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频谱监测设备的分布式同步方案

摘要：主要介绍了分布式频谱监测领域中常见的同步方法，以USRP产品系

列为例，从技术细节、成本、精度和使用场景等方面分析对比了网络协议同步、

可驯时钟同步和广播信号同步三种技术方案，为实际分布式频谱监测的系统同步

提供了参考。

关键词：频谱监测，分布式，时钟同步

0引言

在信息技术高速发展的今天，越来越多的测量和控制系统都需要建立在分布

式网络化环境中。为保证分布式系统内数据的时效性,要求系统各通信节点内数

据的获取、传输和处理都能在一个统一的时间基准下进行。

关于时钟同步的具体含义。无论是在采集还是监测领域，所谓的同步有两方

面的要求，首先是数据采样频率的同步，包括采样时钟信号的脉冲同步、相位同

步、采样点时间标签的同步。其次，关于同步中涉及的条件因素有：10MHz参考

频率信号。用于同步采集系统，作为采样基频。此信号不包含任何的时间信息，

仅仅作为简单的脉冲信号；1PPS秒脉冲信号。用于系统触发采集使用，同样不包

含任何的时间信息；绝对时间（GMT）信号。用于替代系统自身的时间标签，此

信号采用NEMA标准。

为进一步完善手持频谱仪的功能和拓宽其应用领域，对分布式频谱监测中的

设备同步方案进行研究分析。

1业内现有解决方案

目前业界内关于频谱监测设备以及分布式监测的相关案例，其中包括无线传

感器网络的设备同步、网格化无线电监测、无线电定位等。

1.CRFS的RFeye

目前业界内，CRFS拥有者较为成熟的无线电分布式监测方案。为实现连续的

TSCM监测和地理定位，要求节点之间具备精确的定时同步。在室外，RFeye的

node内置的GPS可以提供时间同步，在通常无法获得全球定位系统信号的室内部

署中，CRFS的专有的SyncLinc提供了异常的定时精度。与传统的网络同步不同，

SyncLinc利用单独的网络线缆进行传输，与数据传输线缆独立开来，避免数据传

输对同步信号产生影响。

图1Synclinc和RFeyeNode

1.Nuand的bladeRF

bladeRF是类似于USRP的SDR平台，但接口功能不及USRP丰富，更侧重于

简洁的USB总线方式，目前必威体育精装版的bladeRF2.0microxA9已能够支持MIMO，提

供接口可接入10MHz参考时钟。不同于USRP拥有完善配套的同步设备，bladeRF

的同步设备来自于LEOBodnar的精密频率基准(GPS时钟)。

图4利用LEOBodnar为bladeRF提供参考时钟

1.是德科技N6841A

该射频器传感器可利用TCP/IP网络组建一个无线传感网络，用于实现某区

域范围内的近距离的信号监测和检测。同时利用了GPS授时和网络接口使用精密

时间协议（PTP），实现高精度时钟同步数据的采集。GPS授时的时间戳数据的准

确度在100ns内。

图5N6841A应用

二、基于USRP的同步技术方案对比分析

以USRP设备为例，主要研究了基于USRP的三种同步技术方案，对其主要的

技术路线和实际效果进行了分析对比。三种同步方案分别为WhiteRabbit协议

同步、GPSDO同步和广播信号同步。

1.WhiteRabbit协议同步

USRPN3X0系列产品支持三种不同的基带同步方法：外部时钟和时间参考、

GPSDO模块和基于以太网的定时协议。外部时钟和时钟引用源，例如CDA-2990外

部时钟，提供了一种精确和方便的方法，用于近距离同步；GPSDO模块，用于在

大距离应用场合中，例如在小区、RF传感器、TDOA；基于以太网的同步能够在大

范围且卫星信号被阻隔的场合下应用。

USRPN3X0具备两个SFP口，其中一个为光纤接口，用于连接提供时钟基准

的外部设备，用于同步的外部设备WRS/WR-LEN由SevenSolutions公司提供，

通过光纤实现多个USRPN3X0设备的有线长距离精确同步，相对于其他USRP设

备，需加载FPGA镜像之外，N3X0要实现同步，还需要加载用于同步的FPGA文件，

SFP0仅仅用于同步，关于IQ数据