TD-SCDMA同步特性需求分析报告解析

1、DATA MG MO0ILECOM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 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版本：V1.0封页2I.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大唐移动通信设备有限公司TD-SCDMA同步特性需求

2、分析报告XDTM6.506.411FRS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.T

3、OAWS,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.lu/lub 接口业务同步定时关系 . 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. 14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版本：V1.0第4页共 14 页1引言.3.1.编写目的本文分析了 TD-SCDMA 系统同步定时特性，重点描述了R

4、NC 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。.3.1.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。.3.1.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。.3.1.文档结构TBD.3.1.参考资料c4ebd-Numbered_fb8cf20c-bec7-43f1-81f1-1770ef07ff35. 3GPP TS 25.427-430: lub/lur Interface User

5、Pla ne Protocol for DCH Data Streams.c4ebd-Numbered_fb8cf20c-bec7-43f1-81f1-1770ef07ff35. 3GPP TS 25.435-430:UTRAN Iub Interface User Pla ne Protocols for COMMONTRANSPORT CHANNEL Data Streams.c4ebd-Numbered_fb8cf20c-bec7-43f1-81f1-1770ef07ff35. 3GPP TS25.402-430: Sy nchronisatio n in UTRAN Stage 2c4

6、ebd-Numbered_fb8cf20c-bec7-43f1-81f1-1770ef07ff35. 3GPP TS26.102-400: AMR speechcodec; I nterface to lu, Uu and Nb c4ebd-Numbered_fb8cf20c-bec7-43f1-81f1-1770ef07ff35. 3GPP TS25.415-430: UTRAN lu interface user pla ne protocols .3.1.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

7、是 TD SCDMA 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。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版本：V1.0第5页共 14 页3同步功能描述.3.3.同步框架结构.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

8、的 RNC、Node B 和 UE,以及这些节点间的接口Iu-CS接口、lub 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。df5c6d6-Numbered_64e5c3a3-3254-4eca-a6a3-22d54966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。df5c6d6-Numbered_64e5c3a3-3254-4eca-a6a3-22d54966节点同步节点同步指的是 RAN 中节点间的

9、同步。RNC-NodeB 间的同步是为了获得 RNC 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。df5c6d6-Numbered_64e5c3a3-3254-4eca-a6a3-22d54966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。df5c6d6-Numbered_64e5c3a3-3254-4eca-a6a3-22d54966

10、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；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版本：V1.0第6页共 14 页k: Uplink synchronisation 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 FRSdf5c6d6-Numbered_64e5c3a3-3254-4eca-a6a3

11、-22d54966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3a7-8d8b-4a32-ac18-d5d215b04c7d4 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：0 4095 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：1 帧，范围：0 4095 两相邻帧之间的间隔为10msSFN :小区系统帧号，在 B

12、CH 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：0 255，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：0 255。分辨率：1 帧，范围：0 255。SFN mod 256 = (CFN + Frame Offset) mod 256 (from L2 to L1)CFN = (SFN - Frame Offset) mod 256 (from

13、L1 to L2).3.3.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 0.05ppm

14、 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：所有节点设备采用同一个时钟基准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

15、与 Node B 采用的不是同一个时间基准，那么 RNC 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版本：V1.0第7页共 14 页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（SFNNowSFNCaculte,并且 SFNC

16、acaulte 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 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 RNC Node B 节点同步，RNC 可以测得

17、 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。节点同步包含两个部分：RNC 与 Node B 间的节点同步Node B 间的节点同步（属于 Node B 研究的范畴）..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。.3.2. RNCRNC

18、 与 NodeNode B B 间的节点同步RNC 与 Node B 的节点同步过程定义在用于lub 接口的用户面协议。Node BCRNCDL NODE SYNCHRONISATION*UL NODE SYNCHRONISATION图 3.3 b 节点同步控制帧发送过程（承载于公共传输信道Node BDL NODE SYNCHRONISATIONUL NODE SYNCHRONISATIONSRNC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版本：V1.0第8页共 14 页图 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 DC

19、H 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版本：V1.0第9页共 14 页图 3.3.d RNC 与 NodeB 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 = (NodeBCou nt-RNCCou nt +TDelay)mod40960;其中 TDelay 是控制帧从 RNC 传送到 Node 的时延可以

20、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信道上业务的实际往返时延(T2-T1)mod40960 = (NodeBCou nt-RNCCou nt +TDelay1)mod40960;(T4-T3)mod40960 = (RNCCou nt-NodeBCou nt+TDelay2)mod40960NodeNode B B 间的同步在 TD SCDMA 中 Node B 间的节点同步应该

21、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.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 FrameNumber( CFN)作为同步的参考。 CFN 不在空中接口传送，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

22、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 的处理范围内收上执行BFNThese two paths (T2-T1 + T4-T3) give together the Round Trip Delay (RTD)RFN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版本：V1.0第10页共 14 页到，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 的最晚到达时间点大唐移动通信设备有限公司TD-SCDM

23、A同步特性需求分析报告XDTM6.506.411FRS版本：V1.0第11页共 14 页之前到达。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：Node BDL SYNCHRONISATIONUL SYNCHRONISATION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

24、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，在业务重配置时，RNC 也可以重新发起此过程。3.423.42TOAWS,TOAWETOAWS,TOAWE 设置的特性需求CRNCNode BCRNCDL SYNCHRONISATION传输信道的同步过程和传输信道的配置参数前的 SFN，还有 Node B 设备的预定义的参数TOAWS、TOAWE，以及帧内的 CFN、当Node

25、B 处理时间 Tproc 的关系如下图所示。UL SYNCHRONISATION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版本：V1.0第12页共 14 页TOAWSiReceivingWindow Tproc；!*FDD - Note: in this figure it is assumed that Chip Offset = 0TOAWETOA Window EndpointTprocProcessing time before transmission onair-interface传输信道同步过程相关参数示意图各参数的含义如下：TO

26、AWS :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

27、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FrameOffsetFrameOffset 设置的特性需求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

28、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DL data frame # 15received EarlyOKLateToo lateVLTOAi-DL Radio Frames14915016351636丄149TOAWE；Negative TOAPositive TOA；梱1521501511637丈1511638X152CF NSFTOATime Of ArrivalLTOALatest Time Of ArrivalTOAWSTOA Window Startpoint1531639FrameOffset大唐移动通信设备有限公司TD-SCDMA同步

29、特性需求分析报告XDTM6.506.411FRS版本：V1.0第13页共 14 页Node BNode B(RNC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 TOATOA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 TOATOAWS 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 = T

30、OA-TOAWS.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CN 的定时来最小化 SRNC 里的缓冲延迟。齐控制帧完成RNCUser data with bad timingTIME ALIGNMENTACKUser data with adjusted tim ingCRNC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CNTIMING ADJUSTMENT时间校准过程（承载于公共传输信道之上TIMING ADJUSTMENT

31、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版本：V1.0第14页共 14 页图 3.5.1 时间对齐过程（成功）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版本：V1.0第15页共 14 页RNCCNTIME ALIGNMENT1TIME ALIGNMENT NACK1*after NTArepetitionsV2)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