有線同步–ASP007

第一章 說明

本文檔描述了在實時定位系統中，如何利用有線同步技術同步基站結點。

涉及到的主題：

• ?有線同步的架構
• ?有線同步中的硬件特性
• ?有線同步中的軟件特性

第二章 有線同步的系統架構

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2.1 說明

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一個RTLS系統由移動的標簽和固定的基站組網構成的。其中一個較為高效技術，就是標簽會周期性的發送“blink”消息幀，該消息幀會被許多附近的基站接收，并且根據接收該消息幀的到達時間差進行定位標簽。

該技術被稱作（TDOA）。典型的特點就是，基站會將“blink”消息幀的到達時間反饋到CLE，由CLE來計算，標簽到達各個基站的時間差，并由此，根據數學的推導計算出標簽的定位坐標。我們將該數學方法叫做multilateration。

為了計算時間差，基站應當有一個相同的事件基準，所以基站需要時鐘同步。

如果每個基站都使用各自時鐘源，假定使用的晶振源 只有1ppm的誤差，那每毫秒的誤差是1ns, 1ns 的光速就在30cm, 這樣的誤差顯然無法滿足精確的定位。

所以說基站結點的時鐘同步是必須的。有許多方案可以實現時鐘的同步。本本檔介紹的是其中一個方案“有線時鐘同步”。

2.2架構

2.2.1 說明

在DW1000內部，38.4MHz 的時鐘源被13倍頻后，到達499.2MHz，然后4分頻得到124.8MHz的系統時鐘，該時鐘頻率就用來計算DW1000的系統時鐘頻率。
在有線同步方案中，使用通用的38.4MHz 的時鐘源分發給各個基站，那樣各個基站的時鐘節拍都一致了。這樣當基站的DW1000 IC 接收到一個標簽的“blink”, 從而得到一個時間戳，這樣每個基站的時間戳的的基準都是一致的。

使用通用時鐘源的同步架構有兩種方案：
?僅使用時鐘
?使用時鐘和同步信號

2.2.2 第一種同步方案：僅使用外部同步時鐘源而未用到同步信號

該方案，是最簡單的同步方案。其實該方案并未真正實現每個基站的同步，只不過探明了每個基站時鐘之間的偏差。為什么這么說呢？這里由兩個因素決定的：
?基站內部初始的時鐘計數器。在每次基站重啟或重置后，會造成基站間的時鐘計數器存在差異。
?從晶振源到各個基站的傳輸延遲是不一致的。

一旦這些偏差值偵測得到，那么就可以從TDOA計算中消除這些偏差值的影響。

典型的做法就是。使用一個參考的標簽在確定的位置發送信號給基站。由此通過數學方法預測理論上的偏差值，然后和實際測到的偏差值進行比較，這樣就是可以的得到偏差值了，將這些個偏差值存儲到RTLS系統中。

然后在隨后的TDOA定位中，就可以只用該偏差值就行修正 計算了。

該方案遇到的挑戰是，再次同步時，那就需要從頭來一次校準，因為每次基站的初始時鐘計數器都是不同的。

2.2.3 外部同步時鐘源和同步信號配合

DW1000 有SYNC輸入管腳可以被用來重置內部的時鐘計數器。一個SYNC控制信號可以分發到各個基站，盡管存在一個固定的偏差，因為控制信號的傳輸延遲導致。該控制信號，可以隨同38.4MHz時鐘源一同分發。

為了減少線路，可以將SYNC的信號嵌入到CLOCK信號中。

使用SYNC管腳重置DW1000系統計數器需要通過具有IC特性的被叫做One Shot Timebase Reset (OSTR)的器件。

這個方案的優勢在于，同步的偏差僅僅控制在由傳輸延遲造成的因素，而且這個傳輸延遲是固定的。

這就僅僅需要一個參考的標簽來測定這個固定的傳輸偏差就可以了。

第三章 有線同步的硬件設計

3.1硬件架構：

?一直中央單元，它可以產生同步信號和同步時鐘源。
?一個同步布線網絡
?中繼單元

3.1.1 時鐘源和同步信號的單元
該單元需要實現提供時鐘源和同步信號，并且需要滿足CAT5線纜傳輸。

由于SYNC信號是由RTLS系統的軟件控制，所以該單元需要留有一個接口給RTLS服務器。

3.1.2 同步網絡
同步網絡的線纜需要CAT5之類的，而且最遠的距離控制在100m 之內。

3.1.3 中繼器
如果單一的一個時鐘源和同步信號源可能不足以滿足系統的需要，這里就需要中繼單元了。

3.2 硬件的實施

3.2.1 通過CAT5 線纜傳輸38.4MHz時鐘源

100m 的CAT5線纜有12.5dB的衰減。衰減并不影響頻率，但會影響幅值。幅值低于DW1000 的EXTCLK 的預設值，會導致DW1000 不工作。

建議的實現為:
使用 Si5317 jitter cleaner, 可以提供 38.4MHz的時鐘.

3.2.2 通過CAT5線纜傳輸同步信號

ADCMP600 快速比較器系列. 能接受不同的輸入信號, 輸出CMOS級別的輸出.

3.2.3 通過時鐘源傳輸SYNC信號。

3.3 DW1000 和有線同步

在這種模式下的控制是通過DW1000內部的EC_CTRL寄存器來定義的。

要進入 OSTR模式, 需要設置WAIT為合適的值. 當EXT_CLK捕獲到 SYNC的高電平時, OSTR會初始化, 從而PLL的多個計數器被重置, 然后重新被EXT_CLK計數, 當EXT_CLK的計數于WAIT的值相等時, 將重啟計數器, 同時引起一個 Clock Demain Transfer.

第四章 有線同步的軟件部分

4.1 說明

對一個同步系統，要是其穩定工作，軟件層面需要確定的因素：
?基站的坐標
?參考標簽的坐標

4.2 確定何時以及頻度進行SYNC

有一些場景，會用到重新SYNC。
?基站重啟、新基站的加入。
?安裝、校準系統時
?系統調試時

4.3 同步建議

1.system controller central location engine (CLE) 控制中心發送命令到anchor.
2.anchor準備OSTR. 停止運行TOA步驟, 配置OSTR, 返回CLE已經準備好 ready 的信號.
3.CLE收到所有ready信號, 則產生clock和SYNC
4.anchor則獲得了OSTR的中斷. 上報時間點到CLE.

4.4 計算出 fixed offsets

在“learning”模式，CLE 以TOA的方式，多次測量就可以得到這個固定偏移量。將固定偏移量存到系統中。

4.5 操作

當“learning”模式結束后，進入“操作”模式。這些固定值會傳遞到“multilateration”的定位計算過程中，然后得到正確的定位值。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的有线同步--ASP007的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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