一种基于UWB通信时间对准的传输时延测量方法与流程

本发明涉及无线通信，具体为一种基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法和装置。

背景技术：

1、近年来，由于uwb(超宽带通信)通信的优点，研究uwb通信的人员越来越多。uwb信号具有的低延时，共存性能好，信道容量大，传输速率高，低功耗，信号衰减小，穿透能力强，保密和安全性能好等优点。传输时延可以用来评估系统的传输速率和实时响应能力等，是通信系统中重要的指标。uwb系统可应用于低延时和实时性好的通信场景中，传输时延的测量可用于评估系统的实时性和可靠性。传输时延的评估涉及到整个系统的工作时间，uwb系统复杂且传输时延低，传输时延的测量一直是研究的重点和难点。

2、专利号为cn116980062a(对比文件)的中国专利公开了一种时延补偿方法以及相关设备，该方法可以应用于小颗粒业务场景，包括：第一通信装置确定第一传输时延，第一传输时延指示小颗粒业务在第一通信装置中的传输时延；第一通信装置向第二通信装置发送第一传输时延。通过上述方法，确保宿节点发出的业务比特流满足时延补偿要求。本发明给出uwb系统传输时延的一种测量方法，与对比文件的区别为：对比文件应用于小颗粒业务，传输速率大于10mbps，而本专利用于速率在1mbps左右的无线数据传输；对比专利的通信制式多为小颗粒帧，带宽小；而本专利的通信制式为uwb，带宽大；对比专利用于城域传送网的电路交换技术，而本专利用于短距离狭缝传输、视距遮挡(非完全金属密闭)并存在吸波介质遮挡等极端苛刻的情况下点对点通信。本专利在完成时延补偿的时延对准后，测量了从机到主机可变的传输时延和通信速率，便于评估系统的实时性和可靠性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

2、一种基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，包括：

3、获取传输时延数据，所述获取传输时延数据指：测量从机b发送处理到主机a接收处理的传输时延；

4、利用所述传输时延数据的测量结果计算系统总时延，根据所述系统总时延计算传输速率。

5、所述主机a和从机b包括无线数据传输模型，所述模型由主处理器mcu、无线uwb通信模块、串口通信模块rs422和电源变换模块组成。

6、所述测量从机b发送处理到测量主机a接收处理的传输时延指：从机b自发数程序发送的数据中插入从机当前时间作为从机发送时间，通过无线uwb通信模块天线发送到空中；所述主机a解析接收数据，提取出从机b的从机发送时间，主机a在uart-dma处读取主机的当前时间，减去所述从机b发送时间值即为传输时延。

7、利用所述传输时延数据的测量结果计算系统总时延，根据所述系统总时延计算传输速率的方法为：

8、测试的传输时延值为t延，数据结构为异步，差分422电平，发送波特率为b发，配置串口rs422为：固定起始位1位，数据位8位，奇校验位1位，停止位1位；

9、单个字节传输时间为：

10、t延＝(1+8+1+1)/b发，

11、传输1个字节的时间t延，理论传输n个字节需要的时间为：

12、tn＝n×t延，

13、计算主机a和从机b通过串口rs422收发用户数据的时间，总的串口时间为：

14、t串＝tn×2，

15、从机自发数程序发送的数据中插入当前时间t1，从机的数据发送给主机，主机在uart-dma处读取主机的当前时间t2，单点时延为：t0＝t2-t1，总传输时延为：

16、t总＝t0+t串，

17、传输速率：

18、b传＝n×(1+8+1+1)÷t总。

19、从机b向主机a传输数据时，触发测量传输时延。

20、所述获取传输时延数据前，进行时间对准，具体步骤如下：

21、主机a将当前时间写入发送帧数据中，将发送帧数据写spi，通过无线uwb通信模块天线发送到空中；

22、从机b端解析数据帧的时间信息后，补偿传输时延，更新所述从机b当前时间；

23、预设时间间隔，根据时间间隔进行周期对准；

24、所述从机b补偿的传输时延包括：主机spi写入所需的时间、数据在空中的传播时间、从机接收校验通过产生中断状态读取时间、清除接收标志时间、读取帧信息时间、读帧控制时间、从机端spi读数据所需的时间和其他操作时间。

25、所述主处理器mcu用于接收数据并进行处理，所述无线uwb通信子模块用于主机a与从机b间无线数据传输，所述串口通信子模块rs422用于接收用户数据传输至主处理器mcu，所述电源变换子模块用于将输入电压进行降压整流操作为产品供电。

26、本发明的有益效果为：

27、本发明基于uwb系统的短距离通信，点对点通信系统传输时延短(小于1ms)。本发明通过周期性的发送固定长度短数据帧，数据帧中包含主机当前时间发送给从机，在从机侧补偿传输时延，周期性传输提高了时间对准的准确性。在时间对准的基础上，从机发送可变长度数据给主机，数据中包含从机的时间信息，实时的测试从机到主机的传输时延。基于实时的传输时延，可以进一步估计传输速率，可用于评估系统的应用场景是否合适。对于uwb系统来说，若其通信速率在1mbps左右时，可以用无线uwb系统替代传统的有线线缆传输，如1553b、rs422/485和can总线等。

技术特征：

1.一种基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于，所述主机a和从机b包括无线数据传输模型，所述模型由主处理器mcu、无线uwb通信模块、串口通信模块rs422和电源变换模块组成。

3.根据权利要求1所述基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于，利用所述传输延时数据的测量结果计算系统总时延，根据所述系统总时延计算传输速率的方法为：

5.根据权利要求1所述基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于，从机b向主机a传输数据时，触发测量传输时延。

6.根据权利要求3所述基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于，所述获取传输时延数据前，进行时间对准，具体步骤如下：

7.根据权利要求2所述基于uwb通信时间对准的传输时延测量方法，其特征在于，所述主处理器mcu用于接收数据并进行处理，所述无线uwb通信子模块用于主机a与从机b间无线数据传输，所述串口通信子模块rs422用于接收用户数据传输至主处理器mcu，所述电源变换子模块用于将输入电压进行降压整流操作为产品供电。

技术总结
本发明公开了一种基于UWB通信时间对准的传输时延测量方法，包括获取传输时延数据，所述获取传输时延数据指：测量从机B发送处理到主机A接收处理的传输时延；利用所述传输时延数据的测量结果计算系统总时延，根据所述系统总时延计算传输速率。取传输时延数据前，进行时间对准：主机A将当前时间写入发送帧数据中，将发送帧数据写SPI，通过无线UWB通信模块天线发送到空中；从机B端解析数据帧的时间信息后，补偿传输时延，更新所述从机B当前时间。通过本发明提供的基于UWB通信时间对准的传输时延测量方法测量传输时延，能够更方便地评估系统的传输速率和实时响应能力。

技术研发人员：袁兰杰,谭伟,杨鑫
受保护的技术使用者：贵州航天电器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27