TC-OFDM室分系统无线时间同步关键技术研究

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TC-OFDM系统是广域高精度无线网络定位系统,能够在室内和室外环境中提供无缝高精度位置服务。TC-OFDM有线室分系统和无线室分系统负责在室内环境中播发定位信号。为了方便布设和维护,通常使用无线室分系统布设大型场馆。TC-OFDM系统要求信号源之间保持高精度的时间同步,而无线室分系统中信号源之间没有直接的物理连接,因此,必须为无线室分系统提供时间同步服务。本文针对无线室分系统的时间同步需求进行了深入研究,主要研究成果如下:1.针对关键路径中的难以准确估计的延时导致无线时间同步算法拓展性差,同步累积误差大的问题,本文提出了基于关键路径延时消除的大规模网络时间同步算法(Critical Path Delay Elimination,CPDE)。CPDE算法利用UWB物理层时间戳和双向交换时间信息数据包消除关键路径中的大部分延时;利用双向交换时间信息数据包产生的时间戳构建数据对,使用最小二乘法计算修正逻辑时钟漂移和逻辑时钟偏移;同时提出了逻辑时钟漂移修正控制机制,减小剩余延时对时间同步精度的影响,提升时间同步算法的性能。2.针对由于复杂信道中时间信息数据包丢失,无法获取完整的时间戳,导致时间同步周期变大,时间同步精度降低的问题,本文提出了鲁棒的CPDE算法(RCPDE)。当时间信息数据包丢失无法获取完整的时间戳时,RCPDE算法采用卡尔曼滤波器预测时钟偏差和时钟频率偏差,并根据预测值修正自身时钟,维持节点间的时间同步;当节点能够获取时间戳,RCPDE算法调用CPDE算法计算修正逻辑时钟漂移和逻辑时钟偏移。3.研发了无线室分系统增补节点的原理样机,将其作为时间同步算法验证平台,测试时间同步算法的平均网络误差和逐跳平均网络误差。实验结果表明,本文提出的CPDE算法显著降低了同步累积误差,提高了时间同步算法的拓展性;在复杂信道环境下,RCPDE算法能够减小数据包丢失带来的影响,提高时间同步算法的鲁棒性。
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