TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)GPS同步失效因素分析

在3G三大標(biāo)準(zhǔn)中均是基站同步系統(tǒng)，TD-SCDMA系統(tǒng)是全網(wǎng)同步系統(tǒng)，要求所有基站之間嚴(yán)格保持時(shí)間同步對(duì)于TD-SCDMA通信系統(tǒng)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(tǒng)(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(wèi)星信號(hào)，同步失效的現(xiàn)象。

　　(1)GPS信號(hào)收到外界的干擾

　　GPS工作頻段為1 575 MHz，由于GPS信號(hào)從衛(wèi)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(duì)GPS信號(hào)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(jī)接收衛(wèi)星的信號(hào)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(dǎo)致接收不到衛(wèi)星信號(hào)。

　　(2)工程施工原因

　　在現(xiàn)實(shí)大規(guī)模建站時(shí)，如果GPS天線安裝位置附近存在遮擋或者施工工藝問題造成饋線阻抗過大、饋線頭工藝有問題、饋線進(jìn)水等因素，使得基站側(cè)接收到的GPS信號(hào)較弱。

　　長(zhǎng)期同步失效會(huì)導(dǎo)致基站間出現(xiàn)定時(shí)偏差，定時(shí)偏差過大將影響手機(jī)鄰區(qū)搜索、小區(qū)切換、下行導(dǎo)引時(shí)隙(DwPTS)對(duì)上行導(dǎo)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、呼通率下降，嚴(yán)重影響用戶在網(wǎng)絡(luò)中感受。為此，我們通過測(cè)試研究基站由于GPS失步造成的定時(shí)偏差對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量的影響，從而確定TD-SCDMA系統(tǒng)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(tǒng)的方案提供依據(jù)。

　　1 理論分析

　　GPS失步造成基站間的GPS定時(shí)偏差過大，從TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)、終端和系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式分析，GPS失步主要在3個(gè)方面造成對(duì)系統(tǒng)的影響。

　　(1)切換及小區(qū)重選相關(guān)的鄰區(qū)測(cè)量(或鄰區(qū)搜索)

　　用戶終端(UE)在正常狀態(tài)下，都需要以當(dāng)前小區(qū)DwPTS的定時(shí)為基準(zhǔn)進(jìn)行鄰區(qū)DwPTS搜索，如果相鄰小區(qū)定時(shí)偏差過大，則UE無(wú)法在 DwPTS搜索窗內(nèi)搜索到臨小區(qū)的DwPTS，或者即使可以搜到鄰區(qū)但搜索到得鄰區(qū)主公共控制信道(PCCPCH)信號(hào)差，信干比(SIR)低，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)(KPI)性能，造成終端的重選和切換問題，如圖1所示。

　　此外TD-SCDMA中接力切換由于減少了終端上行UpPTS的接入過程，加快了切換過程，增加切換的成功率，但是對(duì)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，終端在專用信道上同步不上(終端在專用信道發(fā)送特殊的突發(fā)數(shù)據(jù)，基站收到后確認(rèn)，表示上行同步成功，然后基站發(fā)送特殊的突發(fā)數(shù)據(jù)，終端收到，表示下行同步成功)，就很容易切換失敗。

　　(2)DwPTS對(duì)UpPTS時(shí)隙的干擾

　　TD-SCDMA為了避免小區(qū)之間下行DwPTS對(duì)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(hù)(GP)時(shí)隙。在GPS失步的情況下，會(huì)導(dǎo)致DwPTS時(shí)隙和UpPTS時(shí)隙間的有效保護(hù)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(tǒng)中電路交換域64k可視電話業(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(qū)邊緣用戶的上行接入，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中由于PCCPCH接受信號(hào)碼功率(RSCP)小于-95 dBm的區(qū)域所占的比例極少，因此對(duì)呼通率的影響相對(duì)較小。

　　(3)業(yè)務(wù)時(shí)隙的交叉干擾

　　TD-CDMA系統(tǒng)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(zhǎng)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(cè)試設(shè)計(jì)

　　為了定量分析GPS失步對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量的影響，我們?cè)谡鎸?shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

　　(1)測(cè)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(shè)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，周圍有1到2圈基站GPS同步正常，30～40個(gè)連片小區(qū)覆蓋。

　　(2)測(cè)試終端的選擇

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

　　(3)測(cè)試中模擬加載的規(guī)定

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

　　(4)測(cè)試用例的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)上述的理論分析，共設(shè)計(jì)了8個(gè)測(cè)試用例。

　　(a)基站GPS定時(shí)向前偏差