TD-SCDMA系統(tǒng)中GPS失步對網(wǎng)絡(luò)性能的影響

摘要:時分-同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)全球定位系統(tǒng)(GPS)信號被干擾或者遮擋，導(dǎo)致搜索不到GPS衛(wèi)星后同步失效的現(xiàn)象。長期同步失效會導(dǎo)致基站間出現(xiàn)定時偏差，定時偏差過大將影響手機(jī)搜索鄰區(qū)、小區(qū)切換、DwPTS對上行導(dǎo)引時隙(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、呼通率下降，嚴(yán)重影響用戶在網(wǎng)絡(luò)中的感受。研究發(fā)現(xiàn)GPS失步4碼片(chip)以上時，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量出現(xiàn)顯著下降；GPS失步10 chip以上時，出現(xiàn)手機(jī)搜不到鄰區(qū)；在GPS失步16 chip以下時，DwPTS對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失步最大定時偏差為4 chip。

關(guān)鍵字:全球定位系統(tǒng)失步；時分-同步碼分多址；碼片

英文摘要:There often occurs Global Positioning System (GPS) loss of synchronization in Time Division Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA) system because GPS signals may be disturbed by other system signals and sheltered from some buildings. Long-time loss of synchronization will lead to time deviation between NodeBs. When this time deviation is big enough, neighboring cell searching of mobile phones and intercell handover may fail and Downlink Pilot Time Slot (DwPTS) interfere with Uplink Pilot Time Slot (UpPTS), which will make network quality bad with handover failure, call dropping and low call succeeding ratio. In such a case, user experience will be badly affected. With our tests and analysis, we find that the TD-SCDMA network quality has obvious decrease when the GPS loss of synchronization goes over 4 chips, that the mobile phone fails to search a neighboring cell when the loss of synchronization goes over 10 chips, and that there is little UpPTS interference in the first-circle and second-circle neighboring cells when the loss of synchronization goes below 16 chips. The study results show that the allowable GPS loss of synchronization should be below 4 chips in TD-SCDMA system.

英文關(guān)鍵字:global positioning system loss of synchronization; TD-SCDMA; chip

在3G三大標(biāo)準(zhǔn)中，CDMA2000和時分-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)格保持時間同步，小區(qū)間切換、漫游等都需要精確的時間控制，因此同步問題對于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，基站無法收到GPS衛(wèi)星信號，同步失效的現(xiàn)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(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，很多因素都會對GPS信號造成干擾，比如外太空太陽耀斑的干擾、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)星的信號質(zhì)量會變差，信噪比降低，誤碼率上升，某些時候就會導(dǎo)致接收不到衛(wèi)星信號。

(2)工程施工原因

在現(xiàn)實大規(guī)模建站時，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信號較弱。

長期同步失效會導(dǎo)致基站間出現(xiàn)定時偏差，定時偏差過大將影響手機(jī)鄰區(qū)搜索、小區(qū)切換、下行導(dǎo)引時隙(DwPTS)對上行導(dǎo)引時隙(UpPTS)干擾和業(yè)務(wù)時隙交叉。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，我們通過測試研究基站由于GPS失步造成的定時偏差對網(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定時偏差過大，從TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)、終端和系統(tǒng)的實現(xiàn)方式分析，GPS失步主要在3個方面造成對系統(tǒng)的影響。

(1)切換及小區(qū)重選相關(guān)的鄰區(qū)測量(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的定時為基準(zhǔn)進(jìn)行鄰區(qū)DwPTS搜索，如果相鄰小區(qū)定時偏差過大，則UE無法在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UpPTS時隙的干擾

TD-SCDMA為了避免小區(qū)之間下行DwPTS對UpPTS的干擾，在兩個時隙間留出了一個96碼片(chip)的保護(hù)(GP)時隙。在GPS失步的情況下，會導(dǎo)致DwPTS時隙和UpPTS時隙間的有效保護(hù)時間減少。如圖2所示。

UpPTS時隙干擾的抬升，會造成上行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，但是在實際網(wǎng)絡(luò)中由于PCCPCH接受信號碼功率(RSCP)小于-95 dBm的區(qū)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)時隙的交叉干擾

TD-CDMA系統(tǒng)的每個時隙末尾有一個16 chip

在TD-SCDMA中，每個業(yè)務(wù)時隙的864個chip長度，因此GPS失步造成的交叉時隙在業(yè)務(wù)時隙只會干擾部分chip時段，只有GPS失步很大時才會造成明顯的干擾。