CN110460404B - 一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法，从节点获取主节点定时发送的同步信号，通过所述同步信号的到达时刻以及一个传播延迟的时间补偿量来修正所述同步信号的到达时刻的本地时间的集合，形成所述从节点的同步时间自我更新的闭环方法。本发明克服了现有技术中载波传输体制建立时间同步比较困难的问题，使运行时从节点的同步时间的精确度提高。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法。
背景技术
总线通信就是利用有线电缆为物理传输媒介进行信息传输，具有***布设简单、信息传输可靠和***成本低廉等优点。
总线***的硬件由物理传输媒介以及若干个通信节点构成。前者一般由一套线缆以及配套的接插件构成。多个通信节点共享同一个传输媒介，因此往往采用时分多路的方式，即在任何一个时刻，最多仅有一个节点进行信号发送。采用集中控制的时间的划分需要建立全***的时间同步，因此时间同步技术是总线***的核心技术之一。
所谓时间同步是指总线网络中所有或部分节点拥有相同的时间基准，或者节点可以彼此将对方的时间转换成本地时间。时间同步的目的是维护一个全局一致的物理或逻辑时钟，以使得***中的信息、事件及各节点与时间有关的行为有一个全局一致的解释，确保节点发送和接收数据在时间逻辑上是一致的。高准确度的时间同步是时分复用总线***正确运行的基础。
总线一般采用基带传输，即将比特序列映射到逻辑电平(或者电平差)上并直接物理媒介上传输，而且逻辑电平取有限的几种。例如，RS232标准中，TxD以及RxD信号线上的-3到-15伏特的电平对应逻辑1，而+3到+15伏特的电平对应比特0。又例如，CAN总线中，CAN_H和CAN_L这连个信号线上的电平差为2伏特对应比特0，电平差为0伏特对应比特1。
基带传输的总线比较容易根据电平的突变特性来进行时间同步。
为了提高吞吐率、误码率/误块率等性能，某些总线提供采用了载波传输体制。与基带传输不同，载波传输对待传输的比特序列进行调制，调制后的电平波形一般是光滑连续的，且往往在相同的信噪比下能获得比基带传输更好的误比特/误包性能，这样它可以工作在较低信噪比的恶劣环境，总线传输距离可以大为提高。
但载波传输体制的上述好处又附带一个问题，即载波传输的电平波形是光滑连续的，且往往工作在较低信噪比的恶劣环境，建立时间同步比较困难，且由于传输距离扩展了，电磁波在电缆中传输所带来的延迟对时间同步的影响就不能像基带传输总线那样可以忽略不计了。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法。在所述方法中，克服了现有技术中载波传输体制建立时间同步比较困难的问题，使运行时从节点的同步时间的精确度提高。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法，从节点获取主节点定时发送的同步信号，通过所述同步信号的到达时刻对应的本地时间以及一个传播延迟的时间补偿量来修正同步信号当前时刻的本地时间的的集合，形成所述从节点的同步时间自我更新的闭环方法。
优选地，所述同步信号为OFDM信号。
优选地，获取所述传播延迟的时间补偿量，包括如下步骤：
所述从节点根据分配到的间隙向所述主节点发送信号，获取所述信号到达
所述主节点的时刻的本地时间；
将到达所述主节点的时刻的本地时间与所述间隙对应的全局时间进行比
对，获得误差值；
将所述误差值反馈给所述从节点，所述从节点根据所述误差值来修正所述
时间补偿量。
优选地，所述信号到达所述主节点的时刻的本地时间是通过所述主节点测量导频信号获得。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：通过从节点根据分配到的间隙向所述主节点发送信号所述信号到达所述主节点的时刻与所述间隙对应的全局时间之间的差值对伪同步时间进行修正，修正后的从节点就是一个精确度很高的同步时间，载波传输体制对待传输的所带来的延迟对时间同步的影响降低，使得多个从节点的同步时间与主节点的同步时间保持近似一致。克服了现有技术中载波传输体制建立时间同步比较困难的问题，使运行时从节点的同步时间的精确度提高。
附图说明
图1：本发明一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
如图1所示，一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法，从节点获取主节点定时发送的同步信号，通过所述同步信号的到达时刻对应的本地时间以及一个传播延迟的时间补偿量来修正同步信号当前时刻的本地时间的的集合，形成所述从节点的同步时间自我更新的闭环方法。
进一步，所述同步信号为OFDM信号。
进一步，获取所述传播延迟的时间补偿量，包括如下步骤：
所述从节点根据分配到的间隙向所述主节点发送信号，获取所述信号到达
所述主节点的时刻的本地时间；
将到达所述主节点的时刻的本地时间与所述间隙对应的全局时间进行比
对，获得误差值；
将所述误差值反馈给所述从节点，所述从节点根据所述误差值来修正所述
时间补偿量。
进一步，所述信号到达所述主节点的时刻的本地时间是通过所述主节点测量导频信号获得。
通过上述闭环反馈方式，可使得多个从节点的本地时间与主节点的本地时间保持近似一致。
一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法的具体实施方式：
一个时分复用载波传输体制的总线包含1个主节点和98个从节点，每十毫秒一个帧周期，分为100个时隙，每个时隙的长度为0.1毫秒，编号为0到99号。其中0号时隙用于主节点发送同步信号，其它99个时隙与99个节点一一对应。
主节点与同步时间有关的实体是一个名义值为10兆赫兹的时钟源以及对应的一个模十万计数器。
每个从节点与同步时间有关的实体是一个名义值为10兆赫兹的时钟源以及对应的一个模十万计数器、寄存器A和寄存器B。其中寄存器A存储最近一次同步信号到达本节点时的本地时间，即本从节点的模十万计数器的计数值，寄存器B存储电磁波从主节点到本从节点的传播延迟的估计值(单位：0.1微秒)。寄存器A和寄存器B的开机默认初始值均为0。
3.1、模十万计数器以及本地时间、同步时间
所有节点均使用一个名义值为10兆赫兹的晶体为时钟源，所有节点对此晶体的周期进行模十万计数，也就是说，每个节点有一个计数器，10兆赫兹的晶体每振动一次(每拍，名义周期值为0.1微秒)，则计数器的值增加一，当计数值到达99999时，计数值变成0。每个计数周期即为帧周期，即十毫秒。
主/从节点的计数器即为该节点的本地时钟，其计数器值就是本地时间(单位：0.1微秒)。
主节点在开机时，其计数器的值默认为0。由于主节点提供全***的时间基准，其计数器值即是本地时间又同时是同步时间。
对于从节点，需要对本地时间根据主节点反馈的误差值进行修正，从而获得从节点的同步时间，即获得与主节点计数器值一致或者近似一致的值。
3.2、寄存器A的更新
主节点在计数器值为0时，开始发送同步信号，同步信号为一OFDM信号，包括循环前缀，循环前缀用于克服和减轻传输介质由于阻抗不连续等原因造成的多径所带来的负面影响。同步信号的持续时间不大于一个时隙间隔，即0.1毫秒。
寄存器A的开机默认初始值为0。
从节点在开机后，搜索主节点发送的同步信号，并估算出同步信号到达本节点时刻所对应的本地时间(模十万计数器的计数值)，并将本地时间赋值给寄存器A。
3.3、寄存器B的更新
寄存器B的开机默认初始值为0。
***分配从节点在某个时隙进行发送。例如，***分配1号从节点在第3个时隙进行发送，第3个时隙的起点对应的全局时间为3000。当1号从节点根据3.4节所获得的同步时间达到3000时，则开始发送。发送信号中，包含主节点已知的导频信号，主节点可以根据导频信号，估计从节点发送信号到达主节点的时刻。
主节点测量1号从节点的发送信号，估计此信号到达主节点的时刻，并将此时刻与期望值(3000)进行比对，获得误差值，并将此误差值反馈给1号从节点。
1号从节点收到主节点反馈的误差值后，按照如下公式，对寄存器B的值进行修正：
寄存器B值实际赋值＝寄存器B+k*误差值。
其中k是一个大于0，小于等于1的系数。
3.4、从节点的同步时间产生方法
从节点按照如下公式计算同步时间：
Mod(模十万计数器的计数值-寄存器A值+寄存器B值,100000)
其中，Mod为取模值运算。
以上所述仅为本发明所公开的一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法，其特征在于，从节点获取主节点定时发送的同步信号，通过所述同步信号的到达时刻对应的本地时间以及一个传播延迟的时间补偿量来修正同步信号当前时刻的本地时间的集合，形成所述从节点的同步时间自我更新的闭环方法，其中，获取所述传播延迟的时间补偿量，包括如下步骤：
所述从节点根据分配到的间隙向所述主节点发送信号，主节点获取所述信号到达所述主节点的时刻的本地时间；
主节点将到达所述主节点的时刻的本地时间与所述间隙对应的全局时间进行比对，获得误差值；
主节点将所述误差值反馈给所述从节点，所述从节点根据所述误差值来获得所述时间补偿量，公式如下所示：
时间补偿量＝前次时间补偿量+k*误差值，其中，k是一个大于0，小于等于1的系数。
2.根据权利要求1所述的一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法，其特征在于，所述同步信号为OFDM信号。
3.根据权利要求1所述的一种适用于时分复用载波传输体制总线的时间同步方法，其特征在于，所述信号到达所述主节点的时刻的本地时间是通过所述主节点测量导频信号获得。
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