LTE上行链路的时间同步.pdf

LTE 上行链路的时间同步 1，概述 LTE 上行传输机制要求确保不同 UE 之间的时域和频域的正交多 址接入。这和WCDMA 不同，WCDMA 的上行链路并不正交；从多址 接入的角度看，WCDMA 不要求不同 UE 的上行信号必须在特定的时 刻到达NodeB 接收器。WCDMA 系统中，只有功率控制环路需要考虑 上行传输的时间因素，要求回路时延只有1 个时隙（0.666 毫秒）。要 做到这一点，在不考虑传播时延的前提下，上行传输的时间要尽可能 接近一个固定的以收到下行信号的时刻为基准的偏移。 LTE 必须确保小区内的不同UE 的上行信号到达eNodeB 时是处于 时间校准状态，以获得上行链路的正交性。这能避免小区内相互干扰 的发生，不管给不同UE 分配了连续的子帧，还是不同的 UE 在相邻 的子载波发射信号。 LTE 根据接收到的下行信号的时间，在发射器设置一个时间提前 量（timing advance ），以此来实现上行传输的时间校准。其中主要的 工作就是抵消不同UE 的不同传播时延（如图1 所示），与GSM 的相 应方法类似。 图1 时间提前实现上行传输的时间校准：（a ）没有时间提前；（b）有时间提前 2，时间提前过程 （1）初始时间提前 UE 怎样计算时间提前量呢？当 UE 的接收器第一次与来自 eNodeB 的下行传输同步时，随机接入的过程能够帮助UE 确定初始的 时间提前量。具体的过程为：UE 发送随机接入前缀；eNodeB 根据随 机接入前缀计算上行时间，并通过RAR （Random Access Response） 消息将一个 11 比特的时间提前命令发送给 UE。根据小区的半径， eNodeB 反馈的时间提前量在0 到0.67 毫秒之间，最小的调整幅度是 0.52 微秒。0.67 毫秒的时间提前量对应的小区半径是100 公里。相比 较而言，GSM 的最大时间提前量对应的小区半径是35 公里。 0.52 微秒的调整幅度足以保证即便在上行链路 CP （最小是4.7 微秒）中也能确定上行传输的时间。这个调整幅度也明显比上行链路 参考信号的循环位移要小。模拟显示，即便有1 微秒的时间误差，由 此产生的相互干扰也不会明显地影响系统的性能。 （2 ）时间提前的动态调整 UE 的初始时间提前量确定后，还需要实时调整时间提前量，以 平衡上行信号到达eNodeB 的时间的变化。引起变化的原因包括：  UE 的移动使得传播时延发生变化，时延的变化取决于UE 相对 eNodeB 的速度，在500km/h（LTE 能支持的最大速度）情况下， 往返双程传播时延的变化最大可达0.93 微秒/s 。  已有传播路径的消失和新的传播路径的出现也会造成传播时 延的突然变化。这种情况往往发生在密集城区环境，UE 会频 繁地穿越和绕过建筑物的拐角。  UE 的晶振频率的漂移经过长时间的累积，也会造成时间的偏 差。LTE UE 中的晶振的漂移标准是小于0.1 ppm，它产生的累 积错误最多能造成0.1 微秒/s 的时间错误。  UE 移动产生的多普勒频移，特别是在LOS 传播环境下（在非 LOS 环境中则是多普勒扩展），会让上行信号产生额外的频率 偏差。 针对上述不利因素的时间提前量的动态调整由一个封闭环路机 制完成：eNodeB 测量上行链路的时间；向UE 发送时间提前量调整指 令，指示UE 根据上一次的情况调整本次信号的发送时间。 为了发布时间提前量调整指令，eNodeB 需要测量有效的上行信 号，包括 SRS （探测参考信号）、CQI （Channel Quality Indicator ）、 ACK/NACK ，以及上行数据本身。通常，被探测的上行信号的带宽越 宽，对时间的估算越准确，但是时间的准确估算与上行带宽开销之间 需要平衡兼顾。同时，位于小区边