浅谈基站GPS跑偏对TD-SCDMA系统的干扰

摘 要：TD-SCDMA基站采用GPS信号进行基站间同步，若基站GPS跑偏将会导致系统上行干扰。本文通过分析基站GPS跑偏导致干扰的原因、干扰现象以及通过多种手段来定位是否是基站GPS跑偏引起的干扰。

关键词：GPS跑偏；干扰；扫频

TD-SCDMA是以TDD方式进行上下行区分的CDMA系统，受限于系统码字长度、各种检测算法抗干扰性能等因素，实际系统也是干扰受限的系统。

系统干扰可以分为上行时隙干扰和下行时隙干扰，根据上行干扰形成的原因不同，可以将干扰分为终端异常干扰、GPS跑偏干扰、上行同频干扰、系统外干扰等几类。本文重点研究基站GPS跑偏对TD-SCDM系统的干扰。

1 基站GPS跑偏的原因

根据TD-SCDMA中利用GPS信号进行基站间同步的工作原理，可以分析出基站的GPS跑偏有以下几种常见原因：

1）GPS模块受到内部或外部的突发影响，导致设备出现故障。根据研究统计来看，多以外部作用为主，尤其是雷雨天气，防雷设计安装达不到要求，基站天线易受雷击，如果发生故障导致时钟跑偏，则可能对其它小区造成严重干扰。

2）GPS板卡本身故障或者有严重告警，比如接收机故障、晶体失锁、PP2S输出异常、holdover超时等，表明GPSCU工作已经不正常了，导致输出的定时信号发生偏移。

3）OSA GPS接收机有BUG，导致输出的定时信号发生偏移，可以通过软件升级观察是否恢复，如果仍然跑偏则需要更换GPS板卡。

2 基站GPS跑偏导致系统干扰的现象

由于TD-SCDMA是时分系统，基站间上下行依靠准确的同步来避免干扰，GPS跑偏的直接结果就是基站间的同步关系被破坏，上下行信号发生互相干扰。下行信号功率一般强于上行，并且存在几乎以基站最大发射功率常发的导频时隙TS0和DWPTS，所以上行信号的1-2个时隙长度受到的干扰会很严重。一般离得较近的站点ISCP干扰强度高达-70dBm以上，甚至达到测量值上限-50dBm。

GPS跑偏的站点为宏小区基站时，通常为3小区配置，则3个小区主频点都会产生干扰，但由于各小区方向角不同，影响范围也不同，在定位时注意到这个特性也可以带来帮助。

GPS跑偏站点的信号可以看做是比正常站点滞后或提前。

2.1 GPS跑偏站点的信号滞后

跑偏基站信号滞后时，主要表现为正常基站的上行时隙受到干扰（实际上由于时间上的连续性，跑偏站本身的TS0也会受到正常站的DwPTS的干扰影响，这里主要是从分析上行时隙干扰的角度进行说明。GPS超前类似，不再赘述），此时干扰现象为：

1）范围大，强度高，仅干扰1-2个上行时隙，干扰电平以跑偏基站为圆心向外递减，典型宏小区干扰频点为3个，跑偏基站的3个扇区的三个主载频会对周围其它小区的同频频点的上行时隙造成明显干扰；

2）跑偏基站本身上行时隙会受到周围其它小区的下行业务时隙的干扰，干扰大小和业务量、发送功率直接相关，一般上观察到的平均ISCP水平较低，和周围受干扰基站的上行时隙平均干扰水平差别明显；

3）终端很难驻留到该小区（主要指从其它小区很难小区重选到跑偏小区，不排除在该小区下开关机可以小区选择成功）；

4）由于主要是跑偏站或小区的下行TS0和DwPTS对周围其它小区同频频点上行时隙造成干扰，TS0和DwPTS时间跨度为（864+96）chip，在特定时间段内，上行时隙干扰表现为单个时隙干扰很强，其它上行时隙干扰水平较低，即时间上存在互补现象。当然，前提是GPS跑偏是连续的，而不是跳变的。

其中，观察发现，当TS1干扰较高时，TS2一般较低；反之，TS1平均干扰较低时，TS2平均干扰一般较高，在时间上存在互补现象。

2.2 GPS跑偏站点的信号超前

跑偏基站信号提前时，表现为只有跑偏基站一个站的上行时隙受到干扰，此时干扰现象为：

1）单个站的三个主频点的1-2个上行时隙平均干扰强度高，干扰频点为周边宏小区的主频点；

2）周围站点上行时隙平均干扰较小，和跑偏基站干扰水平形成明显对比，使用地理信息系统画图可以看出明显的地理分布特征；

3）终端很难驻留到该小区，即使可以驻留，观察邻小区的测量RSCP值都非常低，如-110dBm以下；

4）终端很难接入，表现为UE回RRC setup complete之后，网络侧无反应。分析原因是，跑偏基站的上行时隙受到周围邻小区TS0和DwPTS的严重干扰，基站上行接收无法正确译码导致接入失败。

3 基站GPS跑偏导致系统干扰的定位方法

当发生无告警的GPS跑偏时，需要干扰现象进行分析定位。有多种定位方法，本文重点介绍一种比较实用、低风险的方法。

3.1 GPS跑偏主要定位方法：

1）把基站站点信息（经纬度、频点、站型、天线数等）和对应ISCP数值信息，导入MAPINFO地图，分析是否具备以某个站点为中心的分布，从而确定疑似GPS跑偏站点。

2）如果疑似GPS跑偏站点各个小区各个频点上行时隙平均干扰和最大干扰都比较高，则判断该站点可能是GPS超前。

3）如果疑似GPS跑偏站点上行时隙干扰正常，周围邻小区上行时隙干扰比较高，则进一步查询疑似GPS跑偏站点周围小区的干扰ISCP报表数据，观察周围邻小区干扰比较严重的频点、时隙，是否满足如下现象：周围邻小区中和“疑似GPS跑偏站点”各个小区主频点同频的频点的上行时隙TS1或/和TS2干扰比较高，其它频点干扰较低。如果满足上面现象，则可以判断该站点GPS滞后。

3.2 GPS跑偏辅助定位方法：

1）根据在网络中的测试数据反馈，终端很难驻留到该小区，即使可以驻留，观察邻小区的测量RSCP值都非常低，如-110dBm以下。

2）根据在网络中的测试数据反馈，是否存在终端很难接入的情况，表现为UE回RRC setup complete之后，网络侧无反应。分析原因是，跑偏基站的上行时隙受到周围邻小区TS0和DwPTS的严重干扰，基站上行接收无法正确译码导致接入失败。

3）使用扫频仪辅助定位的方法，下面介绍两种常用扫频仪定位方法：

（1）海高扫频仪定位方法：由于基站之间的同步是依据卫星GPS，所有基站帧头timing与GPS秒脉冲的偏差是一个稳定值，因此，只需检测出所测基站的帧头timing，根据它与GPS秒脉冲间的相对关系，在这个稳定值的基础上判断：

如果所测基站帧头相对GPS秒脉冲延迟几个到几十个chips，则判断为同步。

如果所测基站帧头相对GPS秒脉冲延迟较大（大于约2000个chips（单位：1/8chip）），则判断为失步。

（2）烽火扫频仪定位方法：

在正常情况下，TD-SCDMA基站设备的下行5ms 子帧信号是与GPS秒脉冲同步的。

在发生GPS跑偏的情况下，基站设备的下行5ms 帧信号不再与GPS秒脉冲对齐，导致了基站下行信号对周围小区的干扰，以及周围小区对本小区的干扰存在。

扫频仪自身携带GPS天线，接收GPS卫星信号，通过内置GPS接收机输出的时钟信号，以及扫频仪与基站同步时钟之间的差值就可以得到从基站到扫频仪的测量时延。

基站GPS时钟正常情况下：

测量时延=传输时延

基站GPS时钟异常情况下：

测量时延=传输时延+GPS 偏移

在不消除传播时延的情况下，由于GPS导致的基站的偏移范围应该在0-6400chip内。

因此在考虑了多径效应的影响后，我们可以设定一个门限，比如250chip作为怀疑存在失步问题的门限。在路测时，发现某小区的测量时延（帧头偏移）超过了1000chip（单位:1/4chip），就认为是失步。

通过以上主要定位方法和辅助定位方法来综合分析，判断具体是由于哪些基站的GPS跑偏导致TD-SCDMA系统干扰。通过解决基站的GPS故障，进而消除系统干扰。

参考文献：

[1] 李世鹤，杨运年.TD-SCDMA第三代移动通信系统[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2] 朱东照，汪丁鼎.TD-SCDMA无线网络规划设计与优化.人民邮电出版社,2008.