第三代移動通信技術（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百kbps以上。目前3G存在四種標準：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX?！?G”（英語 3rd-generation）或“三代”是第三代移動通信技術的簡稱，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音（通話）及數(shù)據(jù)信息（電子郵件、即時通信等），其代表特征是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務。 相對代模擬制式手機（1G）和第二代GSM、CDMA等數(shù)字手機 （2G），第三代手機（3G）一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結合的新一代移動通信系統(tǒng)，未來的3G必將與社區(qū)網(wǎng)站進行結合，WAP與web的結合是一種趨勢，如時下流行的微博客網(wǎng)站：大圍脖、新浪微博等就已經(jīng)將此應用加入進來?！?G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。

　　在3G三大標準中，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格保持時間同步，小區(qū)間切換、漫游等都需要的時間控制，因此同步問題對于TD-SCDMA通信系統(tǒng)的重要性不言而喻。由于缺乏先進的網(wǎng)絡同步技術，TD-SCDMA基站普遍采用定位系統(tǒng)（GPS）同步。TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（時分同步碼分多址） 的簡稱，是一種第三代無線通信的技術標準，也是ITU批準的三個3G標準中的一個，相對于另兩個主要3G標準（CDMA2000）或（WCDMA）它的起步較晚。

　?。?）GPS信號收到外界的干擾

　　GPS 是英文Global Positioning System（定位系統(tǒng)）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。在機械領域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術規(guī)范（Geometrical Product Specifications）-簡稱GPS。另外一種解釋為G/s（GB per s）

　　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，某些時候就會導致接收不到衛(wèi)星信號。

　?。?）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、饋線進水等因素，使得基站側接收到的GPS信號較弱。

　　長期同步失效會導致基站間出現(xiàn)定時偏差，定時偏差過大將影響手機鄰區(qū)搜索、小區(qū)切換、下行導引時隙（DwPTS）對上行導引時隙（UpPTS）干擾和業(yè)務時隙交叉。這些將進一步影響網(wǎng)絡質(zhì)量，造成切換失敗、切換掉話、呼通率下降，嚴重影響用戶在網(wǎng)絡中感受。

　　1 理論分析

　　GPS失步造成基站間的GPS定時偏差過大，從TD-SCDMA的幀結構、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。

　?。?）切換及小區(qū)重選相關的鄰區(qū)測量（或鄰區(qū)搜索）

　　用戶終端（UE）在正常狀態(tài)下，都需要以當前小區(qū)DwPTS的定時為基準進行鄰區(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，嚴重影響網(wǎng)絡的關鍵參數(shù)指標（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，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。

　?。?）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（GP）時隙。TD-SCDMA[1]作為中國提出的第三代移動通信標準[2]（簡稱3G），自1998年正式向ITU（國際電聯(lián)）提交以來，已經(jīng)歷十多年的時間，完成了標準的組評估、ITU認可并發(fā)布、與3GPP（第三代伙伴項目）體系的融合、新技術特性的引入等一系列的國際標準化工作，從而使TD－SCDMA[3]標準成為個由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。這是我國電信史上重要的里程碑。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（CS64k）業(yè)務的覆蓋，因此UpPTS業(yè)務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。

　?。?）業(yè)務時隙的交叉干擾

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

　　2 測試設計

　　為了定量分析GPS失步對網(wǎng)絡性能和質(zhì)量的影響，我們在真實網(wǎng)絡環(huán)境中進行測試驗證。

　?。?）測試環(huán)境的選擇

　　在真實網(wǎng)絡中選擇一個高站點，加載可以進行GPS失步設定的基站軟件，造成人為的GPS失步，GPS失步定時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個連片小區(qū)覆蓋。

　?。?）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。

　?。?）測試中模擬加載的規(guī)定

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

　?。?）測試用例的設計

　　根據(jù)上述的理論分析，共設計了8個測試用例。

　　（a）基站GPS定時向前偏差

　　GPS失步基站小區(qū)的鄰區(qū)搜索測試

　　GPS失步基站小區(qū)的UpPTS干擾變化測試

　　GPS失步基站小區(qū)的鄰小區(qū)業(yè)務時隙干擾測試

　　網(wǎng)絡的KPI性能測試

　?。╞）基站GPS定時向后偏差

　　GPS失步基站小區(qū)的鄰區(qū)搜索測試

　　GPS失步基站小區(qū)的鄰小區(qū)UpPTS干擾變化測試

　　GPS失步基站小區(qū)的業(yè)務時隙干擾測試

　　網(wǎng)絡的KPI性能測試

　　3 測試數(shù)據(jù)分析

　　3.1 GPS失步基站小區(qū)的鄰區(qū)搜索測試數(shù)據(jù)分析

　　GPS失步基站小區(qū)的鄰區(qū)搜索測試數(shù)據(jù)分析（對應測試用例GPS失步基站小區(qū)的鄰區(qū)搜索測試、GPS失步基站小區(qū)的UpPTS干擾變化測試）。在 GPS失步基站小區(qū)中選擇PCCPCH_RSCP為-65 dBm～-75 dBm的測試點，選擇該小區(qū)的其中一個鄰小區(qū)作為觀察對象，路測終端開關機5次，每次開機后保持2 min，觀察路測終端測量得的該鄰小區(qū)的PCCPCH_RSCP值的變化，測試結果如圖4所示。

　　（1）鄰小區(qū)PCCPCH_RSCP值隨著偏移值的增大都呈現(xiàn)從大到小的趨勢，表明終端對鄰小區(qū)信號強度的測量出現(xiàn)了誤差，誤差隨偏移值增大而增大。

　　（2）當GPS的向前偏移小于等于12 chip，向后偏移小于等于10 chip時，鄰小區(qū)的PCCPCH_RSCP值和沒有偏移時比較，變化在3 dB左右，考慮到無線信號的波動，屬于正常范圍。

　?。?）測試表明GPS向前偏移小于等于12 chip和基站向后偏移小于等于10 chip為終端對鄰區(qū)搜索不受影響的必要條件，因此，10 chip作為GPS基站失步不對終端搜索鄰區(qū)造成影響的允許臨界值。

　　3.2 UpPTS的干擾變化測試數(shù)據(jù)分析

　　GPS失步基站小區(qū)和鄰小區(qū)的UpPTS的干擾變化測試數(shù)據(jù)分析（對應測試用例GPS失步基站小區(qū)的UpPTS干擾變化測試、GPS失步基站小區(qū)的鄰小區(qū)UpPTS干擾變化測試）。GPS失步基站向前偏移失步，除GPS失步基站外的其他基站小區(qū)的DwPTS干擾GPS失步基站小區(qū)的 UpPTS；GPS失步基站向后偏移失步，GPS失步基站小區(qū)的DwPTS干擾除GPS失步基站外的其他基站小區(qū)的UpPTS。干擾情況如圖5所示。

　　按照鏈路預算，為了保證UpPTS時隙和CS64k業(yè)務具有相同的覆蓋，UpPTS時隙的干擾余量為3 dB，即當UpPTS時隙干擾抬升超過-103.3 dBm（-103.3 dBm="-106".3 dBm+3 dBm）后，UpPTS時隙的覆蓋將小于CS64k業(yè)務的覆蓋，此時將不滿足TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃原則。從本文測試結果看，GPS偏移16 chip內(nèi)，UpPTS干擾低于-103.3 dBm，偏移超過16 chip，干擾進一步抬升，不滿足網(wǎng)絡設計原則。

　　3.3 業(yè)務時隙干擾的測試數(shù)據(jù)分析

　　GPS失步基站小區(qū)和鄰小區(qū)的業(yè)務時隙干擾的測試數(shù)據(jù)分析（對應測試用例GPS失步基站小區(qū)的鄰小區(qū)業(yè)務時隙干擾測試和GPS失步基站小區(qū)的業(yè)務時隙干擾測試）。測試中，小區(qū)的業(yè)務時隙配置為2:4（2個上行時隙分別為時隙1和時隙2，4個下行時隙分別為時隙3、時隙4、時隙5和時隙6），GPS失步基站向前偏移失步，GPS失步基站小區(qū)的下行時隙3干擾除GPS失步基站外的其他基站小區(qū)的上行時隙2。GPS失步基站向后偏移失步，除GPS失步基站外的其他基站小區(qū)的下行時隙3干擾GPS失步基站小區(qū)的上行時隙2。本文在測試中對干擾時隙3進行了75%碼道，功率27 dBm模擬加載來模擬真實網(wǎng)絡環(huán)境的業(yè)務量。變化圖如圖6所示。

　　測試結果表明CS12.2k的呼通率為100%，上行被干擾時隙2的RTWP沒有明顯抬升。

　　3.4 網(wǎng)絡KPI性能測試數(shù)據(jù)分析

　　網(wǎng)絡KPI性能測試數(shù)據(jù)分析（對應測試用例網(wǎng)絡的KPI性能測試和網(wǎng)絡的KPI性能測試）。在實際網(wǎng)絡中，我們進行了CS12.2k業(yè)務的網(wǎng)絡 KPI測試，兩個終端手機，CS12.2k呼叫保持2 min，掛斷間隔15 s，起呼次數(shù)不小于50次，切換次數(shù)不小于100次。測試結果如圖7所示。

　　（1）隨著GPS偏移值的變大，切換成功率和呼通率下降，掉話率抬升，影響網(wǎng)絡KPI指標。

　?。?）GPS偏移4 chip內(nèi)的切換成功率在98%以上，可以保證正常網(wǎng)絡的KPI指標要求。

　　（3）GPS偏移在5 chip以上時，切換成功率和呼通率下降，掉話率明顯抬升。

　?。?）GPS偏移會導致終端的重選效率降低，從而造成呼通率的下降。

　　4 結束語

　　通過本次實際測試表明：

　?。?）GPS基站失步后對終端鄰區(qū)測量（搜索），UpPTS時隙干擾，業(yè)務時隙交叉干擾和網(wǎng)絡KPI性能指標影響中，對網(wǎng)絡KPI的影響。終端鄰區(qū)測量（搜索）允許的失步偏移量為10 chip（12 chip和10 chip中取值），UpPTS時隙干擾允許的失步偏移量為16 chip，業(yè)務時隙干擾在上述失步偏移量下都沒有測試出干擾抬升，網(wǎng)絡KPI允許的的失步偏移量為4 chip。

　?。?）3GPP協(xié)議25.123[15]規(guī)定基站需要滿足同步在3 μs范圍的要求，測試結果表明4 chip為基站間失步的允許值，4 chip（即3.125 μs），測試結果和協(xié)議表現(xiàn)為一致性。

　　（3）目前TD-SCDMA時間同步完全依賴于美國GPS系統(tǒng)實現(xiàn)，存在一定的安全隱患，中國的CDMA網(wǎng)絡，曾經(jīng)因為美國GPS未授時，出現(xiàn)過癱瘓事件，為此TD-SCDMA系統(tǒng)尋求GPS同步系統(tǒng)的替代同步系統(tǒng)顯得尤為必要，本文研究對選擇新的TD- SCDMA同步方案提供了時間同步的要求參考。