CN118074827A - 基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法 - Google Patents

Abstract

一种基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法，在视距传输情况下，周期性地在一已知收发机间距离的位置处采集信道冲激响应(CIR)数据以获取时钟漂移的采样值后，对实测过程中产生的时钟漂移进行校正，本发明考虑了实际测量系统分辨率的有限性，采用最大似然估计获取时钟漂移采样值，以线性插值法对时钟漂移进行分段线性建模，实现了对时钟漂移的精确校正。

Description

基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信领域的技术，具体是一种基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法。

背景技术

为支撑无线通信研究，需要开展信道测量来得到信道原始数据，其中一种重要的信道测量方法是时域信道测量法。在时域信道测量中，发射端和接收端常常使用独立的铷钟来提供时钟参考。由于硬件限制，收发端铷钟的频率无法达到完全一致，加以测量系统众多器件引入的相位噪声等，导致在测量过程中发生时钟漂移。为得到精确的多径分量时延测量结果，亟需准确有效的时钟漂移校正算法。

发明内容

本发明针对现有技术时间信息的记录依赖于时钟源节点，因此时间信息的分辨率受时钟源节点的分辨率所限，无法满足信道测量中的超高时间分辨率需求，提出一种基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法，考虑了实际测量系统分辨率的有限性，采用最大似然估计获取时钟漂移采样值，以线性插值法对时钟漂移进行分段线性建模，实现了对时钟漂移的精确校正。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法，包括：

步骤1、时钟漂移采样：在视距传输情况下，周期性地在一已知收发机间距离的位置处采集信道冲激响应(CIR)数据以获取时钟漂移的采样值，具体为：

1.1基于CIR数据，粗略估计视距传输径的时延其中：Δτ为测量系统的时域分辨率，所测CIR最大值对应的索引j＝argmax_k|h[k]|，h[k]为第k个CIR采样处的路径增益；

1.2采用最大似然估计获取第i次在参考位置采样时的视距传输径的精确估计 其中：测量得到的频域响应/> 为离散傅里叶变换，频域采样点f_k＝f₁+(k-1)Δf，f₁为所测频段的起始频率，Δf为测量系统的频域分辨率，为搜索区间。

1.3基于所测得的视距传输径时延的精确估计以及根据实际收发机距离所计算得出的视距传输径时延理论值，得出时钟漂移的采样值其中：τ^Theo为视距传输径时延的理论值。

步骤2、时钟漂移校正：对实测过程中产生的时钟漂移进行校正，具体为：

2.1基于线性插值法，对于任意时刻t测得的信道冲激响应，预测其涉及的时钟漂移其中：/>t_i和t_j为第i次和第j次在参考位置处采样时的时间，Δτ_i和Δτ_j为第i次和第j次采样时的时钟漂移，/>和/>为向下取整和向上取整。

2.2对时刻t处测得的信道冲激响应进行校正其中：⊙为同样大小矩阵间的哈达玛积(Hadamard product)，即逐元素乘积，F＝[f₁,f₁+Δf,f₁+2Δf,…,f₁+(k-1)Δf,…,f₁+(K-1)Δf]为包括各个频域采样点对应频率的向量，K为测得的CIR长度，/>为离散傅里叶逆变换。

技术效果

本发明基于最大似然估计的时钟漂移采样及基于线性插值法的时钟漂移校正，突破了系统硬件带来的时间分辨率限制，可以精确估计系统时钟漂移值；通过基于线性插值法的时钟漂移校正，获得了具有精确绝对时延测量的CIR数据。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明流程图；

图3为实施例效果示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及一种用于无线信道测量的基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正系统，包括：时钟漂移采样单元及时钟漂移校正单元，其中：时钟漂移采样单元根据在固定收发机位置采集的CIR数据，基于最大似然估计法，获得某一时刻的系统时钟漂移值，时钟漂移校正单元根据时钟漂移采样单元记录的时钟漂移值，采用线性插值法，获得系统在任意时刻的时钟漂移预测值，并对采集到的CIR数据进行时钟漂移校正，获得准确的信道测量结果。

经过具体实际实验，如图2所示，在典型的无线信道测量场景下，使用基于相关法的信道测量系统得到信道的冲激响应数据。测量中心频率为12GHz，带宽为1.536GHz，信道冲激响应采样点数为2048.为精确测量时钟漂移，发射机和接收机通过射频线缆直连。每秒记录一次信道冲激响应，以信道冲激响应中最强多径分量的时延作为计量，该数值相比第一次记录的最强多径的时延之间的差值即为时钟漂移的真实值。

为验证不同方法的准确性，取每30秒的时钟漂移记录作为参考值，使用文献中现有的线性模型法、线性插值法，以及本发明提出的基于最大似然估计和线性插值的方法，对时钟漂移进行预测，并与真实值比较，采用时钟漂移误差作为评估准则E_Δτ＝|Δτ^P-Δτ^T|，其中：Δτ^P-Δτ^T分别为时钟漂移误差的预测值和真实值。

如表1所示，为现有方法和本发明时钟漂移误差比较。可以明显看到，现有方法中的线性模型法性能最差，这是由于时钟漂移多符合分段线性，因此线性模型精度有限。线性插值法效果较好，但由于测量系统时域分辨率有限(本实施例为0.65ns)，导致精度受限。而该发明提出的基于最大似然估计和线性插值的方法显著改善了对时钟漂移的预测精度。具体来说，线性模型法的平均误差为0.41ns，线性插值法的平均误差为0.08ns，本发明提出的方法的平局误差为0.01ns。

表1时钟漂移真实值与不同模型的预测值

与现有技术相比，本方法通过基于CIR数据的最大似然估计法，实现对时钟漂移的精准采样，估计精度高，且不受硬件限制，进而通过线性插值法对时钟漂移进行预测和校正，获得具有精确时延测量结果的信道测量数据，可以完全适用于无线信道测量中的时钟漂移校正。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种用于无线信道测量的基于最大似然估计和线性插值的时钟漂移校正方法，其特征在于，包括：

步骤1、时钟漂移采样：在视距传输情况下，周期性地在一已知收发机间距离的位置处采集信道冲激响应(CIR)数据以获取时钟漂移的采样值，具体为：

步骤2、时钟漂移校正：对实测过程中产生的时钟漂移进行校正。

2.根据权利要求1所述的时钟漂移校正方法，其特征是，所述的步骤1，具体包括：

1.1基于CIR数据，粗略估计视距传输径的时延其中：Δτ为测量系统的时域分辨率，所测CIR最大值对应的索引j＝argmax_k|h[k]|，h[k]为第k个CIR采样处的路径增益；

1.2采用最大似然估计获取第i次在参考位置采样时的视距传输径的精确估计 其中：测量得到的频域响应/>为离散傅里叶变换，频域采样点f_k＝f₁+(k-1)Δf，f₁为所测频段的起始频率，Δf为测量系统的频域分辨率，为搜索区间；

1.3基于所测得的视距传输径时延的精确估计以及根据实际收发机距离所计算得出的视距传输径时延理论值，得出时钟漂移的采样值其中：τ^Theo为视距传输径时延的理论值。

3.根据权利要求1所述的时钟漂移校正方法，其特征是，所述的步骤2，具体包括：

2.1基于线性插值法，对于任意时刻t测得的信道冲激响应，预测其涉及的时钟漂移其中：/>t_i和t_j为第i次和第j次在参考位置处采样时的时间，Δτ_i和Δτ_j为第i次和第j次采样时的时钟漂移，/>和/>为向下取整和向上取整；

2.2对时刻t处测得的信道冲激响应进行校正其中：⊙为同样大小矩阵间的哈达玛积(Hadamard product)，即逐元素乘积，F＝[f₁,f₁+Δf,f₁+2Δf,…,f₁+(k-1)Δf,…,f₁+(K-1)Δf]为包括各个频域采样点对应频率的向量，K为测得的CIR长度，/>为离散傅里叶逆变换。

4.一种实现权利要求1-3中任一所述方法的时钟漂移校正系统，其特征在于，包括：时钟漂移采样单元及时钟漂移校正单元，其中：时钟漂移采样单元根据在固定收发机位置采集的CIR数据，基于最大似然估计法，获得某一时刻的系统时钟漂移值，时钟漂移校正单元根据时钟漂移采样单元记录的时钟漂移值，采用线性插值法，获得系统在任意时刻的时钟漂移预测值，并对采集到的CIR数据进行时钟漂移校正，获得准确的信道测量结果。