同步方式對LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響探究

1、同步方式對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時鐘源同步方式32LTE基站同步方式63同步方式對LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響94不同同步方案實測驗證115不同同步方案總結(jié):201 時鐘源同步方式LTE的時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，指的是時鐘振動的次數(shù)進(jìn)行同步，相位同步不僅包括振動的次數(shù)，還包括振動的振幅，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信號實現(xiàn)時間同步。其中根據(jù)GPS接收模塊輸出的PP2S時鐘和TOD信息，作為參考時鐘源輸入到CC的時鐘模塊，為基站所有設(shè)備的參考時鐘源。對于本驗證，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信號分路給新建的LTE BBU設(shè)備提供時鐘信號，如下圖所示。1.2 1588v2方案1588v2是在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸時鐘信號的一種時鐘同步方案，通過IP報文攜帶時鐘信息，基站接受1588v2時鐘報文并進(jìn)行

6、計算，從而恢復(fù)出從1588v2服務(wù)器發(fā)送來的時鐘信息。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報文傳遞到各個LTE eNB基站處，eNB通過執(zhí)行1588v2客戶端算法恢復(fù)出時鐘信息。1588v2同步方案對于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1588v2報文的優(yōu)先級設(shè)置為最高，保障1588v2報文的QoS質(zhì)量。1.3 同步以太網(wǎng)方案同步以太網(wǎng)時鐘源是在以太網(wǎng)MAC層實現(xiàn)的時鐘頻率同步機(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、時鐘信息。根據(jù)以太網(wǎng)物理層編碼提取時鐘信息由以太網(wǎng)PHY芯片實現(xiàn)。在以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，一般設(shè)置一個為同步以太網(wǎng)主時鐘，而該同步以太網(wǎng)時鐘與GPS時鐘同步，在多級鏈接中，相連下級分別與上級同步，從而獲得整網(wǎng)的頻率同步。鑒于GPS的時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 不同制式對時鐘同步要求無線制式 時鐘頻率精度要求 時鐘相位同步要求 GSM0.05ppmNAWCDMA0.05ppmNATD-SCDMA0.05ppm1.5usCDMA20000.05ppm3usWiMax FDD0.05ppmNAWiMax

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

9、和A不是相位同步。相位時間（Phase Time）指時鐘信號與理想信號在對應(yīng)的有效瞬間（一般指上升沿或者下降沿）的延遲時間，簡稱為“相位”。相位也即時延。時間同步有兩個主要的功能：授時和守時。用通俗的語音描述，授時就是“對表”。通過不定期的對表動作，將本地時刻與標(biāo)準(zhǔn)時刻相位同步；守時類似于頻率同步，保證在對表的間隙里，本地時刻與標(biāo)準(zhǔn)時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信號的變化頻率相同或者保持固定的比例，信號的相位可以不一致，頻率也可以不一致，其相對應(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A、B和C

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

11、對于SINR以及CQI、吞吐率視模三干擾情況會有不同影響。對于正常覆蓋場景下影響較小。3.1.2 頻率同步影響LTE基站在相同時刻相位不完全疊加或錯開。這樣在交疊覆蓋場景下，由于頻率同步帶來的錯峰發(fā)射，會對網(wǎng)內(nèi)模三干擾會有一定的正向增益。3.2 對于系統(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，在采用相同時鐘源時獲取的同步相位也相同，所以不會對互操作造成影響。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需要重新校準(zhǔn)同步起始相位，該行為會增加互操作時延。 3.2.2 系統(tǒng)間重選L-C互操作需要基于SIB8系統(tǒng)時間下發(fā)方式確定。下發(fā)分為：不下發(fā)時間消息，下發(fā)同步時間，下發(fā)異步時間三種模式。l 不下發(fā)時間消息時，系統(tǒng)會重新捕獲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，但時延很大；l 下發(fā)同步時間時，基于頻率同步的LTE網(wǎng)絡(luò)在SIB8選擇同步消息的時候?qū)τ谙到y(tǒng)間重選會造成影響，甚至可能不會成功。l 下發(fā)異步時間時，終端可以在SIB8中獲取異步時間，與相對應(yīng)的CDMA系統(tǒng)的偏移時刻，該方案成功率較高，時延較大。4 不同同步方案實測驗證

13、方案驗證選取寶坻區(qū)部分LTE基站進(jìn)行，驗證主要分為三部分：l 速率驗證：將區(qū)域內(nèi)基站分別設(shè)置為時間同步、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重定向驗證：驗證兩種同步模式下，切換成功率與時延區(qū)別；l C-L重選驗證：驗證兩種同步模式下，切換成功率與時延區(qū)別；4.1 不同方案速率驗證4.1.1 DT速率驗證選取固定區(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時間同步模式下干擾有所降低，測試區(qū)域內(nèi)吞吐率會有一定提升，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)對比可以看出：測試結(jié)果和預(yù)計效果一致，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驗證選擇一交疊覆蓋嚴(yán)重區(qū)域，對周邊站點(diǎn)選擇兩種不同方式進(jìn)行CQT驗證。做FTP下載長呼，每次下載3min，進(jìn)行5次。預(yù)計在頻率同步模式下吞吐率會有一定提升，SINR以及CQI比例有所提升。交疊區(qū)域CQT驗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)對比：測試結(jié)論基本與預(yù)計效果相同，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驗證：選擇一個站點(diǎn)好點(diǎn)進(jìn)行下載，對該站點(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)計無交疊覆蓋場景下，不同同步模式對吞吐率沒有影響。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)對比可以發(fā)現(xiàn)：測試結(jié)論跟預(yù)計效果基本相同，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)行測試驗證。分別修改不同同步方式進(jìn)行5次L-C重定向，對比不同同步模式下的重定向成功率以及時延；按照預(yù)計分析，兩種同步模式下，切換成功率與時延區(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重定向成功率及時延對比表：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)對比發(fā)現(xiàn)：測試結(jié)論跟預(yù)計效果基本一致，兩種模式下測試5次重定向均成功，時延相差也不大，相位同步時延要稍高一些，應(yīng)

19、屬于受交疊覆蓋影響。4.3 C-L重選驗證選擇相位/頻率同步方式，SIB系統(tǒng)消息下發(fā)時間分別選擇：關(guān)閉/同步/異步，進(jìn)行驗證。各進(jìn)行5次重選（無法重選即停止測試）。對比重選成功率以及重選時延。對于SIB8異步時間/關(guān)閉模式下，兩種方式重選成功率差別不大，頻率同步時延略高；對于SIB8同步時間模式下，頻率同步重選失敗高/時延長。相位同步下無影響。本次C-L重選操作驗證測試小區(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)分析對比，在同步模式為頻率同步時：1、 SIB8關(guān)閉的情況下，L

21、到C可以重選，時延較大；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，時延較大；2、 SIB8同步下發(fā)的情況下，L到C可以重選，時延較??；3、 SIB8異步下發(fā)的情況下，L到C可以重選，時延在關(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