eng
Выпуск #7/2024
Е. Старовойтов, Е. Скиба, И. Синильщиков, А. Алпатов
СИНХРОНИЗАЦИЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ В КОМПЛЕКСИРОВАННОЙ НАВИГАЦИОННО-СВЯЗНОЙ СИСТЕМЕ «КОНСУЛ-Р»
СИНХРОНИЗАЦИЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ В КОМПЛЕКСИРОВАННОЙ НАВИГАЦИОННО-СВЯЗНОЙ СИСТЕМЕ «КОНСУЛ-Р»
Просмотры: 576
DOI: 10.22184/1992-4178.2024.238.7.100.104
Систему «КОНСУЛ-Р» предлагается использовать при решении задач в сфере навигации и связи, так как работа современных промышленных предприятий, функционирование транспортных сетей, экстренных служб невозможны без оперативного обмена данными между разнесенными абонентами и быстрого получения координатной информации.
Систему «КОНСУЛ-Р» предлагается использовать при решении задач в сфере навигации и связи, так как работа современных промышленных предприятий, функционирование транспортных сетей, экстренных служб невозможны без оперативного обмена данными между разнесенными абонентами и быстрого получения координатной информации.
Теги: artificial intelligence navigation algorithms robotics seamless navigation unmanned transport алгоритмы навигации беспилотный транспорт бесшовная навигация искусственный интеллект робототехника
Синхронизация базовых станций
в комплексированной навигационно-связной системе «КОНСУЛ-Р»
Е. Старовойтов, к. т. н., Е. Скиба, И. Синильщиков, А. Алпатов
Обеспечение технологического суверенитета и непрерывного функционирования объектов критической инфраструктуры России требует создания в кратчайшие сроки новых технических систем, позволяющих закрыть бреши, вызванные потерей доступа к иностранным технологиям и решениям на их базе. Здесь отдельно следует выделить сферу навигации и связи, так как работа современных промышленных предприятий, функционирование логистических цепочек, транспортных сетей, экстренных служб невозможна без оперативного обмена данными между разнесенными абонентами и быстрого получения координатной информации. При решении этих задач предлагается использовать комплексированную навигационно-связную систему «КОНСУЛ-Р».
Навигационное обеспечение должно быть независимым от наличия сигналов глобальных навигационных систем (ГНСС) типа ГЛОНАСС/GPS и от спутниковых группировок на низкой околоземной орбите типа Сфера/Starlink, а также быть устойчивым к преднамеренному искажению передаваемой координатной информации (спуфингу).
Для решения этих задач АО «НИИМА «Прогресс» разрабатывает аппаратно-программный комплекс средств программно-аппаратной платформы для системы интеллектуальной навигации с использованием технологии искусственного интеллекта. Комплекс должен
обеспечивать:
Для выполнения этих требований в аналогичных системах для беспилотного транспорта и робототехники осуществляется анализ всех доступных навигационных данных [1].
В разрабатываемом комплексе применяются алгоритмы навигации с использованием методов искусственного интеллекта для обработки данных ГНСС, анализа окружающей электромагнитной обстановки, видеоданных, результатов лазерного сканирования и данных локального радионавигационного поля, создаваемого локальной системой навигации (ЛСН), при необходимости дополняемых информацией от других датчиков.
ЛСН является одной из основных составных частей комплекса, обеспечивающей навигацию при отсутствии сигналов ГНСС.
Системы локальной навигации АО «НИИМА «Прогресс» имеет опыт создания и экспериментальных исследований ЛСН. Предприятием была разработана комплексированная навигационная система услуг навигации («КОНСУЛ») на основе ЛСН, построенная на базе интегральных схем собственной разработки (К5200МХ014 и К1917ВС024) [2].
ЛСН такого типа создает навигационное поле в зоне действия предварительно развернутых радионавигационных опорных станций (РОС), играющих роль так называемых «псевдоспутников» (Pseudolite – pseudosatellite), по дальности до которых определяются координаты абонента.
В системе «КОНСУЛ» используются два метода определения местоположения: запросный и беззапросный. Запросный метод обеспечивает меньшую погрешность определения координат, но в этом случае абонентский терминал должен включать радиопередатчик, наличие которого ухудшает массогабаритные характеристики и увеличивает потребляемую мощность. Поэтому в ЛСН для подвижных абонентов планируется использовать беззапросный метод измерений.
Для работы в беззапросном режиме осуществляется синхронизация абонентских устройств и РОС, при этом дальность до РОС определяется как
R = Δt·c, (1)
где Δt – задержка между импульсом метки времени
и приходом радиосигнала; с = 3∙108 м/с – скорость света.
Погрешность измерений беззапросным методом равна
ΔR = c∙(Δtизм + Δtсхр), (2)
где Δtизм – ошибка измерения времени прихода радиосигнала; Δtсхр – ошибка синхронизации РОС.
Ошибки измерения времени прихода радиосигнала и синхронизации РОС, помехи в результате многолучевого распространения являются основными техническими проблемами при создании ЛСН в рамках совместных работ АО «НИИМА «Прогресс» и ООО «Райтек».
Локальная навигация на базе технологии LTE
Для решения задач навигации и мониторинга групп объектов требуется передача рассчитанных на абонентских устройствах координат в сервисы верхнего уровня, что предполагает наличие дополнительного беспроводного канала связи. Возможно объединение ЛСН и системы связи в едином протоколе.
Например, начиная с версии 9, в стандарт LTE была добавлена поддержка беззапросного метода навигации, а с выходом версии 16 в технологию 5G был добавлен и запросный метод, однако детали алгоритмов позиционирования полностью остаются на усмотрение разработчика.
Комплексированная навигационно-связная система «КОНСУЛ-Р» реализуется на основе сети технологической радиосвязи технологии LTE разработки ООО «Райтек». Эта ЛСН предназначена для системы интеллектуальной навигации, в аппаратной части которой используется микропроцессор или специализированное ядро, созданные для целей обучения или исполнения моделей искусственного интеллекта.
Система «КОНСУЛ-Р» создает локальное радионавигационное поле на выбранной территории за счет сигналов, полученных при комплексировании технологий радионавигации и радиосвязи LTE, которые могут быть использованы для навигации транспортных средств [3]. Основные характеристики «КОНСУЛ-Р» и описание составных частей системы представлены в табл. 1.
Из-за узкой полосы частот (20 МГц) в данной системе затруднительно осуществить разделение каналов «вниз» и «вверх» по частоте (FDD), поэтому используется временной дуплекс (TDD), реализация которого является отдельной задачей, требующей доработки структуры ЛСН.
Радионавигационное поле «КОНСУЛ-Р» формируется отдельными радионавигационными сотами, состоящими из четырех-шести РОС-Р (базовых станций), расположенных на одной территории с частотно-временным разделением сигналов (рис. 1).
Для формирования радионавигационного поля требуется, чтобы АТБ-Р в каждый момент времени получал сигнал от нескольких РОС-Р, в то время как для решения задачи связи в LTE (без использования технологии Carrier Aggregation) перекрытие секторов разных базовых станций может приводить к ухудшению качества сигнала.
Поэтому в системе «КОНСУЛ-Р» предусмотрены расширения стандартных алгоритмов минимизации интерференции, позволяющие обеспечить как перекрытие навигационных сигналов, так и разделение связных сигналов.
РОС-Р предполагается реализовать на базе базовой станции LTE TDD централизованной архитектуры, в которой один процессорный блок BBU обслуживает несколько радиомодулей (RRU). Специализированный навигационный программный модуль формирует единое частотно-временное расписание излучения для всех RRU. Радиомодули RRU подключаются по технологии «Радио-через-Ethernet» в соответствии с открытым протоколом eCPRI (рекомендация ORAN-WG4.CUS.0-v02.00, split 8) или по выделенной оптоволоконной линии с использованием традиционного протокола CPRI. Процессорный блок BBU реализован на универсальном сервере, на котором непосредственно размещены навигационные приложения, что позволяет существенно снизить величину задержек навигационной системы по сравнению с размещением приложений в ядре сети LTE.
Для синтонизации (согласования частот) базовых станций LTE в «КОНСУЛ-Р» используется протокол SyncE (Synchronous Ethernet) – технология синхронизации Ethernet-сигналов с внешним источником частоты. SyncE позволяет с высокой точностью синхронизировать порты Ethernet-устройств из состава изделия. Используя частоту оптического Ethernet как опорную, радиомодули с высокой точностью формируют несущую частоту радиопередатчика. Таким образом, все радиопередатчики сети работают на одной частоте с минимальными фазовыми шумами. Синхронизация по времени обеспечивается использованием протокола PTP v.2 (Precision Time Protocol), реализующего запросный метод синхронизации с внешним источником времени поверх сети Ethernet. Обработка PTP-пакетов в конечных устройствах сети с использованием технологии SyncE позволяет достигать точности единого времени в устройствах сети порядка единиц наносекунд.
Дальнейшее улучшение качества синхронизации возможно с переходом на протокол White Rabbit, также работающий поверх сети Ethernet, но требующий использования более специализированного сетевого оборудования.
Достигаемую точность единого времени можно обосновать следующим образом. Разница в показаниях шкал времени у базовой станции и абонента (ошибка временного интервала) составляет [4]
Δφ(t)≥x0 + y0 + + , (3)
где x0 – начальный сдвиг фазы; y0 – нормированная
частота; D – дрейф; ε(t) ‒ фазовый шум, fном – номинальное значение рабочей частоты.
Делая допущение об отсутствии дрейфа, фазовых шумов и погрешности подстройки частоты, получаем
Δφ(t) = y·t, (4)
где y – расхождение частот опорных генераторов базовой станции и абонента. Отсюда, погрешность синхронизации в значительной степени будет зависеть от возмущений в канале связи
Δφ(t) ~ y·t. (5)
Таким образом, для повышения точности синхронизации необходимо поддерживать высокое качество параметров канала тактовой сетевой синхронизации, что может быть обеспечено только технологией SyncE. Чем ближе к физическому уровню передаются метки времени, тем проще и точнее осуществляется синхронизация.
В режиме отслеживания частотной синхронизации основное влияние на ошибку временного интервала оказывают случайные составляющие, выражение (4) принимает вид
Δφ(t) = x0 + . (6)
При этом случайная составляющая в правой части вносит значительно меньшую погрешность, чем систематические составляющие модели ошибки временного интервала или величины асимметрии протокола РТР.
При построении транспортной сети LTE для синхронизации РОС-Р вместо прокладки оптоволоконных линий предложено использовать РРЛ, что позволяет уменьшить капитальные затраты и ускорить развертывание сети. В целях организации транспортной сети с необходимой точностью временной синхронизации предполагается использовать коммутаторы с поддержкой PTP, получающие сигнал синхронизации от сервера источника точного времени. Все коммутаторы и модули РРЛ в составе сети РОС-Р поддерживают PTP и SyncE. Схема синхронизации показана на рис. 2.
Для подтверждения принятых технических решений были изготовлены макеты системы и экспериментального стенда.
Экспериментальные исследования
В ходе экспериментальных исследований проверялась возможность инженерного образца РОС-Р обеспечивать синхронизацию излучения собственных радионавигационных сигналов с излучением радионавигационных сигналов других РОС-Р не хуже, чем 10–8 с, а также влияние элементов транспортной сети IEEE1588 v.2 (коммутатора с поддержкой PTP) на точность излучения радионавигационных сигналов других РОС-Р.
В ООО «Райтек» был собран макет стенда от BBU до коммутатора, в соответствии со схемой, показанной на рис. 3. В первом случае источником синхронизации являлся инженерный образец РОС-Р (линии связи, выделенные красным, не использовались).
При проверке на экране осциллографа (рис. 4) наблюдались импульсы синхронизации, соответствующие началу фрейма LTE (период 10 мс). Размытие фронта импульса синхронизации соответствует точности синхронизации инженерных образцов РОС-Р между собой. Также наблюдалась гистограмма распределения величины рассинхронизации между инженерными образцами RRU.
Далее была собрана схема с подключением RRU2 и RRU3 через коммутатор транспортной сети (красные линии на рис. 3). Источником PTP-пакетов синхронизации в этой схеме является сервер точного времени.
Изображение экрана осциллографа представлено на рис. 5. В нижней части видны мгновенные изображения фронтов импульсов синхронизации RRU2 и RRU3, а в верхней части показана гистограмма значений рассинхронизации между сигналами синхронизации RRU2 и RRU3.
В результате было установлено, что в случае, когда источником синхронизации при прямом подключении приемопередатчиков инженерных образцов POC-P оптическим кабелем Ethernet величина рассинхронизации между образцами составляет не более 8∙10–9 с. Дискретность расхождения связана с особенностями присвоения метки времени входящим Ethernet-пакетам и может быть уменьшена с помощью дополнительных аппаратных средств в протоколе White Rabbit.
Также установлено, что когда источником PTP-пакетов синхронизации является сервер точного времени, а инженерные образцы подключены кабелями к коммутатору по протоколу PTP v.2, величина рассинхронизации между инженерными образцами РОС-Р не превышает 1∙10–8 с.
***
Экспериментальные исследования на инженерных образцах подтвердили возможность обеспечения синхронизации с наносекундной точностью базовых станций (РОС-Р) с помощью PTP-пакетов синхронизации. Таким образом, разрабатываемая комплексированная навигационно-связная система на основе сети технологической радиосвязи технологии LTE может достигнуть погрешности определения координат, позволяющей ее применить в системе интеллектуальной навигации с использованием технологии искусственного интеллекта.
ЛИТЕРАТУРА
Трефилов П.М.. Романова П.А. Формирование достоверной навигационной информации в задачах ориентации и навигации автономных робототехнических устройств с использованием инфраструктуры интеллектуальной транспортной среды // Управление большими системами: сборник трудов. 2023. № 106. С. 71–95.
Корнеев И.Л., Кузнецов А.С., Королев В.С. Режимы работы локальной системы навигации
в проекте «КОНСУЛ». Потребители системы «КОНСУЛ» // НАНОИНДУСТРИЯ. Спецвыпуск. 2021. 7s. Т.14 (107). С. 57–59.
Driusso M., Marshall C., Sabathy M., Knutti F., Mathis H., Babich F. Vehicular Position Tracking Using LTE Signals // IEEE Transactions on Vehicular Technology. V. 66. no. 4.
PP. 3376–3391. April 2017. DOI: 10.1109/TVT.2016.2589463.
Бирюков Н.Л., Триска Н.Р. Синхронный Ethernet как основа частотно-временного обеспечения современных и будущих сетей связи // Электросвязь. 2013. № 2. С. 8–12.
в комплексированной навигационно-связной системе «КОНСУЛ-Р»
Е. Старовойтов, к. т. н., Е. Скиба, И. Синильщиков, А. Алпатов
Обеспечение технологического суверенитета и непрерывного функционирования объектов критической инфраструктуры России требует создания в кратчайшие сроки новых технических систем, позволяющих закрыть бреши, вызванные потерей доступа к иностранным технологиям и решениям на их базе. Здесь отдельно следует выделить сферу навигации и связи, так как работа современных промышленных предприятий, функционирование логистических цепочек, транспортных сетей, экстренных служб невозможна без оперативного обмена данными между разнесенными абонентами и быстрого получения координатной информации. При решении этих задач предлагается использовать комплексированную навигационно-связную систему «КОНСУЛ-Р».
Навигационное обеспечение должно быть независимым от наличия сигналов глобальных навигационных систем (ГНСС) типа ГЛОНАСС/GPS и от спутниковых группировок на низкой околоземной орбите типа Сфера/Starlink, а также быть устойчивым к преднамеренному искажению передаваемой координатной информации (спуфингу).
Для решения этих задач АО «НИИМА «Прогресс» разрабатывает аппаратно-программный комплекс средств программно-аппаратной платформы для системы интеллектуальной навигации с использованием технологии искусственного интеллекта. Комплекс должен
обеспечивать:
- бесшовную навигацию подвижных объектов на открытой местности, в условиях городской застройки, в зонах с затрудненным приемом сигналов ГНСС,
в промышленных сооружениях и на объектах критической инфраструктуры, внутри помещений;
- навигацию беспилотных и управляемых экипажем транспортных средств, перемещающихся по сухопутным беспилотным логистическим коридорам, внутренним водным путям, протяженным промышленным территориям;
- навигацию транспортных средств, движущихся со скоростью до 150 км/ч.
Для выполнения этих требований в аналогичных системах для беспилотного транспорта и робототехники осуществляется анализ всех доступных навигационных данных [1].
В разрабатываемом комплексе применяются алгоритмы навигации с использованием методов искусственного интеллекта для обработки данных ГНСС, анализа окружающей электромагнитной обстановки, видеоданных, результатов лазерного сканирования и данных локального радионавигационного поля, создаваемого локальной системой навигации (ЛСН), при необходимости дополняемых информацией от других датчиков.
ЛСН является одной из основных составных частей комплекса, обеспечивающей навигацию при отсутствии сигналов ГНСС.
Системы локальной навигации АО «НИИМА «Прогресс» имеет опыт создания и экспериментальных исследований ЛСН. Предприятием была разработана комплексированная навигационная система услуг навигации («КОНСУЛ») на основе ЛСН, построенная на базе интегральных схем собственной разработки (К5200МХ014 и К1917ВС024) [2].
ЛСН такого типа создает навигационное поле в зоне действия предварительно развернутых радионавигационных опорных станций (РОС), играющих роль так называемых «псевдоспутников» (Pseudolite – pseudosatellite), по дальности до которых определяются координаты абонента.
В системе «КОНСУЛ» используются два метода определения местоположения: запросный и беззапросный. Запросный метод обеспечивает меньшую погрешность определения координат, но в этом случае абонентский терминал должен включать радиопередатчик, наличие которого ухудшает массогабаритные характеристики и увеличивает потребляемую мощность. Поэтому в ЛСН для подвижных абонентов планируется использовать беззапросный метод измерений.
Для работы в беззапросном режиме осуществляется синхронизация абонентских устройств и РОС, при этом дальность до РОС определяется как
R = Δt·c, (1)
где Δt – задержка между импульсом метки времени
и приходом радиосигнала; с = 3∙108 м/с – скорость света.
Погрешность измерений беззапросным методом равна
ΔR = c∙(Δtизм + Δtсхр), (2)
где Δtизм – ошибка измерения времени прихода радиосигнала; Δtсхр – ошибка синхронизации РОС.
Ошибки измерения времени прихода радиосигнала и синхронизации РОС, помехи в результате многолучевого распространения являются основными техническими проблемами при создании ЛСН в рамках совместных работ АО «НИИМА «Прогресс» и ООО «Райтек».
Локальная навигация на базе технологии LTE
Для решения задач навигации и мониторинга групп объектов требуется передача рассчитанных на абонентских устройствах координат в сервисы верхнего уровня, что предполагает наличие дополнительного беспроводного канала связи. Возможно объединение ЛСН и системы связи в едином протоколе.
Например, начиная с версии 9, в стандарт LTE была добавлена поддержка беззапросного метода навигации, а с выходом версии 16 в технологию 5G был добавлен и запросный метод, однако детали алгоритмов позиционирования полностью остаются на усмотрение разработчика.
Комплексированная навигационно-связная система «КОНСУЛ-Р» реализуется на основе сети технологической радиосвязи технологии LTE разработки ООО «Райтек». Эта ЛСН предназначена для системы интеллектуальной навигации, в аппаратной части которой используется микропроцессор или специализированное ядро, созданные для целей обучения или исполнения моделей искусственного интеллекта.
Система «КОНСУЛ-Р» создает локальное радионавигационное поле на выбранной территории за счет сигналов, полученных при комплексировании технологий радионавигации и радиосвязи LTE, которые могут быть использованы для навигации транспортных средств [3]. Основные характеристики «КОНСУЛ-Р» и описание составных частей системы представлены в табл. 1.
Из-за узкой полосы частот (20 МГц) в данной системе затруднительно осуществить разделение каналов «вниз» и «вверх» по частоте (FDD), поэтому используется временной дуплекс (TDD), реализация которого является отдельной задачей, требующей доработки структуры ЛСН.
Радионавигационное поле «КОНСУЛ-Р» формируется отдельными радионавигационными сотами, состоящими из четырех-шести РОС-Р (базовых станций), расположенных на одной территории с частотно-временным разделением сигналов (рис. 1).
Для формирования радионавигационного поля требуется, чтобы АТБ-Р в каждый момент времени получал сигнал от нескольких РОС-Р, в то время как для решения задачи связи в LTE (без использования технологии Carrier Aggregation) перекрытие секторов разных базовых станций может приводить к ухудшению качества сигнала.
Поэтому в системе «КОНСУЛ-Р» предусмотрены расширения стандартных алгоритмов минимизации интерференции, позволяющие обеспечить как перекрытие навигационных сигналов, так и разделение связных сигналов.
РОС-Р предполагается реализовать на базе базовой станции LTE TDD централизованной архитектуры, в которой один процессорный блок BBU обслуживает несколько радиомодулей (RRU). Специализированный навигационный программный модуль формирует единое частотно-временное расписание излучения для всех RRU. Радиомодули RRU подключаются по технологии «Радио-через-Ethernet» в соответствии с открытым протоколом eCPRI (рекомендация ORAN-WG4.CUS.0-v02.00, split 8) или по выделенной оптоволоконной линии с использованием традиционного протокола CPRI. Процессорный блок BBU реализован на универсальном сервере, на котором непосредственно размещены навигационные приложения, что позволяет существенно снизить величину задержек навигационной системы по сравнению с размещением приложений в ядре сети LTE.
Для синтонизации (согласования частот) базовых станций LTE в «КОНСУЛ-Р» используется протокол SyncE (Synchronous Ethernet) – технология синхронизации Ethernet-сигналов с внешним источником частоты. SyncE позволяет с высокой точностью синхронизировать порты Ethernet-устройств из состава изделия. Используя частоту оптического Ethernet как опорную, радиомодули с высокой точностью формируют несущую частоту радиопередатчика. Таким образом, все радиопередатчики сети работают на одной частоте с минимальными фазовыми шумами. Синхронизация по времени обеспечивается использованием протокола PTP v.2 (Precision Time Protocol), реализующего запросный метод синхронизации с внешним источником времени поверх сети Ethernet. Обработка PTP-пакетов в конечных устройствах сети с использованием технологии SyncE позволяет достигать точности единого времени в устройствах сети порядка единиц наносекунд.
Дальнейшее улучшение качества синхронизации возможно с переходом на протокол White Rabbit, также работающий поверх сети Ethernet, но требующий использования более специализированного сетевого оборудования.
Достигаемую точность единого времени можно обосновать следующим образом. Разница в показаниях шкал времени у базовой станции и абонента (ошибка временного интервала) составляет [4]
Δφ(t)≥x0 + y0 + + , (3)
где x0 – начальный сдвиг фазы; y0 – нормированная
частота; D – дрейф; ε(t) ‒ фазовый шум, fном – номинальное значение рабочей частоты.
Делая допущение об отсутствии дрейфа, фазовых шумов и погрешности подстройки частоты, получаем
Δφ(t) = y·t, (4)
где y – расхождение частот опорных генераторов базовой станции и абонента. Отсюда, погрешность синхронизации в значительной степени будет зависеть от возмущений в канале связи
Δφ(t) ~ y·t. (5)
Таким образом, для повышения точности синхронизации необходимо поддерживать высокое качество параметров канала тактовой сетевой синхронизации, что может быть обеспечено только технологией SyncE. Чем ближе к физическому уровню передаются метки времени, тем проще и точнее осуществляется синхронизация.
В режиме отслеживания частотной синхронизации основное влияние на ошибку временного интервала оказывают случайные составляющие, выражение (4) принимает вид
Δφ(t) = x0 + . (6)
При этом случайная составляющая в правой части вносит значительно меньшую погрешность, чем систематические составляющие модели ошибки временного интервала или величины асимметрии протокола РТР.
При построении транспортной сети LTE для синхронизации РОС-Р вместо прокладки оптоволоконных линий предложено использовать РРЛ, что позволяет уменьшить капитальные затраты и ускорить развертывание сети. В целях организации транспортной сети с необходимой точностью временной синхронизации предполагается использовать коммутаторы с поддержкой PTP, получающие сигнал синхронизации от сервера источника точного времени. Все коммутаторы и модули РРЛ в составе сети РОС-Р поддерживают PTP и SyncE. Схема синхронизации показана на рис. 2.
Для подтверждения принятых технических решений были изготовлены макеты системы и экспериментального стенда.
Экспериментальные исследования
В ходе экспериментальных исследований проверялась возможность инженерного образца РОС-Р обеспечивать синхронизацию излучения собственных радионавигационных сигналов с излучением радионавигационных сигналов других РОС-Р не хуже, чем 10–8 с, а также влияние элементов транспортной сети IEEE1588 v.2 (коммутатора с поддержкой PTP) на точность излучения радионавигационных сигналов других РОС-Р.
В ООО «Райтек» был собран макет стенда от BBU до коммутатора, в соответствии со схемой, показанной на рис. 3. В первом случае источником синхронизации являлся инженерный образец РОС-Р (линии связи, выделенные красным, не использовались).
При проверке на экране осциллографа (рис. 4) наблюдались импульсы синхронизации, соответствующие началу фрейма LTE (период 10 мс). Размытие фронта импульса синхронизации соответствует точности синхронизации инженерных образцов РОС-Р между собой. Также наблюдалась гистограмма распределения величины рассинхронизации между инженерными образцами RRU.
Далее была собрана схема с подключением RRU2 и RRU3 через коммутатор транспортной сети (красные линии на рис. 3). Источником PTP-пакетов синхронизации в этой схеме является сервер точного времени.
Изображение экрана осциллографа представлено на рис. 5. В нижней части видны мгновенные изображения фронтов импульсов синхронизации RRU2 и RRU3, а в верхней части показана гистограмма значений рассинхронизации между сигналами синхронизации RRU2 и RRU3.
В результате было установлено, что в случае, когда источником синхронизации при прямом подключении приемопередатчиков инженерных образцов POC-P оптическим кабелем Ethernet величина рассинхронизации между образцами составляет не более 8∙10–9 с. Дискретность расхождения связана с особенностями присвоения метки времени входящим Ethernet-пакетам и может быть уменьшена с помощью дополнительных аппаратных средств в протоколе White Rabbit.
Также установлено, что когда источником PTP-пакетов синхронизации является сервер точного времени, а инженерные образцы подключены кабелями к коммутатору по протоколу PTP v.2, величина рассинхронизации между инженерными образцами РОС-Р не превышает 1∙10–8 с.
***
Экспериментальные исследования на инженерных образцах подтвердили возможность обеспечения синхронизации с наносекундной точностью базовых станций (РОС-Р) с помощью PTP-пакетов синхронизации. Таким образом, разрабатываемая комплексированная навигационно-связная система на основе сети технологической радиосвязи технологии LTE может достигнуть погрешности определения координат, позволяющей ее применить в системе интеллектуальной навигации с использованием технологии искусственного интеллекта.
ЛИТЕРАТУРА
Трефилов П.М.. Романова П.А. Формирование достоверной навигационной информации в задачах ориентации и навигации автономных робототехнических устройств с использованием инфраструктуры интеллектуальной транспортной среды // Управление большими системами: сборник трудов. 2023. № 106. С. 71–95.
Корнеев И.Л., Кузнецов А.С., Королев В.С. Режимы работы локальной системы навигации
в проекте «КОНСУЛ». Потребители системы «КОНСУЛ» // НАНОИНДУСТРИЯ. Спецвыпуск. 2021. 7s. Т.14 (107). С. 57–59.
Driusso M., Marshall C., Sabathy M., Knutti F., Mathis H., Babich F. Vehicular Position Tracking Using LTE Signals // IEEE Transactions on Vehicular Technology. V. 66. no. 4.
PP. 3376–3391. April 2017. DOI: 10.1109/TVT.2016.2589463.
Бирюков Н.Л., Триска Н.Р. Синхронный Ethernet как основа частотно-временного обеспечения современных и будущих сетей связи // Электросвязь. 2013. № 2. С. 8–12.
Отзывы читателей
