TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )GPS同步失效因素分析

在3G三大標準中均是基站同步系統，TD-SCDMA系統是全網(wǎng)同步系統，要求所有基站之間嚴格保持時(shí)間同步對于TD-SCDMA通信系統的重要性不言而喻。由于缺乏先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )同步技術(shù)，TD-SCDMA基站普遍采用全球定位系統(GPS)同步[目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )中，由于一些原因，基站無(wú)法收到GPS衛星信號，同步失效的現象。

　　(1)GPS信號收到外界的干擾

　　GPS工作頻段為1 575 MHz，由于GPS信號從衛星發(fā)射到地面之后，已經(jīng)非常微弱，所以很容易受到外界干擾的影響，很多因素都會(huì )對GPS信號造成干擾，比如外太空太陽(yáng)耀斑的干擾、電離層和大氣環(huán)境的干擾、雷電等異常天氣的影響等。在存在干擾的情況下，接收機接收衛星的信號質(zhì)量會(huì )變差，信噪比降低，誤碼率上升，某些時(shí)候就會(huì )導致接收不到衛星信號。

　　(2)工程施工原因

　　在現實(shí)大規模建站時(shí)，如果GPS天線(xiàn)安裝位置附近存在遮擋或者施工工藝問(wèn)題造成饋線(xiàn)阻抗過(guò)大、饋線(xiàn)頭工藝有問(wèn)題、饋線(xiàn)進(jìn)水等因素，使得基站側接收到的GPS信號較弱。

　　長(cháng)期同步失效會(huì )導致基站間出現定時(shí)偏差，定時(shí)偏差過(guò)大將影響手機鄰區搜索、小區切換、下行導引時(shí)隙(DwPTS)對上行導引時(shí)隙(UpPTS)干擾和業(yè)務(wù)時(shí)隙交叉。這些將進(jìn)一步影響網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量，造成切換失敗、切換掉話(huà)、呼通率下降，嚴重影響用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò )中感受。為此，我們通過(guò)測試研究基站由于GPS失步造成的定時(shí)偏差對網(wǎng)絡(luò )性能和質(zhì)量的影響，從而確定TD-SCDMA系統能夠容忍的 GPS失步的定時(shí)偏差，進(jìn)一步為選擇替代GPS同步系統的方案提供依據。

　　1 理論分析

　　GPS失步造成基站間的GPS定時(shí)偏差過(guò)大，從TD-SCDMA的幀結構、終端和系統的實(shí)現方式分析，GPS失步主要在3個(gè)方面造成對系統的影響。

　　(1)切換及小區重選相關(guān)的鄰區測量(或鄰區搜索)

　　用戶(hù)終端(UE)在正常狀態(tài)下，都需要以當前小區DwPTS的定時(shí)為基準進(jìn)行鄰區DwPTS搜索，如果相鄰小區定時(shí)偏差過(guò)大，則UE無(wú)法在 DwPTS搜索窗內搜索到臨小區的DwPTS，或者即使可以搜到鄰區但搜索到得鄰區主公共控制信道(PCCPCH)信號差，信干比(SIR)低，嚴重影響網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵參數指標(KPI)性能，造成終端的重選和切換問(wèn)題，如圖1所示。

　　此外TD-SCDMA中接力切換由于減少了終端上行UpPTS的接入過(guò)程，加快了切換過(guò)程，增加切換的成功率，但是對于基站間的同步要求比較高，因此一旦基站間GPS失去了同步，終端在專(zhuān)用信道上同步不上(終端在專(zhuān)用信道發(fā)送特殊的突發(fā)數據，基站收到后確認，表示上行同步成功，然后基站發(fā)送特殊的突發(fā)數據，終端收到，表示下行同步成功)，就很容易切換失敗。

　　(2)DwPTS對UpPTS時(shí)隙的干擾

　　TD-SCDMA為了避免小區之間下行DwPTS對UpPTS的干擾，在兩個(gè)時(shí)隙間留出了一個(gè)96碼片(chip)的保護(GP)時(shí)隙。在GPS失步的情況下，會(huì )導致DwPTS時(shí)隙和UpPTS時(shí)隙間的有效保護時(shí)間減少。如圖2所示。

　　UpPTS時(shí)隙干擾的抬升，會(huì )造成上行UpPTS信道的覆蓋收縮(在TD-SCDMA系統中電路交換域64k可視電話(huà)業(yè)務(wù)(CS64k)業(yè)務(wù)的覆蓋最小，因此UpPTS業(yè)務(wù)信道的覆蓋至少要保證和CS64k同覆蓋)，影響單小區邊緣用戶(hù)的上行接入，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中由于PCCPCH接受信號碼功率(RSCP)小于-95 dBm的區域所占的比例極少，因此對呼通率的影響相對較小。

　　(3)業(yè)務(wù)時(shí)隙的交叉干擾

　　TD-CDMA系統的每個(gè)時(shí)隙末尾有一個(gè)16 chip

　　在TD-SCDMA中，每個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙的864個(gè)chip長(cháng)度，因此GPS失步造成的交叉時(shí)隙在業(yè)務(wù)時(shí)隙只會(huì )干擾部分chip時(shí)段，只有GPS失步很大時(shí)才會(huì )造成明顯的干擾。

　　2 測試設計

　　為了定量分析GPS失步對網(wǎng)絡(luò )性能和質(zhì)量的影響，我們在真實(shí)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中進(jìn)行測試驗證。

　　(1)測試環(huán)境的選擇

　　在真實(shí)網(wǎng)絡(luò )中選擇一個(gè)高站點(diǎn)，加載可以進(jìn)行GPS失步設定的基站軟件，造成人為的GPS失步，GPS失步定時(shí)偏差可控制和可修改，周?chē)?到2圈基站GPS同步正常，30～40個(gè)連片小區覆蓋。

　　(2)測試終端的選擇

　　軟件用鼎力路測軟件，路測終端用中興通訊U85兩部、大唐8120一部，支持可視電話(huà)。

　　(3)測試中模擬加載的規定

　　小區模擬加載規定：75%模擬加載，即單時(shí)隙加載75%碼道，功率為27 dBm。

　　(4)測試用例的設計

　　根據上述的理論分析，共設計了8個(gè)測試用例。

　　(a)基站GPS定時(shí)向前偏差