CN110418405A - 一种分布式信号接收时间同步方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种分布式信号接收时间同步方法及其系统。所述系统，包括：主基站和多个从基站。所述主机站发射无线信号。所述多个从基站中的每一个从基站根据来自所述主基站的无线信号，确定时间偏差补偿因子，接收来自用户设备的用户信号，根据所述时间偏差补偿因子对所述用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。这样，避免了通过中心完成时间同步计算带来的数据传输量大、计算复杂度高的问题，实现了整个系统的接收信号的分布式时间同步。

Description

一种分布式信号接收时间同步方法及其系统
技术领域
本申请涉及一种分布式信号接收时间同步方法及其系统。
背景技术
基于信号接收时刻的定位系统通常由固定设备(基站)与用户设备组成，一种工作方式是基站设备接收用户设备发射的信号并测量接收时刻，汇总多个基站设备测量的接收时刻后可以计算得到用户设备的位置。这种方式需要所有测量得到的信号接收时刻具有相同的时间基准。而实际应用中，基站间的时间基准并不一致，需要通过有线或无线方式对时间基准信息进行传递和处理，实现各个基站接收信号的时间同步。
为简化系统部署和维护，需要尽量减少线缆的布设，因而基站间使用无线方式进行通信是一种合适的方案，具体来说，使用一个或几个基站发送无线信号，其他基站接收并利用本地时钟测量该信号接收时刻。
在实际应用当中，通常需要将所有基站测量的用户设备原始信号接收时刻和其他基站发射信号的接收时刻汇总到中心进行时间基准同步处理，经过处理后可以得到基站间的时间基准信息，利用该基准信息可以修正基站测量的用户设备信号的接收时刻，从而达到各基站接收信号时间同步的目的。但是，在基站数量较多、用户设备较多、用户设备发射频率较高的情况下，这一时间同步的处理操作将对数据汇总和中心端的处理造成较大负担。
发明内容
本申请的目的是给出一种分布式信号接收时间同步方法及其系统，每个从基站可以通过接收主基站发射的无线信号计算自身与主基站的时间偏差补偿因子，并利用该补偿因子修正用户设备发射信号的接收时刻，从而避免通过中心完成时间同步计算带来的数据传输量大、计算复杂度高的问题，实现整个系统的接收信号的分布式时间同步。
根据本申请的一个方面，提供了一种分布式信号接收时间同步的基站系统，包括：主基站，发射无线信号；以及多个从基站，所述多个从基站中的每一个从基站根据来自所述主基站的无线信号，确定时间偏差补偿因子，接收来自用户设备的用户信号，根据所述时间偏差补偿因子对所述用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
根据本申请的另一个方面，提供了一种分布式信号接收时间同步方法，包括：多个从基站中的每一个从基站接收来自主基站的无线信号，根据所述无线信号确定时间偏差补偿因子，接收来自用户设备的用户信号，根据所述时间偏差补偿因子对所述用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
附图说明
图1示出了根据本申请的一个实施方式的分布式信号接收时间同步的基站系统的示意图；
图2示出了根据本申请的一个实施方式的分布式信号接收时间同步的基站系统的从基站的方框示意图；以及
图3示出了根据本申请的一个实施方式的分布式信号接收时间同步方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本申请公开的分布式信号接收时间同步方法及其系统进行详细说明。为简明起见，本申请各实施方式的说明中，相同或类似的装置使用相同或相似的附图标记。
图1示出了根据本申请的一个实施方式的分布式信号接收时间同步的基站系统的示意图。如图所示，基站系统包括主基站100和多个从基站200(200-1，200-2，200-3…200-k…)。主基站100和多个从基站200的位置已知。主基站100在预定时刻间隔发射无线信号。多个从基站中的每一个从基站200根据来自主基站100的无线信号，确定时间偏差补偿因子。从基站200还接收来自用户设备300的用户信号，根据时间偏差补偿因子对用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站100时间基准上的接收时刻。
这样，能够由各个从基站分布式主动完成与主基站的时间同步，避免了通过中心完成时间同步计算带来的数据传输量大、计算复杂度高的问题，实现了整个系统的接收信号的分布式时间同步。
图2示出了根据本申请的一个实施方式的分布式信号接收时间同步的基站系统的从基站的方框示意图。如图所示，多个从基站中的每一个从基站包括：提取模块210，测量模块220，以及时间同步模块230。提取模块210根据来自主基站100的无线信号提取主基站的发射时刻。测量模块220测量接收到来自主基站100的无线信号的本地接收时刻。时间同步模块230确定主基站100与从基站200之间的传输标准时间，根据主基站的发射时刻、从基站的本地接收时刻、传输标准时间，计算本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子。
不失一般性，以从基站200-k为例，根据本申请的一种实施方式，主机站与从基站200-k之间的时间偏差补偿因子b0k(n)可以表示为：
b0k(n)＝TkRX0(n)-T0TX(n)-T0k，
其中，下标k表示从基站编号，下标0表示主基站，TkRX0为从基站200-k接收主基站无线信号的本地接收时刻(以从基站200-k时间基准测量)，n为主机站间隔发射无线信号的发射次数计数，T0TX为主基站的无线信号中携带的主基站信号发射时间(以主基站时间基准)，T0k为主基站发射信号到达从基站200-k的信号传输标准时间。
其中，主基站发射信号到达从基站200-k的信号传输标准时间T0k可以通过主基站100与从基站200-k之间的距离获得。
T0k＝d0k/c
其中，d0k为主基站到从基站200-k之间的距离，c为信号传输速度。
主基站发射时刻T0TX可以由提取模块210从接收到的来自主机站的无线信号中提取。从基站接收时刻TkRX0可以由测量模块220测量得到。时间偏差补偿因子随时间变化，因此有(n)。
当从基站接收到来自某一用户设备的用户信号时，可以根据时间偏差补偿因子b0k(n)对用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
用户设备发射信号，从基站的用户信号接收时刻记为TkRXt，该时刻需要与主基站时间基准进行同步，该工作由从基站完成。
不失一般性，假设TkRXt处于主基站发射信号的n和n+1次之间，将TkRXt对应的主基站时间基准时刻记为T0，则有：
TkRXt＝T0+δ0k，
其中，δ0k为用户信号接收时刻的修正值。
同步到主基站时间基准上的接收时刻T0可以表示为：
T0＝TkRXt-δ0k。
也就是，可以通过用户信号接收时刻的修正值来修正从基站的用户信号接收时刻，从而获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
根据本申请的一种实施方式，从基站的时间同步模块230可以根据用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻n及其所对应的时间偏差补偿因子b0k(n)、以及之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻n+1及其所对应的时间偏差补偿因子b0k(n+1)，确定用户信号接收时刻的修正值δ0k。
具体地，用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻对应的时间偏差补偿因子b0k(n)可以表示为：
b0k(n)＝TkRX0(n)-T0TX(n)-T0k。
具体地，用户信号接收时刻之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻对应的时间偏差补偿因子b0k(n+1)可以表示为：
b0k(n+1)＝TkRX0(n+1)-T0TX(n+1)-T0k。
根据主从基站时间基准的特性，短时间内都可以近似的将其视为随时间的线性变化，因此二者的时间基准之差也可以看做是线性变化的。根据本申请的一种实施方式，用户信号接收时刻的修正值δ0k可以根据用户信号接收时刻与用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻之间的比例关系、用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子来计算：
这样，可以得到同步到主基站时间基准上的接收时刻T0如下：
这样，能够获得精确的从基站接收时刻对应的同步到主基站时间基准上的接收时刻。
每个从基站只需完成自身与主基站时间同步，无需处理其他从基站信息。此外，如果需要扩展从基站规模时，时间同步的处理方法保持不变，不对中心端增加计算量。
根据本申请的一种实施方式，如果对时间同步精度要求并不是特别高的情况下，用户信号接收时刻的修正值可以简化获得。例如，用户信号接收时刻的修正值δ0k可以采用用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子b0k(n)。可选地，用户信号接收时刻的修正值δ0k可以采用用户信号接收时刻之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子b0k(n+1)。可选地，用户信号接收时刻的修正值δ0k也可以采用用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子的平均值，
图3示出了根据本申请的一个实施方式的分布式信号接收时间同步方法的流程图。如图所示，在S10中，从基站接收来自主基站的无线信号。在S20中，根据接收到的无线信号确定时间偏差补偿因子。在S30中，从基站接收来自用户设备的用户信号。在S40中，根据时间偏差补偿因子对用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
根据本申请的一种实施方式，从基站根据来自主基站的无线信号提取主基站的发射时刻、测量接收到无线信号的本地接收时刻、确定主基站与该从基站之间的传输标准时间，根据主基站的发射时刻、本地接收时刻、传输标准时间，计算本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子。
根据本申请的一种实施方式，从基站测量接收到用户信号的用户信号接收时刻，根据用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻及其所对应的时间偏差补偿因子、以及之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻及其所对应的时间偏差补偿因子，确定用户信号接收时刻的修正值，对用户信号的接收时刻进行修正。
根据本申请的一种实施方式，用户信号接收时刻的修正值可以根据用户信号接收时刻与用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻之间的比例关系、用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子确定。
根据本申请的一种实施方式，所述用户信号接收时刻的修正值可以采用用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子，或者采用用户信号接收时刻之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子，或者采用用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子的平均值确定。
此外，根据本申请的实施方式，分布式信号接收时间同步的基站系统包括的主基站数量可以是一个或者多个。当基站系统包括多个主基站时，主基站间的时间同步可以利用双向通信完成。如果需要扩展从基站规模时，时间同步的处理方式保持不变。此外，时间同步的处理方式不受用户设备数量的影响。
以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种分布式信号接收时间同步的基站系统，包括：
主基站，发射无线信号；以及
多个从基站，所述多个从基站中的每一个从基站根据来自所述主基站的无线信号，确定时间偏差补偿因子，接收来自用户设备的用户信号，根据所述时间偏差补偿因子对所述用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个从基站中的每一个从基站包括：
提取模块，根据来自所述主基站的无线信号提取主基站的发射时刻；
测量模块，测量接收到所述无线信号的本地接收时刻；
时间同步模块，确定主基站与该从基站之间的传输标准时间，根据所述主基站的发射时刻、所述本地接收时刻、所述传输标准时间，计算本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述测量模块测量接收到用户信号的用户信号接收时刻，所述时间同步模块根据所述用户信号接收时刻之前接收到来自所述主基站的无线信号的本地接收时刻及其所对应的时间偏差补偿因子、以及之后接收到来自所述主基站的无线信号的本地接收时刻及其所对应的时间偏差补偿因子，确定所述用户信号接收时刻的修正值，对所述用户信号的接收时刻进行修正。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述用户信号接收时刻的修正值根据用户信号接收时刻与用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻之间的比例关系、用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子确定。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述用户信号接收时刻的修正值采用用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子，或者采用用户信号接收时刻之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子，或者采用用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子的平均值确定。
6.一种分布式信号接收时间同步方法，包括：多个从基站中的每一个从基站接收来自主基站的无线信号，根据所述无线信号确定时间偏差补偿因子，接收来自用户设备的用户信号，根据所述时间偏差补偿因子对所述用户信号的接收时刻进行修正，获得同步到主基站时间基准上的接收时刻。
7.如权利要求6所述的同步方法，其中，所述从基站根据来自所述主基站的无线信号提取主基站的发射时刻、测量接收到所述无线信号的本地接收时刻、确定主基站与该从基站之间的传输标准时间，根据所述主基站的发射时刻、所述本地接收时刻、所述传输标准时间，计算本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子。
8.如权利要求7所述的同步方法，其中，测量接收到用户信号的用户信号接收时刻，根据所述用户信号接收时刻之前接收到来自所述主基站的无线信号的本地接收时刻及其所对应的时间偏差补偿因子、以及之后接收到来自所述主基站的无线信号的本地接收时刻及其所对应的时间偏差补偿因子，确定所述用户信号接收时刻的修正值，对所述用户信号的接收时刻进行修正。
9.如权利要求8所述的同步方法，其中，所述用户信号接收时刻的修正值根据用户信号接收时刻与用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻之间的比例关系、用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子确定。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述用户信号接收时刻的修正值采用用户信号接收时刻之前接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子，或者采用用户信号接收时刻之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子，或者采用用户信号接收时刻之前和之后接收到来自主基站的无线信号的本地接收时刻所对应的时间偏差补偿因子的平均值确定。
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