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,無線幀長（=307200*Ts)、時(shí)隙長度(=15360*Ts)、循環(huán)前綴長度(=144*Ts或者512*Ts)都是通過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

2、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

3、）*1Ts/2(上下行路徑和）。TA命令值對(duì)應(yīng)的距離都是參照1Ts來計(jì)算的。 * 在隨機(jī)接入過程中：     eNodeB測量到上行PRACH前導(dǎo)序列，在RAR（隨機(jī)接入響應(yīng)）的MAC payload中攜帶11bit信息，TA的范圍在01282之間，根據(jù)RAR（隨機(jī)接入響應(yīng)）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=100.1

4、56km。 * 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063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)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。   

5、 參考文獻(xiàn)：3GPP 36.213-4.2.3    1. What is TA       UE從網(wǎng)絡(luò)側(cè)接收TA命令，調(diào)整上行PUCCH/PUSCH/SRS的發(fā)射時(shí)間，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)

6、出數(shù)據(jù)包。        TAC: Timing Advance Command，定時(shí)提前命令，eNB通過發(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 multiple access），即來自同一小區(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?，避免小區(qū)內(nèi)（intra-cell）干擾，eNodeB要求來自同一

7、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行數(shù)據(jù)，因此，上行同步要求來自同一子幀的不同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 Timing Advance）的機(jī)制。        在UE側(cè)看來，timing advance本質(zhì)上是接收到下行子幀

8、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通過適當(dāng)?shù)乜刂泼總€(gè)UE的偏移，可以控制來自不同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

9、有偏移。        同時(shí)可以看出：不同UE有各自不同的uplinktiming advance，也即unlink timing advance是UE級(jí)的配置。3. How measure TA        eNodeB通過測量UE的上行傳輸來確定每個(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）都可用于測量timingadvance。  &

10、#160;     在隨機(jī)接入過程中，eNodeB通過測量接收到的preamble來確定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6.7s的傳輸延遲（6.7s / 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 ms），故TA的最大值約為(0.67

11、* 1000)/0.52 1288。（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通過兩種方式給UE發(fā)送TimingAdvance Command：        1. 在隨機(jī)接入過程，通過RAR的Timing Advance Command字段發(fā)送給UE        這中情況下，eNodeB通過測量接收到的preamble來確定timing advance值，RAR的Timing Advance

12、 Command字段共11 bit，對(duì)應(yīng)TA索引值的范圍是01282。圖2 MAC 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)過程為“初始上行同步過程”。        2. 在RRC_CONNECTED態(tài)，通過TAC MACCE發(fā)送TA給UE        雖然在隨機(jī)接入過程中，UE與eNod

13、eB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)生；        - UE的晶振偏移，長時(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。&

14、#160;       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)制來調(diào)整上行定時(shí)提前量。        eNodeB基于測量對(duì)應(yīng)UE的上行傳輸來確定每個(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）都可用于測量timingadvance。        如果某個(gè)特定UE需要

15、校正，則eNodeB會(huì)發(fā)送一個(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（

16、R表示預(yù)留bit，設(shè)為0）：圖3：TimingAdvance Command MAC control element        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Timing Advance 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

17、-31) * 16 （單位為Ts）。        我稱這個(gè)過程為“上行同步更新過程”。5. Related paramters        eNodeB會(huì)通過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。eNodeB通過SystemInformatio

18、nBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段來配置的Cell-specific級(jí)別的timer；eNodeB通過MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段來配置UE-specific級(jí)別的timer。6. UE behavior        如果UE在子幀n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PU

19、CCH/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節(jié)）        從上面的介紹可以看出，PCell和SCell共用一條Timing Advance Com

20、mand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，因此為了簡化LTE的設(shè)計(jì)，所有聚合的小區(qū)共用一條timing advance command。         前面已經(jīng)介紹過，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timing的，因此在UE沒有收到Timing

21、 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。eNodeB通過SystemInformationBlockType2的timeAlignmentT

22、imerCommon字段來配置的Cell-specific級(jí)別的timer；eNodeB通過MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段來配置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（來自RAR或Timing 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 b

23、uffer，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)椤安煌健保悍峭紿andover。8. eNB implementation        由于不同的廠商實(shí)現(xiàn)方式可能不同，這里只介紹一些可借鑒的做法。        （1）由于UE必須在timeAlignmentT

24、imer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time