一种主从机时间同步的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种主从机时间同步的方法及装置。

背景技术

5G时代将是万物互联的时代。5G技术将渗透到各行各业，深刻地影响着人们的社会生活和工作方式。统计数据显示，在5G时代将有85％的流量发生在室内场景，良好的室内信号覆盖是运营商的核心竞争力。

由于建筑物的遮挡，城市环境的复杂性，以及5G频段空中传播与穿透损耗大，导致室内存在弱覆盖、盲覆盖等场景，例如地下停车场、电梯井、营业厅、超市卖场、KTV和咖啡厅等。

目前解决上述覆盖弱区、盲区场景的手段之一是采用无线直放站的方式，即从信源基站耦合无线信号经过滤波放大后将信号引入到弱区、盲区。为了进一步延伸覆盖或增强覆盖效果，上述的无线直放站中存在一种主从机模式，即主机从信源基站耦合无线信号进行滤波放大后向从机发射，从机接收主机的信号进行接力放大。

在主从机模式下，当采用TDD(Time Division Duplexing，时分双工)双工方式时，主从机间需要时间同步。目前主从机间时间同步的方法之一是采用OOK(On-Off Keying，通断键控)的方式，该种方法是主机将下行时序调制到某一载波频点中，从机从该载波频点中解调出下行时序，从而实现主从机时间同步。但是，该种方法存在以下不足：

(1)目前载波频点采用单一频点，当该载波频点受到干扰时，从机解调出的下行时序与实际不符，导致从机上下行切换混乱，使得从机覆盖区的终端无法正常做业务，严重影响用户体验；

(2)从机仅通过检波的方式从OOK信号中恢复出下行时序，因OOK本质上是ASK(Amplitude Shift Keying，振幅键控)方式，而振幅调制对信号强度是敏感的，当从机接收到的OOK信号或强、或弱时，恢复出的下行时序时间将变长、或变短，导致恢复出的时序与主机的时序不一致，主机间的上下行时序严重不一致或上下行时序发生交叉时，将导致终端无法正常通信。

发明内容

为解决传统OOK采用单载波频点的方法易受到干扰的和导致单点故障的问题，以及传统时间同步方式因OOK信号强弱不同而导致从机的上下行时序与主机不一致的问题，提出一种主从机时间同步的方法及装置。

为了达到上述目的，一种主从机时间同步的方法，包括以下步骤：

S1：获取TDD上下行时隙配比和特殊子帧格式信息，同时生成帧同步指示；通过查询时序关系对应表获取表索引i、TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2；

S2：根据获取的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧同步指示生成主机的TDD上下行切换时序；

S3：生成载波频点，对载波频点进行OOK调制生成OOK信号；

S4：对生成的OOK信号进行放大滤波后发送给从机，同时将载波频点和表索引i发送给从机；

S5：从机切换至与载波频点相对应的滤波通道；

S6：从发送的OOK信号中解调出TDD DL时序，对解调出的TDD DL时序进行周期性采样，获取解调出的TDD DL时序时间Ts，根据发送的表索引i，通过查询时序关系对应表获取该表索引i对应的TDD DL时序时间Te；

S7：计算Ts和Te的差值Δ，判断是否|Δ|≤δ，δ是容许范围，δ为正值，如果是则进行S8，如果否，向主机发送时序重生失败消息，则进入S3；

S8：通过表索引i查询时序关系对应表获取TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧头偏移量，从机生成从机的TDD上下行切换时序；

时序关系对应表包括表索引i，i为正整数、上下行时隙配比、特殊子帧格式、帧头偏移量、TDD DL时序时间、第一转换点切换时间SW1、TDD UL时序时间和第二转换点切换时间SW2。

表索引i是唯一的，为正整数，每个表索引i对应不同的上下行时隙配比、特殊子帧格式、帧头偏移量、TDD DL时序时间、第一转换点切换时间SW1、TDD UL时序时间和第二转换点切换时间SW2元素组成。

主机和从机保存的时序关系对应表为同步表，当时序关系对应表发生改变时，主机需将改变后的时序关系对应表发送给从机，以便主机与从机保持一致。

帧头偏移量为X，X非零；如果X为正值，则从机在收到OOK信号的上升沿后将整个TDD上下行时序向前移动Xns；如果X为负值，则从机收到OOK信号的上升沿后将整个TDD上下行时序向后移动Xns。

当主机收到多个从机上报的时序重生失败消息时，可采用多数原则进行载波频点的切换，即当上报时序重生失败消息的从机≥2时，主机才进行载波频点的切换。

一种主从机时间同步的装置，包括主机和至少一个从机，主机包括信源同步模块、频率生成模块、OOK调制模块、发射模块、主机控制模块、主机通信模块、主机合路器和主机天线；

信源同步模块用于获取TDD上下行时隙配比和特殊子帧格式信息，同时输出帧同步指示给控制模块；

主机控制模块用于生成主机的TDD上下行切换时序，主机控制模块用于控制频率生成模块生成载波频点，并将载波频点发送给OOK调制模块；

主机控制模块用于控制OOK调制模块对载波频点进行OOK调制生成OOK信号，将OOK信号发送给发射模块；

发射模块用于对OOK信号进行放大滤波后发送给主机合路器；

主机合路器用于将OOK信号和通信信号合路后发送给主机天线；

主机天线将接收的OOK信号和通信信号发送给从机；

控制模块将表索引i、载波频点和时序关系对应表发送给通信模块，通信模块用于主机和从机之间交互表索引i、载波频点和时序关系对应表；

从机装置包括从机天线、从机合路器、频率选择模块、电平控制模块、解调模块、时序重生模块、从机通信模块和从机控制模块；

从机天线用于接收OOK信号和通信信号，并发送给从机合路器；

从机合路器用于OOK信号和通信信号的分离，将OOK信号发送给频率选择模块；

从机通信模块用于接收主机发送的表索引i、载波频点和时序关系对应表，并发送给从机控制模块；

从机控制模块根据主机发送的载波频点控制频率选择模块切换至与载波频点相对应的滤波通道，对OOK信号滤波；

从机控制模块控制电平控制模块对OOK信号功率的控制；

解调模块用于OOK信号中解调出TDD DL时序，后将该时序发送给时序重生模块；

时序重生模块用于判断TDD DL时序时间是否在容差范围内，并对判断的结果进行后续处理；

电平控制模块包括可调衰减器和PA，可调衰减器连接PA；

可调衰减器通过控制模块控制实现链路上信号功率的衰减；

PA用于实现链路上信号的放大。

频率选择模块包括第一单刀多掷开关、第二单刀多掷开关和若干带通滤波器，若干带通滤波器并列设置，每个带通滤波器的两端分别连接第一单刀多掷开关和第二单刀多掷开关的开关触点；

第一单刀多掷开关和第二单刀多掷开关用于根据主机发送的载波频点控制开关切换到对应的通道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对解调得到的时序与实际时序进行比较来判断载波是否受到干扰，并根据干扰情况实时决定是否改变载波频点，来保证主从机的时间同步，避免了传统OOK采用单载波频点而导致的单点故障问题；本发明的主机和从机保存同一张时序对应表，表索引有唯一对应的时序关系，每个从机通过查表的方式可生成与主机的一致的上下行时序，避免了传统时间同步方式因OOK信号强弱不同而导致从机的上下行时序与主机不一致的问题。通过本发明能够实现主从机的时间同步，延伸了信号的覆盖区域，并增强了覆盖效果，提高用户体验。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1是本发明提供的一种主从机时间同步的方法流程图；

图2是本发明提供的一种TDD上下行时序切换图；

图3是本发明提供的一种主机装置示意图；

图4是本发明提供的一种从机装置示意图；

图5是本发明提供的一种频率选择模块示意图；

图6是本发明提供的一种电平控制模块示意图；

图7是本发明实施例提供的一种一主四从组网系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

参见图1，一种主从机时间同步的方法，包括以下步骤：

S1：主机的信源同步模块通过小区搜索流程实现与信源基站的时间同步和帧同步，并通过解析基站的系统消息获取TDD上下行时隙配比和特殊子帧格式信息，同时生成帧同步指示给控制模块；

S2：主机的控制模块根据解析到的TDD上下行时隙配比和特殊子帧格式信息通过查询时序关系对应表获取表索引i，i为正整数，TDD DL(Downlink，下行)时序时间、TDD UL(Uplink，上行)时序时间、第一转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2；

进一步地，时序关系对应表包括表索引i、上下行时隙配比、特殊子帧格式、帧头偏移量、TDD DL时序时间、第一转换点切换时间SW1、TDD UL时序时间和第二转换点切换时间SW2；

进一步地，表索引是唯一的，为正整数。每个表索引i对应不同的上下行时隙配比、特殊子帧格式、帧头偏移量、TDD DL时序时间、第一转换点切换时间SW1、TDD UL时序时间和第二转换点切换时间SW2元素组成；

进一步地，主机和从机保存的时序关系对应表为同一张表，当时序关系对应表发生改变时，主机需将改变后的时序关系对应表发送给从机，以便主机与从机保持一致。

时序关系对应表包括索引、上下行时隙配比、特殊子帧格式、帧头偏移量、TDD DL时序时间、第一转换点切换时间SW1、TDD UL时序时间和第二转换点切换时间SW2。

为了进一步说明时序关系对应表，在此以索引6为例进行说明：

上下行时隙配比为DD DD DD DS UU，5ms单周期；其中D代表下行时隙；S代表特殊时隙；U代表上行时隙。

特殊子帧格式为DW：GP：UP＝6：4：4；DW为6，代表占用6个符号；GP为4，代表占用4个符号；UP为4，占用4个符号。

帧头偏移量用于从机时序帧头偏移的调节，即从机的TDD上下行时序整个前移或后移，此处值为0ns，代表从机不需要进行帧头偏移的调节。

DL时序时间为DL持续的时间，此处为3717μs，代表下行将持续3717μs。

SW1为DL结束到UL开始的转换点，此处为3μs，代表DL关闭后，然后延迟3μs打开UL。

UL时序时间为UL持续的时间，此处为1277μs，代表上行将持续1277μs。

SW2为UL结束到DL开始的转换点，此处为3μs，代表UL关闭后，然后延迟3μs打开DL。

S3：主机的控制模块根据查询时序关系对应表得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧同步指示生成主机的TDD上下行切换时序；

为了进一步说明主机的TDD上下行切换时序：

假定表索引为6，则根据查询时序关系对应表(参见表1)，则得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2如下：

TDD DL时序时间：3717μs

TDD UL时序时间：1277μs

第一转换点切换时间SW1：3μs

第二转换点切换时间SW2：3μs

控制模块收到帧同步指示后打开DL，持续3717μs后，将DL关闭；DL关闭3μs后，打开UL，持续1277μs后，将UL关闭；UL关闭3μs后，打开DL；一个周期总计持续5ms。

S4：主机的频率生成模块生成载波频点Fn，n为正整数，控制模块根据帧同步指示、查表获取的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2控制调制模块对载波频点进行OOK调制生成OOK信号；

为了进一步说明OOK信号的调制过程：

假定表索引为6，则根据查询时序关系对应表(参见表1)，则得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2如下：

TDD DL时序时间：3717μs

TDD UL时序时间：1277μs

第一转换点切换时间SW1：3μs

第二转换点切换时间SW2：3μs

控制模块收到帧同步指示后打开DL，对载波频点进行OOK的On调制，持续时间为DL时序时间3717μs；待On调制结束后，对载波频点进行OOK的Off调制，持续时间为TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2的总和，即为1283μs。每个周期为DL+UL＝3717μs+1283μs＝5000μs。

S5：主机的发射模块对生成的OOK信号进行放大滤波后通过天线发送给从机，同时通过通信模块将载波频点和表索引i发送给从机；

S6：从机的控制模块根据主机发送的载波频点控制频率选择模块切换至与载波频点相对应的滤波通道；

为了进一步说明频率选择模块的滤波通道的切换，参见图5：

如果从机的控制模块接收到主机发送的载波频点为F1，则控制模块控制频率选择模块的开关将滤波通道切换至F1所对应的通道。

如果从机的控制模块接收到主机发送的载波频点为F2，则控制模块控制频率选择模块的开关将滤波通道切换至F2所对应的通道。

如果从机的控制模块接收到主机发送的载波频点为F3，则控制模块控制频率选择模块的开关将滤波通道切换至F3所对应的通道。

S7：从机的解调模块从OOK信号中解调出TDD DL时序，后将该时序发送给时序重生模块；

S8：从机的时序重生模块对解调出的TDD DL时序进行周期性采样，获取解调出的TDD DL时序时间Ts；

S9：从机的时序重生模块根据主机发送的表索引i，通过查询时序关系对应表获取该索引i对应的TDD DL时序时间Te；

S10：从机的时序重生模块计算Ts和Te的差值，即差值Δ＝Ts-Te；

S11：从机的时序重生模块判断Δ是否在容许范围δ(为正值)内，即|Δ|≤δ；如果是，则通过表索引i查询时序关系对应表获取TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧头偏移量；如果否，则通过通信模块向主机发送时序重生失败消息；

进一步地，首先时序重生模块将时序重生失败消息发送给控制模块，控制模块通过通信模块向主机发送时序重生失败消息。

S12：从机的时序重生模块根据查表得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧头偏移量生成从机的TDD上下行切换时序；

为了进一步说明从机的TDD上下行切换时序：

表1时序关系对应表

假定表索引为6，则根据查询时序关系对应表(参见表1)，则得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧头偏移量如下：

TDD DL时序时间：3717μs

TDD UL时序时间：1277μs

第一转换点切换时间SW1：3μs

第二转换点切换时间SW2：3μs

帧头偏移量：0ns

控制模块收到OOK信号的上升沿后打开DL，持续3717μs后，将DL关闭；DL关闭3μs后，打开UL，持续1277μs后，将UL关闭；UL关闭3μs后，打开DL。

进一步地，帧头偏移量为X(非零)；如果X为正值，则时序重生模块在收到OOK信号的上升沿后将整个TDD上下行时序向前移动Xns；如果X为负值，则时序重生模块收到OOK信号的上升沿后将整个TDD上下行时序向后移动Xns。

S13：如果主机的通信模块收到从机发送的时序重生失败消息，则控制模块控制频率生成模块生成新的载波频点(Fm，m≠n)，利用该新载波频点生成OOK信号，并将新的载波频点发送给从机，从机重新解调OOK信号，重新采样、重新计算差值Δ，并做判断。

一种主从机时间同步的装置包括主机和从机。

参见图3：

主机主要实现以下功能：

(1)信源同步模块通过小区搜索流程实现与信源基站的时间同步和帧同步，并通过解析基站系统消息获取TDD上下行时隙配比和特殊子帧格式信息，同时输出帧同步指示给控制模块；

(2)根据查询时序关系对应表得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧同步指示生成主机的TDD上下行切换时序；

(3)根据查询时序关系对应表得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2，以及帧同步指示对载波进行OOK调制生成OOK信号；

(4)将当前使用的载波频点和表索引发送给从机，当载波频点和表索引发生改变时，将改变后的载波频点和表索引发送给从机；

(5)根据从机上报的时序重生失败消息切换新的载波频点；

(6)保存时序关系对应表，并将该表同步给从机；当主机的时序关系对应表发生变更时，需将变更后的表同步给从机，使主机和从机保存的时序关系对应表保持一致。

主机包括信源同步模块、频率生成模块、OOK调制模块、发射模块、主机控制模块、主机通信模块、主机合路器和主机天线；。

频率生成模块用于生成载波频点，连接于OOK调制模块和主机控制模块；

OOK调制模块用于根据TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间和第二转换点切换时间，以及帧同步指示生成OOK信号，连接于发射模块和主机控制模块；

发射模块用于对OOK信号进行放大滤波，连接于主机合路器；

信源同步模块用于通过小区搜索流程实现与信源基站的时间同步和帧同步，并通过解析基站系统消息获取TDD上下行时隙配比和特殊子帧格式信息，同时输出帧同步指示给主机控制模块；

主机通信模块实现与从机通信，用于与从机交互载波频点、表索引和时序关系对应表等信息，主机通信模块连接主机控制模块和主机合路器；

主机合路器用于OOK信号和通信信号的合路/分离，主机合路器连接主机天线；

主机天线用于接收和发送OOK信号和通信信号；

主机控制模块主要实现以下功能：

(1)控制频率生成模块生成载波频点，以及根据从机上报的时序重生失败消息切换载波频点；

(2)根据查询时序关系对应表得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第一转换点切换时间SW1、第二转换点切换时间SW2和帧同步指示生成主机的TDD上下行切换时序；

(3)根据查询时序关系对应表得到的TDD DL时序时间、TDD UL时序时间、第转换点切换时间SW1和第二转换点切换时间SW2，以及帧同步指示控制调制模块对载波进行OOK调制生成OOK信号；

(4)将载波频点和表索引通过通信模块发送给从机；

(5)存储时序对应表，如时序对应表发生改变时，则通过通信模块将新的时序关系对应表发送给从机，使主机与从机的时序关系对应表保持一致。

参见图4：

从机主要实现以下功能：

(1)根据主机广播的载波频点切换频率选择模块的滤波通道；

(2)解调主机发送OOK信号获取TDD DL时序，并周期性地对TDD DL时序进行采样，获取解调到的TDD DL时序时间；

(3)根据主机广播的表索引i查询时序对应表获取TDD DL时序时间；

(4)对比解调得到的和查表得到的TDD DL时序时间，两者的差值是否满足容差要求；如满足，根据时序对应表生成TDD上下行切换时序；如不满足，则向主机上报时序重生失败消息。

从机包括从机天线、从机合路器、频率选择模块、电平控制模块、解调模块、时序重生模块、从机通信模块和从机控制模块。

从机天线用于接收和发送OOK信号和通信信号，连接于从机合路器；

从机合路器用于合成/分离OOK信号和通信信号，连接于频率选择模块和从机通信模块；

频率选择模块用于实现OOK信号的滤波，连接于电平控制模块和从机控制模块；

参见图5：

频率选择模块包括第一单刀三掷开关、F1带通滤波器、F2带通滤波器、F3带通滤波器和第二单刀三掷开关。

频率选择模块可实现三个载波频点的滤波，通过开关进行切换。

电平控制模块用于实现OOK信号功率的控制，使进入解调模块的功率为预设的恒定值，连接于解调模块；

参见图6：

电平控制模块包括可调衰减器和PA(Power Amplifier，功率放大器)。

可调衰减器通过控制模块控制实现链路上信号功率的衰减，连接于PA。

PA实现链路上信号的放大，连接于链路的下一级。

解调模块用于OOK信号中解调出TDD DL时序，连接于时序重生模块；

时序重生模块用于对TDD DL时序进行周期性采样获取TDD DL时序时间，并计算与根据表索引i查表得到TDD DL时序时间的差值，对差值进行容差判断；如满足容差要求，则根据时序对应表生成TDD上下行切换时序，如不满足容差要求，则告知从机控制模块；时序重生模块连接于从机控制模块；

所述从机通信模块用于与主机通信，连接于从机控制模块；

所述从机控制模块实现以下功能：

(1)根据主机广播的载波频点将频率选择模块切换至相对应的滤波通道；

(2)根据OOK信号功率控制电平控制模块对进入解调模块功率为恒定值；

(3)通过从机通信模块将时序重生失败消息上报给主机；

(4)将主机广播的表索引i发送给时序重生模块；

(5)存储时序对应表，并将该表同步给时序重生模块。

本发明不仅可用于一主一从模式，也可用于一主多从模式。

参见图7：

实施例提供了一种一主四从时间同步系统，当主机收到多个从机上报的时序重生失败消息时，可采用多数原则进行载波频点的切换，即当上报时序重生失败消息的从机≥2时，主机才进行载波频点的切换。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。