实现TDMA系统帧同步的一种算法

０引言
同步技术是ＴＤＭＡ系统的关键技术，它包括位同步、时隙同步、帧同步和网同步。

帧同步是系统对接收的码流的每一帧进行同步，以保证系统正确提取每帧中的各种信息。

如何降低漏同步概率、假同步概率从而缩短同步建立时间是同步技术努力的方向［１］。

实现帧同步的方法一般有两种：一是外同步法，即在发送的数字信号序列中插入帧同步脉冲或帧同步码作为帧的标志；二是自同步法，即利用数字信号序列本身来恢复帧同步信号。

本文涉及的系统为ＴＤＭＡ技术的点对多点无线通信系统（ＰＭＰＳ），它由中心站、外围站（用户站）组成，其构成如图１所示。

图１点对多点无线通信系统的构成
１系统的帧结构
本系统有两种帧结构，即中心站到外围站方向的下行帧结构和外围站到中心站的上行帧结构，采用上下行控制、业务对称的帧结构。

帧结构如图２所示。

图２系统帧总体结构
下行帧主要由下行控制时隙、下行业务时隙、下行及接入保护等构成。

下行控制时隙：属于管理时隙，包括三个时隙，分别为Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３。

Ｔ１：传输系统控制指令及系统状态信息；Ｔ２：传输系统网管、监控指令信息等；Ｔ３：传输用户站时延调整等信息。

下行业务时隙：Ｔ４～Ｔｎ，属于业务时隙，传输下发给用户站的信息。

下行及接入保护：属于保护时隙，主要完成射频延迟保护、空中延时保护（上下行）以及系统预留带宽等功能［２］。

上行帧是外围站向中心站发出的数据，它主要由上行控制时隙、上行业务时隙、上行保护等构成。

上行控制时隙属于管理时隙，包括三个时隙，分别为Ｔ＇１、Ｔ＇２、Ｔ＇３。

Ｔ＇１：传输用户站系统信息以及入网申请等系统指令，此时隙由用户站抢占使用；Ｔ＇２：传输用户站网管应答以及监控指令信息等，此时隙由用户站轮询使用；Ｔ＇３：此时隙作为备用时隙，其使用方法同Ｔ＇２。

上行业务时隙Ｔ＇４～Ｔ＇ｎ，按照用户站所分配的上行时隙传输用户业务信息。

上行保护属于保护时隙，主要完成射频延迟保护、空中延时保护（上行）等功能。

空中帧以及时隙的详细结构如图
实现ＴＤＭＡ系统帧同步的一种算法
孙军鹏赵舒
（重庆大学通信工程中心实验室，重庆４０００４４）
摘要：通过实例给出了基于ＴＤＭＡ接入技术的点对多点无线通信系统的帧同步的一种算法。

分析表明，该算法可以快速准确的实现ＴＤＭＡ系统帧同步。

关键词：时分多址；帧同步；算法
中图分类号：ＴＮ９１４．５２文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－１９８０（２００７）０２－００５３－０３
收稿日期：２００７－０２－０７
作者简介：孙军鹏（１９８１－），男，山东威海人，硕士，主要研究方向为通信与测控中的电路与系统。

第９卷第２期重庆科技学院学报（自然科学版）２００７年６月
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３所示。

其中下行总共ｎ个时隙，其中前三个时隙（Ｔ１～Ｔ３）属于控制时隙，后面ｎ～３个时隙（Ｔ４～Ｔｎ）属于业务时隙。

上行空中帧结构与下行空中帧结构定义相同，并且上下行时隙的空中结构都是一样的，控制时隙与业务时隙的空中帧结构也相同。

空中时隙结构主要由四部分构成：保护、均衡／同步、时隙标识、业务信息／信令。

保护：主要完成的是空中相邻时隙之间的保护功能；均衡／同步：前导序列，用于启动及同步解调器；时隙标识：标识时隙的类型，主要类型有下行Ｔ１、上行Ｔ＇１、其它时隙，在外围站靠这个标识来区分时隙类型；业务信息／信令：系统所传输的业务信息或者信令等。

２系统帧同步的实现
本系统帧同步采用外同步法的集中插入方式，即在每个时隙的前面分别设置一个同步码（即图３中的“均衡／同步”字段）作为同步信息，帧同步问题就变成检测同步标志的问题［３］。

帧同步的实现由三个状态组成，分别是：外围站失步搜索状态（也即时隙同步状态）、外围站搜索同步状态（也即帧同步状
态）、外围站正常工作以及失步检测状态。

帧同步实现的工作流程如图４所示。

２．１同步的建立
同步的建立是一个捕捉过程，即从接收的数字序列中尽快检测出帧同步的过程，对应图４流程图中的状态１和状态２。

本系统中，帧同步通过一种硬件语言编写的帧同步算法完成对时隙标识的有效检测来实现。

外围站通过正确检测到Ｔ１的位置，达到与中心站Ｔ１的时隙同步后，进而达到帧同步。

这个过程如图５所示。

本系统采用的同步算法：当外围站接收到了一个正确的Ｔ１标识，与中心站取得了时隙同步以后，并不立即转入正常的帧同步状态，而是经过ａ次确认后，才认为与中心站取得了帧同步；ａ为经验值，一般取小于１０的数值，这样的策略有效地降低了假同步的概率。

要实现上述方法，在基带接收部分需要一个计数器，通过这个计数器来控制调制解调模块的接收与发送。

设定系统的空中帧长为Ｆｎ，基带时间计数器的计数时钟频率是空中比特速率的２倍，外围站第一次接收到Ｔ１均衡／同步字段的时刻为ｔ１。

第一次接收到Ｔ１以后，控制调制解调模块进行下一个Ｔ１的准确接收，其准确接收时刻ｔ２为ｔ１＋Ｆｎ×２，实现上以“ｔ１＋Ｆｎ×２”这个时刻为中心，在其左右分别延长
图３系统空中帧详细结构
图４实现系统帧同步的流程图５４
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图５外围站取得帧同步的流程
２４ｂｉｔ，开一个总长度为４８ｂｉｔ的窗口。

如果第一个Ｔ１不是误检，则在（ｔ２－２４）～（ｔ２＋２４）窗口内一定会接收到下一个Ｔ１，否则肯定接收不到Ｔ１。

如此循环，直到连续ａ次接收到Ｔ１，则认为取得了与中心站的帧同步。

２．２同步的维持
外围站与中心站取得了帧同步以后，开始进入了图４中的状态３，也即外围站正常工作以及失步检测状态。

正常工作时的失步检测策略如图４所示，当连续ｂ次在理论的接收位置没有接收到Ｔ１，则认为外围站与中心站失步，需要重新搜索时隙同步，进而取得帧同步。

ｂ为经验值，一般取小于等于５的数值，同步确认的ａ次与失步检测的ｂ次策略基本相同，都需要连续的ａ次或者ｂ次。

之所以不将它们合二为一，是考虑了在实际系统中同步确认在一定的范围内需要的次数越多性能越好，而失步检测在一定范围内所需要的次数越少性能越好。

３结语
同步技术是ＴＤＭＡ系统的关键技术之一。

帧同步中的假同步和漏同步是影响同步性能的主要原因，假同步和漏同步的存在造成系统的捕捉时间延长，影响系统的传输效率。

本文阐述的同步实现方式引入硬件语言对时隙标识的检测以及特定位置开窗接收信息这种算法，本算法具有以下优点：（１）有良好的稳定性与可靠性；（２）能够自动准确地完成帧同步的搜索以及帧失步的检测；（３）设计简单，实用性强。

本算法使系统在不增加漏同步概率的基础上大大降低了假同步的产生概率，提高了传输效率以及系统的稳定性，该算法已经成功应用于实际系统中。

参考文献
［１］杨留清，张闽申，徐菊英．数字移动通信系统［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，１９９６．
［２］朱洪波，傅海阳，吴志忠，等．无线接入网［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０００．
［３］樊昌信，张甫翊，徐炳祥，等．通信原理［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００３．
ＯｎａＡｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏＲｅａｌｉｚｅＴＤＭＡＳｙｓｔｅｍＦｒａｍｅＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ
ＳＵＮＪｕｎ－ｐｅｎｇＺＨＡＯＳｈｕ
（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｅｘａｍｐｌｅｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｋｉｎｄｏｆａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｈｉｃｈｉｓｐｏｉｎｔ－ｔｏ－ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｒａｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＴＤＭＡｃｕｔ－ｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｒｅａｌ－ｉｚｅＴＤＭＡｓｙｓｔｅｍｆｒｏｍｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅ；ｆｒａｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
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