LTE网络中TA的概念及距离计算

1、在GSM网络中，1TA表征的距离大约在550m，那么在LTE网络中TA命令对应距离是如何计算?（在LTE网络中有一个最基本的时间单元:Ts,无线帧长（=307200*Ts)、时隙长度(=15360*Ts)、循环前缀长度(=144*Ts或者512*Ts)都是通过TS定义的。那么Ts值是多少呢？下面等式明确给出了Ts的定义。                               Ts =1/（15000*2048) 单位是：秒计算结果

2、大约时间为32.6纳秒。规范中定义了Ts公式，Ts的含义如下。     LTE系统中OFDM符号生成所采用的FFT SIZE为2048（以20MHZ带宽为例），采样频率为15kHz，那么20M带宽的采样率=15kHz*2048=3.072MHz,这样Ts可以理解为OFDM符号的采样周期，即一个OFDM符号的周期为Ts=1/15000*2048 ） * 首先，TA表征的是UE与天线端口之间的距离。      1Ts对应的时间提前量距离等于：(3*108*1/(15000*2048)/2=4.89m。含义就是距离=传播速度（光速

3、）*1Ts/2(上下行路径和）。TA命令值对应的距离都是参照1Ts来计算的。 * 在随机接入过程中：     eNodeB测量到上行PRACH前导序列，在RAR（随机接入响应）的MAC payload中携带11bit信息，TA的范围在01282之间，根据RAR（随机接入响应）中TA值，UE调整上行发射时间Nta=TA*16Ts，值恒为正。      例如：TA=1，那么Nta=1*16Ts,表征的距离为16*4.89m=78.12m，同时可以计算得到在初始接入阶段，UE与网络的最大接入距离=1282*78.12m=100.1

4、56km。 * 在业务进行中：    周期性的TA命令在Mac层的信息为6bit，即TA的范围在063之间。     TA命令表征Nta的调整量。Nta_新 = Nta_旧 +（TA-31）*16，时间提前量值可能为正或负。     例如：TA=30，那么Nta_新 = Nta_旧 +（30-31）*16Ts，距离等于-1*16*4.89m=-78.12m根据公式可以算出最小的TA距离为-31*16*4.89m=-2.42Km，最大TA距离为32*16*4.89m=2.5Km。   

5、 参考文献：3GPP 36.213-4.2.3    1. What is TA       UE从网络侧接收TA命令，调整上行PUCCH/PUSCH/SRS的发射时间，目的是为了消除UE之间不同的传输时延，使得不同UE的上行信号到达eNodeB的时间对齐，保证上行正交性，降低小区内干扰。          TA: Timing Advance, 定时提前，一般用于UE上行传输，指为了将UE上行包在希望的时间到达eNB，预估由于距离引起的射频传输时延，提前相应时间发

6、出数据包。        TAC: Timing Advance Command，定时提前命令，eNB通过发送TAC给UE，告知UE定时提前的时间大小。2. Why need TA        上行传输的一个重要特征是不同UE在时频上正交多址接入（orthogonal multiple access），即来自同一小区的不同UE的上行传输之间互不干扰。        为了保证上行传输的正交性，避免小区内（intra-cell）干扰，eNodeB要求来自同一

7、子帧但不同频域资源（不同的RB）的不同UE的信号到达eNodeB的时间基本上是对齐的。eNodeB只要在CP（Cyclic Prefix）范围内接收到UE所发送的上行数据，就能够正确地解码上行数据，因此，上行同步要求来自同一子帧的不同UE的信号到达eNodeB的时间都落在CP之内。        为了保证接收侧（eNodeB侧）的时间同步，LTE提出了上行定时提前（Uplink Timing Advance）的机制。        在UE侧看来，timing advance本质上是接收到下行子帧

8、的起始时间与传输上行子帧的时间之间的一个负偏移（negative offset）。eNodeB通过适当地控制每个UE的偏移，可以控制来自不同UE的上行信号到达eNodeB的时间。对于离eNodeB较远的UE，由于有较大的传输延迟，就要比离eNodeB较近的UE提前发送上行数据。图1 上行传输的timing对齐        图1(a)中指出了不进行上行定时提前所造成的影响。        从图1(b)中可以看出，eNodeB侧的上行子帧和下行子帧的timing是相同的，而UE侧的上行子帧和下行子帧的timing之间

9、有偏移。        同时可以看出：不同UE有各自不同的uplinktiming advance，也即unlink timing advance是UE级的配置。3. How measure TA        eNodeB通过测量UE的上行传输来确定每个UE的timingadvance值。因此，只要UE有上行传输， eNodeB就可以用来估计timing advance值。理论上，UE发送的任何信号（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH等）都可用于测量timingadvance。  &

10、#160;     在随机接入过程中，eNodeB通过测量接收到的preamble来确定timing advance值。4. When send TA        上行同步的粒度为16Ts（0.52 ms）。关于Ts，见36.211的第4章。        上行timing的不确定性正比于小区半径，每1 km有大约6.7s的传输延迟（6.7s / km），LTE中小区最大半径为100 km，故最大传输延迟接近0.67 ms。上行同步的粒度为Ts（0.52 ms），故TA的最大值约为(0.67

11、* 1000)/0.52 1288。（TA的最大值为1282，应该是更精确的计算，但计算方法就是这样的，当然还要将解码时间考虑在内）        eNodeB通过两种方式给UE发送TimingAdvance Command：        1. 在随机接入过程，通过RAR的Timing Advance Command字段发送给UE        这中情况下，eNodeB通过测量接收到的preamble来确定timing advance值，RAR的Timing Advance

12、 Command字段共11 bit，对应TA索引值的范围是01282。图2 MAC RARfeild        对于随机接入而言，TA值乘以16Ts，就得到相对于当前上行timing所需的实际调整值NTA=TA*16（单位为Ts）。        我称这个过程为“初始上行同步过程”。        2. 在RRC_CONNECTED态，通过TAC MACCE发送TA给UE        虽然在随机接入过程中，UE与eNod

13、eB取得了上行同步，但上行信号到达eNodeB的timing可能会随着时间发生变化：        - 高速移动中的UE，例如运行中的高铁上的UE，其与eNodeB的传输延迟会不断变化；        - 当前传输路径消失，切换到新的的传输路径。例如在建筑物密集的城市，走到建筑的转角时，这种情况就很可能发生；        - UE的晶振偏移，长时间的偏移累积可能导致上行定时出错；        - 由于UE移动而导致的多普勒频移等。&

14、#160;       因此，UE需要不断地更新其上行定时提前量，以保持上行同步。LTE中，eNodeB使用一种闭环机制来调整上行定时提前量。        eNodeB基于测量对应UE的上行传输来确定每个UE的timingadvance值。因此，只要UE有上行传输， eNodeB就可以用来估计timing advance值。理论上，UE发送的任何信号（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH等）都可用于测量timingadvance。        如果某个特定UE需要

15、校正，则eNodeB会发送一个Timing  Advance Command 给该UE，要求其调整上行传输timing。该Timing Advance Command 是通过Timing  Advance Command  MAC control element发送给UE的。        Timing  Advance Command  MAC controlelement由LCID值为11101（见36.321的Table 6.2.1-1）的MAC PDU subhead指示，且其结构如下（

16、R表示预留bit，设为0）：图3：TimingAdvance Command MAC control element        可以看出，Timing Advance Command字段共6 bit，对应TA索引值TA的范围是063。        UE侧会保存最近一次timing advance调整值NTA,old，当UE收到新的Timing Advance Command而得到TA后，会计算出最新的timing advance调整值NTA,new = NTA,old + (TA

17、-31) * 16 （单位为Ts）。        我称这个过程为“上行同步更新过程”。5. Related paramters        eNodeB会通过RRC信令给UE配置一个timer（在MAC层，称为timeAlignmentTimer），UE使用该timier在MAC层确定上行是否同步。        需要注意的是：该timer有Cell-specific级别和UE-specific级别之分。eNodeB通过SystemInformatio

18、nBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段来配置的Cell-specific级别的timer；eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段来配置UE-specific级别的timer。6. UE behavior        如果UE在子帧n收到Timing Advance Command，则UE会从子帧n + 6开始应用该timing调整值。        如果UE在子帧n和子帧n + 1发送的PU

19、CCH/PUSCH/SRS由于timing调整的原因出现重叠，则UE将完全发送子帧n的内容，而不发送子帧n + 1中重叠的部分。        UE收到Timing Advance Command后，会调整PCell的PUCCH/PUSCH/SRS的上行发送时间。而SCell的PUSCH/SRS（SCell不发送PUCCH）的上行发送时间调整量与PCell相同。（见36.213的4.2.3节）        从上面的介绍可以看出，PCell和SCell共用一条Timing Advance Com

20、mand在载波聚合中，UE可能需要往多个小区（或称为component carrier）发送上行数据，在理论上，由于不同小区的物理位置（inter-band CA）可能不同，每个小区都需要给该UE发送各自的Timing Advance Command。但是这种类型的部署并不常见，载波聚合的小区通常物理位置上相近且同步，因此为了简化LTE的设计，所有聚合的小区共用一条timing advance command。         前面已经介绍过，上行定时提前的调整量是相对于接收到的下行子帧的timing的，因此在UE没有收到Timing

21、 Advance Command的时候，UE需要跟踪下行timing的变化，以便自动调整上行传输的timing。（详见36.133的7.1.2节）7. Out of syncUE在MAC层如何判断上行同步/失步（详见36.321的5.2节）： eNB会通过RRC信令给UE配置一个timer（在MAC层，称为timeAlignmentTimer），UE使用该timier在MAC层确定上行是否同步。需要注意的是：该timer有Cell-specific级别和UE-specific级别之分。eNodeB通过SystemInformationBlockType2的timeAlignmentT

22、imerCommon字段来配置的Cell-specific级别的timer；eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段来配置UE-specific级别的timer。如果UE配置了UE-specific的timer，则UE使用该timer值，否则UE使用Cell-specific的timer值。当UE收到Timing Advance Command（来自RAR或Timing Advance Command MAC controlelement），UE会启动或重启该timer。如果该timer超时，则认为上行失步，UE会清空HARQ b

23、uffer，通知RRC层释放PUCCH/SRS，并清空任何配置的DL assignment和UL grant。当该timer在运行时，UE认为上行是同步的；而当该timer没有运行，即上行失步时，UE在上行只能发送preamble。还有一种情况下，UE认为上行同步状态由“同步”变为“不同步”：非同步Handover。8. eNB implementation        由于不同的厂商实现方式可能不同，这里只介绍一些可借鉴的做法。        （1）由于UE必须在timeAlignmentT

24、imer超时之前接收到Timing Advance Command，否则会认为上行失步。所以eNodeB需要保证在该timer时间范围内（通常要比该timer小，因为要预留一些时间给传输延迟和UE编解码等）给UE发送Timing Advance Command，以便UE更新上行定时并重启该timer。所以eNodeB必须保存最近一次成功地给该UE发送了Timing Advance Command（即eNodeB收到了对应下行传输的ACK）的子帧号，以便计算该时间范围。        （2）从（1）中可以看出，在eNodeB侧在MAC层也应该为每个UE维护一个类似timeAlignmentTimer的timer，以保证在该time