基于TDMA同步时序改进的集群用户台省电设计

　　【摘 要】通过分析集群用户台的电路，找出可控的高功耗器件，进而对基于TDMA的集群通信系统的同步时序和调度策略进行优化设计，给出了理论计算和实际测量的功耗降低值，从而证明省电设计效果良好。 

　　【关键词】集群通信 TDMA 省电设计 同步时序 

　　中图分类号：TN802 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-13-0072-04 

　　1 概述 

　　集群通信系统中的移动用户终端设备，除满足通信距离、传输速率等技术性能要求外，还需对用户终端的功耗进行重点设计，以确保用户终端设备的电池具有更强的续航能力。本文主要以某军用集群通信系统中的移动用户台为例，介绍TDMA系统中基于同步信号发送时序改进的用户终端低功耗设计。 

　　本系统的移动用户台已经采用了一些常规方法降低整机功耗，主要包括： 

　　（1）硬件电路设计方面：尽量选用功耗低、性能和功能齐备且集成度高的芯片，减少器件数量；同时选用高效率的电源转换器件。 

　　（2）软件设计方面：通过操作系统对任务进行管理调度，根据当前运行任务的优先级高低和任务数量的多少来调节CPU的运行速度以达到省电的目的；采用语音检测控制技术，对受话器采集的数据进行分析，只有话音数据有效时，才启动话音编码、信道编码、调制和发射等流程；对显示屏进行省电设计，如背光和前景分为多级亮度，供用户选择，同时启动显示屏定时屏保功能。 

　　经以上设计，在很大程度上降低了移动用户台的整机工作电流，相对延长了电池待机时间。 

　　进一步对移动用户台的电路器件进行功耗分析，发现一些射频器件在关闭的情况下，可以节省较多的用电，但是，这些器件的省电设计必须与设备工作波形统一考虑。同时，系统中大多数移动用户终端，大部分时间处于空闲状态，所以，针对空闲状态的省电设计具有重要性和必要性。本文给出了TDMA系统同步时序改进的省电设计方法和实现结果。 

　　2 基于TDMA同步时序改进的系统省电设计 

　　2.1 空闲状态定义 

　　本通信系统分为TMO（Trunk Mode Operation）和DMO（Direct Mode Operation）2种工作模式，TMO是移动用户终端之间通过基站的转发实现呼叫的模式；DMO是用户终端之间直接进行一对一和一对多的通信模式。 

　　空闲状态是指移动用户终端处于未同步的状态，或是TMO模式下，移动用户终端虽与基站取得同步但未开展业务传输的状态。本文以移动用户台（以下简称“移动台”）为例，分别讨论2种空闲状态下的基于系统同步时序调整的终端省电设计方案。 

　　2.2 省电设计可行性分析 

　　系统要求初始同步时间小于等于0.6s，初始同步概率大于95%，迟后同步概率100%，迟后同步时间不大于6s；TMO模式下，基站开机后处于常发状态，因此对于移动台而言，只考虑满足迟后同步的要求。DMO模式下，则需要同时考虑初始同步和迟后同步的要求。需要说明的是：通用集群通信系统，多为定频通信，本系统是用于复杂电磁环境的跳频通信系统，TMO模式下，因移动用户终端入网后一直与基站保持同步，故其集群呼叫建立时间这一指标与通用集群通信系统中的要求是相同的；DMO方式下，因跳频同步建立的时间相对定频系统要长，所以该模式下的呼叫建立时延相对加大。 

　　通过分析移动台的电路，发现可以进一步进行省电控制的电子元器件主要是射频单元的器件，需要结合系统波形的时序来控制器件的间歇通断以达到省电目的。射频单元电路如图1所示。 

　　间歇守候要求器件空闲时尽量减少用电，同时又要求在需要收发数据时能快速实现响应控制。射频单元中的部分耗电较大且可以进行省电控制的元器件如表1所示： 

　　表1 射频单元可关闭器件的功耗统计表 

　　序号 器件名称 数量 工作电压（V）/ 

　　电流（mA） 功耗/mW 

　　1 跳频滤波器 2 5/65，85/1.1 837 

　　2 HEM388D 1 5/80 400 

　　3 AD8307 3 5/10 150 

　　4 AT20-0107 1 5/6，-5/1 35 

　　5 ERA-5 3 5/65 975 

　　6 AD9858 1 5/400 2 000 

　　7 SI4133 1 3.3/27 89