近年來隨著智能手機(jī)的不斷普及，人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益增多，同時(shí)也對(duì)無線通信的質(zhì)量要求越來越高。提升無線通信質(zhì)量的一個(gè)重要研究方向就是提升無線通信設(shè)備的抗干擾能力，使其不斷逼近香農(nóng)極限。然而由于現(xiàn)實(shí)生活中的干擾類型多種多樣，要完全消除干擾是無法實(shí)現(xiàn)的，因此可以采用一些其他方法使得干擾消除技術(shù)得到更好的體現(xiàn)，例如時(shí)鐘同步。

　　【摘要】隨著無線通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，干擾成為制約無線系統(tǒng)容量的重要因素，而時(shí)鐘同步技術(shù)可以有效評(píng)估干擾，更好地發(fā)揮干擾消除的作用。通過介紹數(shù)據(jù)收集模塊、時(shí)鐘偏差的計(jì)算與調(diào)整、失步檢測處理等相關(guān)技術(shù)，并以仿真分析得出干擾消除對(duì)同步網(wǎng)絡(luò)性能提升更加顯著，從而提升無線通信質(zhì)量。

　　【關(guān)鍵詞】無線通信,干擾消除,軟同步,時(shí)鐘偏差

　　1概述

　　在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中，BTS（BaseTransceiverStation，基站收發(fā)臺(tái)）之間是不同步的，這使得不同時(shí)隙隨機(jī)重疊，同鄰頻干擾無法預(yù)測和規(guī)避，影響干擾消除技術(shù)的使用效果；而當(dāng)BTS之間一旦同步，各時(shí)隙之間相互對(duì)齊，干擾消除技術(shù)的效果可以進(jìn)一步提升。

　　目前，時(shí)鐘同步的主要方式可以分為基于GPS的硬同步和基于空口測量的軟同步�；�于GPS的硬同步準(zhǔn)確可靠，但增加成本開銷；基于空口測量的軟同步雖然精度上不及硬同步，但在傳輸質(zhì)量得到一定保證的前提下，可以有效完成時(shí)鐘同步的要求，更重要的是它無需額外增加資源，可以有效降低成本。

　　2系統(tǒng)工作的基本原理

　　基于空口測量的軟同步主要分為數(shù)據(jù)收集、時(shí)鐘偏差計(jì)算與調(diào)整、失步檢測處理三大模塊。數(shù)據(jù)收集是在現(xiàn)有系統(tǒng)測量基礎(chǔ)上獲得的，無需修改無線通信相關(guān)協(xié)議；時(shí)鐘偏差計(jì)算與調(diào)整是在基于一定前提假設(shè)條件下，對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算得到各節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差，并在合適的時(shí)間進(jìn)行同步調(diào)整；失步檢測處理是對(duì)同步調(diào)整后的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)同步、平穩(wěn)并有效地運(yùn)行。其基本流程圖如圖1所示：

　　3相關(guān)技術(shù)簡介

　　3.1數(shù)據(jù)收集模塊

　　數(shù)據(jù)收集是整個(gè)基于空口測量的軟同步過程的基礎(chǔ)，考慮到網(wǎng)絡(luò)的兼容性，最好是在不修改現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)協(xié)議的前提下獲取需要的相關(guān)測量數(shù)據(jù)。

　　以GSM系統(tǒng)為例，在切換命令中將“同步指示”的ROT（RiseoverThermal，底噪抬升）設(shè)置為1，手機(jī)會(huì)在切換完成中上報(bào)“移動(dòng)時(shí)間差”和“基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差”。同步指示如圖2所示：

　　同步指示信元具體如下：

　　ROT：上報(bào)觀察時(shí)間差（字節(jié)1的第3個(gè)比特）；

　　0：在切換完成中不包括“移動(dòng)時(shí)間差”和“基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差”信元；

　　1：在切換完成中包括“移動(dòng)時(shí)間差”和“基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差”信元。

　　基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差信元如圖3所示：

　　87654321

　　基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差信元字節(jié)1

　　基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差內(nèi)容的長度字節(jié)2

　　基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差值（高位）字節(jié)3

　　基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差值（繼續(xù)）字節(jié)4

　　基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差值（繼續(xù)）字節(jié)5

　　基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差值（繼續(xù)）字節(jié)6

　　基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差值（低位）保留保留保留保

　　留保留保留保留字節(jié)7

　　圖3基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差信元

　　具體如下：

　　（1）基于超高幀移動(dòng)時(shí)間差值（字節(jié)3至字節(jié)7）；

　　（2）基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差是以新舊基站間半比特周期的二進(jìn)制表示：1/2比特周期=24/13微秒；

　�。�3）該值是從移動(dòng)臺(tái)角度上，把舊基站的時(shí)間提前量加上舊基站超高幀與新基站下一個(gè)超高幀時(shí)間差計(jì)算而來。

　　其中，“基于超高幀的移動(dòng)時(shí)間差”就是所需要的測量數(shù)據(jù)（簡稱MTD）。這種測量數(shù)據(jù)的獲得方式很簡單，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過正常的小區(qū)間切換即可獲得。

　　3.2時(shí)鐘偏差計(jì)算與調(diào)整

　　時(shí)鐘偏差的計(jì)算是整個(gè)基于空口測量的軟同步過程的核心，其結(jié)果準(zhǔn)確與否將直接影響同步的效果及穩(wěn)定性，主要過程如圖4所示：

　　圖4時(shí)鐘偏差計(jì)算與調(diào)整過程流程圖

　�。�1）確定網(wǎng)絡(luò)中的基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)�；鶞�(zhǔn)節(jié)點(diǎn)是人為設(shè)定的，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可以選擇網(wǎng)絡(luò)中最為穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)（如傳輸最穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)或者安裝外部時(shí)鐘源的節(jié)點(diǎn)），也可以選擇一些對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響較大的節(jié)點(diǎn)（如網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)或者話務(wù)量最大的節(jié)點(diǎn)）�；鶞�(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)或是多個(gè)，個(gè)數(shù)越多，軟同步的效果也就越好。

　�。�2）將兩兩節(jié)點(diǎn)之間的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類合并處理。以GSM系統(tǒng)為例，在一段時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)可以接收到大量的MTD測量數(shù)據(jù)，先以兩兩節(jié)點(diǎn)為單位，將這些MTD測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，然后考慮到MTD測量數(shù)據(jù)有方向性差異，將節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B的MTD測量數(shù)據(jù)與節(jié)點(diǎn)B到節(jié)點(diǎn)A的MTD測量數(shù)據(jù)合并統(tǒng)一。

　�。�3）計(jì)算兩兩節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差。假設(shè)兩兩節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差與時(shí)間無關(guān)，那么根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的方差及回歸分析，可以得到兩兩節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差。

　　以GSM系統(tǒng)為例，假設(shè)節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B的MTD測量數(shù)據(jù)有：MTD1、MTD2、……、MTDk。

　　1）計(jì)算MTD測量數(shù)據(jù)的均值：μab；

　　2）計(jì)算MTD測量數(shù)據(jù)的方差：

　　σab；

　　3）將|μab-MTDi|>σab數(shù)據(jù)認(rèn)為是異常MTD測量數(shù)據(jù)，并把其從MTD測量數(shù)據(jù)中剔除；

　　4）對(duì)剩余的MTD測量數(shù)據(jù)重復(fù)上述步驟，直至所有剩余的MTD測量數(shù)據(jù)均滿足|μab-MTDi|≤σab；

　　5）此時(shí)得到的μab即是節(jié)點(diǎn)A相對(duì)節(jié)點(diǎn)B的時(shí)鐘偏差。（4）計(jì)算所有非基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差并進(jìn)行調(diào)整。在得到兩兩節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差后，基于測量誤差的累積效應(yīng)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)與基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差，并在一個(gè)合適的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

　　3.3失步檢測處理

　　網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)經(jīng)過同步調(diào)整后在一段時(shí)間內(nèi)可以保持相對(duì)同步的狀態(tài)，但隨著時(shí)間推移，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)異常（例如斷電或重啟），或新增節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，或現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)間同步誤差逐漸累積，都會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)相對(duì)同步的狀態(tài)遭到破壞，從而影響網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和容量。通過建立有效的失步檢測和處理機(jī)制，既可以減少已同步節(jié)點(diǎn)受到失步節(jié)點(diǎn)的影響，也可以盡快使失步節(jié)點(diǎn)重新獲得同步。

　　以GSM系統(tǒng)為例，在同步調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)對(duì)接收到MTD測量數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)兩兩節(jié)點(diǎn)之間的MTD測量數(shù)據(jù)大于同步允許范圍后，根據(jù)其與周邊其他節(jié)點(diǎn)的MTD測量數(shù)據(jù)判斷某節(jié)點(diǎn)為失步節(jié)點(diǎn)，并將其與同步節(jié)點(diǎn)之間的MTD測量值視為無效，直至失步節(jié)點(diǎn)根據(jù)前述步驟重新恢復(fù)同步。

　　4仿真分析與結(jié)論

　　當(dāng)有用信號(hào)和干擾信號(hào)在時(shí)間上同步時(shí)，在突發(fā)脈沖中干擾信號(hào)相同，根據(jù)訓(xùn)練序列估計(jì)的干擾特性對(duì)整個(gè)突發(fā)最有效，此時(shí)干擾消除獲得最佳性能。仿真表明，在同步網(wǎng)絡(luò)和非同步網(wǎng)絡(luò)中，使用干擾消除技術(shù)后系統(tǒng)抗干擾能力都能得到提升，但干擾消除對(duì)同步網(wǎng)絡(luò)性能提升更加顯著，仿真結(jié)果顯示使用干擾消除技術(shù)應(yīng)用于同步網(wǎng)絡(luò)較異步網(wǎng)絡(luò)性能提升約5.5dB。如圖5所示：

　　此外，同步網(wǎng)絡(luò)下可以對(duì)任何小區(qū)間重疊區(qū)域的同鄰頻干擾進(jìn)行估算，從而能通過動(dòng)態(tài)頻率和信道分配算法最大化地避免小區(qū)間的同鄰頻碰撞，極大地提高了頻譜資源的利用率。仿真結(jié)果顯示，同步網(wǎng)絡(luò)下動(dòng)態(tài)頻率和信道分配算法可提升40%以上的系統(tǒng)容量。

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