CN113825203A - 基于时间同步的多径信号传输方法及装置 - Google Patents

基于时间同步的多径信号传输方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于时间同步的多径信号传输方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。采用本方法能够实现多径信号传输。

Description

基于时间同步的多径信号传输方法及装置
技术领域
本申请涉及数据处理领域，特别是涉及一种基于时间同步的多径信号传输方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
众所周知，频率资源与时间资源对于无线通信而言一种信道资源，在多用户进行通信时，MAC层需要通过资源调度算法将多用户调度到不同的时间、频率、空间资源上，从而实现多用户自组网通信，就基于TDMA、CSMA的时分方式的自组网技术而言，其核心需要解决的问题是同一个时间片，只能有一个用户占用无线资源。
然而，目前在一个通信域内，同一时刻只能有一个电台占用时间资源，因此需要在系统的MAC层引入复杂的无线资源调度算法来完成时间资源的分时复用，整个中继传输系统在同一时刻的传输时，只有一条路径，当传输路径出现异常情况时，信号传输容易被打断，且现行的中继通信方案，一旦电台丢失，需要重新计算中继路径而导致一定的时间延迟。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现多径信号传输的基于时间同步的多径信号传输方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种基于时间同步的多径信号传输方法，所述方法包括：
基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；
根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
在其中一个实施例中，根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化，包括：根据预先设置的抗多径算法对所述扇面传播信号进行信号到达识别；中继电台识别到信号后，得到信号识别结果；信号识别结果为中继电台所处的时刻；根据中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延；根据信号传输时延对中继电台进行时间同步。
在其中一个实施例中，根据中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延，包括：根据中继电台所处的时刻，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延。
在其中一个实施例中，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延，过程如下：
Figure BDA0003272762860000021
当D1＝D2时：
Figure BDA0003272762860000022
其中，T1表示第一节点发送扇面传播信号的时刻，T2表示中继电台收到扇面传播信号的时刻，T3表示中继电台发送扇面传播信号的时刻，T4表示第一节点收到扇面传播信号的时刻，D1表示第一节点发送扇面传播信号到中继电台间的时延，D2表示中继电台发送扇面传播信号到第一节点间的时延，θ表示第一节点和中继电台间的时钟偏差，D表示平均传输时延；所述平均传播时延为信号传输时延。
在其中一个实施例中，根据所述信号传输时延对所述中继电台进行时间同步，包括：根据所述信号传输时延对所述中继电台发送扇面传播信号时产生的时间差进行补充，实现信号的同步转发。
一种基于时间同步的多径信号传输装置，所述装置包括：
多径效应模块，用于基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
信号发送模块，用于第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
同步转发模块，用于根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
信号传输模块，用于在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；
根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；
根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
上述基于时间同步的多径信号传输方法、装置、计算机设备和存储介质，基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输；本发明充分多径传播的思想，把信号传输过程中遇到的建筑物作为折射点，将折射点模拟为中继电台，利用中继电台通过抗多径算法对发送节点的信号进行同步转发，形成了多条同步的信号传输路径，若某一个中继电台故障，可以切换另外的中继电台进行信号传输，且不会产生任何时间延迟。
附图说明
图1为一个实施例中一种基于时间同步的多径信号传输方法的流程示意图；
图2为一个实施例中基于多径效应和时间同步多径信号传输示意图；
图3为一个实施例中测距示意图；
图4为一个实施例中一种基于时间同步的多径信号传输装置的结构框图；
图5为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于时间同步的多径信号传输方法，包括以下步骤：
步骤202，基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上。
无线通信的信道中，电波传播除了直射波和地面反射波之外，在传播过程中还会有各种障碍物所引起的散射波，从而产生多径效应。无线信号在传输路径上会不可避免的经过山体、建筑、水面等不同障碍物，这些障碍物收到信号后会向多个方向发送信号，从而形成多径传播，利用多径传播的特点，将多径传播中的障碍物作为折射点，将折射点模拟为中继电台进行信号中继传输。
步骤204，第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台。
扇面传播信号是指无线信号在传播过程中以天线的扇面传播的信号。
步骤206，根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发。
本发明中采用的抗多径算法是利用通信数字信号处理中的通用自相关或本地相关算法。
步骤208，在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
由于中继电台对收到的信号进行同步转发，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输时，中继传输可以由多个电台同步转发，具有多电台转发的系统中具有更高的抗毁性，不用重新计算中继路径，并且不会产生时延。
上述基于时间同步的多径信号传输方法、装置、计算机设备和存储介质，基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输；本发明充分多径传播的思想，把信号传输过程中遇到的建筑物作为折射点，将折射点模拟为中继电台，利用中继电台通过抗多径算法对发送节点的信号进行同步转发，形成了多条同步的信号传输路径，若某一个中继电台故障，可以切换另外的中继电台进行信号传输，且不会产生任何时间延迟。
在其中一个实施例中，根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化，包括：根据预先设置的抗多径算法对所述扇面传播信号进行信号到达识别；中继电台识别到信号后，得到信号识别结果；信号识别结果为中继电台所处的时刻；根据中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延；根据信号传输时延对中继电台进行时间同步。
如图2所示，基于多径效应，信号在多径传输时会产生一定的时延，由于时延，实际上在第二跳转发时，只能由DC或者DB其中一个节点转发，利用抗多径算法解决因多径导致的时延，使得多个中继电台可以同时占用同一个时间资源，进而可以对第一节点发送的信号进行同步转发，更好的利用时间资源。
在其中一个实施例中，根据中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延，包括：根据中继电台所处的时刻，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延。
采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，可以得到第一节点发送扇面传播信号的时刻，中继电台收到扇面传播信号的时刻，中继电台发送扇面传播信号的时刻，第一节点收到扇面传播信号的时刻，第一节点发送扇面传播信号到中继电台间的时延和中继电台发送扇面传播信号到第一节点间的时延。
如图3所示，在其中一个实施例中，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延，过程如下：
Figure BDA0003272762860000061
当D1＝D2时：
Figure BDA0003272762860000062
其中，T1表示第一节点发送扇面传播信号的时刻，T2表示中继电台收到扇面传播信号的时刻，T3表示中继电台发送扇面传播信号的时刻，T4表示第一节点收到扇面传播信号的时刻，D1表示第一节点发送扇面传播信号到中继电台间的时延，D2表示中继电台发送扇面传播信号到第一节点间的时延，θ表示第一节点和中继电台间的时钟偏差，D表示平均传输时延；平均传播时延就是信号传输时延。
在其中一个实施例中，根据所述信号传输时延对所述中继电台进行时间同步，包括：根据所述信号传输时延对所述中继电台发送扇面传播信号时产生的时间差进行补充，实现信号的同步转发。
在TDD系统中，相邻发送时刻间的间隙是固定的△T，中继电台通过精确相关峰算法，能够精准的获得接收到信号的时刻，由于第一节点到每个中继电台的传播时延不一样，所以每个中继电台发送扇面传播信号的时刻也不一样，根据第一节点到中继电台的传播时延，对中继电台发送扇面传播信号时产生的时间差进行补充，使得各中继电台的发送时刻保持一致，实现信号的同步转发。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种基于时间同步的多径信号传输装置，包括：多径效应模块402、信号发送模块404、同步转发模块406和信号传输模块408，其中：
多径效应模块402，用于基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
信号发送模块404，用于第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
同步转发模块406，用于根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
信号传输模块408，用于在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
在其中一个实施例中，同步转发模块406还用于根据预先设置的抗多径算法对所述扇面传播信号进行信号到达识别；中继电台识别到信号后，得到信号识别结果；信号识别结果为中继电台所处的时刻；根据中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延；根据信号传输时延对中继电台进行时间同步。
在其中一个实施例中，同步转发模块406还用于根据中继电台所处的时刻，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延。
在其中一个实施例中，同步转发模块406还用于采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延，过程如下：
Figure BDA0003272762860000081
当D1＝D2时：
Figure BDA0003272762860000082
其中，T1表示第一节点发送扇面传播信号的时刻，T2表示中继电台收到扇面传播信号的时刻，T3表示中继电台发送扇面传播信号的时刻，T4表示第一节点收到扇面传播信号的时刻，D1表示第一节点发送扇面传播信号到中继电台间的时延，D2表示中继电台发送扇面传播信号到第一节点间的时延，θ表示第一节点和中继电台间的时钟偏差，D表示平均传输时延；所述平均传播时延为信号传输时延。
在其中一个实施例中，同步转发模块406还用于根据所述信号传输时延对所述中继电台发送扇面传播信号时产生的时间差进行补充，实现信号的同步转发。
关于基于时间同步的多径信号传输装置的具体限定可以参见上文中对于基于时间同步的多径信号传输方法的限定，在此不再赘述。上述基于时间同步的多径信号传输装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于时间同步的多径信号传输方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；
根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；中继电台为两个以上；
第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使扇面传播信号到达扇面传播区域中的中继电台；
根据预设的抗多径算法对中继电台进行时间同步，完成初始化；
根据初始化后的中继电台对扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他中继电台进行中继传输。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于时间同步的多径信号传输方法，其特征在于，所述方法包括：
基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；所述中继电台为两个以上；
第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使所述扇面传播信号到达扇面传播区域中的所述中继电台；
根据预设的抗多径算法对所述中继电台进行时间同步，完成初始化；
根据初始化后的中继电台对所述扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他所述中继电台进行中继传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设的抗多径算法对所述中继电台进行时间同步，完成初始化，包括：
根据预先设置的抗多径算法对所述扇面传播信号进行信号到达识别；
所述中继电台识别到信号后，得到信号识别结果；所述信号识别结果为所述中继电台所处的时刻；
根据所述中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延；
根据所述信号传输时延对所述中继电台进行时间同步。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述中继电台所处的时刻，进行差分测量，得到信号传输时延，包括：
根据所述中继电台所处的时刻，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用第一节点和中继电台交互发送测距帧，进行差分测量，得到信号传输时延，过程如下：
Figure FDA0003272762850000011
当D1＝D2时：
Figure FDA0003272762850000012
其中，T1表示第一节点发送扇面传播信号的时刻，T2表示中继电台收到扇面传播信号的时刻，T3表示中继电台发送扇面传播信号的时刻，T4表示第一节点收到扇面传播信号的时刻，D1表示第一节点发送扇面传播信号到中继电台间的时延，D2表示中继电台发送扇面传播信号到第一节点间的时延，θ表示第一节点和中继电台间的时钟偏差，D表示平均传输时延；所述平均传播时延为信号传输时延。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述信号传输时延对所述中继电台进行时间同步，包括：
根据所述信号传输时延对所述中继电台发送扇面传播信号时产生的时间差进行补充，实现信号的同步转发。
6.一种基于时间同步的多径信号传输装置，其特征在于，所述装置包括：
多径效应模块，用于基于多径效应将多径传播中的折射点模拟为中继电台；所述中继电台为两个以上；
信号发送模块，用于第一节点通过天线向环境发射扇面传播信号，以使所述扇面传播信号到达扇面传播区域中的所述中继电台；
同步转发模块，用于根据预设的抗多径算法对所述中继电台进行时间同步，完成初始化；根据初始化后的中继电台对所述扇面传播信号向第二节点进行同步转发；
信号传输模块，用于在第一节点向第二节点进行信号传输时，若当前进行中继的中继电台故障时，切换其他所述中继电台进行中继传输。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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Citations (7)

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