CN102783078B - 通过用于通信系统的通信层和子层之间的交互来进行精确时钟同步的方法和系统 - Google Patents

通过用于通信系统的通信层和子层之间的交互来进行精确时钟同步的方法和系统 Download PDF

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Abstract

无线通信系统中的时间同步包括通过无线通信介质将同步帧从发射机发送到接收机。同步帧包括指示当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间的时间戳。在确定接收时间的接收机接收同步帧，其中，所述接收时间包括当在接收机的物理层接收到同步帧的所述符号时的接收机本地时间。通过确定所述时间戳与所述接收时间之间的差并基于所述差调整接收机本地时间来执行时间同步，以使接收机与发射机时间同步。

Description

通过用于通信系统的通信层和子层之间的交互来进行精确时钟同步的方法和 系统
技术领域
本发明涉及通信装置之间的时钟同步，具体地讲，涉及用于在无线网络中进行通信的装置的精确时钟同步。
背景技术
用于无线网络的IEEE 802.11无线通信协议规范定义了针对无线网络中的无线站的时间同步方案。当产生信标并将时间戳信息放在信标帧中时，接入点（AP）无线站可读取系统时钟。
发明内容
问题的解决方案
本发明的实施例提供了一种用于通信系统（诸如包括无线网络的无线通信系统）中的装置之间的通信的高精确度时钟同步协议的方法和系统。
发明的有益效果
根据本发明的实施例，当在AP中由MAC层创建包时，当所述包到达AP PHY层以通过信道进行传输时使用本地时钟的时间对所述包加时间戳，而不是传统的在AP MAC层加时间戳。这减少了处理延迟（即，减少了AP处的接入延迟）。类似地，当由STA PHY层接收到包时，在STA PHY层而不是在MAC层读取STA时钟。此外，基于接收的包时间戳，按照需要来更新STA时钟。这进一步减少了处理延迟（即，减少了STA处的接收延迟）。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的执行时间同步的无线通信系统的框图。
图2示出根据本发明的实施例的在包括无线局域网的无线通信系统中执行时钟同步的无线基站中的物理（PHY）通信层和媒体访问控制（MAC）通信层的框图。
图3A示出根据本发明的实施例的示例时序图和处理流程，其中，在无线局域网（WLAN）中，接入点将包括信标帧的同步包发送给接收站，其中，所述信标帧包括时间戳。
图3B示出根据本发明的实施例的用于时间同步处理的过程的流程图。
图4示出根据本发明的实施例的包括发射机无线站和接收机无线站的，实现时间同步的无线局域网的框图。
图5示出根据本发明的实施例的针对时间同步的，用于MAC层与PHY层会聚协议（PLCP）子层之间的交互，并还用于图4中的发射机站的PHY层的PHY PLCP子层与PHY物理介质相关（PMD）子层之间的交互的示例处理和时序图。
图6示出根据本发明的实施例的针对时间同步的，用于MAC层与PHYPLCP子层之间的交互，并还用于图4中的接收机站的PHY层的PHY PLCP子层与PHY PMD子层之间的交互的示例处理和时序图。
图7示出根据本发明的实施例的针对时间同步的，用于MAC层与PHYPLCP子层之间的交互，并还用于图4中的发射机站的PHY层的PHY PLCP子层与PHY PMD子层之间的交互的示例处理和时序图。
实现本发明的最优模式
本发明的实施例提供了一种用于针对通信系统（诸如包括无线网络的无线通信系统）中的装置之间的通信的高精确度时钟同步协议的方法和系统。本发明的实施例通过通信层和子层之间的交互来为无线通信网络提供精确时钟同步。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于无线通信系统中的时间同步的处理，包括：通过无线通信介质将同步帧从无线发射机发送到无线接收机，其中，所述同步帧包括时间戳，其中，所述时间戳包括指示当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间的发送时间。所述处理还包括：在接收机的物理层接收同步帧，并确定包括当在接收机的物理层从无线通信介质接收到同步帧的所述符号时的接收机本地时间的接收时间。所述处理还包括在接收机将接收的同步帧提供给更高通信层，其中，同步帧在指示同步帧到达所述更高通信层的接收机本地时间的到达时间到达所述更高通信层。所述处理还包括通过确定所述时间戳与所述接收时间之间的差并使用所述差调整接收机本地时间来使接收机与发射机时间同步的步骤，从而使接收机与发射机时间同步。
参照以下描述、权利要求和附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得容易理解。
具体实施方式
本发明提供了一种用于通信系统（诸如包括无线网络的无线通信系统）中的装置之间的通信的高精确度时钟同步协议。本发明的实施例通过通信层和子层之间的交互为无线通信网络提供精确时钟同步。
如在这里描述的，图1示出根据本发明的实施例的包括多个无线站（包括用作协调器的AP 102以及诸如STA1、…、STAn的其他站（STA）104）的示例无线局域网100（诸如根据IEEE 802.11标准的WLAN）的框图，其中，所述网络100被增强以执行时间同步。所述无线站通过诸如无线通信介质（例如，射频（RF）信道）的通信链路执行无线通信。根据本发明的实施例，所述网络100通过用于无线通信的通信层和子层之间的交互来执行多个无线站之间的精确时钟同步。
根据本发明的实施例，AP 102和STA 104使用通过包括数据链路层的通信层进行的包传输来执行用于AP 102与STA 104之间的数据传输的帧结构，其中，所述数据链路层包括诸如在开放系统互连模型（OSI模型）中指定的MAC层和PHY层。在无线站中，MAC层接收包括净荷数据的数据包并将MAC头添加到所述数据包，以构建MAC协议数据单元（MPDU）。MAC头包括诸如源地址（SA）和目的地地址（DA）的信息。MPDU是PHY服务数据单元（PSDU）的一部分并被传送到无线站（诸如AP）中的PHY层以将PHY头（即，PHY前同步码）添加到其上来构建PHY协议数据单元（PPDU）。PHY头包括用于确定包括编码/调制方案的发送方案的参数。在作为包从AP发送到STA之前，前同步码被添加到包括信道估计和同步信息的PPDU。
图2示出根据本发明的实施例的使用同步管理模块112执行时钟同步的无线站中的PHY层110和MAC层111的示例框图。PHY层包括PLCP子层110A和PMD子层110B。
在一个实施方案中，本发明允许在无线站中确定或估计在不同的通信层（例如，MAC层111、PHY层110）的延迟以及由于信息在通信层之间传送而引起的延迟。例如，如下面进一步描述的，本发明的实施方案通过关注跨层/子层交互来在MAC/PHY层提供高精确度时间同步。
根据本发明的实施例，直接在无线局域网中的发送无线站（例如，AP 102）和接收机站（例如，STA 104）的PHY/MAC层使用无线信道上的同步信号（诸如广播信标）来实现时间同步，以使同步延迟抖动最小化。当接收站从发送站接收到具有时间戳的信标时，接收站的同步管理模块112基于PHY层110的延时以及接收站的PHY层110和MAC层111之间的延迟来调整时间戳值。然后，接收站可将其系统时钟（本地时间）设置为信标中的时间戳的被调整的值，以与发送站（例如，AP）的系统时钟同步。
根据本发明的实施例，时序相关参数在通信层或子层之间被传送，以支持精确时间同步。本发明还提供了MAC层111与PLCP子层110A之间的时序相关参数传送机制，并且还提供了PLCP子层110A与PMD子层110B之间的时序相关参数传送机制。这样，本发明允许在不同的通信层/子层记录时间并在通信层和子层之间传送参数。
图3A示出示例时序图和处理流程20，其中，AP将包括信标帧的同步包发送到接收STA，其中，所述信标帧包括时间戳。当接收的帧的至少一部分被处理并且从无线站的PHY层经过MAC层时，接收STA通过加上接收STA的PHY层的处理延迟并还加上接收STA的PHY层和MAC层之间的传送延迟来调整信标帧的时间戳值。
发送站具有设置为本地时间的系统时钟，并且接收站具有设置为本地时间的系统时钟，其中，接收站处的本地时间最初不需要与发送站处的本地时间同步。根据本发明的实施例，用于将接收站处的本地时间同步到发送站处的本地时间的示例场景和过程如下。本地时间ta0是当在发送站（在该示例中为AP）的MAC层中构造整个包时的时间。时间ta1是当所述包的预定义位置处的符号被AP的PHY层放在无线信道上时的时间。时间ta3’是当由接收STA的PHY层从无线信道接收到所述包的所述预定义位置处的符号时的时间。时间ta4’是当接收的包经过STA的PHY层并到达STA的MAC层时的时间。
由于存在时钟漂移，因此AP 102处和STA 104处的本地时钟/时间读取不同。在本地时间ta0，AP的MAC层将信标时间戳（即，时间戳）设置为当信标帧中的预定义位置处的符号将被AP的PHY层放在无线信道上时的本地时间ta1。在一个实施例中，时间戳（ta1）包括所估计的当信标帧中的预定义位置处的信标帧的符号将被AP的PHY层放在无线信道上时的本地时间（例如，ta0和ta1之间的平均延迟持续时间）。在另一实施例中，诸如以下进一步关于图5至图7所描述的，基于时序原语（primitive）来确定时间戳（ta1）。
传播延迟是在将包（例如，信标）从AP发送到STA的过程中，无线信道（例如，射频发送信道）中的比特的传播时间。传播延迟相对于信标间隔通常可忽略不计，并且是STA和AP之间的物理距离的函数。因此，传播延迟针对处于距AP不同距离处的不同STA而变化。然而，一旦STA相对于AP的位置固定，对应的传播延迟是恒定值。与处理延迟相比，传播时延较小并且相对容易计算。例如，如果AP和STA之间的距离小于100米，则传播延迟小于100/（3×108）=333.3ns。在一个示例中，其中，信标被用作同步包，信标间隔指示同步包之间的间隔。
处理延迟包括AP处的处理延迟（例如，接入延迟）和STA处的处理延迟（例如，接收延迟）。AP处的处理延迟包括比特从AP MAC层经过PHY层传送到无线信道的时间，因此，为了最小化AP处的处理延迟，包时间戳应该尽量与当所述预定义位置处的符号被放在无线信道上时的时间ta1接近。
STA处的处理延迟包括从无线信道接收、将在STA PHY层处理的包中的预定义位置处的符号到达STA MAC层所需的时间。在图3A中示出的示例中，STA处的处理延迟包括ta3’与ta4’之间的差。因此，为了最小化STA处的处理延迟，STA MAC层处的时间ta4’应该尽量与当在STA PHY层从无线信道接收到所述预定义位置处的符号时的时间ta3’接近。
在接收STA，PHY层在本地时间ta3’接收信标包，其中，PHY层向接收STA的MAC层报告接收时间ta3’。在本地时间ta4’，接收机STA的MAC层从接收机站的PHY层接收同步包（即，在时间ta4’，STAMAC层从STAPHY层接收所接收的帧的所述预定义位置处的符号）。
接收STA的同步管理模块随后确定信标时间戳与ta3’之间的差，其中：
Δ=时间戳-ta3’。
所述差（有符号数字）随后被加到本地时间ta4’以将调整的本地时间S确定为：
S=ta4’+Δ。
接收站处的表示本地时间的系统时钟被设置为调整的本地时间S。这样，接收站处的系统时钟与发送站处的系统时钟同步。
参照图3B中的流程图，根据本发明的实施例的高精确度时间同步处理300的执行包括以下处理块：
块301：AP MAC层产生包括信标帧的同步包，并设置指示对于当信标帧中的预定义位置处的符号将被AP的PHY层放在无线信道上时的发送时间（例如，ta1）的AP本地时间的信标帧时间戳。
块302：AP PHY层在无线信道上开始信标的发送。
块303：STA PHY层开始在无线信道上从AP接收信标帧。
块304：STA PHY层读取对于当信标帧的所述预定义位置处的符号到达STA PHY层时的接收时间（例如，ta3’）的STA本地时钟/时间。
块305：STA PHY层向STA MAC层报告所述接收时间并将信标帧传送到STA MAC层。
块306：STA MAC层从STA PHY层接收信标帧，其中，信标帧在STA本地到达时间（例如，ta4’）到达STA MAC层。
块307：STA MAC层确定（例如）信标帧时间戳与接收时间（例如，ta3’）之间的差。
块308：STA MAC层将所述差（有符号数字）加到所述到达时间（例如，ta4’）以确定修正的本地时间。
块309：STA时钟被设置为修正的本地时间，使得STA时钟与AP时钟同步。
如果AP与STA之间的距离可被估计以确定传播延迟，则STA还可通过从所述修正的本地时间减去传播延迟来调整STA的时钟（计时器）。
针对诸如60GHz频带上的IEEE 802.11ad规范以及无线千兆联盟（WiGig）规范的毫米波无线通信标准，在下文中描述上述同步处理的实施例的示例应用。WiGig应用于通过60GHz无线电频带进行操作的多千兆速度无线通信技术。WiGig是针对无线局域网和无线局域网装置（诸如包括无线电台的消费电子（CE）和其他电子装置）的、用于为60GHz频带及更高频带上的无线信号传输定义无线数字网络接口规范的工业导向的成果。
根据IEEE 802.11协议规范家族，MAC层为更高的层提供原语（primitive）和接口以执行时序计算。这通过向所述更高层指示特定数据帧的最后符号的末尾的出现来完成，其中，所述更高层记录时间戳并通过更高层数据包发送时间戳。本发明的实施例提供对IEEE 802.11协议规范（诸如IEEE 802.11ad标准）的加强，其中，如在这里所述的与本发明的实施例相关的这样的加强包括用于发送站和接收站之间的时间同步的处理和架构，使得诸如由更高层和MAC层之间的交互以及MAC层与PHY层之间的交互引起的延迟抖动的伪影被最小化。
图4示出根据本发明的实施例的包括发射机无线站201和接收机无线站210的无线局域网200的示例框图。站201和210中的每一个是根据本发明的实施例的、在图2中被示出并在上面被描述的无线站的示例实施方案。如图4中所示，发射机站201包括PHY层202和MAC层203。根据本发明的实施例，发射机站201使用配置为对同步/数据包206（包括时序/同步信息）进行操作的MAC同步管理器模块204和PHY同步管理器模块205来执行时钟同步。接收机站210包括PHY层212和MAC层213。根据本发明的实施例，接收机站210使用配置为对同步/数据包216进行操作的MAC同步管理器模块214和PHY同步管理器模块215来提供时钟同步。同步/数据包216包括从发射机站201接收的同步/数据包206。
在一个实施方案中，根据本发明的实施例，网络200基于IEEE 802.11标准执行无线通信协议，并进一步利用时间同步功能（TSF）提供时间同步。根据本发明的实施例，发射机站201的MAC层203包括MAC同步管理器模块204，PHY层202包括PHY同步管理器模块205。MAC同步管理器模块204确定当PHY同步管理器模块205检测到当包206（例如，信标或其他帧）的预定义位置处的信息被发射机站201的PHY层202的PMD子层110B（图2）发送时的实际时钟读取时间。
根据本发明的实施例，接收机站210的MAC层213包括MAC同步管理器模块214，PHY层212包括PHY同步管理器模块215。MAC同步管理器模块214确定当PHY同步管理器模块215检测到当包216（例如，信标或其他帧）的预定义位置处的信息被PHY层212的PMD子层110B接收到时的实际时钟读取时间。
在本发明的一个实施例中，所述预定义位置被设置在包/帧的前同步码的起始点。图5示出根据本发明的实施例的针对帧（包）通信的，在发射机站201（例如，图1中的AP 102）处用于MAC层与PHY PLCP子层之间的交互并还用于PHY层202的PHY PLCP子层与PHY PMD子层之间的交互的示例处理和时序图30。图6示出根据本发明的实施例的针对帧（包）通信的，在接收机站210（例如，图1中的STA 104）处用于MAC层与PHY PLCP子层之间的交互并还用于PHY层212的PHY PLCP子层与PHY PMD子层之间的交互的示例时序图和处理40。以下结合图4至图6描述根据本发明的实施例的示例操作场景。
在PLCP子层110A将PHY_TXSTART.confirmation（TXSTATUS）原语（即，PHY-TXSTART.confirm）发给MAC层203之后，发射机站201的MAC同步管理器模块204（图5）通过TXSTATUS矢量内的TIME_OF_DEPARTURE参数将实际时钟读取确定为当所述预定义位置处的所述符号在无线信道上被发送时的时间戳（ta1）。TIME_OF_DEPARTURE参数携带将在发射机无线站201的PHY层202的PMD子层110B被发送的前同步码起始点的时间值。TXSTATUS矢量表示与MPDU的发送有关的、PHY层提供给MAC层的参数的列表。所述TXSTATUS矢量包含PLCP操作参数和PHY操作参数。PHY_TXSTART.confirmation是PHY层发送到MAC层以开始MPDU发送的服务原语。
C-PSDU指示编码的PSDU。通常，最可靠的编码/调制方案被应用于PHY头中的PHY信号字段，并且附加的循环冗余校验（CRC）被添加以保证该信息在接收机处被正确接收。MAC头和净荷数据通常被同等对待并使用相同的编码/调制方案来发送，其中，所述编码/调制方案比用于PHY头的PHY信号字段的编码/调制方案的强健性低。
在PHY层212的PLCP子层将PHY_RXSTART.indication（RXVECTOR）原语（即，PHY-RXSTART.Ind）发给MAC层213之后，接收机站210的MAC层213的MAC同步管理器模块214（图6）使用RXVECTOR内的RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数来获取发送的帧前同步码将在接收机站210的PHY层212开始被接收的估计时间。
RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数携带所估计的从与到来帧（包）对应的前同步码的开始处到达接收机站210PHY层（例如，天线端口）的时间点到PHY_RXSTART.indication原语被发给MAC层213的时间点的时间偏移（在10纳秒单位内）。因此，当接收机MAC层213获得小于RX_START_OF_FRAME_OFFSET的PHY_RXSTART.indication（RXVECTOR）原语时的时间提供接收机站210处的估计的前同步码开始接收时间。
PHY_RXSTART.indication是PHY层向MAC层指示PLCP已接收到有效的帧首定界符（SFD）和PLCP头的指示。原语提供PHY_RXSTART.indication（RXVECTOR）。RXVECTOR矢量表示在接收到有效PLCP头时或在接收到所接收的帧中的最后的PSDU数据比特时PHY层向MAC层提供的参数的列表。RXVECTOR矢量包含MAC和MAC管理参数。
在针对毫米波（mmW或mmWave）无线通信标准的示例实施方案中，根据本发明的实施例的同步机制如下。发送诸如信标帧或通知帧的mmWave包的发射机站201设置帧时间戳字段的值，使得所述值等于从无线站201的PHY层202到无线信道的帧前同步码的发送开始时的发射机TSF计时器的值。帧时间戳字段的值包括当在发射基站201处帧的至少一部分通过所述站的本地PHY层202而从MAC-PHY接口到达与无线信道的接口时的任意发送站延迟。
在mmWave频段中操作的无线接收机站210处，通过增加与当接收的帧的至少一部分经过本地PHY层212时接收站210处的延迟加上如RX_START_OF_FRAME_OFFSET所估计的自开始在PHY层212接收前同步码以来的时间相等的量，来获得和调整接收的帧的时间戳值。
根据本发明的另一实施例，从发送站201发送到接收站210的帧中的所述预定义位置被设置为PLCP头的起始点。发射器站201的MAC层203的MAC同步管理器模块204获得自在PLCP头的起始处PHY_TXSTART.confirmation（即，PHY-TXSTART.confirm）被发给MAC层203以来的实际时钟读取时间。
在接收机站210，在PLCP头的开始处，PMD_DATA.ind（即，PM_DATA.indication）从PHY层212的PMD子层被发给PLCP子层，其中，接收机站210的PLCP子层的PHY同步管理器模块215确定何时在PHY层212的PMD子层接收到PLCP头的开始。在PLCP头的末尾，PHY_RXSTART.indication（RXVECTOR）被发给MAC层213。PMD_DATA.ind向PLCP通知：在PMD子层成功检测到前同步码并且数据（PLCP头）将开始从PMD子层传送到PLCP子层。
根据本发明的一方面，RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数被添加到RXVECTOR以记录当PMD_DATA.ind被发给接收站210的PHY层212的PLCP子层时的时间。RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数携带指示在接收机站210的PHY层212的PMD子层接收到PLCP头的开始的时间的时间值。
根据本发明的另一实施例，对于毫米波无线通信标准，利用根据本发明的实施例的同步机制，发送诸如信标帧或通知帧的mmWave包的发射机无线站201设置帧时间戳字段的值，使得所述值等于帧的PLCP头的第一数据符号在无线信道上被发送时的发射机TSF计时器的值。所述时间戳的值包括当在发射机站201处所述帧的至少一部分通过所述站的本地PHY层202而从MAC-PHY接口到达其与无线信道的接口时的任意发送站延迟。
在mmWave频段中操作的无线接收机站210处，通过增加与当接收的帧的至少一部分经过本地PHY层212时接收站的延迟加上如RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER所指示的自在PHY层212接收到PLCP头的第一数据符号以来的时间相等的量，来获得和调整接收的帧的时间戳值。
根据本发明的另一实施例，参照图7中的发射机站201处的示例时序图和处理50，从发送站201发送到接收站210的帧中的所述预定义位置被设置为包/帧的PLCP头的末尾点。具体地讲，图7示出基于根据本发明的实施例提供的PHY_TXPLCPEND.indication原语在发射机站201处MAC-PLCP-PMD层/子层之间的示例交互。
根据本发明的实施例，PHY_TXPLCPEND.indication原语（即PHY-TXPLCPEND.indication）包括向发射机MAC层通知无线信道上的PLCP头的发送完成的信令，其中，MAC层可将当PHY_TXPLCPEND.indication被获得时的时间记录为时间戳（ta1）。
在发射机站201处，当在PHY层202完成PLCP头的发送时，允许使用被发给MAC层203的PHY_TXPLCPEND.indication原语直接获得所述时间。发射机站201的MAC层203通过记录当从PHY层202的PLCP子层接收到PHY_TXPLCPEND.indication原语时的时间，来获得当在PHY层202完成PLCP头的发送时的时钟（本地时间）。在接收机站210，MAC层213基于PHY_RXSTART.indication获得实际本地时间（ta3’），其中，在PLCP头的末尾（图6）将PHY_RXSTART.indication发给MAC层213。
根据本发明的实施例，为了定义PHY-TXPLCPEND.indication，为IEEE802.11规范提供表1中的以下补充（增强）。
表1.对IEEE Std.802.11-2007的子条款12.3.5“IEEE Standard forInformation technology-Telecommunications and information exchange betweensystems-Local and metropolitan area network？Specific requirements，Part 11：Wireless LAN Medium Access Control（MAC）and Physical Layer（PHY）Specifications”的补充，IEEE计算机社会，2007年6月12日：
表1
[表1]
根据本发明的实施例，发送诸如信标帧或通知帧的mmWave帧的发射机站201设置帧时间戳字段的值，使得所述值等于在无线信道上包含MPDU的第一比特的数据符号的发送开始时的发射机TSF计时器的值。所述时间戳的值包括当在发射机站201处所述帧的至少一部分通过本地PHY层202而从MAC-PHY层接口到达与无线信道的接口时的任意发送站延迟。
当在接收机站210处在mmW频段进行操作时，在接收机站210处，通过增加与经过接收机站210的本地PHY层212的延迟加上如PHY_RXSTART.indication所指示的自接收的帧的PLCP头的最后的数据符号的接收完成以来的时间相等的量，来获得和调整接收的帧的时间戳值。
图3A中的示例同步处理应用于与图5至图7相关的处理，然而，基于与图5至图7相关的时序原语而不是与图3A相关的估计来确定时间戳值（t1）。具体地讲，ta0是当帧中的预定义位置处的符号在发射机MAC层处时的时间，ta1是所述符号被发射机放在无线信道上时的时间，ta3’是当接收机PHY层在无线信道上接收到所述符号时的时间值，ta4’是接收机在接收到所述符号（即，携带诸如时间戳信息的时间同步信息的信标或其他同步帧）之后开始本地时钟调整时的时间。接收机通过增加（其中=ta1-ta3’）来调整其本地时钟值。时间戳包括值ta1。
尽管针对AP和STA描述了特定实施例，但本发明的实施例还可应用于任意两种邻居STA之间的同步。因此，根据本发明，为了实现AP和STA之间的更高时间同步精确度，在与事件触发点尽量接近的位置读取本地时钟时间，这意味着在PHY层读取本地时钟时间，从而使传播和处理延迟最小化。
根据本发明的实施例，当通过AP中的MAC层创建包时，使用当所述包到达AP PHY层以通过信道进行发送时的本地时钟的时间来对所述包加时间戳，而不是传统的在AP MAC层加时间戳。这减少了处理延迟（即，减少了AP处的接入延迟）。类似地，当STA PHY层接收到包时，在STA PHY层而不是在MAC层读取STA时钟。此外，基于接收的包时间戳，按照需要来更新STA时钟。这进一步减少了处理延迟（即，减少了STA处的接收延迟）。
如本领域技术人员所公知的，上述示例实施例可按照各种方式（诸如由处理器执行的程序指令、软件模块、微码、计算机可读介质上的计算机程序产品、逻辑电路、专用集成电路、固件、消费电子装置等）在无线装置中、无线发射机/接收机中、无线网络中等被执行。此外，所述实施例可采取全部硬件实施例、全部软件实施例或包含硬件元件和软件元件两者的实施例的形式。已参照根据本发明的实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程示图和/或框图描述了本发明的实施例。这样的示图/框图中的每个块或其组合可由计算机程序指令来执行。当所述计算机程序指令被提供给处理器时，所述计算机程序指令制造机器，使得通过处理器执行的所述指令创建用于实现在流程图和/或框图中指定的功能/操作的装置。流程图/框图中的每个块可表示执行本发明的实施例的硬件和/或软件模块或逻辑。在可选择的实施方案中，在所述块中标注的功能可不按照图中标注的顺序发生、同时发生等。
术语“计算机程序介质”、“计算机可用介质”、“计算机可读介质”和“计算机程序产品”被用于总体表示诸如主存储器、辅助存储器、可移除存储驱动器、安装在硬盘驱动器中的硬盘、和信号的介质。这些计算机程序产品是用于将软件提供给计算机系统的装置。计算机可读介质允许计算机系统从计算机可读介质读取数据、指令、消息或消息帧、以及其他计算机可读信息。计算机可读介质例如可包括非易失性存储器（诸如软盘、ROM、闪存、硬盘驱动器存储器、CD ROM和其他永久性存储器）。例如，在计算机系统之间传输诸如数据和计算机指令的信息是有用的。此外，计算机可读介质可包括允许计算机读取计算机可读信息的瞬时状态介质（诸如包括有线网络或无线网络的网络链路和/或网络接口）中的这样的计算机可读信息。计算机程序（也被称为计算机控制逻辑）被存储在主存储器和/或辅助存储器中。还可经由通信接口接收计算机程序。当这样的计算机程序被执行时，所述计算机程序使计算机系统能够执行如在此讨论的实施例的特征。具体地讲，当所述计算机程序被执行时，所述计算机程序使处理器或多核处理器能够执行计算机系统的特征。因此，这样的计算机程序表示计算机系统的控制器。
尽管已参照本发明的特定版本描述了本发明，但其他版本也是可行的。因此，权利要求的精神和范围不应该限于包含于此的优选版本的描述。

Claims (54)

1.一种无线通信系统中的时间同步的方法，包括：
通过无线通信介质将同步帧从无线发射机发送到无线接收机，其中，所述同步帧包括时间戳，所述时间戳包括指示当同步帧的预定义位置处的符号被无线发射机的物理层放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间的发送时间；
在接收机的物理层接收同步帧；
确定接收时间，其中，所述接收时间包括当在接收机的物理层从无线通信介质接收到同步帧的所述符号时的接收机本地时间；
通过以下步骤使接收机与发射机时间同步：
确定所述时间戳与所述接收时间之间的差；
基于所述差调整接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在接收机将接收的同步帧提供给更高通信层，其中，所述同步帧在指示所述同步帧到达所述更高通信层的接收机本地时间的到达时间到达所述更高通信层；
其中，使接收机与发射机时间同步的步骤包括：
使用接收的同步帧的时间戳来确定所述时间戳与所述接收时间之间的差；
基于所述到达时间和所述差的组合来确定修正的本地时间；
基于修正的本地时间来更新接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
读取发射机本地时钟以获得当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以发送到接收机时的本地时间；
读取接收机本地时钟以获得当在无线通信介质上从发射机接收到同步帧的预定义位置处的符号时的本地时间。
4.如权利要求2所述的方法，其中，使接收机与发射机时间同步的步骤包括：
通过将接收机物理层的处理延迟与物理层和所述更高通信层之间的处理延迟相加来调整接收机本地时间。
5.如权利要求1所述的方法，其中：
所述发送时间是所估计的当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间。
6.如权利要求2所述的方法，其中：
无线通信系统包括无线局域网；
发射机包括用于无线通信的媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层；
接收机包括用于无线通信的MAC层和PHY层，接收机的所述更高通信层包括所述MAC层。
7.如权利要求6所述的方法，其中：
所述预定义位置被设置为同步帧的前同步码的起始点。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
在发射机PHY层的PHY层会聚协议(PLCP)子层将PHY_TXSTART.confirmation(TXSTATUS)原语发给发射机MAC层之后，发射机的MAC层使用TIME_OF_DEPARTURE参数来确定当所述预定义位置处的所述符号在无线信道上被发送时的本地时间，
其中，TIME_OF_DEPARTURE参数携带针对将在发射机PHY层的物理介质相关(PMD)子层发送的前同步码的起始点的时间值。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
在接收机PHY层的PLCP子层将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)原语发给接收机MAC层之后，接收机的MAC层使用RXVECTOR内的RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数来获得所估计的接收机的PHY层开始接收同步帧的所述前同步码的时间；
其中，RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数携带所估计的从同步帧前同步码的起始处到达接收机PHY层的时间点到PHY_RXSTART.indication原语被发给接收机MAC层的时间点的时间偏移。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述预定义位置被设置为同步帧的PLCP头的起始点。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
发射机的MAC层确定自从在PLCP头的起始处将PHY_TXSTART.confirmation发给发射机MAC层以来，所述预定义位置处的所述符号在无线信道上被发送时的本地时间。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
接收机PHY层的PMD子层在PLCP头的开始处将PMD_DATA.ind发给接收机PHY层的PLCP子层；
确定何时在PHY层的PMD子层接收到PLCP头的开始；
在PLCP头的末尾将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)发给接收机MAC层。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
在RXVECTOR中提供RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数来记录当PMD_DATA.ind被发给接收机PHY层的PLCP子层时的时间；
其中，RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数指示在接收机PHY层的PMD子层接收到PLCP头的开始的时间。
14.如权利要求6所述的方法，其中，所述预定义位置被设置为同步帧的PLCP头的末尾点。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
提供PHY_TXPLCPEND.indication原语；
当在发射机PHY层完成PLCP头的发送时，发射机直接使用被发给发射机MAC层的原语PHY_TXPLCPEND.indication来获得本地时间。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
发射机MAC层通过记录当从发射机PHY层的PLCP子层接收到PHY_TXPLCPEND.indication原语时的时间来获得当在PHY层完成PLCP头的发送时的本地时间。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
在PLCP头的末尾处将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)发给接收机MAC层；
接收机MAC层获得自从在PLCP头的末尾处将PHY_RXSTART.indication发给接收机MAC层以来的本地时间。
18.如权利要求1所述的方法，其中，无线通信系统包括无线局域网。
19.如权利要求18所述的方法，其中，无线局域网包括毫米波无线局域网。
20.如权利要求19所述的方法，其中，发射机和接收机包括在60GHz操作的无线电台，无线通信介质包括无线射频信道。
21.如权利要求20所述的方法，其中：
发射机包括接入点；
同步帧包括由接入点通过无线信道发送的广播信标。
22.一种无线通信系统，包括：
无线发射机；
无线接收机；
无线发射机包括同步模块，其中，所述同步模块被配置为通过无线通信介质将同步帧发送到无线接收机，所述同步帧包括时间戳，所述时间戳包括指示当同步帧的预定义位置处的符号被无线发射机的物理层放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间的发送时间；
无线接收机包括同步模块，其中，所述同步模块被配置为确定包括当在接收机的物理层从无线通信介质接收到同步帧的所述符号时的接收机本地时间的接收时间，并在接收机将接收的同步帧提供给更高通信层，其中，所述同步帧在指示所述同步帧到达所述更高通信层的接收机本地时间的到达时间到达所述更高通信层；
接收机同步模块通过以下步骤使接收机与发射机时间同步：
确定所述时间戳与所述接收时间之间的差；
使用所述差来调整接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
23.如权利要求22所述的系统，其中，接收机同步模块通过以下步骤使接收机与发射机时间同步：
使用接收的同步帧的时间戳来确定所述时间戳与所述接收时间之间的差；
基于所述到达时间与所述差的组合来确定修正的本地时间，
基于修正的本地时间来更新接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
24.如权利要求22所述的系统，其中，
发射机同步模块读取发射机本地时钟，以获得当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以发送到接收机时的本地时间；
接收机同步模块读取接收机本地时钟，以获得当在无线通信介质上从发射机接收到同步帧的预定义位置处的符号时的本地时间。
25.如权利要求22所述的系统，其中，接收机同步模块通过将接收机物理层的处理延迟与物理层和所述更高通信层之间的处理延迟相加来调整接收机本地时间。
26.如权利要求22所述的系统，其中，所述发送时间是所估计的当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间。
27.如权利要求22所述的系统，其中：
无线通信系统包括无线局域网；
发射机包括用于无线通信的媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层；
接收机包括用于无线通信的MAC层和PHY层，接收机的所述更高通信层包括所述MAC层。
28.如权利要求27所述的系统，其中：
所述预定义位置被设置为同步帧的前同步码的开始点。
29.如权利要求28所述的系统，其中：
所述发射机同步模块包括所述发射机MAC层，其中，在发射机PHY层的PHY层会聚协议(PLCP)子层将PHY_TXSTART.confirmation(TXSTATUS)原语发给发射机MAC层之后，所述发射机MAC层使用TIME_OF_DEPARTURE参数来确定当所述预定义位置处的所述符号在无线信道上被发送时的本地时间，
其中，TIME_OF_DEPARTURE参数携带针对将在发射机PHY层的物理介质相关(PMD)子层发送的前同步码的起始点的时间值。
30.如权利要求29所述的系统，其中：
接收机同步模块包括所述接收机MAC层，其中，在接收机PHY层的PLCP子层将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)原语发给接收机MAC层之后，接收机MAC层使用RXVECTOR内的RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数来获得所估计的接收机的PHY层开始接收同步帧的所述前同步码的时间；
其中，RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数携带所估计的从同步帧前同步码的起始处到达接收机PHY层的时间点到PHY_RXSTART.indication原语被发给接收机MAC层的时间点的时间偏移。
31.如权利要求27所述的系统，其中，所述预定义位置被设置为同步帧的PLCP头的起始点。
32.如权利要求31所述的系统，其中：
发射机同步模块包括所述发射机MAC层，其中，所述发射机MAC层确定自从在PLCP头的起始处将PHY_TXSTART.confirmation发给发射机MAC层以来，所述预定义位置处的所述符号在无线信道上被发送时的本地时间。
33.如权利要求32所述的系统，其中：
接收机PHY层的PMD子层在PLCP头的开始处将PMD_DATA.ind发给接收机PHY层的PLCP子层；
接收机同步模块确定何时在PHY层的PMD子层接收到PLCP头的开始；
PHY层在PLCP头的末尾将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)发给接收机MAC层。
34.如权利要求33所述的系统，其中：
在RXVECTOR中提供RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数来记录当PMD_DATA.ind被发给接收机PHY层的PLCP子层时的时间，
RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数指示在接收机PHY层的PMD子层接收到PLCP头的开始的时间。
35.如权利要求27所述的系统，其中，所述预定义位置被设置为同步帧的PLCP头的末尾点。
36.如权利要求35所述的系统，其中：
提供PHY_TXPLCPEND.indication原语；
当在发射机PHY层完成PLCP头的发送时，发射机直接使用被发给发射机MAC层的原语PHY_TXPLCPEND.indication来获得本地时间。
37.如权利要求36所述的系统，其中：
发射机MAC层通过记录当从发射机PHY层的PLCP子层接收到PHY_TXPLCPEND.indication原语时的时间来获得当在PHY层完成PLCP头的发送时的本地时间。
38.如权利要求37所述的系统，其中：
在PLCP头的末尾处将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)发给接收机MAC层；
接收机MAC层获得自从在PLCP头的末尾处将PHY_RXSTART.indication发给接收机MAC层以来的本地时间。
39.如权利要求22所述的系统，其中：
无线通信系统包括毫米波无线局域网，无线通信介质包括无线射频信道；
发射机包括接入点；
同步帧包括由接入点通过无线信道发送的广播信标。
40.一种无线接收机，包括：
物理(PHY)层，用于无线通信，包括通过无线通信介质从无线发射机接收同步帧，所述同步帧包括时间戳，所述时间戳包括指示当同步帧的预定义位置处的符号被无线发射机的物理层放在无线通信介质上以发送到接收机时的发射机本地时间的发送时间；
同步模块，被配置为确定包括当在接收机的物理层从无线通信介质接收到同步帧的所述符号时的接收机本地时间的接收时间，并在接收机将接收的同步帧提供给更高通信层，其中，所述同步帧在指示所述同步帧到达所述更高通信层的接收机本地时间的到达时间到达所述更高通信层；
接收机同步模块通过以下步骤使接收机与发射机时间同步：
确定所述时间戳与所述接收时间之间的差；
使用所述差来调整接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
41.如权利要求40所述的无线接收机，其中：
接收机同步模块通过以下步骤使接收机与发射机时间同步：
使用接收的同步帧的时间戳来确定所述时间戳与所述接收时间之间的差；
基于所述到达时间与所述差的组合来确定修正的本地时间；
基于修正的本地时间来更新接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
42.如权利要求40所述的无线接收机，其中，
接收机同步模块读取接收机本地时钟，以获得当在无线通信介质上从发射机接收到同步帧的预定义位置处的符号时的本地时间。
43.如权利要求40所述的无线接收机，其中，接收机同步模块通过将接收机物理层的处理延迟与物理层和所述更高通信层之间的处理延迟相加来调整接收机本地时间。
44.如权利要求40所述的无线接收机，其中，所述发送时间是所估计的当同步帧的预定义位置处的符号被放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间。
45.如权利要求40所述的无线接收机，其中：
无线通信系统包括无线局域网；
接收机的所述更高通信层包括媒体访问控制(MAC)层。
46.如权利要求45所述的无线接收机，其中：
所述预定义位置被设置为同步帧的前同步码的开始点。
47.如权利要求46所述的无线接收机，其中：
接收机同步模块包括所述接收机MAC层，其中，在接收机PHY层的PHY层会聚协议(PLCP)子层将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)原语发给接收机MAC层之后，所述接收机MAC层使用RXVECTOR内的RX_START_OF_FRAME_OFFSET参数来获得所估计的接收机的PHY层开始接收同步帧的所述前同步码的时间；
其中，RX_START_OF_FRAME_PFFSET参数携带所估计的从同步帧前同步码的起始处到达接收机PHY层的时间点到PHY_RXSTART.indication原语被发给接收机MAC层的时间点的时间偏移；
在发射机PHY层的PLCP子层将PHY_TXSTART.confirmation(TXSTATUS)原语发给发射机MAC层之后，所述发射机使用TIME_OF_DEPARTURE参数，其中，TIME_OF_DEPARTURE参数携带针对将在发射机PHY层的物理介质相关(PMD)子层发送的前同步码的起始点的时间值。
48.如权利要求45所述的无线接收机，其中，所述预定义位置被设置为同步帧的PLCP头的起始点。
49.如权利要求48所述的无线接收机，其中：
接收机PHY层的PMD子层在PLCP头的开始处将PMD_DATA.ind发给接收机PHY层的PLCP子层；
接收机同步模块确定何时在PHY层的PMD子层接收到PLCP头的开始；
PHY层在PLCP头的末尾将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)发给接收机MAC层；
发射机确定自从在PLCP头的起始处将PHY_TXSTART.confirmation发给发射机MAC层以来，所述预定义位置处的所述符号在无线信道上被发送时的本地时间。
50.如权利要求49所述的无线接收机，其中：
在RXVECTOR中提供RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数来记录当PMD_DATA.ind被发给接收机PHY层的PLCP子层时的时间，
RX_START_TIME_OF_PLCP_HEADER参数指示在接收机PHY层的PMD子层接收到PLCP头的开始的时间。
51.如权利要求45所述的无线接收机，其中，所述预定义位置被设置为同步帧的PLCP头的末尾点。
52.如权利要求51所述的无线接收机，其中：
提供PHY_TXPLCPEND.indication原语；
当在发射机PHY层完成PLCP头的发送时，发射机直接使用被发给发射机MAC层的原语PHY_TXPLCPEND.indication来获得本地时间；
发射机MAC层通过记录当从发射机PHY层的PLCP子层接收到PHY_TXPLCPEND.indication原语时的时间来获得当在PHY层完成PLCP头的发送时的本地时间；
在PLCP头的末尾处将PHY_RXSTART.indication(RXVECTOR)发给接收机MAC层；
接收机MAC层获得自从在PLCP头的末尾处将PHY_RXSTART.indication发给接收机MAC层以来的本地时间。
53.如权利要求40所述的无线接收机，其中：
无线通信系统包括毫米波无线局域网，无线通信介质包括无线射频信道；
发射机包括接入点；
同步帧包括由接入点通过无线信道发送的广播信标。
54.一种无线通信系统中的时间同步的方法，包括：
通过无线通信介质将同步帧从无线发射机发送到无线接收机，其中，所述同步帧包括时间戳，所述时间戳包括指示当同步帧的预定义位置处的符号被无线发射机的物理层放在无线通信介质上以进行发送时的发射机本地时间的发送时间；
在接收机的物理层接收同步帧；
确定接收时间，其中，所述接收时间包括当在接收机的物理层从无线通信介质接收到同步帧的所述符号时的接收机本地时间；
通过以下步骤使接收机与发射机时间同步：
通过加上接收机处的处理延迟来调整所述时间戳；
确定经过调整的时间戳与所述接收时间之间的差；
基于所述差调整接收机本地时间，以使接收机与发射机时间同步。
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