CN104333444A - 一种3d mimo实验验证平台基带处理单元同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法，平台的基站端由一个中心处理节点(Center Consol Net，CCN)和多个基带处理单元组成，因此需要解决多个基带处理单元与CCN之间的同步问题。可以将该同步问题分为时钟同步和数据同步两部分。本发明时钟同步部分采用GPS同步，数据同步部分采用最大路径时延对齐同步方案，也是本发明的关键技术。最大路径时延对齐方案，将中心处理节点到每个基带处理单元的路径延迟都对齐到最大路径延迟上，有效解决了基带处理单元之间的数据同步问题；同时循环同步机制有效的避免了由于交换机的数据阻塞或其他不确定因素对同步机制的影响，且当系统失步时可以自动实现再次同步。

Description

一种3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种同步方法，具体涉及一种3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法。 

背景技术

蜂窝网络下的三维多入多出(3D MIMO)通信技术，近年来得到了工业界、学术界的广泛关注，在IMT-Advanced以及后续演进中扮演重要角色。3D MIMO实验验证平台用于验证与分析3D MIMO关键技术在实际系统中的性能。实验验证平台的基站端由中心处理节点(Center Control Node，CCN)和多个基带处理单元组成的，因此需要解决多个基带处理单元与CCN之间的同步问题。可以将同步问题分为时钟同步问题和数据同步问题两部分。 

基于不同的授时方式，时钟同步技术可以分为卫星时钟同步(包括GPS授时系统、北斗授时系统等)和网络时钟同步(包括NTP/SNTP网络时钟同步协议和IEEE1588网络时钟同步协议等)。授时精度方面，卫星授时同步要比网络授时同步的高；而网络时钟同步不需要卫星覆盖，成本低，且都支持以太端口，使用方便。在卫星授时方面，GPS授时系统授时精度和综合成本要优于北斗卫星授时系统；网络时钟同步技术方面，IEEE1588时钟同步协议在精度上和安全性都优于NTP/SNTP时钟同步协议。但是，单独使用上述时钟同步方案中的某一种只能满足多个基带处理单元之间时钟同步的要求，并不能同时达到数据同步的效果。目 前广泛应用于云平台的分布式数据同步协议，都是在应用在应用层的、通过文件的同步复制或异步复制的方式实现不同数据库节点上的数据同步，对时间精度的要求低，并不适用于应用于MAC层多基带处理单元之间的数据同步问题。所以，仍需要发明一种应用于MAC层的多个基带处理单元数据同步的方案和时钟同步方案结合，才能满足同步问题的两点要求。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法，该方法可以实现基带处理单元之间的数据同步。 

为达到上述目的，本发明所述的3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法包括以下步骤： 

1)CCN处理分发给每个基带处理单元的数据，并在每个ms开始的时刻将CCN的时间戳t_CCN加入到数据的头信息中，然后再将数据分发给相应的基带处理单元中； 

2)各基带处理单元接收到CCN分发的数据，并提取时间戳t_CCN，然后将所述时间戳t_CCN与各基带处理单元在本地接收到数据时刻的时间戳t_BSi进行比较，得出时间差Δt_i＝t_CCN-t_BSi； 

3)在每个同步周期T_m开始的时刻，每个基带处理单元将各自的时间差Δt_i反馈给CCN，同时，CCN开启等待接收基带处理单元反馈路径时延的线程，再在接收到所有的基带处理单元对应的Δt_i后广播一个停止发送命令给各基带处理单元，并停止等待接收基带处理单元反馈路径时延 的线程； 

4)CCN从接收到的所有基带处理单元对应的时间差Δt_i中选出最大的时间差Δt_max，并在下个ms开始的时刻分别对所有的基带处理单元进行一次延迟，然后再进行下一次数据分发，其中，第i个基带处理单元的延迟 $\mathrm{\Δ}{\hat{t}}_i={\mathrm{\Δt}}_{\max }-{\mathrm{\Δt}}_i,$ i＝1，...，n。 

步骤1)中CCN分发给各基带处理单元的数据为映射到该基带处理单元所对应天线上发射数据的原始数据。 

所述时间戳t_CCN及时间戳t_BSi为通过驱动程序从GPS接收装置中取出来的时钟信息，所有基带处理单元及CCN均采用相同的GPS接收装置获取时钟信息。 

本发明具有以下有益效果： 

本发明所述3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法在实现各基带处理单元之间的数据同步时，CCN先在每个ms开始的时刻将CCN的时间戳t_CCN加入到数据的头信息中，然后再将数据分发给对应的基带处理单元，各基带单元得到所述时间戳t_CCN与各基带处理单元在本地接收到数据时刻的时间戳t_BSi的时间差Δt_i，再将所述时间差转发至CCN，CCN选取所有基带处理单元对应的时间差Δt_i，然后选择出最大的时间差Δt_max，然后根据最大的时间差Δt_max及各基带处理单元对应的时间差Δt_i完成各基带处理单元之间的数据同步，从而有效解决多基带处理单元之间的数据同步问题；同时每隔同步周期T_m的循环同步机制有效的避免了由于交换机的数据阻塞或其他不确定因素对同步机制的影响，且当系统失步时可以自动实现再次同步。 

附图说明

图1为平台基站端的整体架构； 

图2为CCN到基带处理单元的路径时延示意图； 

图3为本发明的效果图； 

图4为固定BUFFER方案与本发明从不同步到同步所需时间的示意图； 

图5为本发明从同步丢失到再次同步所需要时间的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 

参考图1及图2，本发明所述的3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法包括以下步骤： 

1)CCN(Center Control Net，中心控制节点)处理分发给每个基带处理单元的数据，并在每个ms开始的时刻将CCN的时间戳t_CCN加入到数据的头信息中，然后再将数据分发给相应的基带处理单元中； 

2)各基带处理单元接收到CCN分发的数据，并提取时间戳t_CCN，然后将所述时间戳t_CCN与各基带处理单元在本地接收到数据时刻的时间戳t_BSi进行比较，得出时间差Δt_i＝t_CCN-t_BSi； 

3)在每个同步周期T_m开始的时刻，每个基带处理单元将各自的时间差Δt_i反馈给CCN，同时，CCN开启等待接收基带处理单元反馈路径时延的线程，再在接收到所有的基带处理单元对应的Δt_i后广播一个停止发送命令给各基带处理单元，并停止等待接收基带处理单元反馈路径时延的线程； 

4)CCN从接收到的所有基带处理单元对应的时间差Δt_i中选出最大的时间差Δt_max，并在下个ms开始的时刻分别对所有的基带处理单元进行一次延迟，然后再进行下一次数据分发，其中，第i个基带处理单元的延迟 $\mathrm{\Δ}{\hat{t}}_i={\mathrm{\Δt}}_{\max }-{\mathrm{\Δt}}_i,$ i＝1，...，n。 

步骤1)中CCN分发给各基带处理单元的数据为映射到该基带处理单元所对应天线上发射数据的原始数据。 

所述时间戳t_CCN及时间戳t_BSi为通过驱动程序从GPS接收装置中取出来的时钟信息，所有基带处理单元及CCN均采用相同的GPS接收装置获取时钟信息。 

本发明的效果如下。 

图3所示，在对齐之前，CCN到每个基带处理单元的路径时延各不相同，并且差别较大；经过对齐方案之后，CCN到所有的极大处理单元的路径时延都对齐到最大的时延Δt_max，解决了多个基带处理单元的数据同步问题。 

最大时延对齐方案与固定BUFFER方案的比较。 

图4给出固定BUFFER方案和本发明不同T_m时，多个基带处理单元之间从不同步到同步所需要的时间。固定BUFFER方案中，基带处理单元始终从BUFFER底部读取数据，直到CCN发送下来的数据将BUFFER填满，每个基带处理单元才可以实现同步。本发明中基带处理单元发送数据帧给天线的时刻取时间戳t_i′，并将t_i′反馈给CCN，CCN接收到所有的t_i′时，将t_i′排序并取出最大值和最小值进行比较，如果最大值和最小值相等，则证明基带处理单元之间已经同步。由图可知，最大时延对齐 方案要远优于固定BUFFER方案；但是，随着T_m的增大，本发明所需的时间也随之增大。 

图5给出了不同T_m时，多个基带处理单元之间从同步丢失到再次同步所需的最短时间和最长时间。固定BUFFER方案没有循环同步的机制，所以方案出现失步的情况时，无法自动的实现再次同步。如果再次实现同步，需要人工手动重启系统中的进程，整个过程的时间是不可统计的。本发明中的循环同步机制，可以在系统失步的情况下，自动的进行下一次的同步，不需要人工的介入。本发明中出现失步的情况时，下一次同步时重新对多个基带处理单元进行同步，当一次同步完成之后系统就失步，系统需要在执行下一次同步的步骤之后才可以同步，则系统从失步到再次同步所需的时间是最长；如果在下一次同步步骤执行完成之时，CCN对每个基带处理单元进行最大时延对齐步骤之前出现失步，则从失步到再次同步的时间最短。如图5所示，T_m分别为5ms、10ms、50ms、1s、10s时，系统从失步到再次同步多次实验取到的平均时间。随着T_m的增大，从失步到再次同步所需的平均时间也随之增大。 

综上所述，本发明从实际问题考虑，将GPS时钟同步方案和最大路径延迟对齐同步方案结合，同时解决了多个基带处理单元的时钟同步和数据同步问题。 

进一步的，相对于固定BUFFER方案，本发明的优点是从不同步到同步所需时间较短，且当系统失步时可以自动实现再次同步。 

Claims (3)

1.一种3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)CCN处理分发给每个基带处理单元的数据，并在每个ms开始的时刻将CCN的时间戳t_CCN加入到数据的头信息中，然后再将数据分发给相应的基带处理单元中；

2)各基带处理单元接收到CCN分发的数据，并提取时间戳t_CCN，然后将所述时间戳t_CCN与各基带处理单元在本地接收到数据时刻的时间戳t_BSi进行比较，得出时间差Δt_i＝t_CCN-t_BSi；

3)在每个同步周期T_m开始的时刻，每个基带处理单元将各自的时间差Δt_i反馈给CCN，同时，CCN开启等待接收基带处理单元反馈路径时延的线程，再在接收到所有的基带处理单元对应的Δt_i后广播一个停止发送命令给各基带处理单元，并停止等待接收基带处理单元反馈路径时延的线程；

4)CCN从接收到的所有基带处理单元对应的时间差Δt_i中选出最大的时间差Δt_max，并在下个ms开始的时刻分别对所有的基带处理单元进行一次延迟，然后再进行下一次数据分发，其中，第i个基带处理单元的延迟 $\mathrm{\Δ}{\hat{t}}_i={\mathrm{\Δt}}_{\max }-{\mathrm{\Δt}}_i,i=1,...,n.$

2.根据权利要求1所述的3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法，其特征在于，步骤1)中CCN分发给各基带处理单元的数据为映射到该基带处理单元所对应天线上发射数据的原始数据。

3.根据权利要求1所述的3D MIMO实验验证平台基带处理单元同步方法，其特征在于，所述时间戳t_CCN及时间戳t_BSi为通过驱动程序从GPS接收装置中取出来的时钟信息，所有基带处理单元及CCN均采用相同的GPS接收装置获取时钟信息。