LTE网络中TA的概念及距离计算

在GSM网络中，1TA的特征距离约为550m，但在LTE网络中，如何计算TA命令对应距离？(LTE网络具有最基本的时间单元：Ts，其中无线帧长度(=307200*Ts )、时隙长度(=15360*Ts )、循环前缀长度(=144*Ts或512*Ts )由TS定义。 Ts的值是多少呢？ 下面的公式清楚地阐明了Ts的定义。Ts=1/(15000*2048 )单位为秒计算结果约为32.6纳秒。 规格中定义了Ts方式，Ts的含义如下。由于在LTE系统中用于生成OFDM符号的FFT大小是2048 (通过示例20 MHz带宽)，并且采样频率是15kHz，20m带宽的采样率=15kHz*2048=3.072MHz，所以Ts是OFDM符号*首先，TA表示UE与天线端口之间的距离。对应于1Ts的时间提前量的距离为(3*108*1/(15000*2048)/2=4.89m。 距离=传播速度(光速) *1Ts/2 (上下路径和)。 与TA命令值对应的距离全部参照1Ts计算。*正在随机访问：eNodeB测量上行PRACH前导码序列，其中，RAR (随机接入响应)的MAC payload包含11比特的信息，并且TA范围在0到01282之间，UE根据RAR (随机接入响应)的TA值来调整上行传输时间Nta=TA*16Ts，值为例如，在TA=1时，Nta=1*16Ts，特征的距离为16*4.89m=78.12m，同时可以在初始接入阶段计算UE和网络的最大接入距离=1282*78.12m=100.156km。*业务进行中：周期性TA命令在Mac层中的信息在6bit之间，也就是说TA的范围在0到63之间。TA命令表示Nta的调整量。 nta_new=nta_old(ta-31)*16，时间提前期的值可以是正值或负值。例如，如果TA=30，则nta_new=nta_old(30-31)*16ts，距离为-1*16*4.89m=-78.12m根据式，最小TA距离可计算为-31*16*4.89m=-2.42Km，最大TA距离可计算为32*16*4.89m=2.5Km。参考文献： 3GPP 36.213-4.2.31 .假面骑士UE从网络侧接收TA命令并调整上行PUCCH/PUSCH/SRS的发送时间的目的是消除UE之间的不同发送延迟，以使得不同UE的上行信号到达eNodeB的时间相匹配，从而确保上行正交性，并降低小区内干扰。ta :时序高级(timing advance )指代将由于距离而引起的射频传输的延迟估计为某一时间并在该时间提前发送分组，所述延迟通常用于UE上行链路传输且用于UE上行链路分组在期望的时间到达eNB。TAC: Timing Advance Command、定时提前命令，eNB通过向UE发送TAC，告知UE定时提前的时间的大小。为什么needta上行链路传输的一个重要特征是不同UE在时间-频率上的正交多址(即来自相同小区的不同UE的上行链路传输之间不相互干扰)。为了确保上行传输的正交性，要求eNodeB在相同的子帧中具有来自不同频域资源(不同的RB )的不同UE的信号到达eNodeB的时间，以便避免小区内的干扰。 如果eNodeB在CP (循环前缀)范围内接收到UE发送的上行数据，则能够正确地对上行数据进行解码，所以上行同步请求从相同子帧的不同UE的信号到达eNodeB的时间被收敛在CP内。为了保证接收侧(eNodeB侧)的时间同步，LTE提出了提前上行定时的结构。从UE侧看，时间高级本质上是下行链路子帧的起始时间与发送上行链路子帧的时间之间的负偏移。 eNodeB可以适当地控制每个UE的偏移，以控制来自不同UE的上行链路信号到达eNodeB的时间。 对于远离eNodeB的UE，因为存在较大的传输延迟，所以相比于接近eNodeB的UE来发送上行数据。图1上行传输的timing对准在图1(a )中表示不进行上行定时的提前所带来的影响。如从图1(b )可知，eNodeB侧的上行链路子帧和下行链路子帧的定时(timing )相同，而UE侧的上行链路子帧和下行链路子帧的定时(timing )之间有偏移。同时，可以发现每个UE的上行链路时间高级不同，即，上行链路时间高级是UE类的配置。3. How measure TAeNodeB通过测量UE的上行传输，来确定每个UE的高级时间值。 因此，只要UE具有上行传输，eNodeB就能够用于估计时高级值。 理论上，UE发送的信号(例如，SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH )可以用于测量高级时间。在随机接入的过程中，eNodeB通过测量接收到的preamble来确定timing advance值。4. When send TA上行同步的粒度为16Ts(0.52 ms )。 有关Ts，请参见36.211的第四章。上行链路timing的不确定性与小区半径成比例，每1 km具有约6.7s的传输延迟(6.7s/km )，在LTE中，小区最大半径为100 km，因此，最大传输延迟接近于0.67 ms。 由于上行同步的粒度为Ts(0.52 ms )，因此TA的最大值约为(0.67 * 1000 )/0.521288。 (虽然TA的最大值应该是1282，并且更加精确的计算，但是计算方法是这样的，当然也必须考虑解码时间)。eNodeB通过以下两种方式向UE发送timingadvance命令1 .在随机接入的过程中，将其经由RAR的高级命令字段发送到UE在这种情况下，eNodeB通过测量接收到的前导码来确定时段高级值，其中，r的时段高级命令字段总共是11比特，并且与TA索引值对应的范围从0到01282。图2 MAC rar场在随机接入中，若将TA值乘以16Ts，则得到当前的上行timing所需的实际调整值NTA=TA*16 (单位为Ts )。此过程称为初始上行链路同步过程。在RRC_CONNECTED状态下，经由TAC MACCE向UE发送TA在随机接入期间，UE和eNodeB获得上行链路同步，但是上行链路信号到达eNodeB的定时可以随着时间而改变-高速移动中的UE，例如运行中的高速铁路上的UE，与eNodeB的传输延迟不断变化-当前传输路径消失，并切换到新的传输路径。 例如，在建筑物密集的城市，去建筑物的拐角时，容易发生这样的事情UE的石英振动偏移、长时间偏移累积可导致上行定时错误-ue移动引起的多普勒移位等。因此，UE需要不断更新上行链路定时的提前量以维持上行链路同步。 在LTE中，eNodeB使用闭环机构调整上行定时的前进量。eNodeB基于测量相应UE的上行传输，来确定每个UE的高级时间值。 因此，只要UE具有上行传输，eNodeB就能够用于估计时高级值。 理论上，UE发送的信号(例如，SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH )可以用于测量高级时间。如果一个特定的UE需要纠正，则eNodeB可以向该UE发送timingadvance命令以请求对上行链路传输timing进行调节。 TimingAdvance Command可经由timing advancecommandmaccontrolelement发送到UE。timingadvancecommandmaccontrolelement由LCID值11101 (参照36.321的Table 6.2.1-1)的MAC PDU subhead表示，其结构如下(r表示预约比特，设定为0 )。图3:timingadvancecommandmaccontrolelement可知Timing Advance Command字段合计为6比特，对应于TA索引值TA的范围是063。UE侧保持最近的高级调整值NTA、old，当UE接受新的高级命令而获得TA时，计算最新的高级调整值NTA、new=NTA、old (TA-31) * 16 (单位为Ts )。此过程称为上行链路同步更新过程。5 .相关参数eNodeB通过RRC信令将UE确定上行链路是否同步所使用的计时器(在MAC层，称作时间段)设置为UE。应注意，此时间存在小区特定级别和UE特定级别之间的区别。 eNodeB是由SystemInformationBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段构成的Cell-specific级别的timer； eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段设置UE-specific级别的timer。6. UE behavior如果UE在子帧n中接收到定时高级命令，则UE开始从子帧n 6应用定时调节。当UE在子帧n和子帧n 1内传输的PUCCH/PUSCH/SRS由于时间调整而重叠时，UE在不向子帧n 1发射重叠部分的情况下完全传输子帧n的内容。UE在接收到定时高级命令后调整PCell的PUCCH/PUSCH/SRS的上行传输时间。 另一方面，小区pusch/SRS (小区不发送PUCCH )的上行发送时间调整量与p小区相同。 (见第36.213段第4.2.3段)由以上介绍可知，PCell和SCell共享一个timingadvance命令可知UE需要向多个小区(或者也称为component carrier )发送上行数据，理论上，不同小区的物理位置不同，因此各自不同然而，这种类型的布置是不一般的。由于载波聚合小区通常在物理位置附近和同步，因此所有聚合小区共享高级命令以简化LTE的设计。如已经介绍的那样，上行定时变早的调整量相对于接收到的下行子帧的定时(timing )，所以在UE未接收到定时高级命令(Timing Advance Command )的情况下，UE跟踪下行定时的变化，自动地跟踪上行传输的定时(timing ) (详情见第36.133条第7.1.2段)7 .不同步UE如何在MAC层中确定上行链路同步/去同步(详细信息，参见36.321第5.2节)。eNB通过RRC信令将上行链路是否与使用timier的MAC层同步进行确定的UE设置为timier (称作时间层的MAC层)。应注意，此时间存在小区特定级别和UE特定级别之间的区别。 eNodeB是由SystemInformationBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段构成的Cell-specific级别的timer； eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段设置UE-specific级别的timer。当UE配置UEspecifictimer时，UE使用该timer值，否则UE使用cellspecifictimer值。当UE接收到timingadvancecommand (来自rar或timingadvancecommandmaccontrolelement )时，UE启动或重新启动timer。 如果该timer超时，则考虑对上行链路的失调，UE将h-ARQ缓冲器留空，通知RRC层释放PUCCH/SRS，并将任何配置的dl协议和ul授予留空。当timer工作时，UE确定上行链路同步，而如果timer不工作，即如果上行链路失调，则UE只能在上行链路中发送前导码。在另一种情况下，UE认为上行链路同步状态从“同步”改变为“异步”:异步Handover。8.enb实施由于不同厂家的实现方法可能不同，因此在此介绍可供参考的方法。(1)由于UE在timeAlignmentTimer超时之前必须接收Timing Advance Command，所