一种室内多基站时钟同步装置

本技术涉及时钟同步电路，具体地说是一种室内多基站时钟同步装置。

背景技术：

1、近年来随着人们对室内精准位置信息获取的需求，室内定位技术迅猛发展。一般在室内定位方法中，被定位的目标(或称标签)周期性地发送同步信号，布置在室内的多个基站收取并记录收取时间点，从而确定标签的位置。为了精确定位，需要多个基站之间进行精确的时钟同步。

2、一般而言，在现场有较多设备时采用时钟同步网络进行同步。现有无线时钟同步网络在面对室内复杂环境时，由于障碍物遮挡导致路由次数增加会造成同步精度下降，进而影响定位结果。因此如何改进室内遮挡环境下的时钟同步网络，是本领域的重要研究课题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种室内多基站时钟同步装置，以解决室内复杂遮挡环境下的高精度时钟同步实现问题。

2、本实用新型是这样实现的：

3、一种室内多基站时钟同步装置，包括授时设备、若干主基站和若干从基站；授时设备为时钟同步网络提供时钟基准；基站被划分为多个定位单元，每个定位单元包含至少三个基站，其中包括一个主基站和若干从基站；各从基站均与其主基站满足视距传输条件，即直线距离内无障碍物遮挡；所有主基站通过五类网线连接至授时设备；授时设备通过网线以有线传输方式向主基站发送时钟信号和同步复位信号；主基站射频芯片以接收到的时钟信号作为外部参考时钟，依据同步复位信号进行时钟同步，并将时钟同步信号广播给所属从基站；从基站依据时钟同步信号进行时钟同步。

4、本实用新型中授时设备与主基站有线连接并进行有线时钟同步，可以避免室内复杂环境下遮挡的影响；主基站与从基站之间无障碍物遮挡，通过超宽带技术进行无线时钟同步时避免了多径效应的影响。

5、上述方案中，所述授时设备包括有源晶振、时钟缓冲器、若干差分转换电路、第一mcu模块和第一网络接口；所述有源晶振用于产生38.4mhz的晶振信号，所述有源晶振与时钟缓冲器相接，时钟缓冲器用于对晶振信号进行复制以生成多路时钟信号；时钟缓冲器与各差分转换电路相接，时钟缓冲器输出的时钟信号分别经差分转换电路后转换为差分时钟信号，差分时钟信号经第一网络接口后再经过网络电缆传输至各主基站；差分转换电路的数量与主基站的数量相同；第一mcu模块分别与时钟缓冲器和第一网络接口相接，所述第一mcu模块一方面控制时钟缓冲器的开关状态，另一方面输出同步复位信号，同步复位信号经第一网络接口和网络电缆后传输至各主基站。

6、上述方案中，所述差分转换电路包括巴伦变压器以及外围电路。

7、上述方案中，所述主基站包括第二网络接口、时钟恢复模块、脉冲恢复模块、第一射频模块、第一天线模块、第二mcu模块；由授时设备输出的差分时钟信号和同步复位信号经网络电缆再经第二网络接口分别输入至时钟恢复模块和脉冲恢复模块；时钟恢复模块首先对差分时钟信号进行消抖处理，产生两组差分时钟信号，其中一组差分时钟信号经时钟恢复模块转换为单端时钟信号后输出至第一射频模块，另一组差分时钟信号输出至脉冲恢复模块；脉冲恢复模块用于对同步复位信号进行恢复以使其与时钟信号的上升沿相位相匹配。

8、上述方案中，所述时钟恢复模块包括时钟抖动清除芯片和第一快速比较器；所述时钟抖动清除芯片型号为si5317，时钟抖动清除芯片输出两组相同的差分时钟信号，其中一组输出至第一快速比较器，由第一快速比较器将差分时钟信号恢复为单端信号并输出给第一射频模块，另一组输出至脉冲恢复模块。

9、上述方案中，所述脉冲恢复模块包括第二快速比较器和d触发器；由时钟恢复模块输出的差分时钟信号经第二快速比较器后输出同频反相的单端时钟信号，该同频反相的单端时钟信号输入至d触发器的clk引脚，由授时设备输出的同步复位信号输出至d触发器的d输入引脚，d触发器的q引脚输出恢复的同步复位信号，该信号与时钟信号上升沿匹配，恢复的同步复位信号输出至第一射频模块的同步复位输入端口。

10、上述方案中，所述从基站包括第二射频模块、第二天线模块和第三mcu模块；所述第二射频模块包括一块38.4mhz的晶振以及dw1000射频芯片；所述第二天线模块接收从主基站发送而来的信号，并输入到dw1000射频芯片中，再被第三mcu模块通过spi串口实时读取；当第三mcu模块读取到dw1000射频芯片接收到了同步复位信号，便控制dw1000射频芯片的sync管脚重置系统计数器，完成从基站的时钟同步。

11、进一步的，各主基站设有以太网通信接口(即网络接口)和dc电源接口，基站通过网络电缆连接到授时设备上，通过dc电源接口进行供电；从基站设有dc电源接口，通过dc电源接口进行供电。

12、进一步的，各主基站和从基站均包括射频模块(作为数据采集单元)和mcu模块(作为数据处理单元)；在各基站上均有天线模块进行射频信号收发，在待定位标签上有射频信号发射探头。

13、进一步的，为了降低时钟信号和同步复位信号有线传输的损耗，需要在发送端将单端时钟信号转换为差分时钟信号，在接收端还原为单端信号并进行信号抖动恢复。这种传输方式的网线长度限制在100米以内。

14、本实用新型由授时设备、主基站和从基站依序构成树状网络结构。该方案整合了有线时钟同步和无线时钟同步的优势，可以避免室内环境复杂时产生的多径问题，也可以避免网络路由次数增加时产生的同步精度下降问题。

技术特征：

1.一种室内多基站时钟同步装置，其特征是，包括授时设备和若干定位单元，每一定位单元中均包括一个主基站和若干从基站；所述授时设备与所有主基站之间通过网络电缆连接，以实现有线时钟同步；同一定位单元内的主基站与各从基站之间均无障碍物遮挡，主基站与各从基站之间通过超宽带技术进行无线时钟同步。

2.根据权利要求1所述的室内多基站时钟同步装置，其特征是，所述授时设备包括有源晶振、时钟缓冲器、若干差分转换电路、第一mcu模块和第一网络接口；所述有源晶振用于产生38.4mhz的晶振信号，所述有源晶振与时钟缓冲器相接，时钟缓冲器用于对晶振信号进行复制以生成多路时钟信号；时钟缓冲器与各差分转换电路相接，时钟缓冲器输出的时钟信号分别经差分转换电路后转换为差分时钟信号，差分时钟信号经第一网络接口后再经过网络电缆传输至各主基站；差分转换电路的数量与主基站的数量相同；第一mcu模块分别与时钟缓冲器和第一网络接口相接，所述第一mcu模块一方面控制时钟缓冲器的开关状态，另一方面输出同步复位信号，同步复位信号经第一网络接口和网络电缆后传输至各主基站。

3.根据权利要求2所述的室内多基站时钟同步装置，其特征是，所述差分转换电路包括巴伦变压器以及外围电路。

4.根据权利要求2所述的室内多基站时钟同步装置，其特征是，所述主基站包括第二网络接口、时钟恢复模块、脉冲恢复模块、第一射频模块、第一天线模块、第二mcu模块；由授时设备输出的差分时钟信号和同步复位信号经网络电缆再经第二网络接口分别输入至时钟恢复模块和脉冲恢复模块；时钟恢复模块用于对差分时钟信号进行消抖处理并产生两组差分时钟信号，其中一组差分时钟信号输出至脉冲恢复模块，另一组差分时钟信号经转换为单端时钟信号后输出至第一射频模块；脉冲恢复模块用于对同步复位信号进行恢复以使其与时钟信号的上升沿相位相匹配。

5.根据权利要求4所述的室内多基站时钟同步装置，其特征是，所述时钟恢复模块包括时钟抖动清除芯片和第一快速比较器；所述时钟抖动清除芯片用于对差分时钟信号进行消抖处理并产生两组差分时钟信号，其中一组输出至第一快速比较器，由第一快速比较器将差分时钟信号恢复为单端时钟信号并输出给第一射频模块，另一组输出至脉冲恢复模块。

6.根据权利要求4所述的室内多基站时钟同步装置，其特征是，所述脉冲恢复模块包括第二快速比较器和d触发器；由时钟恢复模块输出的差分时钟信号经第二快速比较器后输出同频反相的单端时钟信号，该同频反相的单端时钟信号输入至d触发器的clk引脚，由授时设备输出的同步复位信号输出至d触发器的d输入引脚，d触发器的q引脚输出恢复的同步复位信号，该信号与时钟信号上升沿匹配，恢复的同步复位信号输出至第一射频模块的同步复位输入端口。

7.根据权利要求4所述的室内多基站时钟同步装置，其特征是，所述从基站包括第二射频模块、第二天线模块和第三mcu模块；所述第二射频模块包括一块38.4mhz的晶振以及dw1000射频芯片；所述第二天线模块接收从主基站发送而来的信号，并输入到dw1000射频芯片中，再被第三mcu模块通过spi串口实时读取；当第三mcu模块读取到dw1000射频芯片接收到了同步复位信号，便控制dw1000射频芯片的sync管脚重置系统计数器，完成从基站的时钟同步。

技术总结本技术提供了一种室内多基站时钟同步装置。其结构包括授时设备、若干主基站和若干从基站。基站被划分为多个定位单元，每个定位单元中包括一个主基站和若干从基站。授时设备与主基站通过网线进行有线时钟同步，主基站与从基站通过超宽带技术进行无线时钟同步，从而达到所有设备都同步到授时设备的时钟基准的目的。本申请解决了室内复杂环境下，障碍物遮挡造成的非视距传输和多径干扰问题，非视距的基站由授时设备有线同步，可视距传输的基站进行无线同步。本申请提高了基站时钟同步的精度，进而可以提高定位系统的准确度。技术研发人员：韦子辉,王阳,廖戈,周敬仪受保护的技术使用者：河北大学技术研发日：20231116技术公布日：2024/7/25