CN107659368B

CN107659368B - 一种手持通信设备的同步设备和同步方法

Info

Publication number: CN107659368B
Application number: CN201710944632.7A
Authority: CN
Inventors: 王璐; 朱宏伟
Original assignee: Beijing Tianlang Xunye Information Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Tianlang Xunye Information Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-30
Filing date: 2017-09-30
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2037-09-30
Also published as: CN107659368A

Abstract

本发明公开了一种手持通信设备的时隙同步方法，包括队长通信设备以及与队长通信设备通信的队员通信设备。即本发明包括多个(三个以上)的通信设备，又称为信标。其中，用于发起时隙同步的信标，称为队长信标。除队长信标之外的其他信标，称为队员信标。每个时隙的长度，定义为T。手持通信设备的同步方法其包括两种：第一种时隙同步方法：GPS方法；第二种时隙同步方法：固定数据包方法。

Description

一种手持通信设备的同步设备和同步方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种手持通信设备的时隙同步方法。

背景技术

虽然当前蜂窝网络覆盖度比较广，但是在一些偏远地区，比如某些山区和沙漠，还有很多地方没有覆盖到；这些蜂窝网络没有覆盖到的区域可以通过卫星电话进行通信，但是卫星电话价格又比较昂贵。基于上述因素，很多组队探险、安保、警察系统或者公司在荒野的建设项目中要使用手持的对讲机。模拟对讲机话音质量比较差，带宽利用率低，另外不能传输定位信息等，所以逐渐被数字对讲机取代。

在数字对讲机系统中，多个对讲机进行通话，有多种通信方式。一种是频分系统，一种是码分系统。这两种因为系统比较复杂，会增加对讲机的复杂性和设备的造价，从而提高了对讲机的售价。

发明内容

为了降低用户的负担，本发明涉及的手持通信设备的同步设备与方法，选择了时分方式的对讲机通信系统。另外，类似对讲机系统的手持通信设备，特点是，一个用户发送信息的时候，其他用户可以接听，但不支持多个用户同时发送。这种分时共用无线信道的方式称为时分通信。

多个手持通信设备共用无线信道进行时分通信的时候，需要划分时隙，以防止多个手持通信设备在相同时刻发送信息。为了让每个手持通信设备都能够区分自己的时隙，避免和其他对手持通信设备产生通话冲突，需要进行时隙同步和时隙分配。

时隙同步是指，每个对讲机自己内部的时隙脉冲(矩形脉冲)的上升沿和下降沿与其它对讲机的上升沿和下降沿在时间上对齐。

一种手持通信设备的同步设备包括队长信标以及与队长信标通信的队员信标。

即本发明包括多个(三个以上)的手持通信设备，又称为信标。其中，用于发起时隙同步的信标，称为队长信标。除队长信标之外的其他信标，称为队员信标。每个时隙的长度，定义为T。

手持通信设备的同步方法其包括两种：

第一种时隙同步方法：GPS方法

步骤a，GPS卫星向地面发送周期为2秒的矩形方波，其中，该矩形方波上升沿和相邻下降沿的时间是1秒，下降沿和相邻上升沿的时间是1秒；

步骤b，每个信标根据接收到GPS卫星发送的矩形方波的信号后同步产生相同的矩形方波信号，并且每个信标的上升沿和下降沿与卫星的上升沿和下降沿同步；

步骤c，首先，队长信标向队员信标发送时隙同步数据包，该时隙同步数据包中包含有带有表明第0时隙的位置时隙同步码字；然后，队员信标在接收到同步码字之后，记住该队长信标标记的第0时隙，并且依次标记后续的时隙第1时隙，第2时隙，一直到总共N个时隙周期结束，再从第0个时隙重复周期；

其中，每一个时隙的时长是1秒；

步骤d，主信标周期性执行步骤c，为新开机的信标提供第一时隙号，执行周期为Tz；

时隙同步数据包中，包含时隙同步码，时隙同步码是信标带有预设的一组二进制数，并且所有的信标时隙同步码相同，每个信标发现和识别时隙同步码；

第二种时隙同步方法：固定数据包方法

每个时隙的长度，定义为T。

步骤1、每个信标启动的时候，各自内部会通过设置自己的定时器Timer为相同的时值A来表示T的时长，产生一个周期为2T秒的矩形方波，该矩形方波的上升沿和相邻下降沿的时间是T秒，下降沿和相邻上升沿的时间是T秒。

步骤2、队长信标发送一个时长固定的时隙同步数据包，该数据包的时间为固定时长Ts；信标接收时隙同步数据包的时间为Tr，Tr<<Ts；

步骤3、首先，当队员信标接收到队长发出的时隙同步数据包时，信标获得的当前时隙的剩余时间为:Tl＝T-(Tr+Ts)；其次，根据单次计时时间为Tl，重置Timer的计时值；然后，Timer值依然为A，继续按照T计时；

步骤4、队长信标每隔时间Tz执行一次步骤3；

其中，时隙同步数据包中，包含时隙同步码。时隙同步码是信标预制的一组二级制数，并且所有的信标时隙同步码相同，每个信标发现和识别时隙同步码。

两种方法的优缺点：

对于GPS的同步方法，

优点：因为GPS信号的精准度比较高，所以同步的精度也比较高。

缺点：需要有GPS信号，在没有GPS信号的地方(例如商场，涵洞和隧道等)，无法实现时隙的同步功能。

需要在每个对讲机上配备GPS模块，增加了设备的价格和设计的复杂度。

对于固定数据包方法，

优点：不依靠GPS信号，自主性比较强，能够降低对GPS系统的依赖，设备的价格也会降低。

缺点：所有的信标使用自己的时钟，因为不同信标的晶振器件的差异性，导致同步的精度不高，经过一段时间后，需要重新发起时隙同步过程，需要频繁地由队长信标发起同步过程，重新发起同步过程比通过GPS的方法更频繁一些。

前期用固定数据包来解决，加快通信连接建立的速度，降低对GPS的依赖。后期用GPS方法和固定数据包方法结合的方法，提高通信系统的稳定度，降低时隙同步的频率。

本发明方法具有如下优点：

优势：特别是随着经济的快速发展，户外旅游越来越受到年轻人的追捧，户外旅游得到了快速的发展。户外的亲子拓展、滑雪、爬山、徒步都成了年轻人的最受欢迎的项目。但是，这些活动的主要环境，经常是远离城市的郊区或山区。在这些地方，常常没有运营商网络的支持。由于通信受限，户外活动中遇到危险，无法及时向外界求助，每年都造成大量的财产和人员生命的损失。此系统低成本、易架设、覆盖范围广、支持终端数目多、维护简单等优势，特别适合户外环境下的位置追踪和紧急通信，保障户外活动人员的生命和财产安全。

附图说明

图1是本发明的GPS卫星矩形方波信号图。

图2是本发明的信标在接收到同步码字的矩形方波信号图。

图3是本发明的定时器Timer为时值A的矩形方波信号图。

图4是本发明的固定数据包方法矩形方波信号图。

图5是本发明的控制框图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

手持通信设备的同步设备包括队长信标以及与队长信标通信的队员信标。

手持通信设备的同步方法其包括两种：

第一种时隙同步方法：GPS方法

步骤b，每个信标根据接收到GPS卫星发送的矩形方波的信号后同步产生相同的矩形方波信号，并且每个信标的上升沿和下降沿和卫星的上升沿和下降沿同步；

步骤c，首先，队长信标向队员信标发送时隙同步数据包，该时隙同步数据包中包含有带有表明第0时隙的位置时隙同步码字；然后，队员信标在接收到同步码字之后，记住该队长信标标记的第0时隙，并且依次标记后续的时隙第1时隙，第2时隙，一直到总共N个时隙周期结束，再从第0个时隙开始；如图2所示。其中，每一个时隙的时长是1秒。

步骤d，主信标周期性执行步骤c，为新开机的信标提供第一时隙号。执行周期为Tz，例如，Tz＝3600s。

时隙同步数据包中，包含时隙同步码。时隙同步码是信标出厂之前就设定好的一组二进制数，并且所有的信标时隙同步码相同，每个信标都能发现和识别时隙同步码；

第二种时隙同步方法：固定数据包方法

每个时隙的长度，定义为T。

1、每个信标启动的时候，各自内部会通过设置自己的定时器Timer为相同的时值A来表示T的时长，产生一个周期为2T秒的矩形方波。上升沿和相邻下降沿的时间是T秒，下降沿和相邻上升沿的时间是T秒。

2、队长信标发送一个时长固定的时隙同步数据包，该数据包的时间为固定时长Ts，例如600ms；信标接收时隙同步数据包的时间为Tr，Tr是一个很短的时间，例如10ms。

3、当队员信标接收到队长发出的时隙同步数据包时，信标可以知道当前时隙的剩余时间为:Tl＝T-(Tr+Ts)，此时重置Timer的计时值，实现单次计时时间为Tl，此次之后Timer值依然为A，继续T计时。

4、队长信标每隔时间Tz执行一次时隙同步操作，例如每隔3600秒同步一次，根据具体晶振性能和实际操作场景决定。若晶振性能比较好，稳定而且震动频率比较高，那Tz可以大一些，反之，Tz就可以小一些。

时隙同步数据包中，包含时隙同步码。时隙同步码是信标出厂之前就设定好的一组二级制数，并且所有的信标时隙同步码相同，每个信标都能发现和识别时隙同步码。

两种方法的优缺点：

GPS的同步方法，优点：GPS信号的精准度比较高，所以同步的精度也比较高。

固定数据包方法，优点：

不依靠GPS信号，自主性比较强，能够降低对GPS系统的依赖，设备的价格也会降低。

缺点：所有的信标因为使用自己的时钟，因为不同信标的晶振器件的差异性，导致同步的精度不高，经过一段时间后，需要重新发起时隙同步过程，需要频繁地由队长信标发起同步过程。重新发起同步过程比通过GPS的方法更频繁一些。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种手持通信设备的同步设备，其特征在于，包括队长信标以及与队长信标通信的队员信标；其中，队长信标和队员信标用于接收GPS卫星发送的矩形方波的信号，并根据接收的GPS卫星发送的矩形方波的信号同步产生相同的矩形方波信号；并且队长信标和队员信标的上升沿和下降沿和卫星的上升沿和下降沿同步；该矩形方波上升沿和相邻下降沿的时间是1秒，下降沿和相邻上升沿的时间是1秒；

队长信标用于向队员信标发送时隙同步数据包，该时隙同步数据包中包含用于表明第0时隙的位置时隙的同步码字；

队员信标用于在接收到同步码字之后，记住该队长信标标记的第0时隙，并且依次标记后续的时隙第1时隙，第2时隙，一直到总共N个时隙周期结束，再从第0个时隙重复周期；其中，每一个时隙的时长是1秒。

2.根据权利要求1所述的手持通信设备的同步设备，其特征在于，队员信标与队长信标结构相同且均内置有GPS模块。

3.一种手持通信设备的同步方法，其特征在于，借助于权利要求1或2所述的同步设备，包括以下步骤，

步骤c，首先，队长信标向队员信标发送时隙同步数据包，该时隙同步数据包中包含用于表明第0时隙的位置时隙的同步码字；然后，队员信标在接收到同步码字之后，记住该队长信标标记的第0时隙，并且依次标记后续的时隙第1时隙，第2时隙，一直到总共N个时隙周期结束，再从第0个时隙重复周期；

其中，每一个时隙的时长是1秒；

步骤d，主信标周期性执行步骤c，为新开机的信标提供第一时隙号，执行周期为Tz。

4.根据权利要求3所述的手持通信设备的同步方法，其特征在于，在步骤c中所述的时隙同步数据包中，包含时隙同步码，时隙同步码是信标带有预设的一组二进制数，并且所有的信标时隙同步码相同，每个信标发现和识别时隙同步码。

5.一种手持通信设备的同步方法，其特征在于，借助于权利要求1或2所述的同步设备，每个时隙的长度，定义为T；其包括以下步骤，

步骤1、每个信标启动的时候，各自内部会通过设置自己的定时器Timer为相同的时值A来表示T的时长，产生一个周期为2T秒的矩形方波，该矩形方波的上升沿和相邻下降沿的时间是T秒，下降沿和相邻上升沿的时间是T秒；

步骤2、队长信标发送一个时长固定的时隙同步数据包，该数据包的时间为固定时长Ts；信标接收时隙同步数据包的时间为Tr；

步骤3、首先，当队员信标接收到队长信标发出的时隙同步数据包时，信标获得的当前时隙的剩余时间为:Tl＝T-(Tr+Ts)；其次，根据单次计时时间为Tl，重置Timer的计时值；然后，Timer值依然为A，继续按照T计时；

步骤4、队长信标每隔时间Tz执行一次步骤3。

6.根据权利要求5所述的手持通信设备的同步方法，其特征在于，时隙同步数据包中，包含时隙同步码；时隙同步码是信标预制的一组二进制数，并且所有的信标时隙同步码相同，每个信标发现和识别时隙同步码。

7.根据权利要求5所述的手持通信设备的同步方法，其特征在于，Tr<<Ts。