[发明专利]基于FPGA的无线传输延时控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的无线传输延时控制系统，其特征在于，包括：无线模块、FPGA处理模块及用户接口模块；其中无线模块通过SPI或UART串行通讯接口与FPGA处理模块连接，通过无线信号传输用户数据以及校准数据；FPGA处理模块通过PSI或UART串行通讯接口与用户接口模块连接，处理和计算无线通讯延时以及提供校准时钟；用户接口模块与上位机相连接，由上位机控制无线模块和FPGA处理模块；

其中，FPGA处理模块中的协议分析器完成用户对无线模块控制的透明传输，以及在无线传输数据中添加补偿时间帧；校准时，FPGA控制模块判断设备是否为主设备，工作在主设备模式的系统AP广播发送基准时间，工作在从模块的系统STA接收到广播基准时间并校准STA的实时时间控制器；

AP针对系统节点内的首个STA发送AP校准帧，首个STA接受到AP校准帧后立刻给AP返回一个STA校准帧，AP接收到上述STA校准帧后，再次向首个STA发送第二AP校准帧；STA接收第二AP校准帧，并计算存储延时；完成单点校准后，如还有其他设备点，则重新发送AP单点校准帧给下一个单点，直到AP与所有STA延时确定后，启动周期校准计时器，等待下一个校准周期到时；

在校准完成后，AP与STA无线传输的延时确定，用户通过用户接口模块控制无线模块进行数据通讯；数据通讯中，FPGA控制模块中的协议分析器在数据指令中添加延时时间和无线模块控制命令，上述协议分析器会直接转换为透明传输；系统接受到数据后，由无线模块传输到FPGA控制模块，协议分析器解析收到的数据并提取延时并存储，然后FPGA控制模块将数据传送给用户接口模块，完成无线数据通讯及延时控制。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的无线传输延时控制系统，其特征在于：FPGA处理模块中包括SPI收发器、UART收发器、实时时间控制器、周期校准计时器，传输延迟计时器，延时比较器和协议分析器；FPGA处理模块通过SPI收发器和UART收发器与无线模块和用户接口模块通讯；实时时间控制器控制本地时钟，并分别与SPI收发器、UART收发器、延时比较器、协议分析器相连接；延时比较器分别与用于定时校准实时时钟的周期校准计时器和用于计算接收数据源时间的传输延迟计时器相连接，延时比较器比较计算当前延时和补偿本地时间；协议分析器连接SPI收发器和UART收发器，并设置无线模块的通讯协议实现透明传输。

3.一种基于FPGA的无线传输延时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、程序开始执行，首先由用户接口模块通过SPI或UART串行接口设置无线模块所使用的通讯协议及系统周期校准时间，FPGA处理模块中的协议分析器完成用户对无线模块控制的透明传输，以及在无线传输数据中添加补偿时间帧；

B、FPGA控制模块开始工作，系统开始判断是否进行校准；进行校准时判断设备是否为主设备，工作在主设备模式的系统AP广播发送基准时间，工作在从模块的系统STA接收到广播基准时间并校准STA的实时时间控制器；

C、AP针对系统节点内的首个STA发送AP校准帧，AP校准帧内带有当前时刻AP的实时时间t1，首个STA接受到AP校准帧后立刻给AP返回一个STA校准帧，STA校准帧内带有当前时刻STA的实时时间t2，AP接收到上述STA校准帧后，再次向首个STA发送第二AP校准帧，第二AP校准帧内部带有当前时刻AP的实时时间t3；

D、STA接收第二AP校准帧，并计算存储延时，由于AP广播后AP系统发送广播基准时间的时刻为STA内实时时间控制器的基准时间，AP端传播通讯延迟时间Tas=（t3-t1）/2,STA端传播通讯延迟时间Tas=(t3-t2)/2；

E、完成单点校准后，如还有其他设备点，则重新发送AP单点校准帧给下一个单点，直到AP与所有STA延时确定后，启动周期校准计时器，等待下一个校准周期到时；

F、在校准完成后，AP与STA无线传输的延时确定，用户通过用户接口模块控制无线模块进行数据通讯；数据通讯中，FPGA控制模块中的协议分析器在数据指令中添加延时时间和无线模块控制命令，上述协议分析器会直接转换为透明传输；系统接受到数据后，由无线模块传输到FPGA控制模块，协议分析器解析收到的数据并提取延时并存储，然后FPGA控制模块将数据传送给用户接口模块，完成无线数据通讯及延时控制。