基于無線通信的時間同步中繼系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及時間同步技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線通信的時間同步中繼系統(tǒng) 與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 時間同步不僅在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)著重要的位置，也對國家的國防、軍事起著 至關(guān)重要的作用。隨著社會科學(xué)生產(chǎn)力的快速發(fā)展，時鐘同步的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。當(dāng) 前人們需要實時掌握發(fā)生在全球各地的各種信息，但這些信息容量大，包含范圍廣，為了讓 這些信息快速、準(zhǔn)確且可靠的傳遞就需要有高精度的時間同步。
[0003] 隨著高精度原子鐘技術(shù)的發(fā)展，時間計量精度也在不斷提高，它和快速發(fā)展的通 信技術(shù)、高精度的時間間隔測量技術(shù)共同促進(jìn)了時間同步技術(shù)的發(fā)展，大幅度提高了時間 同步的精度。
[0004] 目前，高精度的時間同步系統(tǒng)有單向時間同步和雙向時間同步等方法。單向時間 同步和雙向時間同步方法都是通過無線信號傳輸實現(xiàn)時間同步，這些無線信號采用的信號 頻段無論是微波、短波或長波，都多少會周圍障礙物（高樓、高植被或地球曲面等）的遮擋， 而使得時間同步終端之間不能直視，這會影響傳輸距離或時間同步精度，甚至使得終端不 能實現(xiàn)時間同步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有時間同步方式會因周圍障礙物而影響傳輸距 離或時間同步精度，提供一種基于無線通信的時間同步中繼系統(tǒng)與方法，其可以實現(xiàn)非直 視各終端之間的時間同步和數(shù)據(jù)傳輸。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 基于無線通信的時間同步中繼系統(tǒng)，由信號發(fā)射部分和信號接收部分組成；其中 信號接收部分包括接收天線、接收射頻前端單元、AD轉(zhuǎn)換器和同步信號接收單元；接收天 線將接收到的射頻信號經(jīng)過接收射頻前端單元的處理后下變頻至模擬中頻信號；該模擬中 頻信號通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號；同步信號接收單元對數(shù)字中頻信號做載波解 調(diào)和偽碼解擴，并把解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息輸出，同時根據(jù)接收信號中包含的時間信息輸 出秒脈沖信號；信號發(fā)射部分包括同步信號生成單元、DA轉(zhuǎn)換器、發(fā)射射頻前端單元和發(fā) 射天線；同步信號生成單元利用信號接收部分輸出的秒脈沖信號馴服本地時鐘的秒脈沖信 號，并對信號接收部分解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息重新編碼和調(diào)制為數(shù)字中頻信號；DA轉(zhuǎn)換器 件將調(diào)制好的數(shù)字中頻信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號；該模擬中頻信號經(jīng)過發(fā)射射頻前端單元 上變頻至射頻信號通過發(fā)射天線發(fā)射出去。
[0008] 上述同步信號生成單元包括基準(zhǔn)秒脈沖生成模塊、時鐘管理模塊、通信模塊、擴頻 碼生成模塊、載波生成模塊和信號調(diào)制模塊；基準(zhǔn)秒脈沖生成模塊，利用信號接收部分輸出 的秒脈沖信號馴服本地時鐘，并送入時鐘管理模塊；時鐘管理模塊，完成輸入時鐘的鎖相和 倍頻，為系統(tǒng)提供全局穩(wěn)定時鐘；通信模塊，把來自信號接收部分的解調(diào)信息數(shù)據(jù)與幀頭幀 尾組成完整的一幀，并由此形成電文數(shù)據(jù)；擴頻碼生成模塊，用于產(chǎn)生擴頻碼；載波生成模 塊，用于產(chǎn)生載波；信號調(diào)制模塊，根據(jù)產(chǎn)生的擴頻碼和載波，完成通信電文的擴頻和載波 調(diào)制，并發(fā)送至DA轉(zhuǎn)換器。
[0009] 上述基準(zhǔn)秒脈沖生成模塊包括時鐘計數(shù)器、計數(shù)比較器、電壓轉(zhuǎn)換器和壓控晶振； 時鐘計數(shù)器接收信號接收部分輸出的秒脈沖信號，并在秒脈沖信號的控制下對壓控晶振 的CLK時鐘輸出計數(shù)；計數(shù)比較器將時鐘計數(shù)器輸出的實際CLK時鐘個數(shù)與壓控晶振的額 定CLK時鐘個數(shù)進(jìn)行比較，判斷壓控晶振的時鐘快慢；電壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)計數(shù)比較器判斷的 壓控晶振的時鐘快慢結(jié)果，去改變壓控晶振的控制電壓；壓控晶振向時鐘計數(shù)器輸出實際 CLK時鐘個數(shù)，同時接受控域電壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓的控制，并最終實現(xiàn)時鐘馴服。
[0010] 上述同步接收模塊包括同步信號捕獲模塊、相干器、同步信號跟蹤模塊、秒脈沖信 號的輸出模塊和信號同步解碼模塊；同步信號捕獲模塊，通過對接收射頻前端單元輸出的 數(shù)字中頻信號進(jìn)行降采樣處理、數(shù)字相關(guān)運算、非相干累加處理和峰值檢測處理后，完成對 信號的搜索，獲得電文數(shù)據(jù)的碼相位和載波頻率；相干器，對同步信號捕獲模塊輸出的碼相 位和載波頻率做相關(guān)運算得到積分值；同步信號跟蹤模塊，根據(jù)同步信號捕獲模塊輸出的 碼相位和載波頻率，完成對數(shù)字中頻信號的解調(diào)和解擴，并對相干器輸出的積分值進(jìn)行鑒 頻和鑒相處理；秒脈沖提取模塊，對接收到的信號進(jìn)入跟蹤狀態(tài)以后，本地產(chǎn)生的擴頻碼碼 相位與接收信號的擴頻碼碼相位保持同步，由此獲得秒脈沖信號；信號同步解碼模塊，對同 步信號跟蹤模塊輸出的信號進(jìn)行同步和幀同步處理，從而獲取通信電文。
[0011] 基于無線通信的時間同步中繼方法，包括信號發(fā)射過程和信號接收過程；其中：
[0012] 在信號發(fā)射過程中，接收天線將接收到的射頻信號經(jīng)過接收射頻前端單元的處理 后下變頻至模擬中頻信號；該模擬中頻信號通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號；同步信號 接收單元對數(shù)字中頻信號做載波解調(diào)和偽碼解擴，并把解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息輸出，同時 根據(jù)接收信號中包含的時間信息輸出秒脈沖信號；
[0013] 在信號接收過程中，同步信號生成單元利用信號接收部分輸出的秒脈沖信號馴服 本地時鐘的秒脈沖信號，并對信號接收部分解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息重新編碼和調(diào)制為數(shù)字 中頻信號；DA轉(zhuǎn)換器件將調(diào)制好的數(shù)字中頻信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號；該模擬中頻信號經(jīng) 過發(fā)射射頻前端單元上變頻至射頻信號通過發(fā)射天線發(fā)射出去。
[0014] 在信號發(fā)射過程中，本地時鐘采用的是壓控晶振，利用信號接收部分獲得的秒脈 沖信號調(diào)節(jié)該壓控晶振，以獲得本地基準(zhǔn)秒脈沖信號。
[0015] 在信號發(fā)射過程中，同步信號生成單元對信號接收部分解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息采 用擴頻調(diào)制和BPSK調(diào)制方式，并利用擴頻碼作為時間度量標(biāo)準(zhǔn)。
[0016] 在信號發(fā)射過程中，同步信號生成單元還需要確定生成秒脈沖信號的最小時間刻 度標(biāo)準(zhǔn)，以保證秒脈沖信號的生成精度。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不受周圍障礙物，并能夠?qū)崿F(xiàn)非直視各終端之間的時間 同步和數(shù)據(jù)傳輸。
【附圖說明】
[0018] 圖1為基于無線通信的時間同步中繼方法的原理圖。
[0019]圖2為基于無線通信的時間同步中繼系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3為信號生成的流程圖。
[0021]圖4為同步信號生成單元的原理框圖。
[0022] 圖5為基準(zhǔn)秒脈沖生成模塊的原理框圖。
[0023] 圖6為信號接收模塊的原理框圖。
【具體實施方式】
[0024] 一種基于無線通信的時間同步中繼方法的原理圖如圖1所示，包括信號接收部分 和信號發(fā)射部分兩個部分。信號接收部分將天線接收到的信號經(jīng)過射頻前端單元的處理后 下變頻至中頻，并通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號，接下來對數(shù)字信號做載波解調(diào)和偽 碼解擴，然后把解調(diào)出的數(shù)據(jù)信息輸出，同時根據(jù)接收信號中包含的時間信息輸出秒脈沖 信號；信號發(fā)射部分利用信號接收部分輸出的秒脈沖信號馴服本地時鐘的秒脈沖信號，并 對信號接收部分解調(diào)出的數(shù)據(jù)信息重新編碼和調(diào)制，DA轉(zhuǎn)換器件將調(diào)制好的數(shù)字中頻信號 轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)過上變頻至射頻信號通過天線發(fā)射出去。
[0025] 在本發(fā)明中，本地時鐘采用的是壓控晶振，利用信號接收部分獲得的秒脈沖信號 調(diào)節(jié)該壓控晶振，以獲得本地基準(zhǔn)秒脈沖信號。對信號接收部分解調(diào)出的數(shù)據(jù)信息采用擴 頻調(diào)制和BPSK調(diào)制方式，并利用擴頻碼作為時間度量標(biāo)準(zhǔn)。在信號發(fā)射過程中，同步信號 生成單元還需要確定生成秒脈沖信號的最小時間刻度標(biāo)準(zhǔn)，以保證秒脈沖信號的生成精 度。
[0026] 一種基于無線通信的時間同步中繼系統(tǒng)，由信號發(fā)射部分和信號接收部分組成。 信號接收部分包括接收天線、接收射頻前端單元、AD轉(zhuǎn)換器和同步信號接收單元；接收天 線將接收到的射頻信號經(jīng)過接收射頻前端單元的處理后下變頻至模擬中頻信號；該模擬中 頻信號通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號；同步信號接收單元對數(shù)字中頻信號做載波解 調(diào)和偽碼解擴，并把解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息輸出，同時根據(jù)接收信號中包含的時間信息輸 出秒脈沖信號。信號發(fā)射部分包括同步信號生成單元、DA轉(zhuǎn)換器、發(fā)射射頻前端單元和發(fā) 射天線；同步信號生成單元利用信號接收部分輸出的秒脈沖信號馴服本地時鐘的秒脈沖信 號，并對信號接收部分解調(diào)出的電文數(shù)據(jù)信息重新編碼和調(diào)制為數(shù)字中頻信號；DA轉(zhuǎn)換器 件將調(diào)制好的數(shù)字中頻信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號；該模擬中頻信號經(jīng)過發(fā)射