CN114710829A - 自组网装置的gps帧定时同步方法、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自组网装置的GPS帧定时同步方法、设备及系统，涉及无线通信技术领域。所述方法包括步骤：获取组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，进行滤波去抖后得到稳定脉冲输出信号PP1S_t；基于本地时钟对PP1S_t信号的输出周期进行统计，计算本地时钟和GPS产生1秒时钟信号的时间误差，获取预设的1秒包含的超帧数量M，将时间误差均分到M个超帧中，获得调整后的超帧周期；根据PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，保持其中某个超帧帧头与PP1S信号的边沿对齐。利用本发明进行全网时钟同步时，具有组网成本更低、适用性更广的优点。

Description

自组网装置的GPS帧定时同步方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种自组网装置的GPS帧定时同步方法、设备及系统。

背景技术

无线自组网 (Wireless Adhoc Network)是一种不需要预定基础设施支持的分布式的、自组织的、可重构的无线移动网络，无线节点之间地位平等，支持多跳通信，具有很强的抗毁性和灵活组网等优点，具有广阔的应用前景。

时间同步技术是无线网络重要的基础支撑技术之一，不仅是保证无线传感网络工程正常运行的必要条件，而且同步精度直接影响其它中间件的性能。在分布式无线自组网系统中，由于物理上的分散性，系统无法为相互独立的各组网节点提供统一的时间，也就是说，不同节点各自维护自身的本地时钟。目前节点一般是配置一个硬件晶振控制自己的本地时钟（或称本地时间）。

在无线自组网通信中，通信的组网节点需要按照固定的帧结构收发信号，在某些场景下还需要实现帧同步——即要求多个组网节点的帧定时从同一时间看是对齐的。然而，参见图1所示，由于每个节点上电的时刻是随机的，产生的帧定时起始时刻也是随机的，导致了如下问题：1）每次节点上电后，各组网节点对应的超帧头一般是不对齐的，并且对应的超帧帧头延时x也是随机的。2）节点上电后，随着时间的累积，帧头延时x会发生漂移变化。这是因为，普通网络节点产品使用的晶振在不同的物理环境下具有不同的频偏偏差（不同的晶振甚至相同的晶振在不同的物理环境下都可能具有不同的频偏偏差），因此即使在某个时刻系统中的网络节点达到帧同步，在长期连续工作后，随着时间积累，信号的帧头也可能会相对标准时钟会发生漂移。

如果要实现帧同步，需要将所有组网节点的帧头对齐到某一个时刻上，并且不随时间变化。目前，现有技术中通常使用专门的时钟锁相芯片或者具有类似功能的ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）芯片结合软件算法来控制本地的晶振，使其输出的频率跟随选取的GPS（Global Positioning System，全球定位系统）的频率（作为同步的基准）以达到帧同步的效果。然而，上述现有方案由于需要额外的时钟锁相芯片或者类似功能的ASIC芯片，不仅增加了组网节点产品的成本，并且增大了节点PCB（Printed circuit board，印刷电路板）的面积，可能影响该节点在需要全网时钟同步的场景中的使用。

综上所述，如何提供一种产品成本更低且适用性更广的自组网通信的帧同步方案，是当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种自组网装置的GPS帧定时同步方法、设备及系统。本发明提供的GPS帧定时同步方法，能够根据组网节点的GPS提供的PP1S时钟信号计算本地时钟和GPS时钟的时间偏差值，再将该时间偏差值均分到1秒时钟中包含的多个超帧中以实现补偿，并使前述多个超帧中的某一个超帧帧头保持与PP1S信号的边沿对齐，从而实现帧同步。利用本发明进行全网时钟同步时，组网节点中无需额外设置时钟锁相芯片或者具有类似功能的ASIC芯片，具有组网成本更低、适用性更广的优点。

为实现上述目标，本发明提供了如下技术方案。

一种自组网装置的GPS帧定时同步方法，包括如下步骤：

对任一组网节点，获取该组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t；

基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数；

将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期；

根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

进一步，所述组网节点中集成有GPS模块，所述GPS模块能够接收GPS信号并产生精准定时的1秒时钟信号PP1S。

进一步，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t的步骤如下，

通过本地时钟对输入的PP1S信号进行n次连续采样；

对连续采样的n次信号进行判断，判定该n次信号均为高电平时输出高电平，判定该n次信号均为低电平时输出低电平，如果不满足前面的2个条件则保持当前的输出电平，得到输出信号；

对前述输出信号进行边沿检测后生成单脉冲信号，得到1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

进一步，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差的步骤如下，

通过本地时钟统计相邻2个前述PP1S_t信号所包含的本地时钟周期的数量x；

以及基于本地时钟的预设频率得到理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y；

基于前述x和y计算本地时钟产生1秒信号和GPS产生的1秒信号的时间误差△=x-y。

进一步，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期的步骤如下：

基于预设的1秒包含的超帧数量M和前述理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y，计算得到理论上每个超帧包含的本地时钟周期个数y/M；

对时间误差△和M进行求余计算，得到N=mod(△，M)=mod(x-y，M)，根据前述N值将1秒时钟信号内的M个超帧划分为2个部分，第1部分为前N超帧，第2部分为后M-N超帧；

对于前N超帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z0，z0=y/M+ floor((x-y)/M)+1；对于后M-N帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z1，z1=y/M+ floor((x-y)/ M)；

其中，mod为求余函数，floor为向下取整函数。

进一步，对M个超帧中的每个超帧进行子帧配置以将该超帧划分为K个独立的子帧，所述K为大于等于2的整数；

所述子帧至少包括用于发送数据的发送子帧、用于接收数据的接收子帧，以及用于收发操作切换的收发切换保护子帧。

进一步，将每个超帧的最后一个子帧固定配置为收发切换保护子帧，使得每个超帧的抖动发生在该超帧的最后一个子帧位置。

进一步，监测GPS时钟信号，判断GPS时钟信号丢失时，获取历史记录的GPS时钟信号后作为当前GPS时钟信号以与当前本地时钟信号进行前述时间误差的计算和时间误差均分，直至重新接收到GPS时钟信号，此时再基于重新接收到的GPS时钟信号更新时间误差。

本发明还提供了一种GPS帧定时同步设备，用于自组网装置中，包括如下结构：

GPS时钟信号预处理模块，用于获取组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t；

误差统计均分模块，用于基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期；所述超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数；

超帧定时调整模块，用于根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

本发明还提供了一种自组网通信系统，包括多个组网节点，所述组网节点中设置有前述的GPS帧定时同步设备。

本发明由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：所述GPS帧定时同步方法，能够根据组网节点的GPS提供的PP1S时钟信号计算本地时钟和GPS时钟的时间偏差值，再将该时间偏差值均分到1秒时钟中包含的多个超帧中以实现补偿，并使前述多个超帧中的某一个超帧帧头保持与PP1S信号的边沿对齐，从而实现帧同步。利用本发明进行全网时钟同步时，组网节点中无需额外设置时钟锁相芯片或者具有类似功能的ASIC芯片，具有组网成本更低、适用性更广的优点。

附图说明

图1为现有技术中的多个组网节点上电时的帧头相对偏移示意图。

图2为本发明实施例提供的组网节点的超帧帧头与GPS的PP1S时钟信号对齐的示意图。

图3为本发明实施例提供的GPS帧定时同步的处理流程图。

图4为本发明实施例提供的具有多个子帧的超帧的数据结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明公开的自组网装置的GPS帧定时同步方法、设备及系统作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例

为了实现将自组网系统中的各组网节点的帧头对齐到某一个时刻上并且不随时间变化，考虑到组网节点一般都设置有GPS定位结构，本发明基于全球定位系统GPS（GlobalPositioning System）提供的精准时钟信息，提出了使用GPS提供的PP1S信号为帧头对齐的基准（即将PP1S作为帧对齐的参考时钟）。所述参考时钟PP1S是以1秒为周期的，因此将本地时钟的帧对齐周期的单位也配置为1秒。

本发明基于超帧（superframe，简写为SF）来实现帧对齐。为了将超帧的帧头（起始点）和PP1S信号的边沿起始点对齐，配置超帧的周期以使1秒（帧对齐周期）包括有整数个超帧周期。作为举例，参见图2所示，比如将帧对齐周期1秒中包含的超帧周期配置为M个（M为正整数），分别为超帧0，超帧1，超帧2，……，超帧M-1。此时，每个超帧的周期固定为1/M秒。具体实施时，对于任一节点，可以通过如下方式实现超帧的帧头和PP1S信号的边沿起始点对齐：首先，根据GPS模块提供的PP1S信号，检测该PP1S信号的边沿信息，获取边沿起始点的位置；然后，按照前述边沿起始点的位置，使用本地时钟产生超帧的帧头——图2中超帧0的起始点，是从将超帧的帧头与PP1S信号的起始点对应起来（即对齐）。由于1秒包括有整数M个超帧，1秒中的第M个超帧（图2中的超帧M-1）的结束点必然为PP1S信号的边沿结束点。

通过配置超帧的周期，将本地时钟超帧的帧头和PP1S信号的起始点对应起来后，进一步就可以根据本地时钟和GPS时钟的频率差来调整本地的超帧周期，通过调整超帧周期并保持超帧的帧头和GPS的PP1S信号的边沿对齐，从而达到帧同步的效果。

下面结合图3详细描述本实施例提供的自组网装置的GPS帧定时同步方法。所述方法包括如下步骤。

S100，对任一组网节点，获取该组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

本实施例中，所述组网节点中集成有GPS模块，所述GPS模块能够接收GPS信号并产生精准定时的1秒时钟信号PP1S。也就是说，各组网节点的1秒定时均来自GPS时钟，能够保证所有的组网节点的1秒时钟信号是同步的（时钟对齐的），与组网节点的位置远近无关。

考虑到信号稳定性，还可以对GPS模块提供的1秒时钟信号PP1S进行滤波去抖处理以得到更加稳定的1秒时钟信号。

优选的，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t的具体步骤如下：

S110，通过本地时钟对输入的PP1S信号进行n次连续采样。

S120，对连续采样的n次信号进行判断，判定该n次信号均为高电平时输出高电平，判定该n次信号均为低电平时输出低电平，如果不满足前面的2个条件则保持当前的输出电平，得到输出信号。

也就是说，如果检测到连续的n次信号都为高电平，那么就输出高电平；如果检测到连续的n次信号都为低电平，那么就输出低电平；如果不满足前面的2个条件，保持当前的输出电平。

S130，对前述输出信号进行边沿检测后生成单脉冲信号，得到1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

即对步骤S120输出的信号检测边沿，输出单脉冲信号，得到稳定的周期为1秒的脉冲信号。

S200，基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数。

所述1秒包含的超帧数量M的具体值可以由用户根据实际需要进行设计，设计的超帧周期需要满足条件：1秒为超帧周期的M倍，即每个超帧的周期固定为1/M秒，所述M为正整数。

本实施例中，优选的，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差的具体步骤可以如下：

S210，通过本地时钟统计相邻2个前述PP1S_t信号所包含的本地时钟周期的数量x，所述x为PP1S_t信号输出周期；以及，基于本地时钟的预设频率得到理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y。

S220，基于前述x和y计算本地时钟产生1秒信号和GPS产生的1秒信号的时间误差△=x-y。

S300，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期。

本实施例中，优选的，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期的具体步骤如下：

S310，基于预设的1秒包含的超帧数量M和和前述理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y，计算得到理论上每个超帧包含的本地时钟周期个数y/M。

作为举例，比如配置的1秒包含的超帧的数量M=10，理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y=2x10⁸，则理论上每个超帧包含的本地时钟周期个数y/M=2x10⁸/10=2x10⁷，即1个超帧包含2x10⁷个本地时钟周期。

S320，对时间误差△和M进行求余计算，得到N=mod(△，M)=mod(x-y，M)，根据前述N值将1秒时钟信号内的M个超帧划分为2个部分，第1部分为前N超帧，第2部分为后M-N超帧。

S330，对于前N超帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z0，z0=y/M+ floor((x-y)/M)+1；对于后M-N帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z1，z1=y/M+ floor((x-y)/ M)。其中，mod为求余函数，floor为向下取整函数。

公式z0=y/M+ floor((x-y)/M)+1中，y/M为理论上每个超帧包含的本地时钟周期，floor((x-y)/M)+1为调整时钟周期，floor((x-y)/M)表示对(x-y)/M得到的值向下取整。

公式z1=y/M+ floor((x-y)/M)中，y/M为理论上每个超帧包含的本地时钟周期，floor((x-y)/M)为调整时钟周期，floor((x-y)/M)表示对(x-y)/M得到的值向下取整。

从上述公式可以看出，调整周期后的超帧周期（即每个超帧包含的本地时钟周期的数量），1秒内任意2个超帧的误差最大为1个本地时钟周期。

S400，根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。即，使M个超帧中的某一个超帧的帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

具体的，将PP1S_t信号的边沿起始点的位置，产生本地时钟的超帧的帧头，并且根据前面公式计数出的微调后超帧周期，产生M个超帧。调整后超帧的周期，前N帧信号周期设置为z0，后M-N帧信号周期设置为z1。

与PP1S信号的边沿对齐的超帧可以是M个超帧中的任意一个。作为典型方式的举例，具体实施时，比如可以使M个超帧中的第一个超帧的帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

对于GPS模块产生的每一个1秒时钟信号PP1S，重复图3中的帧定时同步处理流程来调整本地的超帧周期，从而保持本地时钟的超帧帧头和GPS的PP1S对齐。

本实施例提供的上述方案，通过配置1秒时钟和超帧的周期使二者有整数倍的关系，从而可以将超帧的帧头（起始点）和1秒时钟信号的起始点对应起来。由于1秒定时来自GPS时钟，只要节点集成GPS模块，无论节点所在的位置远近，都能够保证所有的模块使用的1秒信号是同步的（时钟对齐的）。同时，能够对GPS模块提供的1秒时钟信号进行抖动滤波处理，得到更加稳定的1秒时钟信号。进一步，通过使用本地时钟对GPS的1秒时钟信号的周期进行统计，得到本地的1秒时钟和GPS的1秒时钟的时间偏差，通过调整本地的超帧周期，将偏差值补偿到超帧周期中，保证GPS的每个1秒帧头和对应的超帧帧头对齐，不会随时间的累积而发生漂移。由于将GPS的1秒时钟和本节点的1秒误差均分到M个超帧中，使得每个超帧的误差为总误差的1/M，极大地减小了帧头抖动的幅度。

测试表明，本地超帧头跟随GPS模块产生的PP1S信号边沿，长时间拷机未发生相对漂移现象。对于多个组网节点，由于各组网节点的超帧帧头都和GPS时钟的PP1S信号边沿对齐，因此多个节点之间的超帧头也是对齐的。

自组网一般采用TDD（时分复用）结构，本实施例中，可以将每个超帧内部分为若干个子帧，通过接口来配置每个子帧的功能。具体实施时，参见图4所示，对M个超帧（superframe）中的每个超帧进行子帧（subframe）配置以将该超帧划分为K个独立的子帧，所述K为大于等于2的整数。所述子帧至少包括用于发送数据的发送子帧、用于接收数据的接收子帧，以及用于收发操作切换的收发切换保护子帧。所述收发切换保护子帧不用发送或者接收数据，其用于收发切换，从而可以解决处理收发数据不完整的问题。

优选的，将每个超帧的最后一个子帧固定配置为收发切换保护子帧，使得每个超帧的抖动发生在该超帧的最后一个子帧位置。

本实施例的另一实施方式中，考虑到在某些使用场景下，GPS时钟信号可能发生丢失——比如在室外GPS信号不好时，为了保证组网节点的正常工作，还包括如下步骤：监测GPS时钟信号，判断GPS时钟信号丢失时，获取历史记录的GPS时钟信号后作为当前GPS时钟信号以与当前本地时钟信号进行前述时间误差的计算和时间误差均分，直至重新接收到GPS时钟信号，此时再基于重新接收到的GPS时钟信号更新时间误差。

也就是说，当GPS时钟丢失时，使用之前记录的GPS时钟和本地时钟的误差统计数据，继续产生本地的1S定时信号，直到重新接收到GPS时钟信号，再次刷新误差统计值，跟踪GPS的PP1S信号。

本发明的另一实施例，提供了一种GPS帧定时同步设备，用于自组网装置中。

所述GPS帧定时同步设备包括GPS时钟信号预处理模块，误差统计均分模块和超帧定时调整模块。

所述GPS时钟信号预处理模块，用于获取组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

所述误差统计均分模块，用于基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期；所述超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数。

所述超帧定时调整模块，用于根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

具体的，各组网节点中集成有GPS模块，所述GPS模块能够接收GPS信号并产生精准定时的1秒时钟信号PP1S。

所述GPS时钟信号预处理模块包括信号滤波去抖单元。所述信号滤波去抖单元被配置为执行如下步骤：通过本地时钟对输入的PP1S信号进行n次连续采样；对连续采样的n次信号进行判断，判定该n次信号均为高电平时输出高电平，判定该n次信号均为低电平时输出低电平，如果不满足前面的2个条件则保持当前的输出电平，得到输出信号；对前述输出信号进行边沿检测后生成单脉冲信号，得到1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

所述误差统计均分模块包括误差统计单元和误差均分单元。

所述误差统计单元被配置为：通过本地时钟统计相邻2个前述PP1S_t信号所包含的本地时钟周期的数量x；以及基于本地时钟的预设频率得到理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y；基于前述x和y计算本地时钟产生1秒信号和GPS产生的1秒信号的时间误差△=x-y。

所述误差均分单元被配置为：基于预设的1秒包含的超帧数量M和前述理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y，计算得到理论上每个超帧包含的本地时钟周期个数y/M；对时间误差△和M进行求余计算，得到N=mod(△，M)=mod(x-y，M)，根据前述N值将1秒时钟信号内的M个超帧划分为2个部分，第1部分为前N超帧，第2部分为后M-N超帧；对于前N超帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z0，z0=y/M+ floor((x-y)/M)+1；对于后M-N帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z1，z1=y/M+ floor((x-y)/ M)；其中，mod为求余函数，floor为向下取整函数。

本实施例中，还设置有子帧配置模块。所述子帧配置模块，用于将超帧划分为K个独立的子帧，所述K为大于等于2的整数；所述子帧至少包括用于发送数据的发送子帧、用于接收数据的接收子帧，以及用于收发操作切换的收发切换保护子帧。

本实施例的另一实施方式中，所述GPS帧定时同步设备还可以包括GPS时钟监测模块，所述GPS时钟监测模块被配置为执行如下步骤：监测GPS时钟信号，判断GPS时钟信号丢失时，获取历史记录的GPS时钟信号后作为当前GPS时钟信号以与当前本地时钟信号进行前述时间误差的计算和时间误差均分，直至重新接收到GPS时钟信号，此时再基于重新接收到的GPS时钟信号更新时间误差。

其它技术特征参考在前实施例，在此不再赘述。

本发明还提供了一种自组网通信系统，包括多个组网节点，所述组网节点中设置有前述的GPS帧定时同步设备。

所述GPS帧定时同步设备包括GPS时钟信号预处理模块，误差统计均分模块和超帧定时调整模块。

所述GPS时钟信号预处理模块，用于获取组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

所述误差统计均分模块，用于基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期；所述超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数。

所述超帧定时调整模块，用于根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

其它技术特征参考在前实施例，在此不再赘述。

在上面的描述中，本发明的公开内容并不旨在将其自身限于这些方面。而是，在本公开内容的目标保护范围内，各组件可以以任意数目选择性地且操作性地进行合并。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块， 或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程 ROM、电可擦除可编程 ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。另外，像“包括”、“囊括”以及“具有”的术语应当默认被解释为包括性的或开放性的，而不是排他性的或封闭性，除非其被明确限定为相反的含义。所有技术、科技或其他方面的术语都符合本领域技术人员所理解的含义，除非其被限定为相反的含义。在词典里找到的公共术语应当在相关技术文档的背景下不被太理想化或太不实际地解释，除非本公开内容明确将其限定成那样。本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种自组网装置的GPS帧定时同步方法，其特征在于包括步骤：

对任一组网节点，获取该组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t；

基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数；

将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期；

根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述组网节点中集成前述GPS模块，所述GPS模块能够接收GPS信号并产生精准定时的1秒时钟信号PP1S。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t的步骤如下，

通过本地时钟对输入的PP1S信号进行n次连续采样；

对连续采样的n次信号进行判断，判定该n次信号均为高电平时输出高电平，判定该n次信号均为低电平时输出低电平，如果不满足前面的2个条件则保持当前的输出电平，得到输出信号；

对前述输出信号进行边沿检测后生成单脉冲信号，得到1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差的步骤如下，

通过本地时钟统计相邻2个前述PP1S_t信号所包含的本地时钟周期的数量x；

以及基于本地时钟的预设频率得到理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y；

基于前述x和y计算本地时钟产生1秒信号和GPS产生的1秒信号的时间误差△=x-y。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期的步骤如下：

基于预设的1秒包含的超帧数量M和前述理论上1秒时钟信号包含的本地时钟周期的数量y，计算得到理论上每个超帧包含的本地时钟周期个数y/M；

对时间误差△和M进行求余计算，得到N=mod(△，M)=mod(x-y，M)，根据前述N值将1秒时钟信号内的M个超帧划分为2个部分，第1部分为前N超帧，第2部分为后M-N超帧；

对于前N超帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z0，z0=y/M+ floor((x-y)/M)+1；对于后M-N帧，将每个超帧包含的时钟周期调整为z1，z1=y/M+ floor((x-y)/ M)；

其中，mod为求余函数，floor为向下取整函数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对M个超帧中的每个超帧进行子帧配置以将该超帧划分为K个独立的子帧，所述K为大于等于2的整数；

所述子帧至少包括用于发送数据的发送子帧、用于接收数据的接收子帧，以及用于收发操作切换的收发切换保护子帧。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：将每个超帧的最后一个子帧固定配置为收发切换保护子帧，使得每个超帧的抖动发生在该超帧的最后一个子帧位置。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：监测GPS时钟信号，判断GPS时钟信号丢失时，获取历史记录的GPS时钟信号后作为当前GPS时钟信号以与当前本地时钟信号进行前述时间误差的计算和时间误差均分，直至重新接收到GPS时钟信号，此时再基于重新接收到的GPS时钟信号更新时间误差。

9.一种GPS帧定时同步设备，用于自组网装置中，其特征在于包括：

GPS时钟信号预处理模块，用于获取组网节点的GPS模块的1秒周期脉冲信号PP1S，对PP1S信号进行滤波去抖处理以得到周期为1秒的稳定脉冲输出信号PP1S_t；

误差统计均分模块，用于基于本地时钟对前述PP1S_t信号的输出周期进行检测，计算本地时钟产生1秒时钟信号和GPS产生1秒时钟信号的时间误差；以及，获取预设的1秒包含的超帧数量M，将前述时间误差均分到前述M个超帧中，获得调整周期后的超帧周期；所述超帧的周期与1秒具有整数倍的关系使得所述M为正整数；

超帧定时调整模块，用于根据前述PP1S_t信号产生超帧的帧头，结合调整后的超帧周期产生新的M个超帧，使该M个超帧中的一个超帧帧头与前述PP1S信号的边沿对齐。

10.一种自组网通信系统，包括多个组网节点，其特征在于：所述组网节点中设置有权利要求9所述的GPS帧定时同步设备。

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