[發(fā)明專利]一種近距離的無線同步時鐘方法及裝置

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• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116634547A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 余鋒;馬振國;邢錢艦;張博
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04B1/04;H04B1/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種近距離的無線同步時鐘方法，其特征在于，所述方法包括：

利用時鐘同步模塊采集發(fā)射源發(fā)射的同步校準信號，在FPGA上將采集到的信號進行計算分析提取時差，并經過時差實時計算出系統(tǒng)時鐘源和發(fā)射源的頻率差以及相位差，基于自適應PID算法根據頻率差和相位差的結果完成數字鎖頻、鎖相，將對應的控制量通過IIC總線寫入至時鐘同步模塊實現同步。

2.根據權利要求1所述的近距離的無線同步時鐘方法，其特征在于，基于自適應PID算法根據頻率差和相位差的結果完成數字鎖相，具體包括如下：在計算系統(tǒng)時鐘源和發(fā)射源的頻率差時得到相關計算最高點位置簡稱為相關峰，然后根據不同周期相關峰的位置的變化進行PID算法調節(jié)，FPGA通過IIC總線將PID算法調節(jié)的計算結果寫入到時鐘同步模塊以調節(jié)系統(tǒng)時鐘源的頻率，直到相關峰最高點位置不發(fā)生變化時，完成無線數字鎖頻；直到相關峰最高點的相位不發(fā)生變化時，完成數字鎖相。

3.一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，該裝置包括信號發(fā)射源和多個分別用于不同分布式設備的時鐘同步模塊；信號發(fā)射源包括信號發(fā)生器、射頻發(fā)射前端模塊以及天線；時鐘同步模塊包括FPGA電路、時鐘芯片、模擬-數字轉換芯片、射頻接收前端模塊以及天線；FPGA電路包括頻率差提取模塊、自適應PID控制器、數字IIC信號控制邏輯產生模塊。

4.根據權利要求3所述的一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，信號發(fā)射源產生周期性的同步校準信號，該信號具有特定的載波，然后輸出給射頻發(fā)射前端模塊進行功率放大，最后通過天線發(fā)射出去。

5.根據權利要求3所述的一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，時鐘同步模塊將天線接收到的信號通過射頻接收前端對其進行濾波和功率放大處理后，傳輸至模擬-數字轉換芯片進行對應的數字下變頻，然后將轉換后的基帶數字信號傳輸給FPGA電路進行下一步處理；該數字下變頻的中心頻率與發(fā)射源中載波的中心頻率一致。

6.根據權利要求3所述的一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，時鐘同步模塊通過接收和識別同步校準信號，在FPGA電路上將采集到的數字信號根據相關算法計算得到相關峰的最高點位置，根據不同周期相關峰最高點的位置變化利用自適應PID控制器進行PID算法調節(jié)，直到相關峰最高的位置不發(fā)生變化時，完成數字鎖頻；然后進行進一步計算得到相關峰最高點的相位，以相關峰最高點相位對時間求導的結果逼近0為自適應PID控制器的調節(jié)目標進行時鐘馴服，完成數字鎖相。

7.根據權利要求3所述的一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，所述時鐘同步模塊的時鐘芯片是恒溫晶振，能夠通過IIC總線對其進行編程來增大或者減小其輸出時鐘的頻率。

8.根據權利要求3所述的一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，所述時鐘同步模塊的FPGA電路將根據頻率差、相位差計算出的訓練結果，計算出時鐘芯片輸出時鐘對應的更改值，通過IIC總線對時鐘芯片進行控制，完成時鐘的數字鎖相和馴服。

9.根據權利要求3所述的一種近距離的無線同步時鐘裝置，其特征在于，所述自適應PID控制器的P、I、D參數可以根據系統(tǒng)誤差結果，尋找最佳的P、I、D的數值，其具體內容是：先根據默認的P、I、D進行系統(tǒng)調節(jié)訓練，直到相關峰位置不再變化，然后統(tǒng)計相關峰的相位信息，根據統(tǒng)計出來的系統(tǒng)誤差調節(jié)曲線逐步分別微調P、I、D的參數，相關峰相位長時間積累后均方根誤差最小的那組P、I、D參數選為最佳參數。