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5G定时和同步:干扰及同步类型

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1.同步及其重要性

在通信网络特别是无线通信网络中,同步的重要性值得讨论。如果无线电时钟失去同步精度,或者无线电不同步,在TDD信道中,TDD帧将漂移到保护周期之外,并干扰相邻小区站点。时钟源的精度越低,时间偏移的概率就越高,最终会带来性能和干扰方面的挑战。以下是TDD环境中可能出现的干扰问题:

小区内干扰本文由【通信百科】公众号整理发布

由于大的定时误差在同一小区内引起的干扰。小区内干扰的概率很低,因为在TDD小区中,调度器将不同的用户调度在不同的时隙上。

小区间干扰

当相邻小区中的用户被调度在相同的子载波上但具有不同的DL/UL时隙时,小区间干扰是可能的,特别是当小区不与公共时钟同步时。下图展示了LTE TDD系统干扰分析和性能评估的四种可能场景。

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图1-小区间干扰场景

在场景1中:小区1被分配在DL时隙上,相邻小区2也同时被分配在DL时隙上。在这种情况下,小区边缘的两个ue都接收来自相邻小区的干扰。在场景2中:与类型1相反,小区1和小区2都被分配了一个UL时隙。这导致在小区处接收到来自相邻ue的微弱干扰。记住,与gNB相比,UE的功率是有限的。在场景3中:小区1被分配DL时隙,小区2被分配UL时隙。小区1中的小区边缘UE收到来自小区2中的小区边缘UE的强干扰。这是所有案件中最严重的一种干扰。在场景4中:小区1被分配到UL时隙,小区2被分配到DL时隙。小区1受到小区2的干扰。然而,干扰强度相对较低,因为小区之间的距离较大,因此小区之间的路径损耗较高。

一般来说,为避免此类干扰用例,网络中的所有基站应与公共相位时钟基准(例如UTC-协调世界时)同步。根据ITU-T标准建议,5G-NR TDD和LTE-TDD网络都需要进行相位同步,以便将端到端时间误差限制在1.5μs以下。这1.5μs包括到接入点的1.1μs绝对时间误差和到无线电的前传0.4μs绝对时间误差。可以使用不同的定时同步解决方案来确保网络中的所有无线电单元都是同步的,这将允许基站处的调度程序确保干扰最小化。

交叉时隙/链路干扰

TDD网络干扰的另一个潜在实例是网间交叉链路干扰。当两个TDD网络被部署在同一频带内地块中时,就会发生这种情况,当上行链路和下行链路方向上的同时传输在不同的TDD网络中发生时,就会产生干扰,如图4所示。在这种情况下,属于一个网络的基站(BS)或UE发射,而属于另一个网络的另一BS或UE接收,这种情况被称为UL/DL同时发射。

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图2-同时进行UL/DL传输时的干扰场景

如果两个网络是相位和帧同步的,则可以避免此类问题。然而,对于部署多运营商同步网络是一个挑战。在已经部署LTE网络的情况下,由于5G-NR新的帧结构带来了新的兼容性和性能问题,这可能变得更具挑战性。

在同信道相邻网络或并置相邻信道网络同步的情况下,同步操作的目的是防止BS-BS和MS-MS干扰场景。在这种情况下,同步不仅仅意味着有一个共同的协调世界时(UTC)参考;相反,它还需要跨运营商的兼容帧结构。

帧和时隙同步将有助于避免由于交叉链路干扰而导致的性能降低,而不需要额外的缓解技术,例如额外的滤波、互操作保护频带、基站之间的地理间隔等。因此,网间同步可以简化部署,因为小区站点无线电规划只需要较少的协调。

总之,对于TDD-LTE或5G-NR网络(其中TDD是C波段的唯一选项),我们不仅需要频率和相位同步,还需要帧和时隙同步以避免网络间干扰。了解不同类型的同步以及3GPP、ITU-T和ECC等其他监管机构提出的一些要求和建议对于理解部署5G-NR TDD网络的复杂性至关重要。

此外,随着RAN向开放RAN(O-RAN)架构的演进,定时和同步需求以及定时和同步测试将更加重要,因为无缝5G服务可能需要考虑来自开放接口网络节点的额外延迟。

2.同步类型

在用于相干检测的通信信道中,接收机需要评估接收信号相对于本机振荡器的频率和相移,以便能够补偿该频率和相移,这种现象称为同步。同步可以标志为以下类型:

频率同步

按重复间隔(即频率)排列但不按相位或时间排列的两个时钟。

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图3-频率同步

相位同步

按重复间隔(即频率)和相位(1秒间隔)排列的两个时钟,但没有共同的时间原点。

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图4-相位同步

时间同步

按重复间隔(即频率)、相位(1秒间隔)排列的两个时钟,它们共用一个时间原点。

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图5-时间同步

帧同步

一种兼容的帧结构,用于避免同时进行UL/DL传输,它确定特定的DL/UL传输比和帧长度。即在任何给定的时刻,或者所有网络在DL中传输,或者所有网络在UL中传输,基本上不发生同时的UL和DL传输。对于涉及的所有TDD网络采用单帧结构,并且在所有网络上同步帧的开始。

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