TD-SCDMA的同步研究.ppt

1、TD-SCDMA的同步研究2004.6,武珂,TD-SCDMA中的同步研究,第一部分：同步参数介绍 第二部分：同步介绍 第三部分：同步的分类描述,第一部分：同步参数介绍,在UTRAN的过程同步过程中所用到的计数器和参数： BFN NodeB帧号计数器。 范围: 0 . 4095 frames. - RFNRNC帧号计数器。范围: 0 . 4095 frames.,SFNCell 小区系统帧号计数器。SFN在BCH上发送。SFN可以用于寻呼和系统信息的安排等。在TDD中,如果使用NodeB间同步端口，SFN会锁在BFN上。 ( SFN mod 256 = BFN mod 256).范围: 0 .

2、 4095 frames. - CFN连接帧号计数器。CFN是个帧计数器，用于UE和UTRAN之间的L2/传输信道同步。每个在MAC-L1之间传输的TBS（传输块集合）都带有一个CFN 。CFN给L2提供一个公共的帧参考来使用，例如可用于同步传输信道的重配置。 范围: 0 . 255 frames. PCH取值0.4095 frames.,Frame OffsetFrame Offset是L1的参数，用于把传输信道CFN映射到空口发送的无线帧SFN上。 映射关系如下: - SFN mod 256 = (CFN + Frame Offset) mod 256 ( L2 到 L1) - CFN =

3、 (SFN - Frame Offset) mod 256 (L1 到 L2) Frame Offset 和 CFN 取值范围相同 (0255) 此参数由SRNC来计算。,第二部分：同步介绍,网络系统的同步分类： 网络同步 节点间同步 传输信道同步 无线接口同步 定时队列的排列 使用同步计数器和参数来支持无线接口和传输信道同步,网络同步,网络同步是描述UTRAN各节点同步基准的分布和UTRAN中时钟的稳定性（和对UTRAN内部接口的性能要求）。 在UTRAN中各网络元素中分布一个精确的频率基准有几个方面的问题。主要问题是尽可能的在NodeB内提供一个频率精度大于0.05 ppm的同步基准，为了

4、在无线接口产生合适的信号。 一般推荐提供一个可跟踪的同步基准。 在UTRAN节点中选择的时钟，是根据所采用物理层的特征和采用的网络同步策略来决定。可以使用已经标准化的时钟。,节点同步,节点同步是建立和补偿UTRAN节点之间的时差。FDD和TDD模式在时差估算和补偿的必要性上有不同的要求。 两类节点同步：RNC-Node B and Inter Node B。在FDD和TDD模式间，他们的要求和使用均不同 如何补偿NodeB之间的时差，来达到一个公共的定时参考。这是涉及到具体实现机制的问题。,传输信道同步,传输信道同步机制定义了RNC和NodeB之间的帧同步，这里还要考虑无线接口的定时。,无线接

5、口同步,小区间同步用来同步相邻小区的无线帧，以使小区间的干扰最小。利用不同小区帧跳跃的方式和其他一些相关的过程来实现。 UE和UTRAN之间的定时提前是为了最小化UE-cell之间的干扰。在1.28McpsTDD模式下，定时提前用于上行同步 。,定时队列处理,Iu接口的时间队列处理过程是来控制CN节点的下行发送定时。为了最小化SRNC的缓冲延迟，由SRNC来控制。,上行同步,上行同步是由物理层来执行，针对PRACH和UL DPCH。这个过程包括乐建立和保持上行同步。,第三部分：同步的分类描述,节点间同步,节点同步意味着在不同的节点之间达到一个公共的定时参考。尽管这个公共定时参考很重要，但在UT

6、RAN中并没有要求。实际上，即使频率锁定在相同的网络同步参考时，不同的节点计数器（RFN BFN）也可能会有不同的相位排列。 为了最小化下行传输在空中接口上的传输延迟和缓冲时间，需要估算RNC和NodeB之间的时差。 另一方面，NodeB之间达到一个公共定时参考以用来支持小区间同步。 根据以上原因，UTRAN的节点同步包括了两个方面： RNC-NodeB节点同步； NodeB间节点同步。,RNC-Node B节点间同步,RNC和NodeB之间的节点同步是用来找出他们之间的时差的（RFN,BFN）。这么做的主要目的是在传输信道同步时来决定一个合适的DL/UL偏差值。获取节点之间的定时关系要依靠R

7、NC-NodeB之间节点同步过程来得到。这个过程在Iub/Iur接口的用户平面来实现，具体实现过程可参见FP协议。 当SRNC中的节点同步过程通过DCH用户平面时，节点同步控制帧可以以DCH数据帧的方式传输，这样就可以得到某些业务的实际环路延迟了。这样做的目的是得到某些业务在Iub接口上的环路延迟特性。,这个过程可以用高优先级的传输承载来传送（尤其是在CRNC和NodeB之间的节点同步时，会带来很大益处）。测量节点间的偏差可以随时进行，这样就可以有效的监管节点间的稳定性。 假如有一个精确的参考定时信号，那么节点间的频率漂移会很低，但也存在一定的频漂。假如没有一个精确的参考定时信号，那么本地的参

8、考振荡器必须可靠。基于此，RNC和NodeB间的节点同步过程才可以找出节点间的频漂。,在RNC-NodeB节点同步过程，RNC发送一个下行节点控制帧给NodeB，其中包括了T1。在接收到之后，NodeB响应一个上行节点控制帧给RNC，包括了T2,T3和T1。RNC接收到上行节点控制帧的时间是T4。这样RNC就可以根据根据这四个发送到达时间来算出节点间的时差，,Node B间的节点同步,TDD模式下，NodeB间节点同步的目的是使NodeB间达成一个公共定时参考（见下图），同时也可以支持小区间的同步。 NodeB间的节点同步可以通过标准的同步端口来完成，这里允许Node外接一个参考时钟。 其他N

9、odeB节点同步的方法还有可以通过空中接口来进行NodeB或小区间的同步。,a.TDD Node B同步端口,定义了用来完成NodeB节点间同步的输入输出同步端口。 输入同步端口允许NodeB通过外接参考（如GPS）来达到同步，而输出同步端口允许NodeB作为其他NodeB的外接同步参考。 输入端口同步信号的频率精度应该好于NodeB。,在同步区域内，任何一个NodeB输入端口同步信号的相位差不超过2.5 s. 此外，参考同步信号与外接参考同步信号的NodeB之间的相位误差小于0.5s, 各NodeB之间输入同步信号误差小于2.5 s， 而同频且有叠交区域的各小区之间10ms帧的误差小于3 s

10、（根据25.123第七节）.,b.TDD Node B 间节点同步过程 1.28Mcps TDD,对于1.28McpsTDD，NodeB间同步过程是个可选的方案，它是基于在空中接口上发射DwPCH来达到NodeB间的同步。 此外，对于稳定状态阶段，有以下的扩展： - 平均在一个同步循环中接收到的几个SYNC_DL的相关结果. - 小区基于测量来进行时间的自调整，并报告给RNC累积的调整结果。,同步过程有三个阶段来使网络进入同步状态，预备阶段，初始阶段和稳定状态阶段。另外还有一个过程是，新增加小区。 只要小区没有同步，有可能会干扰临近小区，就必须考虑通过空中接口进行同步。尤其是在新增加小区的情况

11、下，在同步过程开始之前一个新小区的建立。RNC应该利用小区建立过程中的Time slot Status IE使下行时隙变成disable状态。当小区同步执行时，下行时隙通过小区重配置变成enable状态。 个人理解：这里是针对新增加的小区，由于新小区还未达到同步，所以在小区建立时disable掉所有的下行时隙，这么做是为了不给现有小区内的用户增加干扰。,Preliminary Phase（RNC和NodeB的主小区及各小区校对时钟）,1.在每个RNC区域内至少有一个小区是通过外接参考源来同步的（如GPS接收机）。这类小区叫做主小区。这些小区在初始化他们的SFN计数器时，在规定的on Janua

12、ry 6, 1980 at 00:00:00 GMT时间上设置SFN=0. 2.RNC必须得知哪些小区是主小区。当一个本地小区在NodeB中存在时，一个Reference Clock availability指示通过资源状态指示消息由NodeB发给RNC。,3. 在小区建立时，RNC给自己主小区的时钟参考分配SFN offset，这样做是为了分开不同RNC区域的同步脉冲。 4RNC从时钟参考小区中得到参考时间。参考时间是根据DL Transport Channels Synchronisation procedure or the Node Synchronisation procedure

13、on the PCH frame protocol过程来得取的。NodeB应该考虑从同步端口得到的SFN和RNC给的参考SFN offset.,5 现在RNC将更新RNS内所有其他小区的定时，指示他们调整他们的时钟。首先，执行第一个DL Transport Channels Synchronisation procedure or the Node Synchronisation procedure on the PCH frame protocol，这样是为了获取这些小区和主小区参考SFN的偏差。然后，RNC给所有小区发送CELL SYNCHRONISATION ADJUSTMENT REQ

14、UEST message来更新SFN，不包括主小区。小区将会以此来调整他们的SFN和帧定时。,Initial Phase,初始同步的过程是在网络启动时，将RNS内的小区带入同步状态，这个阶段不支持数据传输。 1对于同步过程，有必要知道哪些小区可以互相接收彼此的信号。就可以指示所有的小区依次发送他们的下行同步码。,2在初始化同步时，每个小区应该根据RNC的调度接收其他小区的发送信号。下行同步序列通过每个无线帧周期连续发送。每个小区应该报告给RNC，它所成功的检测到下行同步码的接收S/(N+I)和定时。 3在从RNC接收到一个小区同步调整消息后，小区应该相应的调整它的定时。定时调整应该在小区同步调

15、整响应消息发送之前完成。定时调整可以通过调整定时和/或调整时钟频率来完成。,4上述的步奏1到3有必要经常性的重复，这是为了达到所要求的最小同步精度。这样做的目的是使网络达到一个较好的同步状态。 快速的更新可以用来修改时钟频率，也可以在一个短的时间帧内，调整时钟的定时。这可以使网络尽快进入同步状态。 S/(N+I)是稳定状态阶段决定调度时来用的。小区只有在地理上充分的分开或使用不同的频带时，才可以在同一时间内发送相同的下行同步码。没有完全分开的小区必须使用不同的下行同步码来区别。,Steady-State Phase,稳定状态阶段允许系统达到或保持所要求的频率精度。这里有个“基本方法”，并且在不

16、利的环境下，可以使用要求的扩展部分，来保证可靠的测量邻小区的下行同步码，并且可以直接，快速的修改定时，来减少Iub接口的信令负载。,Basic method,小区在稳定状态阶段的时候支持数据传输。稳定状态阶段由小区同步重配置过程的发起开始，过程中定义了同步调度，也就是小区传输下行同步码的时间和测量邻区下行同步码的时间 。 定义“同步帧”，也就是小区发送和接收下行同步码的SFN，SFN周期被分成了同步循环，每个同步循环包括了相同个数的同步帧。从一个同步帧到下一个的间隔叫做一个重复周期。每个同步循环都有相同的发送和接收计划。,根据在4096帧周期内所提供“同步帧”，进行如下的过程： 1每个小区从R

17、NC接收到小区同步重配置请求消息，根据其中的信息在DwPCH上来发送预先定义的下行同步序列，并接收邻区的下行同步码。所有的小区都应该通过小区同步报告消息向RNC报告每个下行同步码的接收定时。 2当RNC认定是个错误的定时，它将通过小区同步调整消息来调整小区定时。根据消息中所给的SFN值来决定定时调整的开始。 3重复1和2。,Extended method,下面是对基本方法的一些扩展：平均测量，无线接口的自调整。,平均测量：为了提高测量到的下行同步码的S/(N+I)值，小区可以在从相关的结果获得接收时间前，对从同一个邻区接收到的下行同步码测量结果进行平均。在平均周期内，为了避免平均测量的不准确，

18、邻区传输下行同步码的时间应该固定。这个可选的平均测量方案是通过同步循环来实现的。每个循环内接收下行同步采样集合，然后在每个循环内进行平均。这样，在每个同步循环结束时，得到一个具有提高的S/(N+I)值的时间漂移测量集合。循环的值由CRNC来配置。,无线接口定时的自调整：RNC允许NodeB基于它自己的测量来进行定时调整，而不要求RNC来计算定时调整量。这样就减少了Iub接口的信令负载，并允许快速的修改时间漂移。所以RNC将会通过小区同步重配置消息来指示自调整，其中包括了传播延迟补偿IE，和需要测量的下行同步码。只要这个可选的IE出现，NodeB就应该使用相关的下行同步码进行测量（在可能的平均过

19、程之后），并在每个同步循环之后执行自调整。只要这个可选IE没有出现，将没有自调整。在每个测量报告中，NodeB报告测量到的ToA值，和从上差测量报告之后的累积相位调整，这是为了起到监测的作用。,Late-Entrant Cells,当把一个新的小区引入一个同步的RNS之后，进行如下处理：,1新增加小区（没有参考时钟的新小区）或从不可用状态中恢复的小区首先将会通过Iub接口的消息进行初步的同步。这样，执行第一个PCH帧协议的下行传输信道同步过程或节点同步过程，这是为了获得与参考SFN的时间偏差。RNC再发送小区同步调整消息给新小区来更新SFN。 2新小区的频率获取是通过指示新小区收听临近小区按规

20、定时间发送的下行同步码来开始的。小区同步初始化请求消息来告诉新小区周围小区的传输规定时间。小区同步报告消息则用来报告测量结果。,3RNC应该告诉新小区收听哪些同步下行码和载频，这些对应于邻区的信息通过小区同步重配置消息发送。 上述的2，3步分别利用小区同步初始化请求过程和小区同步重配置请求过程来实现，分别对应了初始阶段和稳定状态阶段。 4新小区通过小区同步报告消息报告下行同步码的定时。RNC知道所有小区的定位，因而应该根据期望新小区和邻区的传播延迟来计算新小区的定时调整。RNC调整小区并循环重复，直到小区的时间精度满足进入稳定状态阶段的要求。,传输信道同步,- 传输信道同步在UTRAN和UE之

21、间提供了一个L2层的公共帧 号。这个帧号是CFN，它在L2层和每个TBS相关联，并传递给L1：对等实体中相同的TBS携带相同的CFN。 - 每个TBS的CFN没有通过空中接口发送，而是映射到L1层上第一次发送TBS的无线帧的SFN（SFN通过BCH广播）。这个映射关系是通过Frame Offset来反映的。 - 传输信道同步机制对于所有的下行传输信道都有效 .,定时调整和Iub/Iur接口上到达时间的监测,无线接口的同步,通过下行同步来准备上行同步 当用户开机时，他首先要建立和小区的下行同步。只有在用户建立和保持下行同步之后，他才可以开始上行同步过程。,上行同步的建立 尽管用户能够从NodeB收到下行同步信号，但他到NodeB的距离仍然未知，这会导致上行传输不同步。因此，第一个上行传输是由上行导频信道来执行，这是为了避免对传输时隙的干扰。 在接收窗内监测到上行同步序列时，NodeB估算接收功率级别和定时，并发送调整信息给用户，这是为了下次的传输和建立上行同步过程，其中包括了修改用户的定时和功率级别。在接下来的四个子帧内，