LTE筆記: 基地台間的時間同步

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對於一個通訊系統來說,
同步是一個重要, 但是常常被忽略的問題,
大致上的原因就是因為同步的研究已經發展久遠,
相關的技術也都成熟,

然而, 考慮到一個以排程為基礎的通訊系統,
使用者裝置 (UE) 和基地台 (eNB) 之間必須要能夠同步,
才可以透過排程機制, 避開使用者在同一個時間內的干擾,
若是沒有同步機制, 換句話說, 排程機制也將失效,

在LTE系統中, eNB之間的同步可以分成三種不同的分類:
  1. Frequency synchronization (頻率同步)
  2. Phase synchronization (相位同步)
  3. Time synchronization (時間同步)
其中的差異可以表示如下圖:

Bladsjö, David, Marie Hogan, and Stefano Ruffini. "Synchronization aspects in LTE small cells."

頻率同步只同步每一個frame的間隔,
換句話說, 每一個eNB都使用相同的reference signal作為時間參考,
然而, 考慮到不同的eNB延遲, 每個eNB可能會差距一些時間,
這個是LTE網路在FDD架構下的的最低同步要求,
相位同步則要求每個eNB都必須要能夠在同一時間傳輸封包,
每個eNB的時間軸必須對齊, 不能有任何差異,
這樣的要求, 是對於TDD框架下的LTE系統,
為了避免不同基地台在時間上的干擾, 每一個eNB都需要相位同步,
最後的時間同步則是指, 所有eNB都擁有相同的global time,
此時, 不只傳送的frame可以對在一起, 連時分秒也都是一致,

對於三種不同的同步要求, 達成的方法也不一樣,
對於頻率同步, 只需要每一個eNB參考同樣一個時脈訊號源,
對於第二種和第三種同步要求, 我們可以利用網路同步 (NTP) 的方法,
利用有線的訊號交換, 來對齊eNB的時間,
在此方法中, 我們需要在核心網路中架設相當於NTP伺服器的PTP伺服器,
假設在多重核心網路的架構下, 所有eNB都必須參考到相同的時間來源,
或者, 我們也可以利用GPS訊號進行同步,
GPS訊號為來自於不同衛星的一組時間戳記, 
藉由GPS訊號的計算所有eNB都可以得到精確的global時間數值,

下表示不同通訊系統對於時間同步的需求,
我們可以看到, 雖然FDD架構下部要求eNB支援相位同步,
但若是之後要進行eICIC (大基地台對小基地台的干擾抑制)
則仍會有相位同步的需求,

Bladsjö, David, Marie Hogan, and Stefano Ruffini. "Synchronization aspects in LTE small cells."

也是因為相同的因素 (FDD和TDD) 對於同步要求的不一致,
導致3GPP中各家廠商在對於之後標準制定時, 不同的考量,
不過, 按照目前標準, 以及越來越嚴重的eNB之間的干擾,
在5G網路中, 應該對於eNB間的同步, 採取更高的標準要求.

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