TD-SCDMA网络GPS同步失效因素分析

在3G三大标准中均是基站同步系统，TD-SCDMA系统是全网同步系统，要求所有基站之间严格保持时间同步对于TD-SCDMA通信系统的重要性不言而喻。由于缺乏先进的网络同步技术，TD-SCDMA基站普遍采用全球定位系统(GPS)同步[目前TD-SCDMA网络中，由于一些原因，基站无法收到GPS卫星信号，同步失效的现象。

　　(1)GPS信号收到外界的干扰

　　GPS工作频段为1 575 MHz，由于GPS信号从卫星发射到地面之后，已经非常微弱，所以很容易受到外界干扰的影响，很多因素都会对GPS信号造成干扰，比如外太空太阳耀斑的干扰、电离层和大气环境的干扰、雷电等异常天气的影响等。在存在干扰的情况下，接收机接收卫星的信号质量会变差，信噪比降低，误码率上升，某些时候就会导致接收不到卫星信号。

　　(2)工程施工原因

　　在现实大规模建站时，如果GPS天线安装位置附近存在遮挡或者施工工艺问题造成馈线阻抗过大、馈线头工艺有问题、馈线进水等因素，使得基站侧接收到的GPS信号较弱。

　　长期同步失效会导致基站间出现定时偏差，定时偏差过大将影响手机邻区搜索、小区切换、下行导引时隙(DwPTS)对上行导引时隙(UpPTS)干扰和业务时隙交叉。这些将进一步影响网络质量，造成切换失败、切换掉话、呼通率下降，严重影响用户在网络中感受。为此，我们通过测试研究基站由于GPS失步造成的定时偏差对网络性能和质量的影响，从而确定TD-SCDMA系统能够容忍的 GPS失步的定时偏差，进一步为选择替代GPS同步系统的方案提供依据。

　　1 理论分析

　　GPS失步造成基站间的GPS定时偏差过大，从TD-SCDMA的帧结构、终端和系统的实现方式分析，GPS失步主要在3个方面造成对系统的影响。

　　(1)切换及小区重选相关的邻区测量(或邻区搜索)

　　用户终端(UE)在正常状态下，都需要以当前小区DwPTS的定时为基准进行邻区DwPTS搜索，如果相邻小区定时偏差过大，则UE无法在 DwPTS搜索窗内搜索到临小区的DwPTS，或者即使可以搜到邻区但搜索到得邻区主公共控制信道(PCCPCH)信号差，信干比(SIR)低，严重影响网络的关键参数指标(KPI)性能，造成终端的重选和切换问题，如图1所示。

　　此外TD-SCDMA中接力切换由于减少了终端上行UpPTS的接入过程，加快了切换过程，增加切换的成功率，但是对于基站间的同步要求比较高，因此一旦基站间GPS失去了同步，终端在专用信道上同步不上(终端在专用信道发送特殊的突发数据，基站收到后确认，表示上行同步成功，然后基站发送特殊的突发数据，终端收到，表示下行同步成功)，就很容易切换失败。

　　(2)DwPTS对UpPTS时隙的干扰

　　TD-SCDMA为了避免小区之间下行DwPTS对UpPTS的干扰，在两个时隙间留出了一个96码片(chip)的保护(GP)时隙。在GPS失步的情况下，会导致DwPTS时隙和UpPTS时隙间的有效保护时间减少。如图2所示。

　　UpPTS时隙干扰的抬升，会造成上行UpPTS信道的覆盖收缩(在TD-SCDMA系统中电路交换域64k可视电话业务(CS64k)业务的覆盖最小，因此UpPTS业务信道的覆盖至少要保证和CS64k同覆盖)，影响单小区边缘用户的上行接入，但是在实际网络中由于PCCPCH接受信号码功率(RSCP)小于-95 dBm的区域所占的比例极少，因此对呼通率的影响相对较小。

　　(3)业务时隙的交叉干扰

　　TD-CDMA系统的每个时隙末尾有一个16 chip

　　在TD-SCDMA中，每个业务时隙的864个chip长度，因此GPS失步造成的交叉时隙在业务时隙只会干扰部分chip时段，只有GPS失步很大时才会造成明显的干扰。

　　2 测试设计

　　为了定量分析GPS失步对网络性能和质量的影响，我们在真实网络环境中进行测试验证。

　　(1)测试环境的选择

　　在真实网络中选择一个高站点，加载可以进行GPS失步设定的基站软件，造成人为的GPS失步，GPS失步定时偏差可控制和可修改，周围有1到2圈基站GPS同步正常，30～40个连片小区覆盖。

　　(2)测试终端的选择

　　软件用鼎力路测软件，路测终端用中兴通讯U85两部、大唐8120一部，支持可视电话。

　　(3)测试中模拟加载的规定

　　小区模拟加载规定：75%模拟加载，即单时隙加载75%码道，功率为27 dBm。

　　(4)测试用例的设计

　　根据上述的理论分析，共设计了8个测试用例。

　　(a)基站GPS定时向前偏差