[发明专利]一种基于K-近邻互信息的时间同步方法

说明书

本发明公开一种基于K‑近邻互信息的时间同步方法，本方法利用K‑近邻互信息算法计算接收信号装置相对发出信号装置在准备阶段的时间偏移估计值，根据时间偏移估计值实现接收信号装置与发出信号装置之间的时间同步，与传统互相关时间同步方法相比，能够有效提高时间同步效率和精度，特别是在非线性失真和信道参数变化的通信场景；与神经网络等机器学习方法相比，能够避免长时间训练、网络参数重复调优复杂以及模型泛化能力差等诸多问题。

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是时间同步领域，具体是一种基于K-近邻互信息的时间同步方法。

背景技术

时间同步是通过对本地时钟的某些操作，实现为分布式系统提供统一时间标度的过程。作为整个无线通信领域的核心技术，时间同步精度直接决定了通信质量优劣。在集中式系统中，由于所有进程或者模块都可以从系统唯一的全局时钟获取时间，系统内任何两个事件都有着明确的先后关系。但在分布式系统中，由于物理上的分散性，系统无法为彼此间相互独立的模块提供统一的全局时钟，只能由各个进程或模块各自维护它们的本地时钟。但由于这些本地时钟的计时速率、运行环境不一致，即使所有本地时钟在某一时刻都被校准，一段时间后，还是会出现不一致的现象。为使这些本地时钟再次达到相同的时间值，必须进行时间同步操作。

传统的互相关时间同步方法在非线性失真条件下同步性能表现一般，随着近几年计算机与信息技术的发展，基于神经网络等机器学习算法的时间同步方法获得了广泛关注和研究，并取得了一些成果。这类时间同步方法虽然在一定程度上能够提高系统时间同步性能，但面临着训练时间长、网络参数调优复杂、泛化能力差等诸多问题。

互信息是一种由信息论发展而来的度量变量相关程度的方法，它从信息论角度出发评估变量间共有信息量的多少，不受变量之间是否线性的影响，而K-近邻互信息能够避免直接计算概率密度，具有算法简单和运算量小的特点。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于K-近邻互信息的时间同步方法，采用K-近邻互信息方法对时间信号之间的迟延进行估计，能够根据共有信息量对两列时间信号之间的迟延进行估计，进而实现时间同步，有效提高同步效率和精度。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于K-近邻互信息的时间同步方法，包括以下步骤：S01）、正式运行前，获取设定时间内发出信号装置和接收信号装置的时间信号序列；S02）、准备阶段，根据步骤S01）获取的时间信号序列，利用K-近邻互信息算法计算接收信号装置相对发出信号装置在准备阶段的时间偏移估计值，根据准备阶段的时间偏移估计值调整接收信号装置的时间，完成初始时间同步；S03）、运行阶段，在装置运行过程中，定期获取发出信号装置和接收信号装置的时间信号序列，然后采取K-近邻互信息算法分析接收信号装置相对发出信号装置在运行阶段的时间偏移估计值，将运行阶段的时间偏移估计值与设定值比较，若运行阶段的时间偏移估计值满足设定值要求，则不做任何操作，装置仍保持正常工作，若运行阶段的时间偏移估计值超出设定值要求，则根据该时间偏移估计值调整信号接收装置的时间，从而完成运行过程中的时间同步。

进一步的，准备阶段利用K-近邻互信息算法计算准备阶段的时间偏移估计值的具体过程为：S21）、设置准备阶段的初始延迟为0，延迟更新值为T，步骤S01）获取发出信号装置和接收信号装置的时间信号序列之后，利用K-近邻互信息算法计算两种时间信号序列之间的互信息值；S22）、发出信号装置的时间信号序列保持不动，接收信号装置的时间信号序列向前移动T时间步长，再次利用K-近邻互信息算法计算发出信号装置的时间信号序列与移动后的接收信号装置时间信号序列之间的互信息值；S23）、重复步骤S22，直到计算的互信息值不再增大，若此次为第n次计算，则此时的时间偏移估计值为（n-1）T。

进一步的，得到准备阶段的时间偏移估计值后，在信号接收装置时间的基础上加上时间偏移估计值，即完成初始时间同步。