配置。3. How measure TAeNodeB 通過(guò)測(cè)量UE 的上行傳輸來(lái)確定每個(gè)UE 的 timingadvance 值。因此，只要UE 有上行傳輸，eNodeB 就可以用來(lái)估計(jì)timing advance

8、 值。理論上，UE 發(fā)送的任何信號(hào)( SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH 等)都可用于測(cè)量timingadvance 。在隨機(jī)接入過(guò)程中，eNodeB 通過(guò)測(cè)量接收到的preamble 來(lái)確定 timing advance 值。4. When send TA上行同步的粒度為16Ts ( 0.52 ms )。關(guān)于Ts，見 36.211 的第 4 章。上行 timing 的不確定性正比于小區(qū)半徑，每 1 km 有大約 6.7 s 的傳輸延遲( 6.7 s /km )， LTE 中小區(qū)最大半徑為100 km ，故最大傳輸延遲接近0.67 ms 。上行同步的粒度為Ts( 0.52

9、ms )，故 TA 的最大值約為(0.67 * 1000)/0.52 1。(288 TA 的最大值為1282，應(yīng)該是更精確的計(jì)算，但計(jì)算方法就是這樣的，當(dāng)然還要將解碼時(shí)間考慮在內(nèi))eNodeB 通過(guò)兩種方式給UE 發(fā)送 TimingAdvance Command ：1. 在隨機(jī)接入過(guò)程，通過(guò)RAR 的 Timing Advance Command 字段發(fā)送給UE這中情況下，eNodeB 通過(guò)測(cè)量接收到的preamble 來(lái)確定 timing advance 值， RAR的 Timing Advance Command 字段共 11 bit，對(duì)應(yīng) TA 索引值的范圍是01282 。圖 2 MAC

10、 RARfeild對(duì)于隨機(jī)接入而言，TA 值乘以 16Ts ，就得到相對(duì)于當(dāng)前上行timing 所需的實(shí)際調(diào)整值 NTA=TA*16 (單位為Ts)。我稱這個(gè)過(guò)程為“初始上行同步過(guò)程 ”。2. 在 RRC_CONNECTED 態(tài)，通過(guò)TAC MACCE 發(fā)送 TA 給 UE雖然在隨機(jī)接入過(guò)程中，UE 與 eNodeB 取得了上行同步，但上行信號(hào)到達(dá)eNodeB的 timing 可能會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化：- 高速移動(dòng)中的UE ，例如運(yùn)行中的高鐵上的UE ，其與eNodeB 的傳輸延遲會(huì)不斷變化；- 當(dāng)前傳輸路徑消失，切換到新的的傳輸路徑。例如在建筑物密集的城市，走到建筑的轉(zhuǎn)角時(shí)，這種情況就很可能發(fā)

11、生；- UE 的晶振偏移，長(zhǎng)時(shí)間的偏移累積可能導(dǎo)致上行定時(shí)出錯(cuò)；- 由于UE 移動(dòng)而導(dǎo)致的多普勒頻移等。因此，UE 需要不斷地更新其上行定時(shí)提前量，以保持上行同步。LTE 中， eNodeB使用一種閉環(huán)機(jī)制來(lái)調(diào)整上行定時(shí)提前量。eNodeB 基于測(cè)量對(duì)應(yīng)UE 的上行傳輸來(lái)確定每個(gè)UE 的 timingadvance 值。因此，只要 UE 有上行傳輸，eNodeB 就可以用來(lái)估計(jì)timing advance 值。理論上，UE 發(fā)送的任何信號(hào)（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH 等）都可用于測(cè)量timingadvance 。如果某個(gè)特定UE 需要校正，則 eNodeB 會(huì)發(fā)送一

12、個(gè)Timing Advance Command 給該 UE，要求其調(diào)整上行傳輸timing 。該 Timing Advance Command 是通過(guò)Timing Advance Command MAC control element 發(fā)送給 UE 的。Timing Advance Command MAC controlelement 由 LCID 值為11101 （見36.321的 Table 6.2.1-1 ） 的 MAC PDU subhead 指示， 且其結(jié)構(gòu)如下（ R 表示預(yù)留bit， 設(shè)為0） ：圖 3： TimingAdvance Command MAC control elem

13、ent可以看出，Timing Advance Command 字段共 6 bit，對(duì)應(yīng) TA 索引值 TA 的范圍是063 。UE 側(cè)會(huì)保存最近一次timing advance 調(diào)整值 NTA,old ，當(dāng) UE 收到新的TimingAdvance Command 而得到 TA 后，會(huì)計(jì)算出最新的timing advance 調(diào)整值NTA,new = NTA,old + （TA-31） * 16 （單位為Ts）。我稱這個(gè)過(guò)程為“上行同步更新過(guò)程 ”。5. Related paramterseNodeB 會(huì)通過(guò) RRC 信令給 UE 配置一個(gè)timer （在 MAC 層，稱為timeAlignm

14、entTimer ）， UE 使用該 timier 在 MAC 層確定上行是否同步。需要注意的是：該 timer 有 Cell-specific 級(jí)別和 UE-specific 級(jí)別之分。eNodeB 通過(guò)SystemInformationBlockType2 的 timeAlignmentTimerCommon 字段來(lái)配置的Cell-specific級(jí)別的 timer ； eNodeB 通過(guò) MAC-MainConfig 的 timeAlignmentTimerDedicated 字段來(lái)配 置 UE-specific 級(jí)別的 timer 。6. UE behavior如果 UE 在子幀 n

15、收到 Timing Advance Command ， 則 UE 會(huì)從子幀n + 6 開始應(yīng)用該 timing 調(diào)整值。如果 UE 在子幀 n 和子幀 n + 1 發(fā)送的 PUCCH/PUSCH/SRS 由于 timing 調(diào)整的原因出現(xiàn)重疊，則UE 將完全發(fā)送子幀n 的內(nèi)容，而不發(fā)送子幀n + 1 中重疊的部分。UE 收到 Timing Advance Command 后，會(huì)調(diào)整PCell 的 PUCCH/PUSCH/SRS 的上行發(fā)送時(shí)間。而SCell 的 PUSCH/SRS （ SCell 不發(fā)送 PUCCH ）的上行發(fā)送時(shí)間調(diào)整量與 PCell 相同。（見36.213 的 4.2.3

16、節(jié)）從上面的介紹可以看出，PCell 和 SCell 共用一條Timing Advance Command 在載波聚合中，UE 可能需要往多個(gè)小區(qū)（或稱為component carrier ）發(fā)送上行數(shù)據(jù)，在理論上，由于不同小區(qū)的物理位置（inter-band CA ）可能不同，每個(gè)小區(qū)都需要給該UE 發(fā)送各自的 Timing Advance Command 。但是這種類型的部署并不常見，載波聚合的小區(qū)通常物理位置上相近且同步，因此為了簡(jiǎn)化LTE 的設(shè)計(jì)，所有聚合的小區(qū)共用一條timing advancecommand 。前面已經(jīng)介紹過(guò)，上行定時(shí)提前的調(diào)整量是相對(duì)于接收到的下行子幀的timin

17、g 的，因此在 UE 沒(méi)有收到Timing Advance Command 的時(shí)候， UE 需要跟蹤下行timing 的變化，以便自動(dòng)調(diào)整上行傳輸?shù)膖iming 。（詳見36.133 的 7.1.2 節(jié)）7. Out of syncUE 在 MAC 層如何判斷上行同步/失步（詳見36.321 的 5.2 節(jié)）：eNB 會(huì)通過(guò) RRC 信令給 UE 配置一個(gè)timer （在 MAC 層，稱為timeAlignmentTimer ），UE 使用該 timier 在 MAC 層確定上行是否同步。需要注意的是：該timer 有 Cell-specific 級(jí)別和 UE-specific 級(jí)別之分。eN

18、odeB 通過(guò)SystemInformationBlockType2 的 timeAlignmentTimerCommon 字段來(lái)配置的Cell-specific級(jí)別的 timer ； eNodeB 通過(guò) MAC-MainConfig 的 timeAlignmentTimerDedicated 字段來(lái)配 置 UE-specific 級(jí)別的 timer 。如果 UE 配置了 UE-specific 的 timer ，則 UE 使用該 timer 值，否則UE 使用 Cell-specific的 timer 值。當(dāng) UE 收到 Timing Advance Command （來(lái)自 RAR 或 Ti

19、ming Advance Command MAC controlelement ）， UE 會(huì)啟動(dòng)或重啟該timer 。如果該timer 超時(shí)，則認(rèn)為上行失步，UE會(huì)清空 HARQ buffer ，通知 RRC 層釋放 PUCCH/SRS ，并清空任何配置的DL assignment和 UL grant 。當(dāng)該 timer 在運(yùn)行時(shí)，UE 認(rèn)為上行是同步的；而當(dāng)該timer 沒(méi)有運(yùn)行，即上行失步時(shí)，UE在上行只能發(fā)送preamble 。還有一種情況下，UE 認(rèn)為上行同步狀態(tài)由“同步 ”變?yōu)?“不同步 ”：非同步 Handover 。. eNB implementation由于不同的廠商實(shí)現(xiàn)方式

20、可能不同，這里只介紹一些可借鑒的做法。（ 1 ） 由于 UE 必須在 timeAlignmentTimer 超時(shí)之前接收到Timing Advance Command ，否則會(huì)認(rèn)為上行失步。所以 eNodeB 需要保證在該timer 時(shí)間范圍內(nèi)（通常要比該timer 小，因?yàn)橐A(yù)留一些時(shí)間給傳輸延遲和UE 編解碼等）給 UE 發(fā)送 Timing Advance Command ，以便 UE 更新上行定時(shí)并重啟該timer 。所以 eNodeB 必須保存最近一次成功地給該UE 發(fā)送了 Timing Advance Command （即 eNodeB 收到了對(duì)應(yīng)下行傳輸?shù)腁CK ）的子幀號(hào)，以便計(jì)算該時(shí)間范圍。（ 2）從（1 ）中可以看出，在eNodeB 側(cè)在 MAC 層也應(yīng)該為每個(gè)UE 維護(hù)一個(gè)類似timeAlignmentTimer 的 timer ，以保證在該timer 超時(shí)之前給UE 發(fā)送 Timing AdvanceCommand 。 eNodeB 何時(shí)啟動(dòng)/重啟該timer 呢？個(gè)人認(rèn)為可以