CN103220774A - 一种借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于授时技术领域，提供了一种借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，首先服务基站下行信息捕获模块从服务基站获取用于授时的系统信息，长码状态表建立模块建立长码状态表；然后以系统时间和长码状态表作为基准生成长码状态；最后当生成的长码状态和从服务基站的发送的长码状态相同时，发送时间确定模块确定服务基站发送信息的时间，授时模块由系统发送时间和传播时间延迟确定当前准确时间；该借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，精度高、室内外全方位、实现简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

Description

一种借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统

技术领域

本发明属于授时技术领域，尤其涉及一种借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统。

背景技术

随着现代信息化时代的到来，导航定位和授时系统变得很重要的，而且也是最关键的国家基础设施之一。精密时间是科学研究、科学实验和工程技术诸方面的基本物理参量，它为一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时基坐标。现代社会许多方面，如电网运行、移动通信、高速数字通行、金融计算机网络安全、数字化广播电网-电信网-计算机网三网融合、航空、航天、卫星发射及监控、巨涌通信网∕侦察网∕预警雷达网、多兵种武器协同作战、智能化交通、地质、测绘、导航、气象地震监测、科学计量、减灾救灾和国家安全等，都对高精度授时提出应用需求。总之，从日常生活到航天发射，从出外步行到航空航海都离不开授时。从建立一个现代化国家的大系统工程总体考虑，授时系统应该说是基础的基础，它对整体社会的支撑几乎是全方位的，授时是未来发展的必然趋势。

目前所采用的授时方法如下：

（1）无线控制授时(Radio Controlled Technology,RCT)系统

无线控制授时包括短波授时和长波授时，短波授时的基本方法是由无线电台发播时间信号（简称时号），用户用无线电接收机接收时号，然后进行本地对时，我国目前有国家授时中心，陕西天文台的BPM，上海天文台的XSG（每天世界时3h，9h前后发播几分钟，主要为附近航海者服务）以及台北的BSF（每天世界时1h至9h发播）。短波授时台在规定的短波频率上发播用音频调制的一定格式的短波时号，发播的时号起点受控于原了钟，并与国际标准UTC秒同步。当短波时号被用户接收后，通过对检波的时号秒进行传播延迟等修正，远处用户便可得到与授时台同步的标准UTC秒。

长波授时方法利用长波（低频）进行时间频率传递与校准，是一种覆盖能力比短波强，校准的准确度更高的授时方法，我国在20世纪70年代初开始建设自己的专门用于时频传递的罗兰-C体制长波授时台（陕西天文台），呼号为BPL，其载频信号由国家授时中心铯原子钟组产生。

（2）卫星授时方法

卫星授时方法主要包括GPS授时、北斗授时、伽利略等卫星导航系统的授时方法，可以实现发播信号大面积的覆盖，而且比起前两种授时方法，它的精度更高，根据卫星在授时中所起的作用卫星授时分为主动式和中转式，主动式卫星有精密时钟，可发布标准时间信号，中转式仅转发由地面时间基准通过卫星地面站送来的标准时间信号。

GPS授时系统从GPS卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU），这样就可以达到整个系统的时间同步。

北斗授时为用户机提供两种授时方式：单向授时和双向授时。单向授时的精度为100ns，双向授时的精度为20ns。在单向授时模式下，用户机不需要与地面中心站进行交互信息，只需接收北斗广播电文信号，自主获得本地时间与北斗标准时间的钟差，实现时间同步；双向授时模式下，用户机与中心站进行交互信息，向中心站发射授时申请信号，由中心站来计算用户机的时差，再通过出站信号经卫星转发给用户，用户按此时间调整本地时钟与标准时间信号对齐。

（3）原子钟授时方法

原子钟作为时钟源，产生相对准确和稳定的时频标准，这个频率标准通过系统分频器得到实时的标准时间信息，如：年、月、日、时、分、秒、毫秒、微妙等时间信息。这些时间信息通过时间信息处理器，进行码变换和加密等信号处理，形成标准授时信号，再将授时信号送到调制器去调制一个高频载波，调制好的信号通过激励器以一定的激励功率去激励发射机的强放级，由强放级产生数十千瓦的功率向空间发射无线电电波。

（4）有线授时方法

有线授时方法包括互联网、NTP授时和电话授时方法。采用用户询问方式向用户提供标准时间信号。

计算机互联网上的标准时间传递技术是基于TCP/IP协议的数据通讯模式采用网络时延修正技术，由软件系统及相关外围电路组成。它建立在普及的因特网基础上，利用客户服务器的体系，将中国国家授时中心所保持的高稳定度和高精密度的标准时间通过计算机网络进行发布。

网络时间协议(Network Time Protocol,NTP)是由RFC1305定义的网络时间同步协议，用来在分布式时问服务器与客户端之间进行时间同步。使用NTP的目的是对网络内所有具有时钟的设备进行时钟同步，使网络内的所有时钟保持一致，从而使设备能够提供基于统一时间的多种应用。

电话授时系统通过公用电话网络传递标准时间是随着电信事业的发展而出现的一种新的授时技术。我国研制的电话授时系统时间同步精度已达1ms内，适合中等精度用户的要求。该系统由中心主控机和用户接收器组成，陕西天文台守时原子钟组主钟为主控机提供标准秒信号，用户接收器接收主控机的标准时间信息，而后由其内部的石英晶体振荡器和单片机系统维持时钟。

（5）借助蜂窝网进行授时的方法。

由于CDMA系统采用卫星授时，且在下行信息中发布有时间信息，可以使用CDMA蜂窝网系统进行授时。CDMA网络授时器是上海锐呈电气有限公司自主开发生产的一款一层NTP网络时间服务器，能在防火墙内部提供精确安全的网络同步时间信息，它采用CDMA信号作为时间同步源，该产品集成了CDMA接收模块和高性能工业级主板，可以通过CDMA网络获得UTC时间信息，能非常方便部署在任何有CDMA信号的地方，尤其适合部署在不方便布设室外GPS天线的网络通讯机房内^[8]。IS95∕CDMA2000授时模块所处的IS95∕CDMA2000移动通信网络中，所有服务基站以全球定位系统(GPS)时标作为时钟基准，工作在同一个系统时钟上。通过接收∕解调前向链路信号中的导频信道和同步信道，可以提取授时信息，与IS95∕CDMA2000系统时钟保持同步从而获取高精度秒脉冲和本地时间。

上述授时系统需要存在的问题：

无线控制授时存在的问题：短波授时信号是凭借电离层的反射来传播的，由于电离层受太阳黑子高低年变化、季节变化和昼夜变化等因素的影响，其反射性呈现不规则的变化，从而导致时号传输的稳定性遭受很大的影响，短波授时接收机在长时间内无法成功授时。而且其授时精度只有±lms左右，在一些授时精度要求较高的场合无法满足使用。长波授时信号稳定可靠，抗干扰性能好，国内长波授时台的授时精度能够达到+5us。但长波授时也存在授时信息单一、不能自主授时等诸多局限，同时如果授时台链数据重复周期较长时，用户要经过很长时间才能授时成功，不利于精确测量和实时授时。

卫星授时存在的问题：①GPS系统受美国军方控制，其传输码仅对美国军方和授权用户开放，民用C/A码的时间同步精度比P码要低2个数量级，而且其安全性没有保障；②信号通过无线方式传输，易受外界干扰；③室内授时受限，卫星授时系统需要天线放在室外，因此对于室内和遮挡环境下该系统无法授时。

原子钟授时存在的问题：通常守时用原子钟要求能连续不间断地运行，中长期稳定度要好；而频率计量、校准则要求很高的准确度和频率重现性；车载、星载钟则要求可靠性高，体积重量小。有的应用则要求高的环境适应性，如温度效应小等。为使守时钟发挥最好的效能，需要给原子钟提供良好的运行环境，包括温、湿度的稳定保持，对钟房进行电、磁屏蔽处理等。原子钟授时系统复杂，价格高。

有线授时存在的问题：互联网授时系统组网比较复杂，成本高，且只能对符合要求的透明网络提供较好的授时服务，还未解决经过路由器等不确定性网络的授时问题。NTP授时技术存在两个问题：①在网络结构较为复杂时，NTP消息报文网络传输的延迟是不能忽略的，按照NTP算法会引入不可抵消的误差。②NTP服务器在无法连接外部时钟源时，只能靠自身的硬件时钟来维持，时间服务的精度受到一定影响。电话授时主要存在时间延迟和秒信号同步误差。用户接受机内部石英晶体提供的频率存在较大的线性漂移，接收器的自持能力差。

当前借助于CDMA蜂窝网授时系统存在的问题：①授时精度不高，采用广播信道下发的系统系统进行授时，系统时间的跨度为240ms，因此授时精度在240ms。②使用短码同步的方法存在模糊度问题，使用短码同步的方法可以找到码片级别（813ns）的时间精度，由于CDMA系统下行导频码使用的码周期为80/3ms，因此在240ms时间间隔会出现9个同步点，需要进一步消除该模糊度。③使用长码授时方法实现复杂，由于CDMA系统同步信息包含有长码状态，通过该状态可以唯一的确定CDMA系统发送的信息的准确时间，该时间精度为100ns。长码状态速率为1.2288MHz，其周期接近2⁴²，如果把所有的长码状态建表，该表的大小为24TB，当前的软硬件处理都很难处理，实现非常复杂。

发明内容

本发明提供了一种借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，旨在解决当前借助蜂窝网系统进行授时的技术，授时精度低、存在模糊度、实现困难的问题。

本发明的目的在于提供一种借助蜂窝网进行精密授时的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，从服务基站获取用于授时的系统信息，建立长码状态表；

步骤二，以系统时间和长码状态表作为基准生成长码状态；

步骤三，当生成的长码状态和从服务基站的发送的长码状态相同时，确定服务基站发送信息的时间，由系统发送时间和传播时间延迟确定当前准确时间。

进一步，在步骤一中，从服务基站获取用于授时的系统信息时，包括获取服务基站下行的同步信道信息、系统时间、长码状态、服务基站下行的广播信道信息、服务基站的位置坐标。

进一步，在步骤一中，建立的长码状态表中的数据包括状态表长度n(1Byte)、状态值存储的指针偏移B(2Byte)，初始相位P0(3Byte)、状态值(每一个6Byte)。

进一步，在步骤一中，长码状态表的建立方法为：

步骤11，确定长码发生器多项表达式序列，poly='20547378277'(16进制)；

步骤12，确定状态表长度n，同时状态表长度n可根据实际情况确定；

步骤13，确定相位偏移量d_phase，d_phase=(2⁴²-1)/n；

步骤14，确定初始状态，curren_state＝0；

步骤15，利用长码产生算法实现对当前状态进行相位偏移后的输出状态；

步骤16，将当前状态置换为步骤15中的输出状态；

步骤17，循环步骤15、步骤16直到产生n个状态；

上述n个状态建成长码状态表。

进一步，确定系统消息发送时间的实现方法为：

步骤21，根据系统时间确定长码生成初始起点P；

在CDMA系统中，码片的标识是以1980-1-6-00:00:00开始的，下行同步信息发送的系统时间是以超帧为帧计数进行发送，即以240ms为单位进行计数，则系统信息发送时间为：

t_s＝N×240ms/³，其中N为服务基站发送的系统时间信息；

步骤22，确定长码生成时间chip_time，chip_time=(t_s+1)*1000000；

公式中增加1ms的目的是为了确保服务基站发送的长码状态在该时间段内；

步骤23，查表确定长码的初始状态；

在CDMA系统中，长码周期是2⁴²-1，码片的初始状态以2⁴²-1进行周期性变化。

进一步，查找长码状态表的实现步骤为：

步骤31，确定码片相位；

p=round(rem(chip_time，T_lc))，chip_time为长码生成时间，T_lc为长码周期，rem()为求余函数；

步骤32，确定状态表两纪录间的相位数，

phase_record=(2⁴²-1)/n；

步骤33，确定码片相位对应的状态表位置，

record_number=floor(p/phase_record)；

步骤34，取状态表中的状态值，由上述的状态表位置查表取出当前长码状态值current_table_state；

步骤35，确定码片相位对应状态表中的相位余值，

phase_after_record=p-record_number*phase_record；

同时将确定长码的初始状态过程中获取的current_table_state假定为当前状态值，将相位余值phase_after_record定义为相位偏移值，即可利用长码产生算法产生PN码的当前状态。

进一步，产生长码状态的步骤如下：

步骤41，确定初始状态initial_state，相位偏移量phase_offset；

initial_state=current_table_state，phase_offset=phase_after_record；

步骤42，确定长码发生器多项表达式序列，poly='20547378277'(16进制)；

步骤43，按相位偏移量大小，对状态进行逐步求解；

current_state=2*bitxor(initial_state poly)+1

initial_state=current_state  ；

步骤44，将initial_state对应值作为长码状态out_state输出，并记录对应的相位偏移量out_phase_offset。

进一步，将产生PN长码状态过程输出的长码状态out_state和服务基站发送的长码状态相同时，获取器对应相位偏移量输出值out_phase_offset，系统消息发送时间t_T为：

$t_T=\left[\frac{t_s}{T_{\mathrm{lc}}}\right]\×T_{\mathrm{lc}}*{10}^6+\mathrm{record}\_\mathrm{number}*\mathrm{Phase}\_\mathrm{record}/1.2288*{10}^3\left(\mathrm{ns}\right).$

进一步，确定精确授时时间的实现方法为：

利用手机定位系统获取手机的当前位置(x_m，y_m)；

获取传播时间延迟t_d， $t_d=\sqrt{{(x_m-x_B)}^2+{(y_m-y_B)}^2}/C,$ C为电磁波传播速度；

确定授时时间t_R，t_R=t_T+t_d。

本发明的另一目的在于提供一种借助蜂窝网进行精密授时的系统，该系统包括：

服务基站下行信息捕获模块，用于获取服务基站下行的同步信道信息、获取系统时间、长码状态、服务基站下行的广播信道信息、服务基站的位置坐标；

长码状态表建立模块，与所述服务基站下行信息捕获模块相连接，用于根据CDMA长码生成方法确定长码状态，根据长码状态表存储长度建立长码状态表；

发送时间确定模块，与所述长码状态表建立模块相连接，用于当生成长码状态和同步信道发送的长码状态相同时，确定长码发送时间；

授时模块，与所述发送时间确定模块相连接，用于使用服务基站的位置坐标和终端的位置坐标，确定信号传播时间延迟、长码发送时间及信号传播时间延迟，最终确定当前准确时间。

本发明提供的借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，首先服务基站下行信息捕获模块从服务基站获取用于授时的系统信息，长码状态表建立模块建立长码状态表；然后以系统时间和长码状态表作为基准生成长码状态；最后当生成的长码状态和从服务基站的发送的长码状态相同时，发送时间确定模块确定服务基站发送信息的时间，授时模块由系统发送时间和传播时间延迟确定当前准确时间；该借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，精度高、室内外全方位、实现简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的借助蜂窝网进行精密授时的方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的长码状态查表简图；

图3是本发明实施例提供的借助蜂窝网进行精密授时的系统的结构框图。

图中：31、服务基站下行信息捕获模块；32、长码状态表建立模块；33、发送时间确定模块；34、授时模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

图1示出了本发明实施例提供的借助蜂窝网进行精密授时的方法的实现流程。

该方法包括以下步骤：

步骤S101，从服务基站获取用于授时的系统信息，建立长码状态表；

步骤S102，以系统时间和长码状态表作为基准生成长码状态；

步骤S103，当生成的长码状态和从服务基站的发送的长码状态相同时，确定服务基站发送信息的时间，由系统发送时间和传播时间延迟确定当前的准确时间。

在本发明实施例中，在步骤S101中，从服务基站获取用于授时的系统信息时，包括获取服务基站下行的同步信道信息、系统时间、长码状态、服务基站下行的广播信道信息、服务基站的位置坐标。

在本发明实施例中，在步骤S101中，建立的长码状态表中的数据包括状态表长度n(1Byte)、状态值存储的指针偏移B(2Byte)，初始相位P0(3Byte)、状态值(每一个6Byte)。

在本发明实施例中，在步骤S101中，长码状态表的建立方法为：

步骤11，确定长码发生器多项表达式序列，poly='20547378277'(16进制)；

步骤12，确定状态表长度n，同时状态表长度n可根据实际情况确定；

步骤13，确定相位偏移量d_phase，d_phase=(2⁴²-1)/n；

步骤14，确定初始状态，curren_state＝0；

步骤15，利用长码产生算法实现对当前状态进行相位偏移后的输出状态；

步骤16，将当前状态置换为步骤15中的输出状态；

步骤17，循环步骤15、步骤16直到产生n个状态；

上述n个状态建成长码状态表。

在本发明实施例中，确定系统消息发送时间的实现方法为：

步骤21，根据系统时间确定长码生成初始起点P；

在CDMA系统中，码片的标识是以1980-1-6-00:00:00开始的，下行同步信息发送的系统时间是以超帧为帧计数进行发送，即以240ms为单位进行计数，则系统信息发送时间为：

t_s＝N×240ms/³，其中N为服务基站发送的系统时间信息；

步骤22，确定长码生成时间chip_time，chip_time=(t_s+1)*1000000；

公式中增加1ms的目的是为了确保服务基站发送的长码状态在该时间段内；

步骤23，查表确定长码的初始状态；

在CDMA系统中，长码周期是2⁴²-1，码片的初始状态以2⁴²-1进行周期性变化。

在本发明实施例中，查找长码状态表的实现步骤为：

步骤31，确定码片相位；

p=round(rem(chip_time，T_lc))，chip_time为长码生成时间，T_lc为长码周期，rem()为求余函数；

步骤32，确定状态表两纪录间的相位数，

phase_record=(2⁴²-1)/n；

步骤33，确定码片相位对应的状态表位置，

record_number=floor(p/phase_record)；

步骤34，取状态表中的状态值，由上述的状态表位置查表取出当前长码状态值current_table_state；

步骤35，确定码片相位对应状态表中的相位余值，

phase_after_record=p-record_number*phase_record；

同时将确定长码的初始状态过程中获取的current_table_state假定为当前状态值，将相位余值phase_after_record定义为相位偏移值，即可利用长码产生算法产生PN码的当前状态。

在本发明实施例中，产生长码状态的步骤如下：

步骤41，确定初始状态initial_state，相位偏移量phase_offset；

initial_state=current_table_state，phase_offset=phase_afier_record；

步骤42，确定长码发生器多项表达式序列，poly='20547378277'(16进制)；

步骤43，按相位偏移量大小，对状态进行逐步求解；

current_state=2*bitxor(initial_state poly)+1

initial_state=current_state  ；

步骤44，将initial_state对应值作为长码状态out_state输出，并记录对应的相位偏移量out_phase_offset。

在本发明实施例中，将产生PN长码状态过程输出的长码状态out_state和服务基站发送的长码状态相同时，获取器对应相位偏移量输出值out_phase_offset，系统消息发送时间t_T为：

$t_T=\left[\frac{t_s}{T_{\mathrm{lc}}}\right]\×T_{\mathrm{lc}}*{10}^6+\mathrm{record}\_\mathrm{number}*\mathrm{Phase}\_\mathrm{record}/1.2288*{10}^3\left(\mathrm{ns}\right).$

在本发明实施例中，确定精确授时时间的实现方法为：

利用手机定位系统获取手机的当前位置(x_m，y_m)；

获取传播时间延迟t_d， $t_d=\sqrt{{(x_m-x_B)}^2+{(y_m-y_B)}^2}/C,$ C为电磁波传播速度；

确定授时时间t_R，t_R=t_T+t_d。

图3示出了本发明实施例提供的借助蜂窝网进行精密授时的系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该系统包括：

服务基站下行信息捕获模块31，用于获取服务基站下行的同步信道信息、获取系统时间、长码状态、服务基站下行的广播信道信息、服务基站的位置坐标；

长码状态表建立模块32，与服务基站下行信息捕获模块31相连接，用于根据CDMA长码生成方法确定长码状态，根据长码状态表存储长度建立长码状态表；

发送时间确定模块33，与长码状态表建立模块32相连接，用于当生成长码状态和同步信道发送的长码状态相同时，确定长码发送时间；

授时模块34，与发送时间确定模块33相连接，用于使用服务基站的位置坐标和终端的位置坐标，确定信号传播时间延迟、长码发送时间及信号传播时间延迟，最终确定当前准确时间。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

针对当前借助蜂窝网系统进行授时技术存在的授时精度不高，存在模糊度，实现困难等难点，本设计了建立长码状态表，联合使用长码状态和系统时间的方法实现借助于蜂窝网系统的精密授时技术。

本发明提供的技术方案是从服务基站获取用于授时的下行信息，建立长码状态表，以系统时间和长码状态表作为基准进行长码状态的生成，当生成的长码状态和服务基站的发送的长码状态相同时，既可以确定服务基站发送信息的时间，由系统发送时间和传播时间延迟即可确定当前的准确时间；系统主要包括：服务基站下行信息捕获模块31、长码状态表建立模块32、发送时间确定模块33、授时模块34。

服务基站下行信息捕获模块31主要获取基站下行的同步信道信息，获取系统时间（ts）和长码状态（Lcs-state）；获取基站下行的广播信道信息，获取基站的位置坐标；

长码状态表建立模块32根据CDMA长码生成方法确定长码状态，根据长码状态表存储长度建立长码状态表；

发送时间确定模块33由基站系统时间、长码生成方法、长码状态表确定长码状态，当生成长码状态和同步信道发送的长码状态（Lcs-state）相同时，即可确定长码发送时间（t_T）；

授时模块34使用基站的位置坐标和终端的位置坐标，确定信号传播时间延迟，长码发送时间（t_T）和信号传播时间延迟即可确定系统的当前时间。

1）获取用于授时的系统信息

捕获基站同步信道信息，获取系统时间（t_s）和长码状态（Lcs-state），捕获基站的广播信道信息，获取基站的位置坐标(x_B,y_B)。

2）构建长码状态表

状态表中的数据包括状态表长度n(1Byte)，状态值存储的指针偏移B(2Byte)，初始相位P₀(3Byte)，状态值current_state(每一个6Byte)。

状态表生成的步骤如下：

（1）确定长码发生器多项表达式序列

poly='20547378277'(16进制)

（2）确定状态表长度n；（状态表长度n可根据实际情况确定）

（3）确定相位偏移量d_phase；

d_phase=(2⁴²-1)/n；

（4）确定初始状态

curren_state＝0；

（5）利用长码产生算法实现对当前状态进行相位偏移后的输出状态；

（6）将当前状态置换为5中输出状态。

（7）循环（5）、（6）直到产生n个状态。

上述n个状态建成表即为长码状态表。

3）确定系统消息发送时间

（1）根据系统时间确定长码生成初始起点P。

在CDMA系统中，码片的标识是以1980-1-6-00:00:00开始，下行同步信息发送的系统时间是以超帧为帧计数进行发送，即以240ms为单位进行计数：

则系统信息发送时间为：

t_s＝N×240ms/³，其中N为基站发送的系统时间信息。

（2）确定长码生成时间chip_time，chip_time=(t_s+1)*1000000，公式中增加1ms的目的是为了确保基站发送的长码状态在该时间段内。

（3）查表确定长码的初始状态

在CDMA系统中，长码周期是2⁴²-1，故码片的初始状态总是以2⁴²-1进行周期性变化。

状态表查找步骤如下：

确定码片相位为p=round(rem(chip_time，T_lc))，其中：chip_time为长码生成时间，T_lc为长码周期，rem()为求余函数；

确定状态表两纪录间的相位数phase_record=(2⁴²-1)/n；

确定码片相位对应的状态表位置

record_mumber=floor(p/phase_record)；

取状态表中的状态值，由上述的状态表位置查表取出当前长码状态值，current_table_state；

确定码片相位对应状态表中的相位余值，

phase_after_record=p-record_number*phase_record，长码状态查表简图如图2所示。

（4）产生PN长码状态

将（3）中查表确定长码的初始状态过程中获取的current_table_state假定为当前状态值，将相位余值phase_after_record定义为相位偏移值。即可利用长码产生算法产生PN码的当前状态。

长码状态产生算法的步骤如下：

确定初始状态initial_state，相位偏移量phase_offset，

initial_state=current_table_state

phase_offset=phase_after_record

确定长码发生器多项表达式序列

poly='20547378277'(16进制)

按相位偏移量大小，对状态进行逐步求解

current_state=2*bitxor(initial_state poly)+1

initial_state=current_state

将ihitial_state对应值作为长码状态out_state输出，并记录对应的相位偏移量out_phase_offset。

（5）系统消息发送时间t_T

将（4）产生PN长码状态过程输出的长码状态out_state和基站发送的长码状态（Lcs-state）相同时，获取器对应相位偏移量输出值out_phase_offset。

系统消息发送时间t_T为：

$t_T=\left[\frac{t_s}{T_{\mathrm{lc}}}\right]\×T_{\mathrm{lc}}*{10}^6+\mathrm{record}\_\mathrm{number}*\mathrm{Phase}\_\mathrm{record}/1.2288*{10}^3\left(\mathrm{ns}\right).$

4）确定精确授时时间t_R

（1）利用手机定位系统获取手机的当前位置(x_m,y_m)

（2）获取传播时间延迟t_d

$t_d=\sqrt{{(x_m-x_B)}^2+{(y_m-y_B)}^2}/C$

其中：C为电磁波传播速度。

（3）确定授时时间。

t_R＝t_T+t_d

6、有益效果：

1）精度分析，通过本确定授时精度受限于两个方面，第一是蜂窝网系统发送时间精度，按照CDMA系统协议要求，该时间精度为100ns。第二是信号传播时间，主要由基站和手机的位置精度确定，按照美国国际通信委员会FCCⅡ的要求，手机终端定位精度75％确保在50米以内，传播时间误差在500/3ns范围，因此定位授时精度在800/3ns范围。

2)其它性能分析见下表。

表格1性能分析表

	传统蜂窝网授时方法	卫星定位系统	本
				授时精度	80ms	100ns	800/3ns
适用范围	室内外	室外无遮挡	室内外
				可实现性	可实现	可实现	可实现

本发明实施例提供的借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，首先服务基站下行信息捕获模块31从服务基站获取用于授时的系统信息，长码状态表建立模块32建立长码状态表；然后以系统时间和长码状态表作为基准生成长码状态；最后当生成的长码状态和从服务基站的发送的长码状态相同时，发送时间确定模块33确定服务基站发送信息的时间，授时模块34由系统发送时间和传播时间延迟确定当前准确时间；该借助蜂窝网进行精密授时的方法及系统，精度高、室内外全方位、实现简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种借助蜂窝网进行精密授时的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，从服务基站获取用于授时的系统信息，建立长码状态表；

步骤二，以系统时间和长码状态表作为基准生成长码状态；

步骤三，当生成的长码状态和从服务基站的发送的长码状态相同时，确定服务基站发送信息的时间，由系统发送时间和传播时间延迟确定当前准确时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，从服务基站获取用于授时的系统信息时，包括获取服务基站下行的同步信道信息、系统时间、长码状态、服务基站下行的广播信道信息、服务基站的位置坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，建立的长码状态表中的数据包括状态表长度n(1Byte)、状态值存储的指针偏移B(2Byte)，初始相位P0(3Byte)、状态值(每一个6Byte)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，长码状态表的建立方法为：

步骤11，确定长码发生器多项表达式序列，poly='20547378277'(16进制)；

步骤12，确定状态表长度n，同时状态表长度n可根据实际情况确定；

步骤13，确定相位偏移量d_phase，d_phase=(2⁴²-1)/n；

步骤14，确定初始状态，curren_state＝0；

步骤15，利用长码产生算法实现对当前状态进行相位偏移后的输出状态；

步骤16，将当前状态置换为步骤15中的输出状态；

步骤17，循环步骤15、步骤16直到产生n个状态；

上述n个状态建成长码状态表。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定系统消息发送时间的实现方法为：

步骤21，根据系统时间确定长码生成初始起点P；

在CDMA系统中，码片的标识是以1980-1-6-00:00:00开始的，下行同步信息发送的系统时间是以超帧为帧计数进行发送，即以240ms为单位进行计数，则系统信息发送时间为：

t_s＝N×240ms/3，其中N为服务基站发送的系统时间信息；

步骤22，确定长码生成时间chip_time，chip_time=(t_s+1)*1000000；

公式中增加1ms的目的是为了确保服务基站发送的长码状态在该时间段内；

步骤23，查表确定长码的初始状态；

在CDMA系统中，长码周期是2⁴²-1，码片的初始状态以2⁴²-1进行周期性变化。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，查找长码状态表的实现步骤为：

步骤31，确定码片相位；

p=round(rem(chip_time，T_lc))，chip_time为长码生成时间，T_lc为长码周期，rem()为求余函数；

步骤32，确定状态表两纪录间的相位数，

phase_record=(2⁴²-1)/n；

步骤33，确定码片相位对应的状态表位置，

record_number=floor(p/phase_record)；

步骤34，取状态表中的状态值，由上述的状态表位置查表取出当前长码状态值current_table_state；

步骤35，确定码片相位对应状态表中的相位余值，

phase_after_record=p-record_number*phase_record；

同时将确定长码的初始状态过程中获取的current_table_state假定为当前状态值，将相位余值phase_after_record定义为相位偏移值，即可利用长码产生算法产生PN码的当前状态。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，产生长码状态的步骤如下：

步骤41，确定初始状态initial_state，相位偏移量phase_offset；

initial_state=current_table_state，phase_offset=phase_after_record；

步骤42，确定长码发生器多项表达式序列，poly＝'20547378277'(16进制)；

步骤43，按相位偏移量大小，对状态进行逐步求解；

current_state=2*bitxor(initial_state poly)+1

initial_state＝current_state；

步骤44，将initial_state对应值作为长码状态out_state输出，并记录对应的相位偏移量out_phase_offset。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将产生PN长码状态过程输出的长码状态out_state和服务基站发送的长码状态相同时，获取器对应相位偏移量输出值out_phase_offset，系统消息发送时间t_T为：

$t_T=\left[\frac{t_s}{T_{\mathrm{lc}}}\right]\×T_{\mathrm{lc}}*{10}^6+\mathrm{record}\_\mathrm{number}*\mathrm{Phase}\_\mathrm{record}/1.2288*{10}^3\left(\mathrm{ns}\right).$

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定精确授时时间的实现方法为：

利用手机定位系统获取手机的当前位置(x_m,y_m)；

获取传播时间延迟t_d，

C为电磁波传播速度；

确定授时时间t_R，t_R=t_T+t_d。

10.一种借助蜂窝网进行精密授时的系统，其特征在于，该系统包括：

服务基站下行信息捕获模块，用于获取服务基站下行的同步信道信息、获取系统时间、长码状态、服务基站下行的广播信道信息、服务基站的位置坐标；

长码状态表建立模块，与所述服务基站下行信息捕获模块相连接，用于根据CDMA长码生成方法确定长码状态，根据长码状态表存储长度建立长码状态表；

发送时间确定模块，与所述长码状态表建立模块相连接，用于当生成长码状态和同步信道发送的长码状态相同时，确定长码发送时间；

授时模块，与所述发送时间确定模块相连接，用于使用服务基站的位置坐标和终端的位置坐标，确定信号传播时间延迟、长码发送时间及信号传播时间延迟，最终确定当前准确时间。

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