定時提前量

定時提前量

定時提前量是基站只是移動台以一定的提前量發出的突發脈衝。GSM-R系統(時分復用的同步系統),因此系統在時間上的同步非常重要,由於移動台和基站總是存在一定的物理距離,當移動台和基站通信時,會造成號傳遞的時延,如果不採取措施,時延會導致基站收到的移動台在本時隙上傳送的訊息與基站在其下一個時隙收到的另一個訊息重疊,導致無法正確解碼信息。

原理

由於無線接口處使用TDMA制式,BTS收到的不同MS的信號彼此相連,為了消除MS到BTS的返回傳播時延(因為時隙間的保護間隔很小),就需要某種機制來補償。MS需要提前一定時間傳輸是方法之一,這個提前量來自收到的脈衝,稱為時間提前量。

當一個特定連線建立時,BTS不斷測量它自己脈衝時隙與收到的MS時隙之間的時間偏移量。基於這個測量,它可以向MS提供要求的時間提前量,並在SACCH上以每秒2次的頻度通知MS。時間提前量的取值範圍是0~233ps,足以調整35km的小區半徑。這個限制來自用於時間提前量的64bit編碼,碼長是233ps。當大於35km情況時,就要以減少每載頻信道數換取傳播時延的補償。例如只用偶數時隙,奇數時隙不用,以加大信道之間的保護時間。實現這個功能要求BTS中有專門的處理。  

相關計算

時間調整的提前是0~63bit之間的任意值。如0bit就表示不必調整,表明MS和BTS在一起。63bit是調整的最大量,也就是BTS與BS之間的最長距離。

時間提前量值可以由0~233μs,該值會影響到小區的無線覆蓋。GSM小區的無線覆蓋半徑最大可達到35km,這個限制值是由於GSM定時提前的編碼是在0~63之間。基站最大覆蓋半徑算法如下:

3.7μs/bit×63bit×(3×10^8)m/s÷2=35km

其中,3.7μs/bit是每個比特的時長,63bit是時間調整的最大比特數;3×10^8m/s是光速。

但在某些情況下,客觀需要基站能覆蓋更遠的地方,比如在沿海地區,如需用來覆蓋較大範圍的一些海域或島嶼。這種覆蓋在GSM中是能實現的,代價是須減少每載頻所容納的信道數,辦法是僅使用TN為偶數的信道(因為TN0必須用作BCCH),空出奇數的TN,來獲得較大的保持時間。這被稱為擴展小區技術,這一技術有專門的接收處理。這樣定時提前的編碼將會增大一個突發脈衝的時長。即基站的最大覆蓋半徑變為:

3.7μs/bit×(63+156.25)bit×(3×10^8)m/s÷2=120km

由於多徑傳播和MS同步精確度的影響,兩個在同一位置接收同一小區信號的MS對TA測量的差異,可能會達到3bit左右(1.6km)。

當一個特定連線建立時,BTS不斷測量自己脈衝時隙與收到的MS時隙之間的時間偏移量。基於這個測量,它可以向MS提供要求的時間提前量,並在SACCH上以2次/秒的頻度通知MS。  

作用

在GSM系統中,突發脈衝的傳送與接收必須嚴格地在相應的時隙中進行,所以系統必須保證嚴格的同步。然而,移動用戶是隨機移動的,當移動台與基站距離遠近不同時,它的突發脈衝的傳輸時延就不同。為了克服由突發脈衝的傳輸時延所帶來的定時的不確定,基站要指示移動台以一定的提前量傳送突發脈衝,以補償所增加的時延。  

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