一种多用户钟差测量方法与流程

1.本发明涉及通信组网技术领域，具体是一种多用户钟差测量方法。


背景技术：

2.时间是人类难以超越的维度，作为最基本的七个基本物理量之一，时间的计量技术自古以来就推动了人类社会的进步与发展。远古时期的人们就开始根据日夜交替、四季变迁、月相和星相变化等自然现象，确立了最早的日、月、年、节气等时间概念和时间计量方法。随着人类社会的不断发展，人类制造的时间计量设备越来越先进，对时间的计量也越来越精确。
3.近代以来，随着科学研究的深入和科学技术的发展，人们对时间计量要求越来越高。在通信系统、卫星导航、智能电网、测量与测试系统、工业自动化控制系统等多个重要的工业领域，多个设备之间对时钟同步精度的要求也在逐步提高。在通信领域中，td-scdma系统要求各基站节点严格保持无线接口同步精度为
±
3us；wimax系统和lte系统要求时间同步精度为亚微秒级；而到了5g时代，核心网的时间服务器指标误差从过去的
±
100ns缩短到了
±
40ns。在卫星导航方面，时钟精度能够达到1ns，则空间测量精度就可达到30cm；在工业控制领域，控制信号的传输延时，甚至会引起系统震荡；紧急事件发生时，还可能会因为报警信息不能及时响应导致事故的发生。
4.为了保证设备间高精度的时间同步，通常选择利用原子钟等高精度时钟源，或者采用借助卫星导航的高精度授时信息来修正自身时钟的误差的方式。但是这两种方式也有明显的缺点，高精度的原子钟太过于昂贵，不适合部署于低成本的设备中去；而卫星导航很容易被干扰，可靠性太差。


技术实现要素：

5.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种多用户钟差测量方法，解决现有技术存在的保证设备间高精度的时间同步时价格昂贵、容易被干扰、可靠性差等问题。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
7.一种多用户钟差测量方法，测量出通信组网设备之间的钟差，并对钟差进行补偿以使得通信组网设备间的时间同步。
8.作为一种优选的技术方案，包括以下步骤：
9.s1，发送测量询问信号：以节点0为应答站，以节点i为询问站，将节点i与节点0的时钟对准，节点i分别在自己的时钟信号的起始时刻向节点0发送测量询问信号，每个节点采用独立的扩频码发送测量询问信号，测量询问信号包括tpi,tx；其中，i≥1且i为正，表示节点i发送测量询问信号时的位置，t
pi,tx
表示节点i发送测量询问信号自身的钟面时；
10.s2，接收测量询问信号：节点0接收测量询问信号，并根据不同的扩频码来区分节
点i发来的测量询问信号；节点0接收到测量询问信号时的位置记为节点0接收到测量询问信号自身的钟面时记为t
pi,rx
；
11.s3，发送测量应答信号：节点0在下一个自己的时钟信号的起始时刻向节点i统一发送测量应答信号，测量应答信号包括t
pi,tx
、t
pi,rx
、t
a,tx
；其中，表示节点0发送测量应答信号时的位置，t
pi,rx
表示节点0发送测量应答信号时刻自身的钟面时；
12.s4，接收测量应答信号：节点i根据自身的扩频码接收测量应答信号，此时节点导航系统提供的测量询问信号接收时刻位置为接收测量应答信号时刻的节点i钟面时为；
13.s5，计算钟差：计算出节点i与节点0时钟的偏差值公式如下：
[0014][0015]
其中，为根据位置与位置计算得到的信号传播距离估计值；为根据位置与位置计算得到的信号传播距离估计值，c为光速；
[0016]
s6，时钟补偿：节点i根据计算得到的偏差值对自身时钟的钟差进行补偿，完成与基准的时钟同步，当所有节点完成时钟补偿，则整个群内用户均已同步。
[0017]
作为一种优选的技术方案，步骤s1中，节点i分别在自己的时钟信号的起始时刻向节点0采用码分多址的方式发送测量询问信号。
[0018]
作为一种优选的技术方案，步骤s1中，每个节点采用独立的相互正交的扩频码发送测量询问信号。
[0019]
作为一种优选的技术方案，步骤s5中，若节点i和节点0双向传播距离相等，则认为
[0020]
作为一种优选的技术方案，步骤s5中，若节点i和节点0之中有一个及以上节点无法获取自身导航系统数据时，则认为
[0021]
作为一种优选的技术方案，若节点0与节点i的时钟不稳定，则不断重复步骤s1至步骤s6的过程，对时钟进行实时补偿。
[0022]
作为一种优选的技术方案，若节点0与节点i的时钟随时间不断变化，则不断重复步骤s1至步骤s6的过程，对时钟进行实时补偿。
[0023]
作为一种优选的技术方案，c为真空中的光速。
[0024]
作为一种优选的技术方案，c的值为299792458m/s。
[0025]
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
[0026]
(1)本发明不必采用太过于昂贵的高精度的原子钟等高精度时钟源，适合部署于低成本的设备中去；而且，不必采用卫星导航，不容易被干扰，可靠性高；
[0027]
(2)本发明实现了一种多用户精确钟差测量方法，解决了在低成本、干扰环境下的
群内多用户的时钟同步问题；
[0028]
(3)本发明采用“询问-应答”的方式，最快可以在一个“询问-应答”周期内快速实现钟差测量。
附图说明
[0029]
图1为本发明的一种应用场景示意图；
[0030]
图2为本发明的多用户时钟偏差测量过程图；
[0031]
图3为本发明的节点i发送询问测量信号的处理流程图；
[0032]
图4为本发明的节点0接收询问测量信号的处理流程图；
[0033]
图5为本发明的节点0发送应答测量信号的处理流程图；
[0034]
图6为本发明的节点i接收应答测量信号的处理流程图。
具体实施方式
[0035]
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0036]
实施例1
[0037]
如图1至图6所示，本发明能精确的测量出设备之间的钟差，并将之补偿，可以保证各个系统的高精度时间同步。
[0038]
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种多用户快速精确钟差测量方法，使用“询问-应答”的方式，结合多址技术，可以实现对于一个群内多用户的精确钟差测量，解决了在低成本、干扰环境下的群内多用户的时钟同步问题。
[0039]
本发明提出了一种多用户快速精确钟差测量方法。在本例中，我们采用四个通信组网设备，设备遭到了强卫导干扰，卫导失效无法对设备进行授时，而设备本身的时钟误差较大，无法支撑组网等业务需求，场景如附图1所示。采用本发明的过程可以实时对时钟进行补偿，使得群内时钟同步，对准过程如附图2所示。具体实施步骤如下：
[0040]
(1)首先，节点0(应答站)作为基准站，节点i(i＝1,2,
…
,n)(询问站)需要与节点0的时钟对准，节点i(i＝1,2,
…
,n)分别在自己时钟起始位置向节点0发起测量询问信号，设节点i(i＝1,2,
…
,n)导航系统提供的测量询问发出时刻的位置为(一般指的是由自身导航系统提供的经纬高等位置信息，下同)，发送询问信号时刻的节点i(i＝1,2,
…
,n)钟面时(钟面时指某节点自身的时钟显示的时刻，下同)为t
pi,tx
，测量询问信号包含和t
pi,tx
等信息，并且采用码分多址的方式发送，每个节点采用独立的相互正交的扩频码，发送处理流程如附图3所示；其中，n可根据实际情况设置；
[0041]
(2)节点0根据不同的扩频码来区分节点i(i＝1,2,
…
,n)发来的测量询问信号，设此时节点0导航系统提供的测量询问信号收到时刻的位置为收到测量询问信号接收时刻的节点0钟面时为t
pi,rx
，节点0接收处理流程如附图4所示；
[0042]
(3)节点0在下一个自身时钟起始时刻向节点i(i＝1,2,
…
,n)以码分多址的方式统一发出测量应答信号，节点0导航系统提供的测量应答信号发出时刻位置为发送
测量应答信号时刻的节点0钟面时为t
a,tx
，测量应答信号包含t
pi,tx
、t
pi，rx
、t
a,tx
等信息节点0的发送处理流程如附图5所示；
[0043]
(4)节点i(i＝1,2,
…
,n)根据自身的扩频码接收测量应答信号，此时节点i(i＝1,2,
…
,n)导航系统提供的测量询问信号接收时刻位置为接收测量应答信号时刻的节点b钟面时为t
ai,rx
，节点i的接收处理流程如附图6所示；
[0044]
(5)节点i(i＝1,2,
…
,n)计算出与节点0时钟的偏差值公式如下：
[0045][0046]
其中，为根据位置与位置计算得到的信号传播距离估计值；为根据位置与位置计算得到的信号传播距离估计值，c为真空中的光速，值为299792458m/s；
[0047]
(6)节点i(i＝1,2,
…
,n)根据计算得到的偏差值对自身时钟进行补偿，完成与基准的时钟同步，当所有节点完成时钟补偿，则整个群内用户均已同步。
[0048]
其中，步骤(5)中，若节点i(i＝1,2,
…
,n)和节点0双向传播距离相等，可以认为或者；节点i(i＝1,2,
…
,n)和节点0之中有一个及以上节点无法获取自身导航系统数据时，则认为节点i与节点0之间的相对运动速度较小，则可以近似认为这两种情况下，则钟差的计算公式就可以简写为：
[0049][0050]
步骤(6)中，若节点0与节点i(i＝1,2,
…
,n)的时钟不稳定或者随时间不断变化时，就可以不断重复步骤(1)至步骤(6)的过程，可以对时钟进行实时补偿。
[0051]
本发明的有益效果是：
[0052]
(1)本发明不必采用太过于昂贵的高精度的原子钟等高精度时钟源，适合部署于低成本的设备中去；而且，不必采用卫星导航，不容易被干扰，可靠性高；
[0053]
(2)本发明实现了一种多用户精确钟差测量方法，解决了在低成本、干扰环境下的群内多用户的时钟同步问题；
[0054]
(3)本发明采用“询问-应答”的方式，最快可以在一个“询问-应答”周期内快速实现钟差测量。
[0055]
如上所述，可较好地实现本发明。
[0056]
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
[0057]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、
等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。