在3G三大标准中，CDMA2000和时分-同步码分多址(TD-SCDMA" title="TD-SCDMA">TD-SCDMA)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，小区间切换、漫游等都需要精确的时间控制，因此同步问题对于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[1-14]。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" title="GPS失步">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" title="码片">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
GPS失步基站小区的邻区搜索测试
GPS失步基站小区的UpPTS干扰变化测试
GPS失步基站小区的邻小区业务时隙干扰测试
网络的KPI性能测试
(b)基站GPS定时向后偏差
GPS失步基站小区的邻区搜索测试
GPS失步基站小区的邻小区UpPTS干扰变化测试
GPS失步基站小区的业务时隙干扰测试
网络的KPI性能测试
3 测试数据分析
3.1 GPS失步基站小区的邻区搜索测试数据分析
GPS失步基站小区的邻区搜索测试数据分析(对应测试用例GPS失步基站小区的邻区搜索测试、GPS失步基站小区的UpPTS干扰变化测试)。在 GPS失步基站小区中选择PCCPCH_RSCP为-65 dBm～-75 dBm的测试点，选择该小区的其中一个邻小区作为观察对象，路测终端开关机5次，每次开机后保持2 min，观察路测终端测量得的该邻小区的PCCPCH_RSCP值的变化，求取平均值，测试结果如图4所示。
(1)邻小区PCCPCH_RSCP值随着偏移值的增大都呈现从大到小的趋势，表明终端对邻小区信号强度的测量出现了误差，误差随偏移值增大而增大。
(2)当GPS的向前偏移小于等于12 chip，向后偏移小于等于10 chip时，邻小区的PCCPCH_RSCP值和没有偏移时比较，变化在3 dB左右，考虑到无线信号的波动，属于正常范围。
(3)测试表明GPS向前偏移小于等于12 chip和基站向后偏移小于等于10 chip为终端对邻区搜索不受影响的必要条件，因此，10 chip作为GPS基站失步不对终端搜索邻区造成影响的最大允许临界值。
3.2 UpPTS的干扰变化测试数据分析
GPS失步基站小区和邻小区的UpPTS的干扰变化测试数据分析(对应测试用例GPS失步基站小区的UpPTS干扰变化测试、GPS失步基站小区的邻小区UpPTS干扰变化测试)。GPS失步基站向前偏移失步，除GPS失步基站外的其他基站小区的DwPTS干扰GPS失步基站小区的 UpPTS；GPS失步基站向后偏移失步，GPS失步基站小区的DwPTS干扰除GPS失步基站外的其他基站小区的UpPTS。通过后台观察两种情况下的干扰情况，干扰情况如图5所示。
按照链路预算，为了保证UpPTS时隙和CS64k业务具有相同的覆盖，UpPTS时隙的干扰余量为3 dB，即当UpPTS时隙干扰抬升超过-103.3 dBm(-103.3 dBm="-106".3 dBm+3 dBm)后，UpPTS时隙的覆盖将小于CS64k业务的覆盖，此时将不满足TD-SCDMA系统的网络规划原则。从本文测试结果看，GPS偏移16 chip内，UpPTS干扰低于-103.3 dBm，偏移超过16 chip，干扰进一步抬升，不满足网络设计原则。测试结果表明GPS偏移16 chip为UpPTS受到干扰不满足网络规划原则的最大临界值。
3.3 业务时隙干扰的测试数据分析
GPS失步基站小区和邻小区的业务时隙干扰的测试数据分析(对应测试用例GPS失步基站小区的邻小区业务时隙干扰测试和GPS失步基站小区的业务时隙干扰测试)。测试中，小区的业务时隙配置为2:4(2个上行时隙分别为时隙1和时隙2，4个下行时隙分别为时隙3、时隙4、时隙5和时隙6)，GPS失步基站向前偏移失步，GPS失步基站小区的下行时隙3干扰除GPS失步基站外的其他基站小区的上行时隙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区的下行时隙3干扰GPS失步基站小区的上行时隙2。本文在测试中对干扰时隙3进行了75%码道，功率27 dBm模拟加载来模拟真实网络环境的业务量。在此前提下进行被干扰上行时隙2的业务CS12.2k(电路交换域)拨打测试，并记录被干扰时隙2的RTWP值。变化图如图6所示。
测试结果表明CS12.2k的呼通率为100%，上行被干扰时隙2的RTWP没有明显抬升。
3.4 网络KPI性能测试数据分析
网络KPI性能测试数据分析(对应测试用例网络的KPI性能测试和网络的KPI性能测试)。在实际网络中，我们进行了CS12.2k业务的网络 KPI测试，两个终端手机，CS12.2k呼叫保持2 min，挂断间隔15 s，起呼次数不小于50次，切换次数不小于100次。测试结果如图7所示。
(1)随着GPS偏移值的变大，切换成功率和呼通率下降，掉话率抬升，影响网络KPI指标。
(2)GPS偏移4 chip内的切换成功率在98%以上，可以保证正常网络的KPI指标要求。
(3)GPS偏移在5 chip以上时，切换成功率和呼通率下降，掉话率明显抬升。
(4)GPS偏移会导致终端的重选效率降低，从而造成呼通率的下降。
4 结束语
通过本次实际测试表明：
(1)GPS基站失步后对终端邻区测量(搜索)，UpPTS时隙干扰，业务时隙交叉干扰和网络KPI性能指标影响中，对网络KPI的影响最大。终端邻区测量(搜索)允许的最大失步偏移量为10 chip(12 chip和10 chip中取最小值)，UpPTS时隙干扰允许的最大失步偏移量为16 chip，业务时隙干扰在上述失步偏移量下都没有测试出干扰抬升，网络KPI允许的最大的失步偏移量为4 chip。
(2)3GPP协议25.123[15]规定基站需要满足同步在3 μs范围的要求，测试结果表明4 chip为基站间失步的最大允许值，4 chip(即3.125 μs)，测试结果和协议表现为一致性。
(3)目前TD-SCDMA时间同步完全依赖于美国GPS系统实现，存在一定的安全隐患，中国的CDMA网络，曾经因为美国GPS未授时，出现过瘫痪事件，为此TD-SCDMA系统寻求GPS同步系统的替代同步系统显得尤为必要，本文研究对选择新的TD- SCDMA同步方案提供了时间同步的精度要求参考。
5 参考文献
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作者介绍：
姬舒平，哈尔滨工业大学博士毕业，中兴通讯股份有限公司高级工程师，主要从事第三代移动通信系统TD-SCDMA的无线技术研究，已发表文章30余篇，拥有专利3个。
刘志坚，大连轻工业学院毕业，现工作于中兴通讯股份有限公司，主要从事TD无线测试工作。
董晖，上海工业大学毕业，现工作于中兴通讯股份有限公司，主管TD-SCDMA产品系统测试工作，已发表文章5篇，拥有专利5个。