基于TDMA同步时序改进的集群用户台省电设计(2)

　　如表1所示，这些器件的总功耗为4 486mW，不考虑电源转换效率，粗略折合为12V情况下的467mA。

　　2.3 移动台未同步状态下的省电设计

　　本通信系统采用TOD同步方式，即发送方在发送同步信号前，按照既定的算法计算发送频率，并发送TOD同步信息，接收方按照相同的算法计算接收频率，收齐发送方发送的TOD同步信息后，进入同步状态。TOD分为5段发送，分别为TOD1、TOD2、TOD3、TOD4和TOD5。

　　移动台的同步方式包括初始同步和迟后同步。初始同步要求同步建立时间小于等于600ms，同步概率大于等于95%，在保证初始同步概率不变的基础上实现间歇守候，省电设计方案为：TOD1发送45组，每组使用计算出的1组频率轮流发送1次。处于同步搜索状态的移动用户台，按照1：8的时间比例开启/关闭搜索时序，如图2所示，即1个周期开启搜索时序，8个周期关闭搜索时序。搜索时序开启时，处于搜索状态的移动用户台，按照TOD1对应频率的计算方法计算出相应的频点，采用慢搜索的方法搜索发送方发出的同步信息TOD，搜索开启期间，把备用搜索频率轮流用完一遍。若搜索过程接收到TOD1信息，则转入TOD2至TOD5的接收。省电搜索时序只用于搜索TOD1阶段。

　　通过以上设计，理论上在关闭期间待机电流可节省512mA。另外，通过仿真可得，只要保证通信双方的TOD时差在允许范围内、射频信号满足设计要求，可以保证用于TOD1发送的所有频点都会被接收方的搜索频率遍历至少1次，这样，就能至少在1个频点上收到发送方的TOD1信息，进而完成TOD2至TOD5的同步信号接收。如果后续的TOD2至TOD5同步接收因某种原因中断，不能马上进入搜索关闭状态，保持搜索开启状态约6s，按照非省电模式搜索TOD1同步信号，如果6s内同步搜索未成功，则转到间歇同步搜索时序。

　　2.4 TMO模式下同步后的空闲状态省电设计分析

　　TMO模式下，移动用户台同步后，完成入网所需的身份验证、鉴权、注册等活动，最后进入守候状态，守候在信令信道，等候系统寻呼并进入分配的业务信道收发数据。进入守候状态后，将原基站的信令信道在每个TDMA帧（50ms）的时隙0（前12.5ms）发送信令的做法，改为仅在偶数TDMA帧（50ms）的时隙0发送信令。移动用户台处于守候状态时，在偶数帧的时隙0开启接收通路，如果没有收到信令，或没有收到本台所需的信令，则在后续的7个时隙关闭接收通道，可达到1：7的比例进行省电控制，如此设计，在关闭期间可减少约512mA的守候电流。

　　按此设计，分析系统的呼叫性能和时延，时隙分配相关信息见表2。系统在公共控制信道下发慢随路信令及小区广播，系统每个基站除公共控制信道外，还有14个业务信道，即最多可能会同时有14个下行呼叫信令排队等候下发。

　　按照1：7的时间比例进行守候，因最多同时只能有14个下行的用户呼叫信令等候排队下发，轮流下发1轮需要14个100ms，即1.4s，考虑传输的可靠性，系统设计最多重传3次，则最大时长不超过4.2s，可满足用户的呼叫等待时间要求。

　　表2 移动用户台按照1：7比例守候方案时隙分配表

　　TDMA帧偶数帧奇数帧

　　时隙号时隙0 时隙1 时隙2 时隙3 时隙0 时隙1 时隙2 时隙3

　　信道信令业务业务业务保留业务业务业务

　　时长/ms 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5

　　TDMA帧偶数帧奇数帧

　　时隙时隙0 时隙1 时隙2 时隙3 时隙0 时隙1 时隙2 时隙3

　　信道信令业务业务业务保留业务业务业务

　　时长/ms 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5

　　注：表中“信令”方格表示基站时隙0，公共控制信道发时隙，即移动台在此时隙接收；“业务”方格表示基站时隙1～3，业务信道发时隙；“保留”方格表示基站时隙0，因省电目的，保留不发射。

　　2.5 省电设计效果

　　对移动用户台进行实际测试，未同步前的守候电流减少了约436mA，TMO模式下同步后的待机电流减少了448mA，比未改进前的1 160mA有较大节省空间提升。同时，同步概率和同步时间都达到了用户要求，初始同步概率达98%以上，初始同步时间600ms，迟后同步时间小于6s。

　　需要说明的是：通用集群通信系统，由于市场对其产品需求量相对较大，一般都会有可选的协议栈和物理层（含射频）专用套片，集成度较高，因而其守候电流较低。相对而言，由于用户的使用需求，本集群系统占用了VHF频段的2个频率子段，TMO模式下的基站和DMO模式下的主呼台，其发射处于不同的频率子段，对于处于搜索守候状态的移动用户台，需要在2个子段上交替切换进行同步信号搜索。同时由于本系统的工作频段低、相对工作带宽较大、发射功率要求较大，且是跳频系统，定制器件和通用器件比例较大，因而，相对通用集群通信系统，本集群通信系统移动用户台的守候电流会高于一般的集群用户台，但是通过省电设计，已经优于用户的要求。

　　3 结束语

　　本方案介绍了基于TDMA同步时序改进的集群移动台省电设计方案，希望可以为其它类似的移动用户终端设备在降低功耗方面提供参考。VHF频段的集群系统移动台的功耗要达到类似民用通用设备的可比水平，还需要进行多方面的深入研究。

　　参考文献：

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　　[5] 杨丰. 一种LTE终端空闲状态的低功耗技术[J]. 广东通信技术， 2011（9）： 20-21.

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