同步方式對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響探究

1、同步方式對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響探究中國電信天津分公司網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心 王健二零一五年四月目錄1時(shí)鐘源同步方式32LTE基站同步方式63同步方式對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響94不同同步方案實(shí)測驗(yàn)證115不同同步方案總結(jié):201 時(shí)鐘源同步方式LTE的時(shí)鐘源同步方式有頻率同步和相位同步兩種方式，所謂頻率同步，指的是時(shí)鐘振動(dòng)的次數(shù)進(jìn)行同步，相位同步不僅包括振動(dòng)的次數(shù)，還包括振動(dòng)的振幅，是一種更精確的同步機(jī)制。TDD系統(tǒng)僅支持相位同步方式。TS36.401對(duì)于eNB同步有以下說明：eNB-synchronization：The eNB shall support a logical synchronization

2、port for phase-, time- and/or frequency synchronisation.Logical synchronisation port for phase- and time-synchronisation shall provide1)accuracy that allows to meet the eNB requirements on maximum relative phase difference for all eNBs in synchronised TDD-unicast area and FDD/TDD-multicast MBSFN syn

3、chronisation area;2)continuous time without leap seconds traceable to common time reference for all eNBs in synchronised TDD-unicast area and FDD/TDD-multicast MBSFN synchronisation area;A logical synchronisation port for phase- and time-synchronisation may also be provided for all eNBs in FDD time

4、domain inter-cell interference coordination synchronisation area Furthermore common SFN initialisation time shall be provided for all eNBs in synchronised TDD-unicast area and FDD/TDD-multicast MBSFN synchronisation area.Based on this information, the eNB may derive the SFN according to the followin

5、g formula站點(diǎn)同步方案，主流有三種方案：GPS同步、1588v2同步和以太網(wǎng)同步方案。1.1 GPS同步方案基站設(shè)備通過安裝GPS接收模塊，通過接收GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。其中根據(jù)GPS接收模塊輸出的PP2S時(shí)鐘和TOD信息，作為參考時(shí)鐘源輸入到CC的時(shí)鐘模塊，為基站所有設(shè)備的參考時(shí)鐘源。對(duì)于本驗(yàn)證，GPS同步主要是指新建GPS天線，或者現(xiàn)有已經(jīng)部署有GPS天線的站點(diǎn)，通過功分器將GPS信號(hào)分路給新建的LTE BBU設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，如下圖所示。1.2 1588v2方案1588v2是在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)鐘信號(hào)的一種時(shí)鐘同步方案，通過IP報(bào)文攜帶時(shí)鐘信息，基站接受1588v2時(shí)鐘報(bào)文并進(jìn)行

6、計(jì)算，從而恢復(fù)出從1588v2服務(wù)器發(fā)送來的時(shí)鐘信息。1588v2的部署方案如下圖所示，在核心網(wǎng)機(jī)房部署1588v2服務(wù)器，通過IP RAN/PTN網(wǎng)絡(luò)將1588v2報(bào)文傳遞到各個(gè)LTE eNB基站處，eNB通過執(zhí)行1588v2客戶端算法恢復(fù)出時(shí)鐘信息。1588v2同步方案對(duì)于eNB和1588v2服務(wù)器之間的IP傳輸網(wǎng)絡(luò)有相應(yīng)要求，包括遲延和遲延變化的要求，因此在IP RAN/PTN網(wǎng)絡(luò)中需要針對(duì)1588v2報(bào)文的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，保障1588v2報(bào)文的QoS質(zhì)量。1.3 同步以太網(wǎng)方案同步以太網(wǎng)時(shí)鐘源是在以太網(wǎng)MAC層實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘頻率同步機(jī)制。由同步以太網(wǎng)幀物理層編碼格式中進(jìn)行插值、取值來提取

7、時(shí)鐘信息。根據(jù)以太網(wǎng)物理層編碼提取時(shí)鐘信息由以太網(wǎng)PHY芯片實(shí)現(xiàn)。在以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，一般設(shè)置一個(gè)為同步以太網(wǎng)主時(shí)鐘，而該同步以太網(wǎng)時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘同步，在多級(jí)鏈接中，相連下級(jí)分別與上級(jí)同步，從而獲得整網(wǎng)的頻率同步。鑒于GPS的時(shí)間同步方案是最直接、成熟的方案，被絕大部分LTE系統(tǒng)所采用，目前天津電信使用的也是GPS同步方案。2 LTE基站同步方式2.1 不同制式對(duì)時(shí)鐘同步要求無線制式 時(shí)鐘頻率精度要求 時(shí)鐘相位同步要求 GSM0.05ppmNAWCDMA0.05ppmNATD-SCDMA0.05ppm1.5usCDMA20000.05ppm3usWiMax FDD0.05ppmNAWiMax

8、TDD0.05ppm1usLTE0.05ppm傾向于采用時(shí)間同步1.66us2.2 基站不同的同步方式2.2.1 相位同步時(shí)間信號(hào)是帶有年月日時(shí)分秒時(shí)間信息的時(shí)鐘信號(hào)。目前時(shí)間信息業(yè)界使用UTC（Universal Time Coordinated）時(shí)間信息。UTC時(shí)間是世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。相位同步又稱時(shí)間同步，是指絕對(duì)時(shí)間的同步。一般所說的時(shí)間同步的操作就是按照接收到的時(shí)間來調(diào)控設(shè)備內(nèi)部的時(shí)鐘和時(shí)刻。時(shí)間同步既調(diào)控時(shí)鐘的頻率又調(diào)控時(shí)鐘的相位，同時(shí)將時(shí)鐘的相位以數(shù)值表示，時(shí)間同步是指全網(wǎng)設(shè)備時(shí)間信息和UTC時(shí)間同步，即時(shí)間信號(hào)的起始時(shí)刻和UTC時(shí)間保持一致。如圖所示，信號(hào)A和B是相位同步，信號(hào)C、D

9、和A不是相位同步。相位時(shí)間（Phase Time）指時(shí)鐘信號(hào)與理想信號(hào)在對(duì)應(yīng)的有效瞬間（一般指上升沿或者下降沿）的延遲時(shí)間，簡稱為“相位”。相位也即時(shí)延。時(shí)間同步有兩個(gè)主要的功能：授時(shí)和守時(shí)。用通俗的語音描述，授時(shí)就是“對(duì)表”。通過不定期的對(duì)表動(dòng)作，將本地時(shí)刻與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻相位同步；守時(shí)類似于頻率同步，保證在對(duì)表的間隙里，本地時(shí)刻與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻偏差在可接受范圍內(nèi)。2.2.2 頻率同步頻率同步指兩個(gè)信號(hào)的變化頻率相同或者保持固定的比例，信號(hào)的相位可以不一致，頻率也可以不一致，其相對(duì)應(yīng)的有效瞬間以同一平均速率出現(xiàn)。保持某種嚴(yán)格的特定關(guān)系，以維持lte網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備以相同的速率運(yùn)行如圖所示，信號(hào)A、B和C

10、是頻率同步。頻率同步中，時(shí)鐘信號(hào)是按周期變化的信號(hào)，該信號(hào)不包含時(shí)間信息。2.2.3 相位同步與頻率同步的區(qū)別如圖所示的Watch A與Watch B，如果二者每時(shí)每刻的時(shí)間都保持一致，這種狀態(tài)叫時(shí)間同步（Phasesynchronization）。如果二者的時(shí)間不一樣，但保持一個(gè)恒定的差值（如，6小時(shí)），那么這種狀態(tài)稱為頻率同步(Frequency synchronization)。3 同步方式對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響3.1 對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能影響3.1.1 相位同步影響在固定時(shí)刻，由于LTE輸出相位完全疊加。也就是在相同時(shí)間，所有LTE基站為相同時(shí)刻輸出信號(hào)，在存在模三干擾區(qū)域?qū)⒃斐奢^大干擾，

11、對(duì)于SINR以及CQI、吞吐率視模三干擾情況會(huì)有不同影響。對(duì)于正常覆蓋場景下影響較小。3.1.2 頻率同步影響LTE基站在相同時(shí)刻相位不完全疊加或錯(cuò)開。這樣在交疊覆蓋場景下，由于頻率同步帶來的錯(cuò)峰發(fā)射，會(huì)對(duì)網(wǎng)內(nèi)模三干擾會(huì)有一定的正向增益。3.2 對(duì)于系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)性能影響由于CDMA為相位同步模式（以ZTE設(shè)備為例），當(dāng)LTE采用頻率同步的時(shí)候，不同網(wǎng)絡(luò)間的互操作容易造成影響，由于C-L網(wǎng)絡(luò)采用的為CDMA相位同步，在采用相同時(shí)鐘源時(shí)獲取的同步相位也相同，所以不會(huì)對(duì)互操作造成影響。這里分析的系統(tǒng)間影響主要是指L-C互操作造成的影響，下列分析均基于LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3.2.1 系統(tǒng)間重定向不同同步方式

12、的CL網(wǎng)絡(luò)，能夠完成重定向。但由于不同同步方式在重定向時(shí)需要重新校準(zhǔn)同步起始相位，該行為會(huì)增加互操作時(shí)延。 3.2.2 系統(tǒng)間重選L-C互操作需要基于SIB8系統(tǒng)時(shí)間下發(fā)方式確定。下發(fā)分為：不下發(fā)時(shí)間消息，下發(fā)同步時(shí)間，下發(fā)異步時(shí)間三種模式。l 不下發(fā)時(shí)間消息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)重新捕獲CDMA網(wǎng)絡(luò)，該方式與LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)置無關(guān)，成功率較高，但時(shí)延很大；l 下發(fā)同步時(shí)間時(shí)，基于頻率同步的LTE網(wǎng)絡(luò)在SIB8選擇同步消息的時(shí)候?qū)τ谙到y(tǒng)間重選會(huì)造成影響，甚至可能不會(huì)成功。l 下發(fā)異步時(shí)間時(shí)，終端可以在SIB8中獲取異步時(shí)間，與相對(duì)應(yīng)的CDMA系統(tǒng)的偏移時(shí)刻，該方案成功率較高，時(shí)延較大。4 不同同步方案實(shí)測驗(yàn)證

13、方案驗(yàn)證選取寶坻區(qū)部分LTE基站進(jìn)行，驗(yàn)證主要分為三部分：l 速率驗(yàn)證：將區(qū)域內(nèi)基站分別設(shè)置為時(shí)間同步、頻率同步，在不同同步方式下進(jìn)行DT、交疊區(qū)域CQT、好點(diǎn)CQT進(jìn)行測試；l C-L重定向驗(yàn)證：驗(yàn)證兩種同步模式下，切換成功率與時(shí)延區(qū)別；l C-L重選驗(yàn)證：驗(yàn)證兩種同步模式下，切換成功率與時(shí)延區(qū)別；4.1 不同方案速率驗(yàn)證4.1.1 DT速率驗(yàn)證選取固定區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)分別選擇相位同步以及頻率同步進(jìn)行DT測試，采用FTP下行長呼。具體范圍見下圖：依照上述討論，頻率同步模式下由于相對(duì)時(shí)間同步模式下干擾有所降低，測試區(qū)域內(nèi)吞吐率會(huì)有一定提升，SINR以及CQI比例有所提升。下表是頻率同步和相位同步模式

14、下，DT長呼測試的下行吞吐率、SINR以及CQI平均值的對(duì)比：同步模式下行吞吐率（Mbps）SINR均值（dB）CQI平均值頻率同步31.7112.569.32相位同步30.8912.149.24從上表中的兩組數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：測試結(jié)果和預(yù)計(jì)效果一致，在頻率同步模式下，下行吞吐率、SINR以及CQI平均值均比相位同步模式下要稍高。4.1.2 交疊區(qū)域CQT驗(yàn)證選擇一交疊覆蓋嚴(yán)重區(qū)域，對(duì)周邊站點(diǎn)選擇兩種不同方式進(jìn)行CQT驗(yàn)證。做FTP下載長呼，每次下載3min，進(jìn)行5次。預(yù)計(jì)在頻率同步模式下吞吐率會(huì)有一定提升，SINR以及CQI比例有所提升。交疊區(qū)域CQT驗(yàn)證主要涉及寶坻寶鑫菜市場-BDFO-2

15、小區(qū)，PCI為101。下表是兩種同步模式下前后五次測試的吞吐率、SINR以及CQI平均值對(duì)比：模式指標(biāo)比較測試次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次平均值頻率同步吞吐率（Mbps）38.2341.0545.5651.5846.7344.63SINR10.8711.0410.7111.7711.1611.11CQI平均值899999相位同步吞吐率（Mbps）32.2240.9142.0236.0740.5238.35SINR9.111.310.9611.610.8910.77CQI888988經(jīng)過上表數(shù)據(jù)對(duì)比：測試結(jié)論基本與預(yù)計(jì)效果相同，下行吞吐率、SINR值以及所占CQI平均值均是頻率同步模式下較

16、高。附件是兩種同步模式下所占CQI詳細(xì)表。 4.1.3 好點(diǎn)CQT驗(yàn)證：選擇一個(gè)站點(diǎn)好點(diǎn)進(jìn)行下載，對(duì)該站點(diǎn)同步模式分別選擇相位/頻率同步進(jìn)行CQT測試。每次3min，進(jìn)行5次。預(yù)計(jì)無交疊覆蓋場景下，不同同步模式對(duì)吞吐率沒有影響。好點(diǎn)CQT測試主要涉及小區(qū)為寶坻寶鑫菜市場-BDFO-1小區(qū)，PCI為100。下表是兩種同步模式下前后五次測試的吞吐率、SINR以及CQI平均值對(duì)比：模式指標(biāo)比較測試次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次平均值頻率同步吞吐率（Mbps）106.39103.2798.1598.04108.19102.81SINR26.326.3825.9626.1526.5626.27CQI

17、151515151515相位同步吞吐率（Mbps）111107.16105.72108.5397.62106.01SINR26.2925.6125.4426.1826.4926CQI151515151415經(jīng)上述數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：測試結(jié)論跟預(yù)計(jì)效果基本相同，兩種模式下吞吐率、SINR以及所占CQI均無太大差異。附件是兩種同步模式下所占CQI詳細(xì)表。 4.2 C-L重定向驗(yàn)證選擇一CL共站站點(diǎn)，通過修改互操作門限進(jìn)行測試驗(yàn)證。分別修改不同同步方式進(jìn)行5次L-C重定向，對(duì)比不同同步模式下的重定向成功率以及時(shí)延；按照預(yù)計(jì)分析，兩種同步模式下，切換成功率與時(shí)延區(qū)別不大。4G到3G重定向主要涉及小區(qū)是：

18、4G站點(diǎn)寶坻郝莊-BDFO-1，PCI為196；3G站點(diǎn)寶坻郝莊，PN為288。下面兩張圖分別為QXDM信令回放中，4G重定向到3G信令開始和結(jié)束點(diǎn)的截圖： 4G-3G重定向開始4G-3G重定向結(jié)束下表為兩種同步模式下4G-3G重定向成功率及時(shí)延對(duì)比表：第一次第二次第三次第四次第五次平均成功率（%）頻率同步2.238s2.191s2.029s1.802s2.174s2.087s100相位同步2.257s2.810s2.159s1.963s2.781s2.394s100經(jīng)過上述測試數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：測試結(jié)論跟預(yù)計(jì)效果基本一致，兩種模式下測試5次重定向均成功，時(shí)延相差也不大，相位同步時(shí)延要稍高一些，應(yīng)

19、屬于受交疊覆蓋影響。4.3 C-L重選驗(yàn)證選擇相位/頻率同步方式，SIB系統(tǒng)消息下發(fā)時(shí)間分別選擇：關(guān)閉/同步/異步，進(jìn)行驗(yàn)證。各進(jìn)行5次重選（無法重選即停止測試）。對(duì)比重選成功率以及重選時(shí)延。對(duì)于SIB8異步時(shí)間/關(guān)閉模式下，兩種方式重選成功率差別不大，頻率同步時(shí)延略高；對(duì)于SIB8同步時(shí)間模式下，頻率同步重選失敗高/時(shí)延長。相位同步下無影響。本次C-L重選操作驗(yàn)證測試小區(qū)為：4G站點(diǎn)寧河?xùn)|安駕校-NHFO-0，PCI為99；3G站點(diǎn)寧河?xùn)|安駕校-0，PN為70。4.3.1 LTE-CDMA重選：下面兩張圖是QXDM回放信令中，4G重選到3G開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的信令截圖：4G到3G重選開始4G到3

20、G重選結(jié)束下表為幾種模式下4G-3G重選時(shí)延（單位為秒）：模式指標(biāo)比較測試次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次平均值成功率(%)頻率同步關(guān)閉2.0422.0241.9271.0751.9431.8022100同步失敗失敗失敗失敗失敗失敗失敗異步1.611.6681.6551.7461.8681.639100相位同步關(guān)閉2.2431.9182.0152.1761.9842.081100同步1.7091.7761.8411.5561.2921.635100異步1.7061.8451.0371.6891.7361.655100通過上述數(shù)據(jù)分析對(duì)比，在同步模式為頻率同步時(shí)：1、 SIB8關(guān)閉的情況下，L

21、到C可以重選，時(shí)延較大；2、 SIB8同步下發(fā)的情況下，L到C不能重選；3、 SIB8異步下發(fā)的情況下，L到C可以重選，時(shí)延較小。在同步模式為相位同步的情況下：1、 SIB8關(guān)閉的情況下，L到C可以重選，時(shí)延較大；2、 SIB8同步下發(fā)的情況下，L到C可以重選，時(shí)延較小；3、 SIB8異步下發(fā)的情況下，L到C可以重選，時(shí)延在關(guān)閉和異步之間。4.3.2 CDMA-LTE重選下面兩張圖是QXDM回放信令中，LTE重選到CDMA開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的信令截圖：3G到4G重選開始3G到4G重選結(jié)束下表為幾種模式下3G-4G重選時(shí)延（單位為秒）：模式指標(biāo)比較測試次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次平均值成功率（%）頻率同步關(guān)閉0.1420.1650.1570.1550.1610.156100同步失敗0異步0.1520.1440.1570.1410.1490.149100相位同步關(guān)閉0.1690.1570.1570.1650.1590.161100同步0.1590.1490.1470.1530.1500.151100異步0.1590.1560.1480.1530.1580.159100通過上述數(shù)據(jù)分