張志華，宋迎東

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

抗時鐘漂移的協(xié)議同步的設計與實現(xiàn)

張志華，宋迎東

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

通信雙方基于時鐘漂移破壞協(xié)議信息同步問題，提出了一種在時鐘漂移下協(xié)議信息保持同步的方式。文中首先介紹了現(xiàn)在常用的處理方式，并分析了在時鐘漂移下協(xié)議同步保持原理，最后根據(jù)協(xié)議設計在系統(tǒng)設備中進行了驗證，證明該方式具備抗時鐘漂移的能力。

時鐘漂移; 全域授時; 同步

0 引言

協(xié)議信息同步是數(shù)字通信系統(tǒng)的一個實際問題，其性能直接影響系統(tǒng)性能，甚至導致其無法正常工作。因此，為保證傳輸系統(tǒng)的正常工作，要求提供可靠的協(xié)議信息同步。在實際的通信系統(tǒng)中，通信雙方存在的時鐘漂移不滿足收發(fā)時鐘的同步要求，必然會破壞協(xié)議信息的同步，導致系統(tǒng)不能正常工作。采用高穩(wěn)時鐘作為雙方的同步基礎，但是，僅僅延長了可靠的工作時間，未能從根本上解決問題。在現(xiàn)有的數(shù)字通信系統(tǒng)中，為保證協(xié)議信息的同步，通信雙方常常采用同源時鐘方式來解決問題，例如時鐘主從方式、全域授時[1-3]。對于支持主從時鐘的業(yè)務終端或用戶復用設備(如PCM)，設置其主從方式可使的收發(fā)時鐘同源，只存在相互抖動，不會發(fā)生漂移現(xiàn)象，傳輸設備能夠從根本上解決問題[4-5]。但是，并不是所有的終端都支持主從工作方式，因此這種應用使用范圍受限。全域授時能夠很好地解決問題，但相對要求較高，設備復雜成本增加。

1 抗時鐘漂移的協(xié)議同步

由于時鐘漂移的存在，系統(tǒng)的收發(fā)時鐘不同源，破壞協(xié)議信息同步主要是由于相差的累積和相位的模糊，如圖1所示：

圖1 時鐘漂移破壞協(xié)議信息同步示意圖

根據(jù)以上分析，可知時鐘漂移破壞協(xié)議信息同步主要是由于兩個原因，第一相差累積(不同源)，第二相位模糊。

抗時鐘漂移的協(xié)議同步思想是基于協(xié)議信息本地恢復來實現(xiàn)通信雙方的協(xié)議同步的，協(xié)議信息的本地恢復允許通信雙方的時鐘漂移，采用與對端處理同源的時鐘，在本地模擬對端的協(xié)議信息分接過程，完成協(xié)議信息的本地分接，用于控制本地接收協(xié)議控制信息的匹配，同時為消除時鐘抖動和時延的影響，采用雙支路解調消除協(xié)議信息定位模糊。抗時鐘漂移的協(xié)議同步采用同源時鐘的處理克服時鐘漂移帶來的采樣相位積累，同時通過雙支路解調消除協(xié)議信息定位模糊，保證了協(xié)議信息的同步運行。

圖2為本地協(xié)議恢復與對端協(xié)議分接時序示意圖，可見在收發(fā)時鐘存在頻偏的情況下，本地恢復的a、b兩支路的頻點信息可以完全覆蓋對端的分接頻點，保證協(xié)議的正常傳輸。

分析圖2本地恢復原理可以簡要的介紹為：協(xié)議信息的本地恢復包含兩個支路的協(xié)議信息處理，其處理時鐘與對端協(xié)議信息處理時鐘同源，因此雖然不會存在相差累積，但并不能避免采樣出錯的情況發(fā)生，本地協(xié)議信息兩個支路的時序處理要求，a支路協(xié)議信息的處理要提前于對端協(xié)議信息處理，b支路協(xié)議信息的處理要落后于對端協(xié)議信息處理，考慮本地不能精確估計對端的分接位置，但是可明確知道對端分接的最大時延為單幀長度與傳輸時延(100km鏈路)之和，明顯小于兩幀長度，可設計b支路相對a支路延時略小于單幀長度，此時假設初始對端協(xié)議信息與a、b支路協(xié)議信息均相同，隨后a支路協(xié)議信息先出錯，對端協(xié)議信息與b支路協(xié)議信息相同，然后對端協(xié)議信息出錯，對端協(xié)議信息重新與a支路協(xié)議信息相同，最后b支路協(xié)議信息先出錯，回到對端協(xié)議信息與a、b支路協(xié)議信息相同的狀態(tài)，這樣就完成了對對端協(xié)議信息的覆蓋，保證協(xié)議信息的同步。

圖2 本地協(xié)議恢復與對端協(xié)議分接時序示意圖

2 時鐘漂移下協(xié)議同步設計

原有解調頻點采樣中b支路為a支路的時延，因此其采樣錯誤在同時發(fā)生，致使單個頻點的使用時間超過兩幀，造成協(xié)議失步。采用解調器的本地協(xié)議恢復時，a、b支路信息均來源于信息采樣，同時a、b支路初始的時序不重合，由使用頻點可以發(fā)現(xiàn)，同一幀傳送的頻點使用時間為兩幀，不受時鐘漂移和抖動的影響，可以保證協(xié)議同步的保持。如圖3所示：

圖3 抗時鐘漂移的協(xié)議同步基本框架示意圖

3 仿真測試

在為驗證方案的可行性，搭建的測試平臺片內測試的基本原理，如圖4所示 。

圖4 片內仿真的基本原理

測試過程(10分鐘)中，未出現(xiàn)告警現(xiàn)象，同時在分接不連續(xù)時觀察到告警現(xiàn)象仍未出現(xiàn)，圖5為觸發(fā)條件時的測試圖例。

圖5 片內測試的測試圖例

可見，片內的模擬仿真說明，本地協(xié)議恢復可以消除時鐘漂移以及抖動造成的協(xié)議失步問題。

4 結束語

本文介紹了常用的協(xié)議同步方式，利用雙支路模糊匹配的方式，提出了一種在時鐘漂移下，協(xié)議同步設計的思路，經(jīng)過驗證，方案切實有效。這種方案在不增加硬件成本和終端設備限制的前提下，僅僅通過軟件設計完成協(xié)議信息的同步，對實際工程問題具有較好的使用價值。

[1] William H.Tranter,K.Sam Shanmugan(著),肖明波,楊光松等(譯),通信系統(tǒng)仿真原理與無線應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[2] William C.Y.Lee(著), 宋維模,姜煥成等(譯).移動通信工程理論和應用[M].北京:人民郵電出版社,2002.

[3] Michel C.Jeruchim(著), 周希元,陳衛(wèi)東, 畢見鑫等(譯). 通信系統(tǒng)仿真:建模、方法和技術[M]. 北京:國防工業(yè)出版社, 2004.

[4] John G.Proakis(著), 張力軍,張宗橙,鄭寶玉等(譯). 數(shù)字通信(第四版)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[5] Bernard Sklar.Rayleigh fading channels in mobile digital communication systems[J].IEEE Communications Magazine,1997,(7):90-100.

[6] 李明國,宋海娜.計算機時鐘同步技術研究[J].系統(tǒng)仿真學報,2002,(04).

[7] 何萬里,隋江華,任光.時鐘同步算法的分析和比較[J].計算機工程與應用,2004,(34).

[8] 王旖旎,趙英.基于時鐘漂移率的時鐘同步客戶端系統(tǒng)[J].計算機應用與軟件,2009,(12).

[9] 劉迪忻.無線傳感器網(wǎng)絡中基于時鐘漂移補償?shù)臅r間同步技術[J].時間頻率學報,2009,(02).

Design and implementation of protocol synchronization for anti clock drift

ZHANG Zhi-hua，SONG Ying-dong

(TheFiftyFourthResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

A method for protocol synchronization under clock drift is proposed,based on the problem of protocol synchronization.The paper introduces the commonly used processing methods and analyzes the principle of protocol synchronization under clock drift.The method is verified in the system equipment and shown to be capable of anti clock drift.

Clock drift; Global timing; Synchronization

2016-09-10

張志華(1982-)，女，河北懷安縣人，工程師,主要從事微波網(wǎng)絡、地面站天線調試和測量.

1001-9383(2016)04-0031-05

TN820

A