TD-SCDMA同步特性需求分析报告

1、大唐移动通信设备有限公司 TD-SCDMA同步特性需求分析报告 XDTM6.506.411FRS只供内部使用TD-SCDMA同步特性需求分析报告标准类型TD-SCDMA文档编号XDTM6.506.411FRS版 本 号V1.0状 态IUS作 者王树立所属部门系统部提交日期2003年3月1I. 文档控制1) 文档更新记录日期更新人版本备注2003年1月王树立V1.00创建文档2) 文档审核记录日期审核人职务备注2004-2-28郭庆总体组组长3) 文档发行范围分发单位说明大唐移动西安分公司版本：V1.0 封页 3目录1.引言41.1.编写目的41.2.文档约定41.3.预期读者建议41.4.文档

2、结构41.5.参考资料41.6.缩写术语42.特性需求原由43.同步功能描述43.1.同步框架结构53.1.1.同步模型53.1.2.同步相关的计数器和参数63.2.网络同步特性需求63.3.节点同步特性需求63.3.1.时钟特性需求73.3.2.RNC与Node B间的节点同步73.3.3.Node B间的同步83.4.传输信道同步特性需求83.4.1.传输信道同步过程83.4.2.TOAWS,TOAWE设置的特性需求93.4.3.FrameOffset设置的特性需求103.4.4.定时调整特性需求103.5.时间对齐113.5.1.TTI以及触发次数的特性需求124.Iu/Iub接口业务同

3、步定时关系124.1 语音业务流程122 Iu/Iub/Uu接口定时关系135.新增/修改硬件146.其他相关特性141. 引言1.1. 编写目的本文分析了TD-SCDMA系统同步定时特性，重点描述了RNC相关的同步定时特性需求。描述RNC与MSC间的同步，RNC与Node B间的同步。1.2. 文档约定本文档采用word进行编制。正文为5号宋体，英文符号采用Times New Roman。1.3. 预期读者建议本文档适用与RNC设计开发人员参考使用，并供系统测试部相关人员参阅。1.4. 文档结构TBD1.5. 参考资料1. 3GPP TS 25.427-430: "Iub

4、/Iur Interface User Plane Protocol for DCH Data Streams".2. 3GPP TS 25.435-430:"UTRAN Iub Interface User Plane Protocols for COMMON TRANSPORT CHANNEL Data Streams".3. 3GPP TS25.402-430:" Synchronisation in UTRAN Stage 2" 4. 3GPP TS26.102-400: " AMR speech codec; In

5、terface to Iu, Uu and Nb "5. 3GPP TS25.415-430: " UTRAN Iu interface user plane protocols " 1.6. 缩写术语QoS：Quality of Service服务质量BER：Bit Error Rate误码率2. 特性需求原由同步是TDSCDMA中的关键技术，。成熟的同步解决方案可以使设备满足业务的性能指标。同步问题解决不好，会造成业务数据在RNC中的缓冲时延过长，导致整个业务传输时延超出指标，同步问题解决不好，还会导致在Iub接口经常发生丢帧现象，使业务的性能指标超界。3.

6、同步功能描述3.1. 同步框架结构3.1.1. 同步模型图3.1a给出了TD-SCDMA同步模型。同步涉及TD-SCDMA中的各个节点，包括核心网CN中的MSC，RAN中的RNC、 Node B和UE，以及这些节点间的接口Iu-CS接口、Iub接口和Uu接口。图3.1a TD-SCDMA同步模型同步可以分为两类，一类是网络同步，一类是与3G协议标准相关的同步，以下同步中的a属于网络同步，其余的属于和3G协议标准相关的同步。a) 网络同步网络同步涉及RAN时钟的稳定性。定义了RAN中各个节点的参考时钟要求。b) 节点同步节点同步指的是RAN中节点间的同步。RNC-NodeB间的同步是为了获得RN

7、C与NodeB间的定时偏差。NodeB间的同步是为了补偿NodeB间的定时偏差，以获得公共定时参考。Node B间的同步结果是无线帧同步的前提。c) 传输信道同步依据无线接口同步定时，为了减小业务由于到达Node B时间过早造成的缓冲时延以及到达时间过晚到导致的业务不能发送而造成的数据丢失,需要保证RNC与NodeB间的帧传输同步定时关系。d) 无线接口同步无线接口同步定义了上、下行无线帧传输同步定时机制。R在上行同步建立和上行同步保持的过程中，有两个重要的参数RNC需要配置：M：Uplink synchronisation frequency，范围为1.8，单位为子帧；k：Uplink sy

8、nchronisation step size，范围为1.8，其中Node B用到了M，而UE用到了k。具体描述参见FRS<<上行链路同步特性需求分析报告>>e) 时间对齐时间对齐是为了减小SRNC中下行链路在SRNC的缓冲延迟（Buffer Delay），在Iu接口定义的同步过程。 本文主要描述与RNC相关的a,b.c,d,f这五个过程对RNC造成的特性需求.3.1.2. 同步相关的计数器和参数BFN：NodeB公共帧号计数器，可选锁频于网络同步参考分辨率：1帧，范围： 04095 两相邻帧之间的间隔为10msRFN：RNC公共帧号计数器，可选锁频于网络同步参考分辨率

9、：1帧，范围： 04095两相邻帧之间的间隔为10msSFN：小区系统帧号，在BCH上广播，在Node B采用了同步端口的情况下SFNmod256=BFNmod256CFN：用于UE和UTRAN空中接口层2传输信道同步。分辨率：1帧，范围： 0255，当用于PCH时范围为0-4095Frame Offset：帧偏移是一个无线链路特有的物理层参数，用于小区系统帧号和连接帧号间的映射。分辨率：1帧，范围： 0255。分辨率：1帧，范围： 0255。SFN mod 256 = (CFN + Frame Offset) mod 256 (from L2 to L1)CFN = (SFN - Frame

10、 Offset) mod 256 (from L1 to L2)3.2. 网络同步特性需求 网络同步涉及RAN时钟的稳定性。RAN采用主从同步方式，RNC的时钟采用向向上跟随方式跟随于CN, 但并不需要和CN采用同一个时钟, ,这个时钟可以从线路提取,另外可选GPS或BITS（Building Integrated Timing Supply，通信楼综合定时供给设备）作为外部参考时钟。网络同步要求的是频率的同步。RNC系统参考时钟频率精确度优于0.05ppm；在外部参考时钟失效期间，RNC的系统时钟应当能够进入“保持模式”（Holdover mode），系统时钟的输出能够保持原来的相位和0.0

11、5ppm的精确度；3.3. 节点同步特性需求 在TD_SCDMA系统中,各节点(包含Node B,RNC,以后提到节点的地方不再说明)设备之间的时钟可以采用如下两种方式:1 所有节点设备采用同一个时钟基准2 每一个节点采用自己独立的时间基准由于RNC向Node B发送数据时,在每一帧数据前都有一个帧头CFN,通过CFN RNC可间接的通知这帧数据在Node B的发送时刻,Node B根据CFN推算出SFN,在SFN这个时刻发送.如果采用了第一种方案,RNC与Node B采用同一个时钟基准,那么RNC能够容易的决定每一帧数据发送的时刻.如果RNC与Node B采用的不是同一个时间基准,那么RNC

12、发送数据时不知道Node B的时间,时间标签(CFN)是很难计算的,如果到达Node B时,Node B目前的SFN与根据CFN计算出的SFN可能存在以下关系: If (SFNNow >SFNCaculae) 要发送的时间点已经经过,如果此帧数据不丢弃,等到SFN的下一个循环发送,可能要延迟很长时间,必须丢弃,这样会造成数据的丢帧,else if(SFNNow<SFNCaculte,并且SFNCacaulte比SFNNow大的超出了一个时间范围) 为了保证数据的不丢失,必须等到SFNCaculate到的时候再发送(在这之前必须将数据存储在Buffer中),这样将会增大Node B的

13、Buffer,同时增大了数据的时延 只有时间比较恰当才能使数据的传输达到一个理想的状态.因此需要RNC与NodeB之间进行节点同步,通过节点同步过程,能够测出RNC与Node B的时间差,RNC在发送数据时 也就间接的知道了Node B的当前时间,读取RFN,已经知道了时间差,当然知道了Node B的当前时间. 通过RNCNode B节点同步，RNC可以测得RNC的计数器（RFN）和Node B的计数器（BFN）之间的时间差、RNC与Node B之间的上下行传输时延、往返时延（Round Trip Delay，RTD）。为RNC与Node B之间传输信道同步计算一个较为准确的初始偏差。 节点同

14、步包含两个部分:1 RNC与Node B间的节点同步2 Node B间的节点同步(属于Node B研究的范畴). 3.3.1. 时钟特性需求对于RNC设备来说，RNC需要的时钟粒度为0.125ms，因此需要一个精确产生0.125ms周期事件的时钟,这个值可以由软件读取。3.3.2. RNC与Node B间的节点同步RNC与Node B的节点同步过程定义在用于Iub接口的用户面协议。图3.3 b 节点同步控制帧发送过程(承载于公共传输信道)图3.3c节点同步过程(承载于专用传输信道) 节点同步过程可以在DCH信道所在的承载上执行,也可以在公共传输信道所在的承载上执行. 图3.3.d RNC与No

15、deB间的节点同步RNC向Node B发送下行节点同步控制帧包含t1参数,Node B以上行节点同步控制帧响应,包含参数t2,t3,RNC收到上行节点同步控制帧的时间为t4,存在以下关系: (T2-T1)mod40960 = (NodeBCount-RNCCount +TDelay)mod40960; 其中TDelay是控制帧从RNC传送到Node 的时延.可以选择在公共传输信道上进行多次的节点同步,从而较准确的得到(NodeBCount-RNCCount +TDelay)的值,从而得到RNC与Node B的时间差.当RNC在DCH信道所在的承载上执行节点同步过程时,主要是为了找出承载于DCH

16、信道上业务的实际往返时延.(T2-T1)mod40960 = (NodeBCount-RNCCount +TDelay1)mod40960;(T4-T3)mod40960 = (RNCCount-NodeBCount+TDelay2)mod40960 3.3.3. Node B间的同步在TDSCDMA中Node B间的节点同步应该属于Node的范畴，在此不进行描述。/GPS/no GPS两种情况3.4. 传输信道同步特性需求3.4.1. 传输信道同步过程 传输信道同步是无线接口二层间的同步，它提供了L2层公共帧号即Connection Frame Number（CFN）作为同步的参考。CFN不

17、在空中接口传送，在L2与TBS关联并与TBS一起组成FP以FP帧格式的形式传送给Node B，在Node B由L1通过Frame Offset参数映射到传输此TBS的第一个无线帧。RNC通过传输信道同步来调整TBS的发送时刻，使得DL TBS在空中发送之前不会太早地到达Node B。传输信道同步的目的是确保RNC发送的帧能在Node B的处理范围内收到，并减小了在Node B的缓存和处理负荷。同时，传输信道同步的目的也通过控制下行数据的发送时间点及调整数据的发送顺序尽可能地保证下行数据在Node B的最晚到达时间点之前到达。 传输信道同步需要在业务连接建立是进行的,通过进行传输信道同步过程可以

18、得到发送时间应该调整的大小,从而为数据的发送提供一个基准.传输信道同步过程适用于所有的下行传输信道(包括专用传输信道,公共传输信道).传输信道同步的时序如下: 图3.4.a 传输信道同步过程(承载于公共传输信道) 图3.4.b 传输信道同步过程(承载于专用信道)RNC发送传输信道控制帧时需要携带的参数为CFN,Node B收到下行传输信道同步控制帧后回以CFN(RNC发送下行传输信道控制帧时携带的)与TOA进行响应.RNC收到上行传输信道同步控制帧后,根据TOA值设置数据发送的时刻.RNC在业务连接建立时通过发送下行传输信道同步，根据上行传输信道同步结果返回的参数值来合理的设置数据的发送时刻，

19、在业务重配置时，RNC也可以重新发起此过程。3.4.2. TOAWS,TOAWE设置的特性需求传输信道的同步过程和传输信道的配置参数TOAWS、TOAWE，以及帧内的CFN、当前的SFN，还有Node B设备的预定义的参数Node B处理时间Tproc的关系如下图所示。 传输信道同步过程相关参数示意图各参数的含义如下:TOAWS：时间窗口起点TOAWE：时间窗口终点LTOA：最迟到达时间TOA：到达时间根据传输信道的同步原理，为了保证下行数据以合适的时间点到达Node B，需要合理地设置时间窗口的长度，时间窗口的位置，即：需要配置合理的参数：ToAWS，ToAWE；同时需要RNC合理地调整数据

20、发送时刻。时间窗口的取值时间窗口的参数的理论取值非常大，ToAWS的理论取值为0.1279ms，ToAWE的理论取值为0.2559ms，在实际的设备实现时，这两个取值范围是没有参考价值的，必须使用合理的算法和试验来确定时间窗口的参数。同样，RNC合理调整下行数据的发送也需要完备的算法来支持。如果时间窗口的取值以及RNC调整下行数据的算法不合理可能会导致业务面在Iub接口上的进行频繁的时间校准，RNC频繁地调整数据的发送时间点，使得业务面的丢帧率增加，稳定性变差，业务性能下降。时间窗具体参数的配置参见FRS<< V2同步参数配置特性需求分析报告3.4.3. FrameOffset设置

21、的特性需求RNC在无线链路建立时需要根据业务特性不同设置不同的FrameOffset.参见FRS<< V2同步参数配置特性需求分析报告3.4.4. 定时调整特性需求当数据帧在设定的时间窗口外到达时，表明此数据帧到达的时间过早或过晚.Node B会向RNC发送定时调整控制帧。RNC收到定时控制帧后应该能够对数据的发送时刻进行调整以确保数据能够在Node B的时间窗口内到达 时间校准过程(承载于公共传输信道之上) 时间校准过程(承载于专用传输信道之上) Node B发送的时间校准控制帧包含参数CFN(没有在时间窗口内到达Node B那一帧数据的CFN),以及TOA,RNC收到时间校准控

22、制帧后应该能够根据CFN,TOA进行调整. TOA表示的是下行帧到达Node的时间与时间窗口结束点的差值如果 TOA<0表明到达的数据时间过晚在窗口外到达,需要提前发送发送时刻,Time= -TOA.如果 TOAWS>TOA>表明到达的数据刚好落在时间窗口内,可以不进行发送时刻的调整如果 TOA>TOAWS表明到达的数据过早,RNC需要延迟进行发送,延迟时间根据TOA决定，Delay = TOA-TOAWS.3.5. 时间对齐 对对于CN-MSC声码器来说，它以20ms的时间间隔采样ST-BUS，采样、编码后生成语音数据。 在Iu上进行时间对齐处理的目的是为了通过控制C

23、N的定时来最小化SRNC里的缓冲延迟。时间对齐由SRNC发起.SRNC通知CN时间对齐的过程通过发送Iu接口用户面时间对齐控制帧完成. 图3.5.1时间对齐过程(成功)图3.5.2时间对齐过程(不成功)在RNC发送定时校准控制帧后，启动监视时间TTA，以便监视定时校准确认控制帧是否被接收.CN根据RNC要求调整的结果进行调整,且发送一个定时校准确认帧（ACK）。如果SRNC发现时间对齐控制帧没有被正确转接收时(如NACK被收到或者定时器满)，时间校准需要仍然存在，SRNC应该再次触发一个时间校准程序。如果在”K”次重复后，错误状况仍然存在，SRNC停止发送时间对齐控制帧.。为了避免Iu接口上定时校准处理的振动，在成功地完成一个时间校准程序后，RNC应避免过早地启动新的时间校准过程。3.5.1. TTI以及触发次数的特性需求 传输时间和触发次数由网管配制.4. Iu/Iub接口业务同步定时关系4.1 语音业务流程CN-MSC声码器以20ms的时间间隔采