NB-IoT终端验证平台及其时钟同步方法与流程

本公开涉及物联网技术领域，尤其涉及一种nb-iot终端验证平台及其时钟同步方法。

背景技术：

随着无线技术的发展，物联网是其中一个重要的发展方向。其中窄带物联网(narrowbandinternetofthings，nb-iot)系统在物联网应用中优势明显，广泛应用于智能抄表、精准农耕、工业自动化、智能建筑、环境监测等场景。nb-iot的终端芯片的研发需要一套验证平台，以验证对nb-iot协议的功能覆盖。

然而，现有技术中的时钟同步方法复杂、成本高且系统适配的灵活性差。

技术实现要素：

因此，本公开实施例的一个目的在于提供一种应用于nb-iot无线终端验证平台的时钟同步的方案，以解决相关技术中需增加额外时钟驱动电路，以及时钟源使用灵活性差的问题。

第一方面，一种应用于nb-iot终端验证平台的时钟同步方法，所述nb-iot终端验证平台包括nb-iot基站模拟设备、sdr射频板和fpga验证板，所述方法包括：

使用高频时钟检测所述sdr射频板的随路时钟的下降沿；

使用所述高频时钟驱动计数器并且使用所述随路时钟的下降沿复位所述计数器以获得所述fpga验证板的工作时钟，其中所述计数器的最大值由所述高频时钟与所述工作时钟的分频比确定；

对所述nb-iot基站模拟设备的窄带主同步参考信号进行时阈采样以检测所述窄带主同步参考信号，并计算频率的偏差值；以及

根据所述频率的偏差值，配置所述sdr射频板的dcxo的微调值，以相应地更改sdr射频板的参考时钟频率。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：

对所述nb-iot基站模拟设备的窄带主同步参考信号进行时阈采样以检测所述窄带主同步参考信号，并计算时间的偏差值；以及

根据所述时间的偏差值调整采样数据的起始位置。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述使用高频时钟检测所述sdr射频板的随路时钟的下降沿，包括：

使用所述fpga验证板内置的pll对所述fpga验证板的参考时钟进行倍频操作以产生所述高频时钟；

使用所述高频时钟对所述sdr射频板的随路时钟进行两级寄存器采样；以及

检测采样信号的下降沿。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述获得所述fpga验证板的工作时钟，包括：

当所述sdr射频板的随路时钟的频率足够高时，使用所述sdr射频板的随路时钟作为所述fpga验证板的工作时钟。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述获得所述fpga验证板的工作时钟，包括：

根据要求的占空比，生成所述fpga验证板的工作时钟。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述经由所述sdr射频板对所述nb-iot基站模拟设备的窄带主同步参考信号进行时阈采样以检测所述窄带主同步参考信号，包括：

对所述nb-iot基站模拟设备的窄带主同步参考信号进行下变频和模数转换；

对经下变频和模数转换的信号进行时域采样；以及

将采样信号与预知的zc序列进行相关运算；

当所述相关运算的峰值达到预定阀值时，确定检测到所述窄带主同步参考信号。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述计算时间的偏差值和频率的偏差值，包括：

根据所述相关运算的结果计算所述时间的偏差值和频率的偏差值。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，对所述窄带主同步参考信号进行连续检测，并且当所述时间的偏差值和频率的偏差值小于预定阈值时，确定所述nb-iot终端验证平台的时钟同步。

第二方面，一种nb-iot终端验证平台，所述nb-iot终端验证平台包括nb-iot基站模拟设备、sdr射频板和fpga验证板，其中

所述nb-iot基站模拟设备输出下行射频信号，所述下行射频信号经过所述sdr射频板的混频、滤波、数模转换，输出下行基带信号到fpga验证板；

所述sdr射频板包括随路时钟、spi接口寄存器和dcxo，所述fpga验证板包括接口时钟同步模块、主同步检测模块、频率偏差和时间偏差计算模块以及spi接口模块；

所述接口时钟同步模块使用高频时钟检测所述sdr射频板的随路时钟的下降沿，使用所述高频时钟驱动计数器并且使用所述随路时钟的下降沿复位所述计数器以获得所述fpga验证板的工作时钟，其中所述计数器的最大值由所述高频时钟与所述工作时钟的分频比确定；

所述fpga验证板的主同步检测模块对所述下行基带信号进行时阈采样以检测所述下行基带信号，所述频率偏差和时间偏差计算模块计算频率的偏差值；并且

所述spi接口模块根据所述频率的偏差值，配置所述sdr射频板的spi接口寄存器，修改所述dcxo的微调值，以相应地更改sdr射频板的参考时钟频率。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，经由所述主同步检测模块对所述下行基带信号进行连续检测，并且当所述时间的偏差值和频率的偏差值小于预定阈值时，确定所述nb-iot终端验证平台的时钟同步。

本公开实施例中的应用于nb-iot终端验证平台的时钟同步方法，包括：使用高频时钟检测所述sdr射频板的随路时钟的下降沿；使用所述高频时钟驱动计数器并且使用所述随路时钟的下降沿复位所述计数器以获得所述fpga验证板的工作时钟，其中所述计数器的最大值由所述高频时钟与所述工作时钟的分频比确定；经由所述sdr射频板对所述nb-iot基站模拟设备的窄带主同步参考信号进行时阈采样以检测所述窄带主同步参考信号，并计算频率的偏差值；以及根据所述频率的偏差值，配置所述sdr射频板的dcxo的微调值，以相应地更改sdr射频板的参考时钟频率。根据本公开实施例的方法解决了相关技术中需增加额外时钟驱动电路，以及时钟源使用灵活性差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本公开实施例提供的应用于nb-iot终端验证平台的框图；

图2为本公开实施例提供的现有技术的时钟同步方法的示意图；

图3为本公开实施例提供的时钟同步方法的流程图；

图4为本公开实施例提供的使得sdr射频板和fpga验证板的时钟同步的流程图；并且

图5为本公开实施例提供的nb-iot终端验证平台的应用实例。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

接下来，参考附图描述本公开实施例的应用于nb-iot终端验证平台的时钟同步方法。首先，参考图1，描述应用于nb-iot终端验证平台(以下简称为nb-iot终端验证平台)的框架。如图1所示，nb-iot终端验证平台100主要包括nb-iot基站模拟设备101、sdr射频板102和fpga验证板103。

在本公开实施例中，字母缩写sdr指示软件定义无线电、fpga指示现场可编程逻辑门阵列并且nb-iot指示窄带物理网。此外，sdr指示软件定义无线电、dcxo指示数控晶体振荡器、spi指示串行外设接口、nb-iot指示窄带物理网、npss指示窄带主同步信号并且adc指示模数转换器。在以下的描述中，使用字母缩写或对应的术语指示相同的含义。

在nb-iot终端验证平台100中，nb-iot基站模拟设备101模拟基站侧的数字基带信号和上层协议的处理，并将将射频信号发送到sdr射频板102或者从sdr射频板102接收射频信号。sdr射频板102实现终端侧射频信号收发和数字基带信号的转换。fpga验证板103实现终端侧的数字基带信号的处理和上层协议的处理。

在实际应用中，无线终端和基站通过无线链路进行连接，上传和下载数据。为保证通信质量，终端和基站的时钟要实现同步。在nb-iot终端验证平台上，则需要实现nb-iot基站模拟设备101、sdr射频板102和fpga验证板103三者的时钟同步。

为实现nb-iot基站模拟设备101、sdr射频板102和fpga验证板103三者的时钟同步，在现有技术中，主要包括如下的两种方法。

第一种方法是使nb-iot基站模拟设备101输出同一个时钟源给sdr射频板102和fpga验证板103，以提供参考时钟，从而保证三者时钟同步。

第二种方法是让sdr射频板102与fpga验证板103使用同一个参考时钟源，而且与nb-iot基站模拟设备101使用不同的参考时钟源。根据nb-iot协议规定，nb-iot基站模拟设备101在每帧固定的时隙发送窄带主同步信号npss，所发送的窄带主同步信号npss经过sdr射频板102和fpga验证板103的处理，得到本地参考时钟源与nb-iot基站模拟设备101的参考时钟源之间的频率偏差，通过补偿调整本地参考时钟源，使其与nb-iot基站模拟设备101的参考时钟源频率保持一致，从而实现三者时钟同步。图2示出了第二种时钟同步方法的示意图。

如上所述，第一种方法是使nb-iot基站模拟设备101输出同一个时钟源，给sdr射频板102和fpga验证板103提供参考时钟，保证三者时钟同步。但是采用这种方法存在以下的缺点：

1.由于sdr射频板102和fpga验证板103的参考时钟输入端接口和电平可能不一致，需要使用额外的时钟驱动电路给两者提供参考时钟，增加成本和复杂度。

2.需要nb-iot基站模拟设备101输出参考时钟，限制了设备型号的选择，也降低了系统适配的灵活性。

3.在三者完全同步的情况下，无法验证终端设备的基带同步算法和性能。

第二种方法是让sdr射频板102与fpga验证板103使用同一个参考时钟源，而且与nb-iot基站模拟设备101使用不同的参考时钟源。nb-iot基站模拟设备101发送窄带主同步信号npss，经过sdr射频板102和fpga验证板103的处理，得到本地参考时钟源与nb-iot基站模拟设备101的参考时钟源之间的频率偏差，通过补偿调整本地参考时钟源，使其与nb-iot基站模拟设备的参考时钟源频率保持一致。但是采用该种方法，也会存在以下的缺点：

1.如果sdr射频板101与fpga验证板103使用同一个参考时钟源，也存在sdr射频板101与fpga验证板103的参考时钟输入端接口和电平可能不一致，需要使用额外的时钟驱动电路给两者提供参考时钟。

2.如果从sdr射频板102输出一个高频的参考时钟给fpga验证板103，则有可能也需要额外的时钟驱动电路，增加了成本和复杂度。

以上描述了现有技术的时钟同步方法。接下来，描述根据本公开实施例的应用于nb-iot终端验证平台的时钟同步方法(以下简称为时钟同步方法)。

在本公开实施例的时钟同步方法中，使得nb-iot无线终端验证平台100的三个组成设备(nb-iot基站模拟设备101、sdr射频板102和fpga验证板103)采用三个独立的时钟源，通过pll(phaselockedloop，锁相回路或锁相环)高频时钟同步技术使fpga验证板103的工作时钟与sdr射频板102的时钟同步，再通过对窄带主同步信号npss的处理，同步sdr射频板102与nb-iot基站模拟设备101的时钟，从而实现整个系统的时钟同步。

接下来，参考图3具体描述根据本公开实施例的时钟同步方法300。

s301：使用高频时钟检测所述sdr射频板的随路时钟的下降沿。

sdr射频板102包含同步数据接口，并且同步数据接口包括随路时钟，随路时钟输出同步的接口时钟y到fpga验证板103。接口时钟y的频率值与sdr射频板2上的adc(模数转换器)的采样率有关系。

当接口时钟y的频率值较高时，可直接作为fpga验证板103的工作时钟，如此实现了fpga验证板103的工作时钟与sdr射频板102的时钟同步。

接下来，参考图4描述使得sdr射频板102和fpga验证板103的时钟同步的方法。如图4所示，当接口时钟y的频率值较低(例如在nb-iot应用中为3.84mhz)时，不能直接作为fpga验证板103的pll输入时钟(一般要求20mhz以上)。在这种情况下，设fpga验证板103上的参考时钟(本地时钟)为s0。fpga验证板103以s0为输入，使用fpga内置的pll经过倍频产生高频的时钟s1。使用高频时钟s1对接口时钟y进行两级寄存器采样，并检测下降沿。

s302：使用步骤s301中的高频时钟s1驱动一个n位计数器，并使用接口时钟y的下降沿复位计数器。

如图4所示，高频时钟s1驱动计数器从0开始计数，计数最大值由高频时钟s1与需要得到的工作时钟s2的分频比决定。并根据要求的占空比，生成所需的工作时钟s2。由于使用接口时钟y的下降沿复位计数器，因此实现了计数器生成的工作时钟s2与接口时钟y处于同步关系的状态，保证了sdr射频板102与fpga验证板103的时钟同步。

s303：检测窄带主同步参考信号npss。根据nb-iot协议，基站侧在每一无线帧(10ms)的固定位置(子帧5)发送窄带主同步参考信号npss。在频域上占据11个子载波,时域上占据最后11个ofdm符号，其公式定义为：其中s(3),...s(13)对应的掩码序列集为[1,1,1,1,-1,-1,1,1,1,-1,1]。

在初始搜索阶段，窄带主同步参考信号npss经过sdr射频板102下变频，模数转换，被以1.92mhz的采样率进行时域采样。

所得到的采样信号与已预知的zc(zadoff-chu)序列进行相关运算，如果相关运算的峰值能达到窄带主同步参考信号npss检测的阀值，则可认为检测到了窄带主同步参考信号npss，并且根据运算结果得到时间的偏差值time_offset和频率的偏差值frequency_offset。

s304：根据计算的时间的偏差值，调整采样数据的起始位置，并且根据计算的频率偏差值，通过fpga验证板103的spi接口配置sdr射频板102的dcxo的微调值，使sdr板102的参考时钟频率相应地更改，如此实现sdr板102的参考时钟频率与nb-iot基站模拟设备101的时钟信号的同步。

s305：重复s303和s303，连续检测窄带主同步参考信号npss，并且当时间和频率偏差值小于预期的阀值，则可认为sdr射频板102、fpga验证板103和nb-iot基站模拟设备101的时钟实现了同步。

以上已经参考附图描述了根据本公开实施例的时钟同步方法。接下来，参考图5描述根据本公开实施例的nb-iot终端验证平台的应用实例。

nb-iot基站模拟设备101输出下行射频信号，经过sdr射频芯片的混频、滤波、adc数模转换，输出下行基带信号到fpga验证板103，其中接口时钟为3.84mhz，数据采样率为1.92mbps，fpga内部经过pll倍频的高频时钟为900mhz，经过接口时钟同步模块，生成接近50％占空比的频率为30.72mhz的工作时钟，并且与接口时钟同步。输入fpga的基带信号数据，经过主同步检测模块，检测主同步信号，当检测到主同步信号，则经过频率偏差和时间偏差计算模块，算出频率偏差值，经过spi接口模块，修改sdr芯片的寄存器dcxo的微调值，改变dcxo频率，经过循环迭代，完成nb-iot基站模拟设备、sdr射频板、fpga验证板的时钟同步。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。