数字集群关键技术(3)

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4.3 同步技术

同步和定时是TDMA移动通信系统正常工作的前提。因为通信双方只允许在规定的时隙
中发送信号和接收信号，因而必须在严格的帧同步、时隙同步和比特位同步的条件下进行工作。
位同步是接收机正确解调的基础。在移动通信系统中，用于传输位同步信息的方法有两种：

一种是用专门的信道传输;

另一种是插入话务信道中传输。

比如在每一个时隙的前面发送一段0、1交替的信号作为位同步信息。此外，在有些通信系统中，位同步信息是从其数字信号中提取的，用这种方法可以不再发送专门的位同步信息，但考虑到TDMA通信系统是按时隙以猝发方式传输信号的，为了迅速、准确而可靠地获得位同步信息，不宜采用这种方法。
由于信号在移动环境中传输时，经常受到干犹，噪声和多径衰落的影响，因而接收机在提取同步信息时，必须采取措施以减少由于干扰、噪声、衰落或误码引起的相位抖动，同时还要通过保护电路进行保护，防止因为偶然的原因使接收机失步，引起通信中断。
帧同步和时隙同步所采用的方法一样，如果需要，可以在每帧和每时隙的前面分别设置一个同步码作为同步信息。

同步码的选择是在帧长度确定之后，根据信道条件和对同步的要求而确定的。对帧同步和时隙同步的要求是建立时间短、误捕获概率小、同步保持时间长和失步概率小。从提高传输效率出发，希望同步码短一些，从同步的可靠性和抗干扰能力考虑，希望同步码长一些。对同步码的码型选择，应使之具有良好的相关特性，不易被信息流中的随机比特所混淆而出现假同步。
网同步(或称系统定时)是TDMA移动通信系统中的关键问题。只有全网有统一的时间基准，才能保证整个系统有条不紊地进行信息的传输、处理和交换，协调一致地对全网设备进行管理、控制和操作。

就同步而言，可以保证各基站和移动台迅速地进入同步状态，也不会因为定时误差随对积累引起失步。系统定时可以采用不向的方法。在移动通信系统中常用的是主从同步法，即系统所有设备的时钟均直接或间接地从属于某一个主时钟的信息。主时钟通常有很高的精度，其信息以方播的方式送给全网的许多设备，或者以分层的方式逐层地送给全网的许多设备，各设备从接收到的时钟信号中提取定时信息，或者说锁定到主时钟上在移动通信系统中也用到独立时钟同步法，其办法是在网中各设备内均设置高精度的时钟，只要根据某一标准时钟进行一次时差校正后，在很长的时间内，时钟不发生明显的漂移，从而得到准确定时，这种办法通常要求各设备采用稳定度很高的石英振荡器来产生定时信号。这对于移动台尤其是小型手持机而言，无论从价格方面或者从体积、重量方面考虑都不合适。而通信网中的基站和其它大型设施采用这种方法还是可以的。

4.3.1 帧同步
帧同步的概念比较简单，但又十分重要，在一般的移动通信系统中采用集中插入同步法，集中插入方式的帧同步码，要求在接收端进行同步识别时出现伪同步的可能性尽量小，并要求此码组具有尖锐的自相关函数，以便识别。另外，识别器也要尽量简单，目前用得最广泛的是性能良好的“巴克码”(Barker)。
巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。它是一个非周期序列，一个n位的巴克码{X1，X2，X3，···Xn。)，每个码元只可能取值十1或一1，它的局部自相关函数为:

目前已找到的只有7个：

n 巴克码组

2 ＋＋

3 ＋＋－

4 ＋＋＋－，＋＋－＋

n 巴克码组

5 ＋＋＋－＋

7 ＋＋＋－－＋－

11 ＋＋＋－－－＋－－＋－

13 ＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋

表中“＋”表示Xi取值为十l，“－”表示Xi取值为－l，以七位巴克码组{+++--+-}
为例，求出它的自相关函数如下：

同样可以求出j＝2，3，4，5，6，7时R(j)的值分别为－l，0，－l，0，－l，O。另外，再求出j为负值的自相关函数，两者一起画出的七位巴克码的R(j)与j的关系曲线如图4.6所示。由图可见，自相关函数在j＝0时具有尖锐的峰值。

图4.6 巴克码的自相关函数

产生巴克码的方法常用移位寄存器，七位巴克码产生器如图4.7。

图4.7 巴克码产生器

图4.7(a)是串行式产生器，移位寄存器的长度等于巴克码组的长度。七位巴克码由七级移位寄存器单元组成，各寄存器单元的初始状态由预置线预置成巴克码组相应的数字。七位巴克码的二进制数为lll00lO，移位寄存器的输出端反馈至输入端的第一级，因此，七位巴克码输出后，寄存器各单元均保持原预置状态。移位寄存器的级数等于巴克码的位数。

另一种是采用反馈式产生器，同样也可以产生七位巴克码，如图4.7(b)所示，这种方法也叫逻辑综合法，此结构节省部件。
巴克码的识别仍以七位巴克码为例，用七级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器，如图4.8所示，各移位寄存器输出端的接法和巴克码的规律一致，即与巴克码产生器的预置状态相同。

图4.8 巴克码判决

当输入数据中的1进入移位寄存器时，输出电平为＋l，而0进入移位寄存器时，输出电平为－l，识别器实际是对输入的巴克码进行相关运算。
当七位巴克码在图4.9(a)中的tl时刻已全部进入了七级移位寄存器时，七个移位寄存
器输出端都输出+l，相加后得最大输出+7、若判决器的判决电平定为+6，那么，就在七位巴克码的最后一位“0”进入识别器后，识别器输出一个帧同步脉冲表示一帧数字信号的开头，如图4.9所示。

图4.9 巴克码用于帧同步

4.3.2 网同步
当通信是在点对点之间进行时，完成了载波同步、位同步和帧同步之后，就可以进行可靠的通信了。

但是移动通信系统要在许多用户之间实现相互连接，而构成一个庞大的网络。显然，
为了保证网络中各点之间能可靠地通信，必须在网内建立一个统一的时间标准，称为网同步。
在使用主从同步法的移动通信系统中，主站备有一个高稳定度的时钟源，一般是一台铂原子钟，主站将主时钟源产生的时钟逐站传送至网内的各站去，如图4.10所示。

(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)