CN101488802B - 一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法 - Google Patents
一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101488802B CN101488802B CN200910078510.XA CN200910078510A CN101488802B CN 101488802 B CN101488802 B CN 101488802B CN 200910078510 A CN200910078510 A CN 200910078510A CN 101488802 B CN101488802 B CN 101488802B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- receiving
- receiving end
- time delay
- absolute time
- wireless channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical group [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical group [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：步骤1：使用参考源令收发两端时钟同步；步骤2：使用同一个复位信号，分别对发端和收端的计时器进行清零复位；步骤3：收发端计时器计到同一时刻时，发端发送数据，同时收端开始接收；步骤4：摆放发端天线和收端天线，使二者之间的距离为0，记录此时测量系统群时延；步骤5：发端和收端分开后，用收端接收到数据的时刻减去收端开始接收的时刻，得到总的传输时延；步骤6：用步骤5中得到的总的传输时延，减去步骤4中得到的测量系统群时延，即可得到信号在空中传播的绝对时延。本发明具有复杂度低，系统结构简单的优点，运用于需要精确确定绝对时延的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，，属于无线与移动通信技术领域。
背景技术
无线信号传播的绝对时延指的是信号从离开发端天线到进入收端天线所用的时间。绝对时延的大小取决于信号所走过的路程d和传播速度c(近似为光速)，等于d/c。
绝对时延的测量在无线通信系统中具有非常重要的意义，举例来说，在OFDM系统中，循环前缀(CP)长度的选择取决于基站和用户之间无线信道的绝对时延和时延扩展的大小，时延扩展和绝对时延越大，需要的CP也越长。在传统的集中式MIMO系统中，不同的收发天线对之间的空间相对距离是相同的，因此，不同的收发天线对之间的波离角、波达角和绝对时延、时延扩展都被认为是相同的。根据这一准则，系统进行相应设计并选择合适的参数。而在分布式天线系统中，由于基站天线的分布放置，收发天线对之间的距离不再相同，各个基站发出的无线电波所经历的传播环境也存在很大差异，这就导致了各基站发出信号的绝对时延和时延扩展也不再相同。因此，要根据不同的绝对时延，对系统进行优化设计，才能够发挥无线通信系统的性能。
传统的绝对时延测试方法一般要求有精准的第三方时钟，比如由GPS提供时钟，通过确定发端发送的时刻和收端接收时刻来确定绝对时延。但是这样系统的设计复杂度和成本较高，且在室内等环境中应用会受到限制。
发明内容
为了降低系统复杂度，本发明提出了一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：
步骤1：使用参考源令收发两端时钟同步；
步骤2：使用同一个复位信号，分别对发端和收端的计数器进行清零复位；
步骤3：收发端计数器计到同一数值时，发端发送数据，同时收端开始接收；
步骤4：摆放发端天线和收端天线，使二者之间的距离为0，记录此时系统群时延；
步骤5：发端和收端分开后，用收端接收到数据的时刻减去收端开始接收的时刻，得到总的传输时延；
步骤6：用步骤5中得到的总的传输时延，减去步骤4中得到的系统群时延，即可得到信号在空中传播的绝对时延。
根据本发明的方法，复位信号可以由收端、发端其中一方或者第三方产生，在对收发进行复位之后，即可拆除收发端的复位信号线，实现收发端的分离。因此本方法复杂度低，系统结构简单，在信道测量、室内定位等需要精确确定绝对时延的场合可以得到广泛应用。
附图说明
图1示出了由发端产生复位信号时的系统结构和接口框图。
图2示出了由收端产生复位信号时的系统结构和接口框图。
图3示出了由第三方产生复位信号时的系统结构和接口框图。
图4示出了根据本发明设计的信道测量设备的系统框图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例来说明本发明进行收发同步的方式。
在具体实施过程中，我们在收发端均采用了Altera公司的FPGA芯片，时钟参考源均由铷钟提供，时钟频率为10MHz。在收发两端的FPGA中，各设置了一个计数器，系统框图如图4所示。
收端打开后，计数器开始计数，当计到N时(即经过N*0.1us之后)，产生两个复位信号Reset1和Reset2，把这两个复位信号分别给到收端和发端的复位接口，将发端和收端计数器同时清零。
收发两端的计数器从复位的下一时刻起，计数器同时计数，当计到M时，二者同时开始工作，发端开始发送测试序列s(n)，收端同时开始接收，用于信道测量的测试序列s(n)一般采用互相关特性良好的PN码序列和Chirp扫频信号，在接收端通过本地序列与接收序列的相关运算得到信道冲激响应。设测试序列s(n)的长度为N，N与实际信道环境中的最大时延扩展和最大多普勒频率有关，同时也受限于实际硬件平台的规模。
测试序列s(n)经过空间传播，到达收端的序列为延时得到的，设总的传输时延τ＝m/fs，fs为参考时钟源提供给A/D的采样频率，m为使用fs将τ量化的结果，则接收到采样序列为s(n-m)。由于测试序列的自相关特性，s(n-m)与发送序列的副本s(n)的卷积近似为冲激函数δ(m)，通过确定m的大小，即可确定总的传输时延τ＝m/fs。
由于测量系统本身的器件、电缆也有群时延，而这部分时延(测量系统群时延)和无线信号在空间传播的绝对时延共同组织成了总的传输时延，因此需要在总的传输时延中去除这部分的影响。方法是将通过摆放收发端天线，使收发端天线间的距离设为0，此时测得的总的传输时延τ等于测量系统群时延τ0，通过这种方法即可得到测量系统群时延τ0。
在手动将收端和发端天线分开一定距离之后，首先得到此时总的传输时延τ＝m/fs，再减去测量系统群时延τ0，则无线信号在空间传输的绝对时延即等于τ-τ0。
在实际信道测量设备设计过程中，如图4所示，发端的信号发生器受发端同步单元的触发(Trigger)信号控制，收端的数据处理模块受到收端同步单元的触发信号控制。发端使用铷钟参考源为射频本振、数模转换器件DA和同步单元提供时钟，收端使用铷钟参考源为射频本振、模数转换器件AD和同步单元提供时钟。测量开始前，使用本发明提出的方法对发端和收端的同步单元计数器进行复位，令收发端的同步单元在同一时刻开始计数，计到同一数值时，发端和收端的同步单元同时产生触发信号，分别给信号发生器和数据处理单元。信号发生器接收到触发信号后立即进行发送，而收端的数据处理单元收到触发信号后同时开始对数据进行处理和存储。根据存储下来的序列采样样本与发送序列的副本s(n)进行卷积，即可得到总的传输时延。
本方法可以用于无线信道测量，也可以用于室内定位等需要精确确定绝对时延的场合。
关于测量误差的分析：
本专利用于测量无线信道的绝对延时，作为测量，总是有一定误差的。本领域技术人员可以根据所需要的测量误差确定是否采用本发明的技术。
本专利的测量误差的可能来源主要有以下几个因素：
1、收发两侧的时钟源的相位漂移
2、收发两侧时钟到数字电路驱动的延时不一致
3、来自同一复位键的复位信号到达收发两侧的延时不一致，由两部分组成：电路板上的延时误差、以及复位线长短不一致导致的延时误差
4、复位后，计数过程中，数字电路的误操作(一般只要计数器满足工作时钟要求，时钟和电源稳定，且没有高能粒子的辐照(在外太空可能会出现)，就不会有计数误操作，而上述条件在地面环境下是很容易做到的)
现在，我们分析上述误差的具体影响。
其中计数过程中的数字电路的误操作影响，在通常地面环境中是可以保证不会出现的，因此可以忽略不计；
再来看复位不同步的影响，其中不同步的因素之一：在采用相同的印制板材料和工艺条件下，保持引线长度一致，则电路偏差很容易控制在1ns以下；因素之二，长度2m以内的复位线长短误差可以很容易控制在1mm以内，即使按自由空间传播速率的1/10来算，其传播时延误差也会控制在：1e-3/3e7＝3.3e-11s，远小于1ns。因此，收发板的收到复位信号到达时间误差不超过1ns。
如前所述，只要材料、工艺、器件选择一致，收发两侧的时钟到达数字电路驱动的延时偏差很容易控制到1ns以内。
因此收发两者相近频率(相位不一定相同)的时钟对复位信号进行读取时，实际的复位误差范围将不超过上述延时误差的最大值2ns与工作时钟周期相比的最大值。通常数字电路的工作频率很容易可以达到100MHz以上，周期在10ns以下，因此收发两端实际复位时间的最大偏差不超过10ns。
最后考虑收发两侧的时钟源的相位漂移的影响。
采用本专利，可以有三类时钟操作方法：
1、收发两侧用同一个时钟，通过电缆连接收发两端，此时不会有相位漂移的影响，只有前述复位时间的偏差影响，不超过10ns
2、收发两侧用同一个时钟驯服的铷/铯钟，或都用GPS驯服的铷/铯钟，此时也不会有相位漂移的影响，只有前述复位时间的偏差影响，不超过10ns
3、收发采用独立的时钟，其频率稳定度由所采用的时钟类型有关，如稳补晶振可以很容易做到1e-8，铷钟可以很容易做到1e-11。由于收发时钟频率不同，计数过程中的确会引用度偏差，我们可以很容易计算出如果计数误差要达到10ns所需的累计时间分别为：10e-9/1e-8＝1s和10e-9/1e-11＝1000s＝17分钟。如果允许测量误差达到1us，则所需的累计时间分别为100s和27.8小时。换句话说，如果采用铷钟，在17分钟内，可使绝对时延测量误差不超过20ns(其中不超过10ns来自复位误差)，在27小时内，绝对延时测量误差不超过1us。
其中前两种操作方法的测量误差只取决于工作频率，如果将工作时钟频率提高到500MHz(对目前的FPGA等电路是不难达到的)，测量误差将减少到2ns以下。
因此本领域技术人员，可根据实际条件，选择适当的时钟配置，以达到所需的测量精度。
尽管已参照附图对本发明进行了描述，然而，对于熟悉本领域技术的人员来说，显而易见的是，可在不背离由所附权利要求限定的本发明宗旨和范围的情况下，对本发明的思想应用到不同的具体实例中去。这里的描述只是说明性的，而完全不应认为是限制性的。本发明的专利保护范围由所附权利要求给出，而不是前面的说明。因此所有落在权利要求范围内的各种变型和等效形式都应属于本发明的专利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：
步骤1：使用参考源令收发两端时钟同步；
步骤2：使用同一个复位信号，分别对发端和收端的计时器进行清零复位；
步骤3：收发端计时器计到同一时刻时，发端发送数据，同时收端开始接收；
步骤4：摆放发端天线和收端天线，使二者之间的距离为0，记录此时测量系统群时延；
步骤5：发端和收端分开后，用收端接收到数据的时刻减去收端开始接收的时刻，得到总的传输时延；
步骤6：用步骤5中得到的总的传输时延，减去步骤4中得到的测量系统群时延，即可得到信号在空中传播的绝对时延。
2.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述参考源为晶体振荡器。
3.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述参考源为铷钟。
4.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述参考源为铯钟。
5.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述复位信号由发端产生。
6.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述复位信号由收端产生。
7.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述复位信号由除收发端以外的第三方产生。
8.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述清零复位操作为同步复位。
9.根据权利要求1所述的一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法，其特征在于，所述清零复位操作为异步复位。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910078510.XA CN101488802B (zh) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910078510.XA CN101488802B (zh) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101488802A CN101488802A (zh) | 2009-07-22 |
| CN101488802B true CN101488802B (zh) | 2016-05-11 |
Family
ID=40891501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910078510.XA Expired - Fee Related CN101488802B (zh) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101488802B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102223193B (zh) * | 2011-07-08 | 2016-07-06 | 展讯通信（上海）有限公司 | 时分网络终端射频接收链路的群时延波动测量方法及系统 |
| CN102647223B (zh) * | 2012-03-26 | 2014-07-02 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定方法 |
| CN103117822B (zh) * | 2013-01-25 | 2014-12-31 | 华中科技大学 | 一种接收机通道群时延测量装置 |
| CN105578588A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-05-11 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种基站同步、定位方法和设备 |
| CN107907877A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 天津大学 | 一种基于多普勒效应的室内距离定位系统 |
| CN108768761B (zh) * | 2018-04-11 | 2022-02-15 | 武汉大学 | 网络信号传输时延纳秒级时间精度测量方法及装置 |
| US11057001B2 (en) | 2020-06-14 | 2021-07-06 | Intel Corporation | Apparatus, system, and method of distributing a reset signal to a plurality of PHY chains |
| CN113938220B (zh) * | 2021-10-12 | 2023-09-05 | 中国联合网络通信集团有限公司 | 无线信道探测方法、装置、电子设备及存储介质 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1767408A (zh) * | 2005-11-02 | 2006-05-03 | 张珂 | 具有距离检测功能的移动电话 |
-
2009
- 2009-02-25 CN CN200910078510.XA patent/CN101488802B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1767408A (zh) * | 2005-11-02 | 2006-05-03 | 张珂 | 具有距离检测功能的移动电话 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101488802A (zh) | 2009-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101488802B (zh) | 一种用于无线信道绝对时延测试的收发同步方法 | |
| CN108964867B (zh) | 一种测距方法及测距系统 | |
| US12081643B2 (en) | Methods for nanosecond-scale time synchronization over a network | |
| CN104569965B (zh) | 一种机动配置双基地雷达的时间、频率同步方法 | |
| US8446861B2 (en) | Multi-antenna radio channel measurement system and method for two-way radio channel measurement | |
| JP2003204573A (ja) | 位置探索システム及び位置探索方法 | |
| MacCartney et al. | A flexible wideband millimeter-wave channel sounder with local area and NLOS to LOS transition measurements | |
| Vertatschitsch et al. | R2DBE: a wideband digital backend for the Event Horizon Telescope | |
| CN103248384B (zh) | 一种基于无线脉冲技术的天线测试方法与系统 | |
| CN106465322B (zh) | 用于基站在没有预校准的情况下测量节点的内部上行链路延迟和下行链路延迟的技术 | |
| CN102143023A (zh) | 一种基于fpga的误码测试系统 | |
| CN101478770B (zh) | 基于快速开关的解决相噪问题的多天线测量信号发送方法 | |
| Wen et al. | mmWave MIMO channel sounding for 5G | |
| Vashistha et al. | E-DTDOA based localization for wireless sensor networks with clock drift compensation | |
| CN105245324A (zh) | 时钟同步方法及装置 | |
| CN1866801B (zh) | 测量无线基站通道延迟的装置和方法 | |
| CN103974313B (zh) | 定位测量方法、装置、站点及ap设备 | |
| Vashistha et al. | A novel E-DTDOA based one-way ranging using UWB-IR with unsynchronized anchors | |
| Hedley et al. | System and algorithms for accurate indoor tracking using low-cost hardware | |
| CN102104384A (zh) | 差分延时链单元及包括其的时间数字转换器 | |
| He et al. | Channel modeling for Kiosk downloading communication system at 300 GHz | |
| CN201185428Y (zh) | 时间综合测量仪 | |
| Slovák et al. | Integrated SoC UWB radar with built-in 15-bit M-sequence generator | |
| US20240205853A1 (en) | Method and arrangement for determining a clock offset between at least two radio units | |
| JP5497682B2 (ja) | フェージングシミュレータ、移動体通信端末試験システム、及びフェージング処理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160511 Termination date: 20170225 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |