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4.3 同步技術

同步和定時是TDMA移動通信系統正常工作的前提。因為通信雙方只允許在規定的時隙
中發送信號和接收信號，因而必須在嚴格的幀同步、時隙同步和比特位同步的條件下進行工作。
位同步是接收機正確解調的基礎。在移動通信系統中，用于傳輸位同步信息的方法有兩種：

一種是用專門的信道傳輸;

另一種是插入話務信道中傳輸。

比如在每一個時隙的前面發送一段0、1交替的信號作為位同步信息。此外，在有些通信系統中，位同步信息是從其數字信號中提取的，用這種方法可以不再發送專門的位同步信息，但考慮到TDMA通信系統是按時隙以猝發方式傳輸信號的，為了迅速、準確而可靠地獲得位同步信息，不宜采用這種方法。
由于信號在移動環境中傳輸時，經常受到干猶，噪聲和多徑衰落的影響，因而接收機在提取同步信息時，必須采取措施以減少由于干擾、噪聲、衰落或誤碼引起的相位抖動，同時還要通過保護電路進行保護，防止因為偶然的原因使接收機失步，引起通信中斷。
幀同步和時隙同步所采用的方法一樣，如果需要，可以在每幀和每時隙的前面分別設置一個同步碼作為同步信息。

同步碼的選擇是在幀長度確定之后，根據信道條件和對同步的要求而確定的。對幀同步和時隙同步的要求是建立時間短、誤捕獲概率小、同步保持時間長和失步概率小。從提高傳輸效率出發，希望同步碼短一些，從同步的可靠性和抗干擾能力考慮，希望同步碼長一些。對同步碼的碼型選擇，應使之具有良好的相關特性，不易被信息流中的隨機比特所混淆而出現假同步。
網同步(或稱系統定時)是TDMA移動通信系統中的關鍵問題。只有全網有統一的時間基準，才能保證整個系統有條不紊地進行信息的傳輸、處理和交換，協調一致地對全網設備進行管理、控制和操作。

就同步而言，可以保證各基站和移動臺迅速地進入同步狀態，也不會因為定時誤差隨對積累引起失步。系統定時可以采用不向的方法。在移動通信系統中常用的是主從同步法，即系統所有設備的時鐘均直接或間接地從屬于某一個主時鐘的信息。主時鐘通常有很高的精度，其信息以方播的方式送給全網的許多設備，或者以分層的方式逐層地送給全網的許多設備，各設備從接收到的時鐘信號中提取定時信息，或者說鎖定到主時鐘上在移動通信系統中也用到獨立時鐘同步法，其辦法是在網中各設備內均設置高精度的時鐘，只要根據某一標準時鐘進行一次時差校正后，在很長的時間內，時鐘不發生明顯的漂移，從而得到準確定時，這種辦法通常要求各設備采用穩定度很高的石英振蕩器來產生定時信號。這對于移動臺尤其是小型手持機而言，無論從價格方面或者從體積、重量方面考慮都不合適。而通信網中的基站和其它大型設施采用這種方法還是可以的。

4.3.1 幀同步
幀同步的概念比較簡單，但又十分重要，在一般的移動通信系統中采用集中插入同步法，集中插入方式的幀同步碼，要求在接收端進行同步識別時出現偽同步的可能性盡量小，并要求此碼組具有尖銳的自相關函數，以便識別。另外，識別器也要盡量簡單，目前用得最廣泛的是性能良好的“巴克碼”(Barker)。
巴克碼是一種具有特殊規律的二進制碼組。它是一個非周期序列，一個n位的巴克碼{X1，X2，X3，···Xn。)，每個碼元只可能取值十1或一1，它的局部自相關函數為:

目前已找到的只有7個：

n 巴克碼組

2 ＋＋

3 ＋＋－

4 ＋＋＋－，＋＋－＋

n 巴克碼組

5 ＋＋＋－＋

7 ＋＋＋－－＋－

11 ＋＋＋－－－＋－－＋－

13 ＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋

表中“＋”表示Xi取值為十l，“－”表示Xi取值為－l，以七位巴克碼組{+++--+-}
為例，求出它的自相關函數如下：

同樣可以求出j＝2，3，4，5，6，7時R(j)的值分別為－l，0，－l，0，－l，O。另外，再求出j為負值的自相關函數，兩者一起畫出的七位巴克碼的R(j)與j的關系曲線如圖4.6所示。由圖可見，自相關函數在j＝0時具有尖銳的峰值。

圖4.6 巴克碼的自相關函數

產生巴克碼的方法常用移位寄存器，七位巴克碼產生器如圖4.7。

圖4.7 巴克碼產生器

圖4.7(a)是串行式產生器，移位寄存器的長度等于巴克碼組的長度。七位巴克碼由七級移位寄存器單元組成，各寄存器單元的初始狀態由預置線預置成巴克碼組相應的數字。七位巴克碼的二進制數為lll00lO，移位寄存器的輸出端反饋至輸入端的第一級，因此，七位巴克碼輸出后，寄存器各單元均保持原預置狀態。移位寄存器的級數等于巴克碼的位數。

另一種是采用反饋式產生器，同樣也可以產生七位巴克碼，如圖4.7(b)所示，這種方法也叫邏輯綜合法，此結構節省部件。
巴克碼的識別仍以七位巴克碼為例，用七級移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一個巴克碼識別器，如圖4.8所示，各移位寄存器輸出端的接法和巴克碼的規律一致，即與巴克碼產生器的預置狀態相同。

圖4.8 巴克碼判決

當輸入數據中的1進入移位寄存器時，輸出電平為＋l，而0進入移位寄存器時，輸出電平為－l，識別器實際是對輸入的巴克碼進行相關運算。
當七位巴克碼在圖4.9(a)中的tl時刻已全部進入了七級移位寄存器時，七個移位寄存
器輸出端都輸出+l，相加后得最大輸出+7、若判決器的判決電平定為+6，那么，就在七位巴克碼的最后一位“0”進入識別器后，識別器輸出一個幀同步脈沖表示一幀數字信號的開頭，如圖4.9所示。

圖4.9 巴克碼用于幀同步

4.3.2 網同步
當通信是在點對點之間進行時，完成了載波同步、位同步和幀同步之后，就可以進行可靠的通信了。

但是移動通信系統要在許多用戶之間實現相互連接，而構成一個龐大的網絡。顯然，
為了保證網絡中各點之間能可靠地通信，必須在網內建立一個統一的時間標準，稱為網同步。
在使用主從同步法的移動通信系統中，主站備有一個高穩定度的時鐘源，一般是一臺鉑原子鐘，主站將主時鐘源產生的時鐘逐站傳送至網內的各站去，如圖4.10所示。

(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)