CN109413734B - 一种多时基基站及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多时基基站及其构建方法，该多时基基站包括至少两个独立的时间基准，相应的，该多时基基站被虚拟成至少两个独立的虚拟基站。该多时基基站的构建方法，包括以下步骤：(1)上层基站具有时间基准1，本地基站具有时间基准2；(2)上层基站向该本地基站发送同步信号，该本地基站监听并接收到上层基站的同步信号；(3)保持该本地基站的本地时间基准2并向其下层基站发送同步信号，则使该本地基站成为多时基基站，在该多时基基站下的下层基站都将以时间基准2为标准进行同步转换。实现在不增加基站就能解决在对待基于TDOA定位中同步级数较多时，存在布设成本高，导致用户预算超标的问题。

Description

一种多时基基站及其构建方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多时基基站及其构建方法。

背景技术

TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。基于TDOA技术的定位方法测量时间差而非绝对时间，这种方法只需基站之间保持同步，不要求基站与标签之间的严格时间同步，相对容易实现，最适合用于超宽带定位系统。

由于无线节点有限的通信范围，同步算法在实现全网同步的过程中，通常首先同步局部范围内的节点，然后逐步扩展到全网节点。在网络规模较大的情况下，基站间的时间同步会以多跳的形式传播下去，然而每跳的同步操作不可能做到绝对精确，这将导致作为同步基准的上层时钟越发偏离标准时钟，即同步误差的多跳累积。假设单跳同步的最大时间同步误差为Δ，那么经过n跳同步扩展后，最大时间同步误差值为nΔ，但是在实际同步过程中误差会因为正负关系抵消一部分。已有文献证明，若单跳同步误差独立同分布，服从ε～N(0,σ²)，则经过n跳扩展后，时间同步累积误差的均方差为

针对长距离的狭长环境，定位区域长度高达几十公里，同步级数比较大，随着级数的增大同步误差也越来越大。当同步误差累积要一定程度将无法继续多跳的扩张。目前常用的方法为当同步级数达到上限时，增加一个基站作为同步初始基准，这样做会额外增加工程的布设成本，进而造成用户预算增加。

因此，现在有必要开发一种多时基基站，不增加基站就能解决现有技术在对待基于TDOA定位中同步级数较多时，存在布设成本高，导致用户预算超标的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种多时基基站及其构建方法，在不增加基站的情况下，就能解决现有技术在对待基于TDOA定位中同步级数较多时，存在布设成本高，导致用户预算超标的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该多时基基站包括至少两个独立的时间基准，具体的构建方法为：

(1)上层基站具有时间基准1，本地基站的本地时间设为时间基准2；

(2)所述上层基站向本地基站发送同步信号，本地基站监听并接收到所述上层基站的同步信号，利用同步算法，将本地基站的本地时间同步到所述上层基站的时间基准1；

(3)本地基站在完成和上层基站时间基准1同步的同时，以本地基站的时间基准2向其下层基站发送同步信号，本地基站的下层基站都将以时间基准2为标准进行同步转换。具有单一时间基准2的本地基站转换为具有时间基准1和时间基准2的多时基基站，在不增加基站数量的前提下，实现多级时间同步的分区及扩展。

采用上述技术方案，建立多时基基站，即在一个基站内存在至少两个独立的时间基准，这样可以在不增加基站数量的情况下，减少基于TDOA定位中同步级较多时的成本；该多时基基站主要应用场景为基于到达时间差(TDOA)的狭长一维定位环境下，基站接收到标签的定位信号，将其到达基站的时间信息传送给后台解算中心，完成基于TDOA的定位解算，从而实现一个基站内有两个以上的时间基准。

作为本发明的优选技术方案，该多时基基站包括两个独立的时间基准，分别为时间基准1和时间基准2；相应的，该多时基基站被虚拟成两个独立的虚拟基站，分别为虚拟基站1和虚拟基站2。

作为本发明的优选技术方案，所述时间基准1为该多时基基站通过上层基站的同步信号同步至该多时基基站内形成的。

作为本发明的优选技术方案，该多时基基站通过监听上层基站的同步信号，利用相关同步算法，将自身的本地时钟同步到上层基站的时间基准1。其中同步算法的具体计算步骤为：

(1)记录上层基站第k次发送同步信号时的发送时间T(k)，多时基基站接收该同步信号时的接收时间t(k)及上层基站与多时基基站之间的距离d；

(2)多时基基站继续监听上层基站的同步信号，当再次接收到上层基站发送的同步信号时，记录上层基站的发送时间T(k+1)，及多时基基站接收该同步信号的接收时间t(k+1)；

(3)根据连续两次同步信号的接收，可将多时基基站的本地时钟同步到上层基站的时间基准1下，具体的方法为：

上式中，T'(k+1)为多时基基站本地接收时间t(k+1)同步到上层基站时间基准1下的时间，c为电磁波的传播速度。

作为本发明的优选技术方案，所述本地基站监听并接收到标签的定位信号，将标签定位信号到达本地基站所产生的两个时间信息传送至后台解算中心，完成基于TDOA的定位解算。

作为本发明的优选技术方案，本地基站接收的标签定位信号产生的两个时间信息分别属于时间基准1和时间基准2。

作为本发明的优选技术方案，所述多时基基站若连续两次发送定位信号则需要对所述定位信号产生的时间信息进行区分，具体区分的方法为：和时间基准2统一的时间信息携带的基站ID为本地基站ID；和时间基准1统一的时间信息携带的基站ID为本地基站ID最高位取反。通过该方法将原来一个多时基基站虚拟为两个独立时间基准的基站，在不增加额外基站的情况下，实现同步区域的划分。

作为本发明的优选技术方案，本地基站成为多时基基站时本地基站的同步区域被分为小区1和小区2，本地基站也被虚拟成为虚拟基站1和虚拟基站2，分别与小区1和小区2对应。通过此方法可以依次进行同步区域扩展，直至覆盖整个工程区域。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：通过监听上层基站的同步信号，利用相关同步算法，将多时基基站的本地时钟同步到上层基站的时间基准1；保持多时基基站的本地时间基准2向下层基站发送同步信号，在该多时基基站下的下层基站都将以时间基准2为标准进行同步转换，从而实现了本地基站成为具有两个独立的时间基准的基站；从而在不增加基站的前提下，解决现有技术在对待基于TDOA定位中同步级数较多时，存在布设成本高，导致用户预算超标的问题。

附图说明

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：

图1是本发明的多时基基站的构建方法的流程图；

图2是本发明的多时基基站的同步结构图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：该多时基基站包括至少两个独立的时间基准，相应的，该多时基基站被虚拟成至少两个独立的虚拟基站。采用上述技术方案，建立多时基基站，即在一个基站内存在至少两个独立的时间基准，这样可以在不增加基站数量的情况下，减少基于TDOA定位中同步级较多时的成本；该多时基基站主要应用场景为基于到达时间差(TDOA)的狭长一维定位环境下，基站接收到标签的定位信号，将其到达基站的时间信息传送给后台解算中心，完成基于TDOA的定位解算，从而实现一个基站内有两个以上的时间基准；该多时基基站包括两个独立的时间基准，分别为时间基准1和时间基准2；相应的，该多时基基站被虚拟成两个独立的虚拟基站，分别为虚拟基站1和虚拟基站2；所述时间基准1为该多时基基站通过上层基站的同步信号同步至该多时基基站内形成的。

如图1所示，该多时基基站的构建方法，具体包括以下步骤：

(1)上层基站具有时间基准1，本地基站具有时间基准2；

(2)所述上层基站向本地基站发送同步信号，本地基站监听并接收到所述上层基站的同步信号，利用同步算法，将本地基站的本地时钟同步到所述上层基站的时间基准1；

(3)本地基站在完成和上层基站时间基准1同步的同时，以本地基站的时间基准2并向其下层基站发送同步信号，则使该本地基站成为多时基基站，同时在该多时基基站下的下层基站都将以时间基准2为标准进行同步转换。

具体地，上述步骤(2)中同步算法的具体计算步骤为：

(1)记录上层基站第k次发送同步信号时的发送时间T(k)，多时基基站接收该同步信号时的接收时间t(k)及上层基站与多时基基站之间的距离d；

(2)多时基基站继续监听上层基站的同步信号，当再次接收到上层基站发送的同步信号时，记录上层基站的发送时间T(k+1)，及多时基基站接收该同步信号的接收时间t(k+1)；

(3)根据连续两次同步信号的接收，可将多时基基站的本地时钟同步到上层基站的时间基准1下，具体的方法为：

上式中，T'(k+1)为多时基基站本地接收时间t(k+1)同步到上层基站时间基准1下的时间，c为电磁波的传播速度。

根据上述方法构建多时基基站后，该多时基基站监听并接收标签的定位信号，将标签定位信号到达本地基站所产生的两个时间信息传送至后台解算中心，完成基于TDOA的定位解算；该多时基基站接收的标签的定位信号产生的两个时间信息分别属于时间基准1和时间基准2；该多时基基站若连续两次发送定位信号则需要对所述定位信号产生的时间信息进行区分，具体区分的方法为：和时间基准2统一的时间信息携带的基站ID为本地基站ID；和时间基准1统一的时间信息携带的基站ID为本地基站ID最高位取反。通过该方法将原来一个多时基基站虚拟为两个独立时间基准的基站，在不增加额外基站的情况下，实现同步区域的划分；本地基站成为多时基基站时本地基站的同步区域被分为小区1和小区2，本地基站也被虚拟成为虚拟基站1和虚拟基站2，分别与小区1和小区2对应。通过此方法可以依次进行同步区域扩展，直至覆盖整个工程区域。

具体的同步结构如图2所示；基站4为本发明实施例中的多时基基站，通过基站4同步区域被分为小区1和小区2，基站4也被虚拟为基站41和基站42，其中，基站1、2、3、41为小区1，时间基准站为基站1；基站42、5、6、7为小区2，时间基准站为基站42；通过此方法可以依次进行同步区域扩展，直至覆盖整个工程区域。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多时基基站的构建方法，其特征在于，该多时基基站包括至少两个独立的时间基准，具体的构建方法为：

(1)上层基站具有时间基准1，本地基站的本地时间设为时间基准2；

(2)所述上层基站向本地基站发送同步信号，本地基站监听并接收到所述上层基站的同步信号，利用同步算法，将本地基站的本地时间同步到所述上层基站的时间基准1；

(3)本地基站在完成和上层基站时间基准1同步的同时，以本地基站的时间基准2向其下层基站发送同步信号，本地基站的下层基站都将以时间基准2为标准进行同步转换；具有单一时间基准2的本地基站转换为具有时间基准1和时间基准2的多时基基站。

2.根据权利要求1所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，该多时基基站包括两个独立的时间基准，分别为时间基准1和时间基准2；相应的，该多时基基站被虚拟成两个独立的虚拟基站，分别为虚拟基站1和虚拟基站2。

3.根据权利要求1所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，所述时间基准1为该多时基基站通过其上层基站的同步信号同步至该多时基基站内形成的。

4.根据权利要求1所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，所述步骤(2)中同步算法的具体计算步骤为：

(1)记录上层基站第k次发送同步信号时的发送时间T(k)，多时基基站接收该同步信号时的接收时间t(k)及上层基站与多时基基站之间的距离d；

(2)多时基基站继续监听上层基站的同步信号，当再次接收到上层基站发送的同步信号时，记录上层基站的发送时间T(k+1)，及多时基基站接收该同步信号的接收时间t(k+1)；

(3)根据连续两次同步信号的接收，可将多时基基站的本地时钟同步到上层基站的时间基准1下，具体的方法为：

上式中，T'(k+1)为多时基基站本地接收时间t(k+1)同步到上层基站时间基准1下的时间，c为电磁波的传播速度。

5.根据权利要求1所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，所述本地基站监听并接收到标签发射的定位信号，将标签定位信号到达所述本地基站产生的两个时间信息传送至后台解算中心，完成基于TDOA的定位解算。

6.根据权利要求5所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，所述本地基站接收到标签定位信号产生的两个时间信息分别属于时间基准1和时间基准2。

7.根据权利要求5所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，所述多时基基站若连续两次发送定位信号则需要对所述定位信号产生的时间信息进行区分，具体区分的方法为：和时间基准2统一的时间信息携带的基站ID为所述本地基站ID；和时间基准1统一的时间信息携带的基站ID为所述本地基站ID最高位取反。

8.根据权利要求6或7所述的多时基基站的构建方法，其特征在于，所述本地基站成为多时基基站时所述本地基站的同步区域被分为小区1和小区2，所述本地基站也被虚拟成为虚拟基站1和虚拟基站2，分别与小区1和小区2对应。

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