LTE上行同步

学习《深入理解LTE-A》笔记，此篇关注LTE中的上行同步过程。

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目录

进行上行同步的理由

上行信号测量

具体过程

UE如何在MAC层判断上行同步/失步​​​​​​​

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上行同步主要涉及到一下几个部分：

1. 进行上行同步的原因
2. eNB如何测量上行定时提前量并下发Timing Advance Command
3. eNB和UE如何判断上行失步（eNB侧需要设置自己的timer来监测UE失步，具体实现因厂商而异）

进行上行同步的理由

从同一个eNB发送的下行数据，到达小区内不同UE的延迟时间是不一样的。如果UE都在接收到下行数据后立即发送上行数据，则到达eNB的信号时间也是不一样的。

eNB接收数据需要在UE发送数据的循环前缀时间内，否则无法解调上行信息，这要求小区内所有用户的信息到达eNB的时候是同步的，而由于距离造成的延时使得每个UE需要进行单独的时延参数配置（即进行timing advance配置）。

为了构建时间和频率上的正交，需要实现在同一时间到达eNB的所有信息在频域（子载波）上位于正交位置，因此，下行过程可以通过eNB完全控制，限制不多。但是上行过程，则需要保证UEs上行数据到达eNB的时候是同步的。（这也意味着，未进行上行同步的用户是能够正确接收下行数据的）

上行信号测量

目的：用于为UE制定合适的timing advance值。

手段：eNB通过上行收到的preamble来确定timing advance值，用于初始测量。在后续通信过程中，eNB通过UE的任何上行数据进行timing advance值的测量，用于实时维护timing advance值，应对UE与eNB相对位置发生实时变化的情况。

具体过程

• 初始上行同步过程

在UE接入eNB的过程中，会发送preamble信息。eNB通过preamble信息测量timing advance值，并通过RAR（Random Access Response）向UE下发timing advance值。

RAR中有字段Timing Advance Command，11bit，可表示0~1282个索引值单位，每个索引值单位表示16个，即，timing advance值的细粒度为。

 字段Timing Advance Command的指示值乘以最小粒度（单位为）后便能得到实际的调整值。

 上行传输时存在着大约的传输延迟。

• 上行同步维护

在RRC_CONNECTED 态，eNodeB 需要维护timing advance 信息，即不停调整并改变timing advance值以适配UE的运动等。

需要通过UE的上行数据来测量，理论上，UE发送的任何信号（SRS/DMRS/CQI/ACK/NACK/PUSCH 等）都能够用于测量timing advance。

如果eNB检测到某个UE需要矫正，则会发送一个Timing Advance Command给该UE，要求其调整timing advance值。并且，Timing Advance Command是承载在Timing Advance Command MAC control element上的。

Timing Advance Command MAC control element由LCID为11101的MAC PDU subheader来指示，其帧结构如下：

 可以看出，Timing Advance Command 字段共6 比特，对应TA 索引值的范围是0~63。

 UE则会保存最近一次的timing advance值，直到收到更新校准值。收到后，UE会从第n+6个子帧开始使用该新值。如果由于timing的调整导致原本子帧n和子帧n+1的数据重叠，则会发送子帧n的数据而放弃n+1的数据发送。

在载波聚合场景下，UE可能向不同的eNB发送信息，因此需要每个eNB都向UE发送自己的timing advance配置值，这需要不同的timing advance command。在Rel11之前，哪怕是载波聚合情况下，同样使用一条timing advance command。

UE如何在MAC层判断上行同步/失步

eNB会通过RRC信令给UE配置一个timer（在MAC层，称为timeAlignmentTimer），UE使用该timer在MAC层确定上行是否同步。

需要注意，该timer有Cell-specific级别和UE-specific级别之分。eNB通过SystemInformationBlockType2的timeAlignmentTimerCommon字段来配置的小区特定级别的timer；eNodeB通过MAC-MainConfig的timeAlignmentTimerDedicated字段来配置UE特定级别的timer。

如果UE配置了UE特定的timer，则UE使用该timer值，否则UE使用小区特定的timer值。当UE收到Timing Advance Command（来自RAR或Timing Advance Command MAC control element），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 buffer，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。