LTE上行链路的时间同步

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1、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

2、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（timingadvance），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，

3、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（RandomAccessResponse）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

4、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

5、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。LTEUE中的晶振的漂移标准是小于0.1ppm，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

6、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（ChannelQualityIndicator）、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，位于小区边缘的UE的发射功率是有限的，因此在给定的上行SINR条件下其上行带宽也是有限的，这种情况下就需要结合其它方法以提高时间估算的准确度。这些方法没有在LTE协议中规定，能否准确地估算上行的时间，就看设备商的实力了。UE收到时间提前量的

7、调整命令后，在4到5毫秒后对上行子帧进行调整。时间提前量调整命令由eNodeB的MAC层否则生成，并通过MAC协议发送给UE。在PDSCH信道中，时间提前量调整命令可以和数据包放在一起。和初始时间调整一样，时间提前的动态调整的最小幅度也是0.52微秒。动态调整的频率大约是2Hz。更高的调整频率是没有必要的，因为即使UE得移动速度达到最快的500km/h，对应的双向时延变化也只有0.93微秒/s。UE上有个定时器，当收到时间提前量调整命令时，定时器重启。如果在定时器溢出前还没有收到时间提前量调整命令，UE则判定失去上行链路

8、的同步，因此为了不对其它UE的上行造成干扰，这个UE将禁止发送任何上行数据，而是先发送随机接入前缀以恢复时间同步。