5G NR 定时提前：从协议信令到算法实现 （2）

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本文作者: wingsofsilence 

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第三部分： TA值测量的方式

TA估计算法

           1） PRACH 信道
在初始接入过程中，TRP通过测量RACH信号PDP能量的峰值所在的位置来确定TA值。在之后介绍PRACH时会进行更加详细的介绍。       

         2）PUSCH/PUCCH/SRS等

        时域检测： 在接收端将估计的参考信号的信道通过IFFT变换变到时域，然后寻找主径所在的位置，与原本位置的差值便是TA的数值。这种方法的原理很直观，画一下信道的冲激响应图就可以很明显的看到TA的影响。

        频域检测：时域上的时间变化在频域上对应着相位旋转。因此，在全频带上，对相邻的参考信号估计出相位差，两两估计出一个，然后再对所有的相位差取平均，得到TA值。频域的方法不需要进行IFFT变换，复杂度更小一些。但是性能很大程度上依赖信道估计的结果。信道初步估计时，通常会采用LS的方法，这种方法在低信噪比时性能较差，因此频域检测的方法，如下图所示，在低信噪比时的TA估计结果误差会比较大。

        提升精度的方法，是采用更大的带宽，这样计算出来的用于平均的相位差会更多，即样本点多，平均的结果也会更加准确。

TA最大值的计算方式与颗粒度

        TA值对应的距离是参照1Ts来计算的。含义就是距离=传播速度（光速）*1Ts/2 (上下行路径和）。假设子载波间隔15 kHz, FFT 大小为2048，1 Ts对应的时间提前量距离等于： (3*10^8 * 1 / (15000*2048))/2=4.89m。
在LTE的随机接入过程中：TA值上报的范围在0～1282之间，根据RAR中的TA值，UE调整上行发射时间N_TA = TA*16Ts，值恒为正。例如：TA = 1，那么N_TA = 1*16Ts,表征的距离为16*4.89 m = 78.12 m，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*78.12 m  = 100.156 km。 

        （参考：https://wenku.baidu.com/view/b9fa226149d7c1c708a1284ac850ad02de8007f7.html）

        在5G中，N_TA的单位变为 Tc，计算公式改为N_TA = TA* 16*64* Tc /2^u。与LTE的16 Ts 不同， NR TA的颗粒度随着子载波间隔和系统带宽变化。 系统带宽可以有FFT尺寸来表征。

Case No	SC(kHz)	u	TA granularity in Tc	FFT size	Ts vs Tc	TA granularity in Ts
1	120	3	16*8 Tc	1024	1 Ts = 16 Tc	8 Ts
2	120	3	16*8 Tc	2048	1 Ts = 8 Tc	16 Ts
3	30	1	16*32 Tc	4096	1 Ts = 16 Tc	32 Ts

         通常，如果进行TA估计的算法固定，TA估计的误差随着SNR的增大而自然的减少。 误差在不同带宽的情况下也有变化。带宽大时，可以进行平均的样本点变多， 估计的自然更加准确一些。 但进行上报时， 需要对TA进行处理， 从上边表格也可以看出，case 1 比case 2 的颗粒度小，如果估计误差同为10Ts, 进行量化处理时，case 1 的误差会更大（ 10/8 > 10/16 ）。 所以，在NR中，对于小PRB的情况，TA估计的误差会比较大。

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