摘要:時(shí)分-同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)被干擾或者遮擋，導(dǎo)致搜索不到GPS衛(wèi)星后同步失效的現(xiàn)象。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(guò)大將影響手機(jī)搜索鄰區(qū)、小區(qū)切換、DwPTS對(duì)上行導(dǎo)引時(shí)隙(UpPTS)的干擾等。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(yán)重影響用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)中的感受。研究發(fā)現(xiàn)GPS失步4碼片(chip)以上時(shí)，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量出現(xiàn)顯著下降；GPS失步10 chip以上時(shí)，出現(xiàn)手機(jī)搜不到鄰區(qū)；在GPS失步16 chip以下時(shí)，DwPTS對(duì)UpPTS的干擾在GPS失步小區(qū)的第一、第二圈小區(qū)表現(xiàn)不明顯。研究結(jié)果表明：為了不影響網(wǎng)絡(luò)性能，TD-SCDMA系統(tǒng)允許的GPS失步最大定時(shí)偏差為4 chip。

在3G三大標(biāo)準(zhǔn)中，CDMA2000和時(shí)分-同步碼分多址(TD-SCDMA)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，小區(qū)間切換、漫游等都需要精確的時(shí)間控制，因此同步問(wèn)題對(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[1-14]。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(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(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(guò)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(huà)、呼通率下降，嚴(yán)重影響用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)中感受。為此，我們通過(guò)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(guò)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(hù)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(guò)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(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(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(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(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(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(qū)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(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。