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一种提高无线授时精度的方法

阅读：162发布：2021-06-12

专利汇可以提供一种提高无线授时精度的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及提供一种提高无线授时精度的方法，通过计算无线环境中的上下行链路的时延差，从而更加准确的补偿时间差，进而达到高精度无线授时。使用本发明方法补偿时间差后的精度可以达到ns级。通过本发明方法补偿时间差解决了链路不对称问题，更适合无线传输环境，更具有一般性，解决了无线系统链路自适应特性导致的时延抖动问题。，下面是一种提高无线授时精度的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种提高无线授时精度的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)记录主时钟发送Sync报文的时间t1，从时钟接收Sync报文的时间t2，则Delay1+offset＝t2-t1， (I)
Delay1为前向路径的传输延迟，Offset为从时钟与主时钟的时间差；
(2)记录从时钟发送Delay_Req报文的时间t3，主时钟接收Delay_Req报文的时间t4，则Delay2-offset＝t4-t3，(II)
Delay2为后向路径的传输延迟；
(3)由式(I)和式(II)得其中
(4)前向信道响应为后向信道响应为则
$\frac{h 1}{h 2} = \frac{A_{1}}{A_{2}} e^{j (w_{1} t_{1} - w_{2} t_{2})} - - - (V)$
由于w1和w2是频率f的函数，而f是不变的，所以w1＝w2＝w，即式(V)为则有t1-t2＝phase(h1/h2)/(2*pi*f)所以从而可以更加准确的补偿时间差Offset。
2.根据权利要求1所述提高无线授时精度的方法，其特征在于：寻找一段观察窗口内时延最短的授时包，用时延最短授时报文参与主从时间误差计算。
3.根据权利要求1所述提高无线授时精度的方法，其特征在于：对每个重传的报文在MAC层重新打时间戳，并重新计算CRC校验。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种提高无线授时精度的方法，具体地说是一种对IEEE1588时间测量算法的修正以及无线链路的定制来提高无线授时精度的方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线环境下传输链路的质量可能很不稳定，此外由于使用不同的频段，或因无线传输环境的时变特性，上下行无线链路的传输时延可能并不对称，从而影响基于上下行对称假设的时间测量系统，如IEEE1588。IEEE1588标准提供了一种高精度、低成本的分布式时钟同步方法，该协议成立的关键假设是通信路径是对称的。而在实际中特别是在无线环境下通信路径是很难对称的。在这种情况下如果利用IEEE1588(基于上下行链路对称的假设)进行主从时间同步，势必会对精度产生很大影响。另外目前大多数无线系统都具有链路自适应特性，这种特性导致不同的帧的传输时延抖动。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种提高无线授时精度的方法，通过计算无线环境中的上下行链路的时延差，从而更加准确的补偿时间差offset，进而达到高精度无线授时。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种提高无线授时精度的方法包括以下步骤：
(1)记录主时钟发送Sync报文的时间t1，从时钟接收Sync报文的时间t2，则Delay1+offset＝t2-t1，(Ⅰ)
Delay1为前向路径的传输延迟；Offset为从时钟与主时钟的时间差。
(2)记录从时钟发送Delay_Req报文的时间t3，主时钟接收Delay_Req报文的时间t4，则Delay2-offset＝t4-t3，(Ⅱ)
Delay2为后向路径的传输延迟；
(3)由式(Ⅰ)和式(Ⅱ)得(Ⅲ)，其中(Ⅳ)
(4)前向信道响应为后向信道响应为则

\frac{h 1}{h 2} = \frac{A_{1}}{A_{2}} e^{j (w_{1} t_{1} - w_{2} t_{2})}

(Ⅴ)
由于w1和w2是频率f的函数，而f是不变的，所以w1＝w2＝w，即式(Ⅴ)为则有t1-t2＝phase(h1/h2)/(2*pi*f)所以求得无线环境下非对称通信路径前向延迟和后向延迟的差值，从而可以更加准确的补偿时间差Offset。
此外，通过以下两个步骤进一步提高无线授时精度：(1)寻找一段观察窗口内时延最短的授时包，只用时延最短授时报文参与主从时间误差计算，因为时延最短的时间报文很大可能是没有经过重传的。(2)对每个重传的报文在MAC层重新打时间辍，并重新计算CRC校验。
本发明方法计算上下行链路的时延差值，可以得到更加准确的补偿时间差Offset，从而可以大大提高时间测量系统的精度。在传统算法中，无线环境下时间差Offset的精度可以达到us级，而在使用本发明方法补偿时间差后Offset的精度可以达到ns级。通过本发明方法补偿时间差解决了链路不对称问题，更适合无线传输环境，更具有一般性。解决了无线系统链路自适应特性导致的时延抖动问题。支持覆盖型无线授时，覆盖范围可达10公里，精度优于1us。此项发明对于提高无线授时设备的精度具有重要意义，已成功应用于产品开发中。它可以应用于工业自动化系统，航天航空系统，2.5G/3G/4G基站，数字化变电站，CMMB基站，数字电视数字广播，电信机房等需要精密时钟服务的场所。它支持IEEE1588v2的主时钟(Grandmaster Clock)，使用GPS作为时钟参考源，可以通过无线方式或以太网提供百纳秒级的时间信号源。它可以无线方式为10公里以内多个无线设备提供覆盖型授时，从而避免点对多点授时时因多跳网络拓扑而引起的误差。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明方法作进一步的说明。
图1是主从设备间通信延迟示意图。
图2是无线授时精度的方法示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例使用处理器的时间戳单元TSU(time stampsunit)产生时间戳，并通过硬件加到事件消息上。PTP协议栈实现IEEE1588标准所要求的消息交换协议。它利用TSU驱动程序读取、写入并调整Clock时钟，并使用MAC控制器驱动程序在以太网MAC层发送和接收消息。Wireless PHY+MAC提供无线传输功能，并计算无线环境下非对称通信路径情况下的Δ，从而更加准确的补偿时间差Offset。其中的ARQ表示纠错反馈重传模块，该模块根据对端要求对出错或丢失的报文进行重新传输。报文重传所引入的额外时延也会导致上下行时延的不对称。针对这个问题，本发明采用最短时延算法解决-即寻找一段观察窗口内时延最短的授时包，并且仅用时延最短的授时报文参与主从时间误差计算。
本实施例中利用DSP处理器和IEEE1588协议软件来实现高精度时间同步。DSP处理器可以驱动无线网卡来实现无线授时功能，同时计算Δ用来补偿时间差Offset。DSP处理器的时钟源有外部的GPS时钟源和内部的晶体振荡器(OSC)。当进行高精度无线授时时选用GPS时钟源。
其中计算时间差的步骤为：
(1)记录主时钟发送Sync报文的时间t1，从时钟接收Sync报文的时间t2，则Delay1+offset＝t2-t1，(Ⅰ)
Delay1为前向路径的传输延迟；Offset为从时钟与主时钟的时间差。
(2)记录从时钟发送Delay_Req报文的时间t3，主时钟接收Delay_Req报文的时间t4，则Delay2-offset＝t4-t3，(Ⅱ)
Delay2为后向路径的传输延迟；
(3)由式(Ⅰ)和式(Ⅱ)得(Ⅲ)其中(Ⅳ)
(4)前向信道响应为后向信道响应为则

\frac{h 1}{h 2} = \frac{A_{1}}{A_{2}} e^{j (w_{1} t_{1} - w_{2} t_{2})} - - - (V)

由于w1和w2是频率f的函数，而f是不变的，所以w1＝w2＝w，即式(Ⅴ)为则有t1-t2＝phase(h1/h2)/(2*pi*f)所以求得无线环境下非对称通信路径前向延迟和后向延迟的差值，从而可以更加准确的补偿时间差Offset。

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