GSM Timing Advance獲得程序

[前言]
Timing Advance (TA)是GSM/GPRS手機一個很重要的參數，最初用來表示MS與BTS之間的空中傳輸延遲(細節上是BTS-->MS-->BTS的距離)，讓手機使用SDCCH時可以確實遵守three-time-slot-delay的上傳規矩，後來在研究手機定位的技術時非常依賴此參數來推算MS的經緯度，於是TA變得越來越重要。

筆者一直很好奇TA的估算方式以及MS獲得TA的過程，底下是筆者的研究心得，目前只清楚GSM MS獲得TA的過程。

[GSM MS獲得TA的過程]
圖一與圖二是MS獲得TA的過程，共有8個步驟，說明如下：
狀態:MS開機後，進入Idle Mode
step 1: BTS對小區廣播，內容是: a) Frequency correction Bursts 與 b) Synchronization Bursts.

step 2: GSM MS因為某種理由(Establish Cause)，需要建立專屬通道，因此由RACH發出RR:Channel Request給BSC。

step 3: BTS解碼RR: Channel Request之後，將Request Reference中的IE:Establish Cause(理由)以及IE:Random Reference(隨機碼)放入BTSM:CHAN_RQD訊息中;並根據由BCCH(DL)到RACH(UL)的時間來估算TA，將此數值以IE:Access Delay加入，一併通知BSC。
(說明:筆者目前還不清楚此TA計算的細節如何進行。)

step 4: BSC命令BTS在空中界面建立一條SDCCH專屬通道給MS使用，並參數化描述此SDCCH的特性。

step 5: BTS回報BSC此SDCCH已經建立。

step 6: BSC送出RR:Immediate Assignment給MS，通知MS具備哪些參數特性的SDCCH已經建立，要求MS立即根據此參數來更改通道的組態。當然TA也包含在其中。

step 7: MS在AGCH根據Request reference中的理由以及隨機碼(甚至Frame Number)來辨識網路給自己的RR:Immediate Assignment訊息，因此獲得TA。
說明：如果有許多MS同時提出專屬通道的申請，網路也會同時發出許多RR: Immediate Assignment，MS必須從其中挑出給自己的訊息，才能正確改變通道組態。

step 8: MS使用此SDCCH之後，BTS定期估算TA，固定每480ms藉由BTSM:MEAS_RES訊息向BSC回報更新TA。
說明：其實程序到此MS才剛擁有SDCCH以及取得TA，接下來才要開始作"正事"呢，例如在SDCCH提出LU或是呼叫服務等等，但是本文只關心TA的取得過程，所以程序就此打住。

When the BTS detects an access burst transmission on RACH or PRACH, it shall measure the delay of this signal relative to the expected signal from an MS at zero distance under static channel conditions. (How to do that?)

This delay, called the timing advance, shall be rounded to the nearest symbol period and included in a response from the BTS when applicable.

When the MS receives a new value of TA from the BTS on the SACCH, it shall implement the new value of TA at the first TDMA frame belonging to the next reporting period (as defined in 3GPP TS 05.08), after the SACCH frame containing the new TA value. The MS shall signal the used TA to the BTS on the SACCH.

理論上pico-BTS無須測量TA，但是某些必要的時候，還是需要送出一個值，這時無論是真實測量的、或是程式產生的TA數值都可以。

[心得]
1. RR的某些訊息與BTSM息息相關，所以對BTS而言，RR不完全是通透的，有些RR訊息BTS必需須先解碼才能執行或是複製部分IE參數寫入BTSM訊息中。
2. BTS到底如何計算出TA的程序，有待未來持續深入了解。

參考文獻與延伸閱讀：
[-] Gunnar Heine, GSM Networks: Protocols, Terminology, and Implementation, Artech House Publishers, 1999.
[-] 3GPP TS 05.10 V8.12.0 (2003-08) Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Radio subsystem synchronization (Release 1999)

070625r4版本
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