基于軟件無線電的雙向時(shí)間同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊君豪 楚鷹軍 曹駿 周志行 夏文龍 郭慶功

針對全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)成本高，信號易被干擾和欺騙等問題，本文基于Zedboard+AD9361軟件定義無線電平臺設(shè)計(jì)出一套小型化、高精度的無線時(shí)間同步系統(tǒng).整個(gè)系統(tǒng)分為雙向時(shí)間同步模塊和無線通信模塊：雙向時(shí)間同步模塊處理主從機(jī)時(shí)間戳的標(biāo)定、偏差的計(jì)算;無線通信模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行偽碼擴(kuò)頻、數(shù)字上變頻、部分匹配濾波-快速傅里葉變換捕獲，實(shí)現(xiàn)主從機(jī)之間的無線通信.通過主從機(jī)輸出到示波器上的1 PPS信號比對測試，主從機(jī)之間的時(shí)間同步誤差均方根值（RMS）為18.6 ns.

精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議;AD9361;PMF-FFT捕獲;時(shí)間同步

TN925+.91A2023.013001

收稿日期： 2022-05-30

基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金（62071316）

作者簡介： 楊君豪（1996-）， 男， 四川達(dá)州人， 碩士研究生， 主要研究方向?yàn)闊o線通信.E-mail：15827467971@163.com

通訊作者： 郭慶功.E-mail： guoqingong@scu.edu.cn

Design and implementation of two-way time synchronization system based on software Radio

YANG Jun-Hao1， CHU Ying-Jun2， CAO Jun2， ZHOU Zhi-Hang1， XIA Wen-Long1， GUO Qing-Gong1

（1.College of Electronics and Information Engineering， Sichuan University， Chengdu 610065， China;

2. The Fifth Research Institute of Telecommunications Technology， Chengdu 610021， China）

In order to solve the problems of high construction cost of GNSS （Global Navigation Satellite System） and easy signal jamming and spoofing， a small and high precision wireless time synchronization system is designed based on Zedboard+AD9361 software defined radio platform.The entire system consists of two-way time synchronization module and wireless communication module：the two-way time synchronization module deals with the calibration of master and slave time stamps and the calculation of deviation;the wireless communication module realizes the wireless communication between master and slave equipments by using pseudo-code spread spectrum， DUC（digital up-conversion）， PMF-FFT （partially matched filtering and fast Fourier transform） capture. By comparing 1PPS signal output to oscilloscope， the RMS of time synchronization error between master and slave is 18.6 ns.

Precision time protocol; AD9361; PMF-FFT; Time synchronization

1 引 言

時(shí)間同步是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的關(guān)鍵研究領(lǐng)域之一，這就要求時(shí)間同步必須具備高精度、高可靠性等特點(diǎn)［1］.在常用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，一般采用衛(wèi)星授時(shí)的方式來獲取統(tǒng)一的時(shí)間信息，從而糾正本地時(shí)鐘帶來的偏差.衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)成熟，授時(shí)精度高［2］，但是衛(wèi)星復(fù)建與維護(hù)成本較高，且衛(wèi)星信號易被干擾與欺騙，在可靠性要求極高的環(huán)境如軍事、航空航天等領(lǐng)域存在安全隱患［3］.

針對以上問題，本文提出了一種基于精準(zhǔn)時(shí)間同步協(xié)議（Precision Time Protocol，PTP）的無線定時(shí)方法.PTP作為IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)下的一種時(shí)間同步協(xié)議，受網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)影響，其定時(shí)精度一般在毫秒級［4-6］.文獻(xiàn)［7］采用PTP中的雙向時(shí)間同步技術(shù)在……