CN110971325B - 基于位同步的时间传递方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于位同步的时间传递方法，包括：发送端将数据调制后的数传信号发送到接收端；数据帧包含帧计数，数据帧包含帧头的发送时间信息；接收端解调数传信号，采用Gardner位同步算法对数传信号的数据位进行跟踪，采用固定时间间隔对数传信号数据相位进行采样，获得数传信号实时的数据帧内位计数和数据位相位的测量信息；接收端提取数据帧的帧计数和帧头发送时间信息，接收端根据本地时钟，计算数据帧的帧头传输时延。相比于现有技术，本发明的技术方案在相同的频率资源下，获得更高的数据传输速率，不需要开辟额外的数传通道即可完成大量数据信息的交互，实现实时的时间传递。

Description

基于位同步的时间传递方法
技术领域
本发明涉及高精度时间同步领域，特别是涉及一种基于位同步的时间传递方法。
背景技术
高精度时间同步是时间频率量传和溯源的基础。随着国际计量局(BIPM)对快速UTC的推广，各授时实验室对于远程比对结果的实时性要求也提出了更高要求。卫星双向时间频率传递技术是一种应用广泛的高精度时间传递方式。在两个站间通过卫星地面站和双向时间比对调制解调器，进行时间频率的远程传递，得到两地的比对结果。
在现有技术中，卫星双向时频传递技术多采用伪码扩频信号体制，其测量原理是将待传输信号的频谱采用一个噪声似的伪随机信号扩展频谱后成为宽频带信号进行时间传递，通过获得伪码信号的相位时延信息来获得时间传递信息。该方法虽然测量精度较高，但其扩频后占用带宽较大，数据传输速率较低，频带利用率较低。因此多站间为了得到实时的时间传递结果，常需要建立专门的数据传输信道来进行测量数据交互，从而加大了***的复杂度。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于位同步的时间传递方法，以缓解现有技术中存在的数据传输速率低的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于位同步的时间传递方法，以缓解现有技术存在的问题。
一种基于位同步的时间传递方法，包括：发送端将数据调制后的数传信号发送到接收端，数据包含数据帧；数据帧包含帧计数及帧头发送时间信息；接收端解调数传信号，采用Gardner位同步算法对数传信号的数据位进行跟踪，采用固定时间间隔对数传信号数据相位进行采样，获得数传信号实时的数据帧内位计数和数据位相位的测量信息；接收端提取数据帧的帧计数和包含的帧头发送时间信息，接收端根据本地时钟，计算数据帧的帧头传输时延。
进一步地，计算数据帧帧头传输时延的方法，包括：帧头传输时延ΔT的计算公式为
Figure BDA0002316985740000021
t1为接收端解调得到的数据帧包含的帧头发送时间信息，t2为接收端接收数据帧帧头的时间，t3为接收端本地时钟采样时刻，φ为采样到的数传信号的数据相位，Rb为数传信号的数据速率。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明提出的技术方案引入了Gardner算法，Gardner算法是一种在高数据速率下同步精度较高的位同步算法，环路结构简单，算法复杂度较低。本发明将Gardner算法应用于时间传递方法中，可在无伪码调制的高数据率传输条件下完成数据位相位的精确跟踪。在相同的频率资源下，获得更高的数据传输速率，不需要开辟额外的数传通道即可完成大量数据信息的交互，实现实时的时间传递。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种基于位同步的时间传递方法流程示意图；
图2是本发明实施例的Gardner位同步算法结构原理框图示意图；
图3是本发明实施例的Gardner位同步算法跟踪精度性能仿真结果示意图；
图4是本发明实施例的数传信号测量两地传输时延的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1是本发明第一实施例的一种基于位同步的时间传递方法流程示意图，如图1所示，该方法包括如下三个步骤。
步骤S101：发送端发送数传信号到接收端。具体地，发送端将数据调制后的数传信号发送到接收端，数据帧包含帧计数以及帧头发送时间信息。
步骤S102：接收端解调数传信号。具体地，接收端解调数传信号，采用Gardner位同步算法对数传信号的数据位进行跟踪，采用固定时间间隔对数传信号数据相位进行采样，获得数传信号实时的数据帧内位计数和数据位相位的测量信息。
需要进行说明的是，利用数传信号进行时间传递，在接收端采用高精度的Gardner位同步算法对数据相位进行精确跟踪来获得信号传输时延。数据传输速率越快，时间传递的精度越高，数字***的通信容量也就越大。高速数传信号的接收端位同步精度直接决定了时间传递精度，直接影响通信***的数据传输质量。利用高速数传信号进行时间传递时，数传信号在完成站间时间同步的同时，可以完成大量的信息交互。站间的时间同步通过信号跟踪过程中位同步获得的接收数据位相位信息，及解调得到的两站时间信息计算得到。通过接收信号的数据位相位可以获得信号的传输时延，利用了Gardner位同步算法同步精度较高的特点，接收端通过位同步处理实时跟踪接收信号的数据位相位信息，其结构原理框图如图2所示。Gardner位同步环路中时钟误差鉴别模块鉴别接收信号的数据位最佳采样时刻与本地采样脉冲信号之间的数据位误差。环路NCO根据环路滤波器输出的位同步频率字进行累加，生成本地位同步脉冲。
此外，还需要进行说明的是，在接收端数据位周期Ti与本地采样时钟Ts是不相关的，只有通过对输入的基带信号进行插值滤波处理才可以得到信号在信噪比最佳时刻的数值，即信号峰值点数值，以及信号过渡点时刻的值。根据信号峰值点及过渡点的值进行鉴别反馈及输出数据判决结果。Gardner鉴别算法的表达式为：
Figure BDA0002316985740000031
其中，接收信号的峰值点时刻应为t＝mTi+τ，相邻峰值点间的过渡点时刻应为t＝(m-1/2)Ti+τ。t＝mTi+τ′为本地估计的接收信号峰值点时刻，t＝(m-1/2)Ti+τ′为本地估计的过渡点时刻。Δτm＝τ-τ′是本地位同步脉冲信号与接收信号之间的数据相位误差。图3表示Gardner位同步算法跟踪精度性能仿真结果示意图，此时设置***时钟fs＝70MHz，数据速率Rb＝1MHz。
步骤S103：计算数据帧的帧头传输时延。具体地，接收端提取数据帧的帧计数和包含的帧头发送时间信息，接收端根据本地时钟，计算数据帧的帧头传输时延。计算数据帧帧头传输时延的方法，包括：帧头传输时延ΔT的计算公式为
Figure BDA0002316985740000041
t1为数据帧包含的帧头发送时间信息，t2为接收端数据帧帧头的接收时间，t3为接收端本地时钟采样时刻，φ为采样到的数传信号的数据相位，Rb为数传信号的数据速率。如图4所示，接收端与发送端的传输时延为
Figure BDA0002316985740000042
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于位同步的时间传递方法，其特征在于，包括：
发送端将数据调制后的数传信号发送到接收端，所述数据包含数据帧；
所述数据帧包含帧计数，所述数据帧包含帧头的发送时间信息；
所述接收端解调所述数传信号，采用Gardner位同步算法对所述数传信号的数据位进行跟踪，采用固定时间间隔对所述数传信号数据相位进行采样，获得所述数传信号实时的数据帧内位计数和数据位相位的测量信息，所述接收端同步和解调包含帧计数的数传信号以获得所述数传信号实时的数据帧内位计数和数据位相位的测量信息；
所述接收端提取所述数据帧中包含的帧计数和帧头发送时间信息，所述接收端根据本地时钟，计算所述数据帧的帧头传输时延。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的计算所述数据帧帧头传输时延的方法，包括：
所述帧头传输时延ΔT的计算公式为
Figure FDA0003158043310000011
所述t1为所述接收端解调得到的数据帧包含的帧头发送时间信息，所述t2为所述接收端接收所述数据帧帧头的时间，所述t3为接收端本地时钟采样时刻，所述φ为采样到的所述数传信号的数据相位，所述Rb为所述数传信号的数据速率。
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