CN104735772A - 一种定时同步的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术，公开了一种定时同步的装置及方法。本发明中，定时同步的装置包含N种通信模式的计数器、多路选择器MUX与锁存器；其中，N为大于1的自然数；每一种通信模式的计数器将输入的时钟信号作为本模式的时钟源，并在时钟源的驱动下进行计数；MUX在N种通信模式的时钟信号中选择频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号；锁存器在同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各计数器的计数值，以用于根据计数值获取N种通信模式间的定时关系。本发明中，选择N种通信模式的时钟信号中频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号，可以减小多模通信系统中不同模式间定时的最大误差，还可以获取不同模式间的相对定时关系。

Description

一种定时同步的装置及方法

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及多模通信系统的定时同步。

背景技术

在目前移动通信系统中，有多种无线通信模式并存，例如GSM（GlobalSystem For Mobile Communication，全球移动通信系统）、TD-SCDMA（TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）、CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）2000和LTE（Long TermEvolution，长期演进）等。不同的模式有一套自己特有的计时方法，在异模式测量时就存在两种计时的同步问题,也就是准确地通过一种模式的定时来获取其他模式此刻的计时信息。

对于多模系统，以GSM和TD-SCDMA双模系统为例，两种模式定时都采取超帧号（super frame no）、帧号（frame no）、帧内的偏移（offset，例如Qbit（Quarter bit，1/4比特）或者1/8chip（时隙）为单位）的计数方法，但是由于帧结构不同，具体的实现上也有不同。为了简明起见，本文把两种模式的定时简化记为帧号（fn）和帧内偏移（offset）的格式，表示为（fn，offset）。每种模式下计时通过一个硬件的计数器（Counter）来实现，计数器分成多级计数器，低位计数器代表帧内偏移,高位计数器代表帧号。当低位计数器计满一定数后，高位就会进位，这样就能实现帧号fn，帧内偏移offset的计数和更新。例如TD-SCDMA模式下，计数器的驱动的时钟源为10.24MHz，每当计数51200个时钟后，高位计数器（帧号）就会向加1，同时低位计数器（帧内偏移）清零。

在需要获取不同模式的定时关系的场合，例如异模式的测量，就需要知道业务模式和被测量模式的相对定时关系，从而寻找空闲的时间窗口来接收测量模式的信号。再例如在待机状态下，物理层协议栈软件会根据网络配置的寻呼周期，间歇性的接收网络的信号。为了节省终端的功耗，通常会在物理层协议栈不接收网络信号期间，配置系统进入一个低功耗的状态，此状态包括关闭外部的时钟源，断开系统的部分供电等。如此就需要有一个定时器来控制协议栈进入低功耗的时间，我们称之为睡眠周期。若使用的睡眠定时器是以一个模式的定时关系为参考（记为主模式），那么另外的一个模式的睡眠配置都需要转化到主模式的定时上。这里也需要知道两个模式的相对定时关系。因此，如何简单、精确地获取不同模式的计时的相对关系，就成为多模系统中物理层性能的一个关键点。

目前，通常采用在某个时间点来对不同模式计数器的当前值做一次“快照”，获取此时刻的不同模式的计数的当前值，并输出此快照值，具体如图1所示。其中此方案中包含三个模块，分别是GSM模式计数器，TD-SCDMA（记为TDS）模式计数器以及锁存器；还包含三个时钟信号，分别是GSM CLK（CLOCK,时钟信号）（1.08MHz）、TDS CLK（10.24MHz）与BUS CLK（总线时钟）(例如200MHz)，以作为上述三个模块的时钟源。此示意图中省略了和本发明要说明的关系不重要的信号，比如模块的使能信号、复位信号，清零信号等。当我们需要获取两个模式的计时关系的时候，首先启动锁存器，也就是使用使能ENABLE信号，等待一定的时间后（通常是1到2个BUS CLK时间，具体看锁存器的实现方式），然后软件读取锁存器中的两个模式计数器的值。

如上所述，获取两个模式的计时关系需要两步操作，一是启动锁存器功能（快照），二是读取两个模式的计时器锁存值，其时序示意图如图2所示。其中TD-SCDMA模式使用10.24M时钟，GSM模式使用1.08M时钟，其对应两个模式的两个计时器的计数值分别记为TDS counter和GSM Counter，T1，T2和T3为三个时刻点。这里没有说明BUS CLK的情况，主要是相对于其他的时钟，BUS CLK时钟频率高，不在示意图中表示。启动读取操作，反应到硬件实现的逻辑就是使用BUS CLK来锁存两个模式的计数值，而BUSCLK的频率很高（以200MHz为例），当获取定时的操作启动后，BUS CLK锁定TDS counter和GSM Counter的值（会有一定的延迟，但是相对于TDSCLK和GSM CLK的周期长度，在此处忽略BUS CLK的延迟），对应到图2上标注的不同时刻，就有三个定时关系值。需要说明的是，下面的时刻点T1，T2和T3都是针对BUS CLK的时钟而言。

T1：TDS（4），GSM（100）；

T2：TDS（4），GSM（101）；

T3：TDS（9），GSM（101）；

因为读取的操作是随机的（事实上使用BUS CLK来同步的），在不同的时刻读取就可能得到了不同的几个值，这样就带来的误差：T1和T2的差值是一个1.08M时钟周期，而T2和T3偏差5个10.24M时钟周期。也就是三个不同的时刻，得到的定时关系不相同，在极限的情况下，两次不同采集的时刻得到定时关系相差一个1.08M时钟周期，也就是一个GSM的计时的最小步长（1Qbit）。

然而，分析获取两个不同模式的计时的相对关系，其目的不是在获取一个指定的时刻点的计数器的计数，而是能够准确的获取两个模式的相对关系，以此相对定时关系，可以计算出此时刻点之后或之前一个模式的某个时刻（帧号和帧内偏移）对应另外一个模式的此刻的帧号和帧内偏移，从而达到定时同步的目的。此关系对获取的时刻点的要求不高，而对定时的最大误差有很高的要求。

目前，系统中的频率高的时钟为10.24M，而系统会引入的最大误差是1.08M。这样的误差在系统睡眠唤醒的时候就会带来一些问题。比如在一次睡眠后，此误差为delta0，若在唤醒后协议栈没有及时校准这个定时的偏差，那么下一次睡眠唤醒后这个偏差就会累计，同时还新增加了误差delta1，这样两次睡眠后的定时误差就会增大到delta0+delta1。同理，若多次睡眠这个误差就会累计到很大。若在睡眠唤醒后的定时偏差的补偿不是立即进行，若在一个极端情况下，误差累计的速度大于定时调整的速度，那么这个误差就会累计到很大。当定时偏差增加到一定程度后就可能会造成接收信号出窗，或者降低了解调的性能，最后的结果可能导致终端和网络失步。同时考虑到终端系统睡眠过程使用的慢时钟（RTC时钟,(Real-Time Clock,实时时钟)）的频率稳定性较低，需要通过使用快时钟来校准，从而达到物理层寻呼周期接收信号的定时要求。而无论是由于物理层软件无法分辨上述原因的定时偏差还是由于RTC频率变化导致的定时偏差，都可能会触发校准慢时钟的动作，此操作又对终端的待机功耗有很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定时同步的装置及方法，使得多模通信系统中不同模式间定时的最大误差得以减小，提高了定时精度；同时可以获取不同模式间的相对定时关系。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种定时同步的装置，包含N种通信模式的计数器、多路选择器MUX与锁存器；其中，N为大于1的自然数；

每一种所述通信模式的计数器将输入的时钟信号作为本模式的时钟源，并在所述时钟源的驱动下进行计数；

所述MUX在所述N种通信模式的时钟信号中选择频率最低的时钟信号作为所述锁存器的同步时钟信号；

所述锁存器在所述同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各所述计数器的计数值，以用于根据所述计数值获取所述N种通信模式间的定时关系。

本发明还提供了一种定时同步的方法，包含以下步骤：

N种通信模式的计数器分别在对应的时钟信号的驱动下进行计数；其中，N为大于1的自然数；

多路选择器MUX选择所述N种通信模式的时钟信号中频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号；

所述锁存器在所述同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各所述计数器的计数值，以用于根据所述计数值获取所述N种通信模式间的定时关系。

本发明实施方式相对于现有技术而言，锁存器将N种通信模式的时钟信号中频率最低的时钟信号作为同步时钟信号，而不是用频率相对较高的总线时钟BUS CLK作为同步时钟信号。具体来讲，本发明中的定时同步的装置除了包含N种通信模式的计数器与锁存器，其中，N为大于1的自然数；还包含多路选择器MUX；每一种通信模式的计数器将输入的时钟信号作为本模式的时钟源，并在对应的时钟源的驱动下进行计数；MUX在N种通信模式的时钟信号中选择频率最低的时钟信号输出至锁存器以作为锁存器的同步时钟信号；锁存器在本模块的同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各计数器的计数值，这样，就可以利用锁存器锁存的不同模式的计数器的计数值以获取N种通信模式间的相对定时关系，而且，不同模式间定时的最大误差得以减小，为频率最高的时钟信号的一个时钟周期。

另外，还包含：N个计时寄存器，所述N个计时寄存器与所述N种通信模式一一对应；

每一种所述通信模式的计时寄存器用于存储所述锁存器锁存的本模式的计数器的计数值。

在通信系统包含多种模式时，将锁存器锁存的各模式的计数器的计数值存储在对应的计时寄存器中，这样可以方便读取各模式计数器的计数值。

另外，所述锁存器输出状态指示信号；

所述状态指示信号包含所述N种通信模式的计时寄存器中的计数值的更新信息。

利用状态指示信号传达锁存器中计数值的更新信息，这样，软件可以根据状态指示信号决定是否采用各寄存器中的计数值。

附图说明

图1是根据现有技术的定时同步的装置的示意图；

图2是根据现有技术的同时读取两个模式定时时序图；

图3是根据本发明第一实施方式的定时同步的装置的示意图；

图4是根据本发明第三实施方式的定时同步的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种定时同步的装置，包含N种通信模式的计数器、多路选择器MUX、锁存器与N个计时寄存器。

其中，N为大于1的自然数；N个计时寄存器与N种通信模式一一对应，每一种通信模式的计时寄存器用于存储锁存器锁存的本模式的计数器的计数值。

N种通信模式的计数器、多路选择器MUX、N个计时寄存器均与锁存器相连。每一种通信模式的计数器将输入的时钟信号作为本模式的时钟源，并在时钟源的驱动下进行计数；MUX在N种通信模式的时钟信号中选择频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号；锁存器在本模块的同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各计数器的计数值，以用于根据计数值获取N种通信模式间的定时关系。

下面以包含GSM模式与TD-SCDMA（简称TDS）模式两种通信模式的定时同步的装置为例进行具体说明：

如图3所示，由于包含GSM模式与TDS模式，相应地，本实施方式中的定时同步的装置包含GSM模式计数器、TDS模式计数器、多路选择器MUX、锁存器、GSM计时寄存器与TDS计时寄存器；GSM模式计数器与TDS模式计数器分别将输入的GSM时钟信号GSM CLK、TDS时钟信号TDSCLK作为各自的时钟源，在时钟源的驱动下进行计数，其中，GSM CLK的频率为为1.08MHz，TDS CLK的频率为10.24MHz。

MUX在收到选择信号SELECT时从以上两种模式的时钟信号中选择频率最低的时钟信号输出至锁存器以作为锁存器的同步时钟信号，也就是说，选择1.08MHz的GSM CLK作为锁存器的同步时钟信号。锁存器在收到使能信号ENABLE时启动，进入工作状态。锁存器启动后，在GSM CLK的有效沿到来时更新并锁存GSM模式计数器与TDS模式计数器的计数值，并将各计数器的计数值分别存储在GSM计时寄存器与TDS计时寄存器中，以用于根据各计时寄存器中的计数值获取GSM模式与TDS模式间的定时关系。

在本实施方式中，采用上升沿作为有效沿，也就是说，只有当GSM CLK时钟的上升沿到来的时候，锁存器才能更新并锁存GSM模式计数器与TDS模式计数器的计数值，并将锁存的GSM模式计数器与TDS模式计数器的计数值分别存储在GSM计时寄存器与TDS计时寄存器中。换句话说，启动读取各计数器当前值之后，需要等待GSM CLK上升沿到来之后，锁存器才能更新各寄存器中的计数值；同时这就要求在启动获取各寄存器的当前值后至少需要等待1个GSM CLK的周期的时间，新的计数值才能更新到GSM寄存器和TDS寄存器中。

在本实施方式中，如图2所示的三个时刻点T1，T2和T3的时刻分别为，

T1：TDS（4），GSM（100）；

T2：TDS（13），GSM（101）；

T3：TDS（13），GSM（101）；

这样，T2和T3读取的值相同，T2、T3与T1的值相比，TDS相差为9，GSM相差为1，根据上述数据，便可以得到GSM模式与TDS模式之间的相对定时关系：1个GSM时钟对应9个TDS时钟。

按照理论值，一个GSM时钟对应9.48个TDS时钟；实际操作时，只可以得到这样的结果：要么1个GSM时钟对应9个TDS时钟，要么1个GSM时钟对应10个TDS时钟。这样得到的两个模式的最大的误差为1个TDS的时钟周期，即1个10.24M时钟周期，也就是系统定时的最大误差为频率最高的时钟信号的1个时钟周期，提高了定时精度。

以上是以包含GSM模式与TDS模式的定时同步的装置为例进行了说明，但本发明并不限于这一种情形。N种通信模式可以包含以下两种以上的任意组合：全球移动通信网络GSM模式、时分同步码分多址TD-SCDMA模式、宽带码分多址W-CDMA模式与长期演进LTE模式。这样，采用本发明的定时同步的装置，不但可以获取多模通信系统中不同模式间的相对定时关系，还可以减小不同模式间定时的最大误差，提高定时精度。

另外，在通信系统包含多种模式时，将锁存器锁存的各模式的计数器的计数值存储在对应的计时寄存器中，可以方便读取各模式计数器的计数值。

另外，在原有通信系统中增加新模式时，只需要增加本模式的模式的计数器、本模式对应的计时寄存器，同时多路选择器增加可选择的时钟源即可，原有的其他模块不需要改动，这样，降低了软件设计难度与软件复杂度，提高了新的系统的开发速度，特别是系统中包含的模式较多时，新模式的引入所带来的工作量大大降低。

另外，本实施方式可以灵活地选择系统中不同模式间定时的最大误差，即时钟精度，也就是说，可以根据不同应用场景，通过选择不同的时钟源来达到不同的定时精度的要求。

与现有技术相比，是采用N种通信模式的时钟信号中频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号，而不是采用频率相对较高的总线时钟BUS CLK作为同步时钟信号，并采用多路选择器MUX对N种通信模式的时钟信号进行选择，这样，采用本装置不但可以获取多模通信系统中不同模式间的相对定时关系，还可以减小不同模式间定时的最大误差。

需要说明的是，本实施方式中的定时同步的装置不仅适用于无线通信系统，对其他多模通信系统亦适用。

本发明的第二实施方式涉及一种定时同步的装置，第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，锁存器输出状态指示信号，该状态指示信号包含N种通信模式的计时寄存器中的计数值的更新信息。这样，软件就可以根据状态指示信号决定是否采用各寄存器中的计数值。

具体地说，由于锁存器在本模块的同步时钟信号的有效沿到来时才更新并锁存各计数器的计数值，而软件在读取各计时寄存器中的计数值之前不能获知其中的计数值是否已经更新，所以为使软件更有效地读取计时寄存器中的计数值，锁存器输出状态指示信号，该状态指示信号包含N种通信模式的计时寄存器中的计数值的更新信息。这样，软件就可以根据状态指示信号决定是否采用各寄存器中的计数值。

本发明的第三实施方式涉及一种定时同步的方法，具体流程图如图4所示。

首先，在步骤401中，N种通信模式的计数器分别在对应的时钟信号的驱动下进行计数；其中，N为大于1的自然数。

接着，在步骤402中，多路选择器MUX选择N种通信模式的时钟信号中频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号。

最后，在步骤403中，锁存器在同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各计数器的计数值，以用于根据计数值获取N种通信模式间的定时关系。在本步骤中，包含以下子步骤：锁存器将每一种通信模式的计数器的计数值储存在本模式的计时寄存器中。

在本实施方式中，N种通信模式包含但不限于以下两种以上的任意组合：全球移动通信网络GSM模式、时分同步码分多址TD-SCDMA模式、宽带码分多址W-CDMA模式、码分多址CDMA2000模式与长期演进LTE模式。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第四实施方式涉及一种定时同步的方法，第四实施方式在第三实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于，还包含以下步骤：锁存器在将每一种通信模式的计数器的计数值储存在本模式的计时寄存器时，输出状态指示信号，状态指示信号包含N种通信模式的计时寄存器中的计数值的更新信息。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种定时同步的装置，其特征在于，包含N种通信模式的计数器、多路选择器MUX与锁存器；其中，N为大于1的自然数；

每一种所述通信模式的计数器将输入的时钟信号作为本模式的时钟源，并在所述时钟源的驱动下进行计数；

所述MUX在所述N种通信模式的时钟信号中选择频率最低的时钟信号作为所述锁存器的同步时钟信号；

所述锁存器在所述同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各所述计数器的计数值，以用于根据所述计数值获取所述N种通信模式间的定时关系。

2.根据权利要求1所述的定时同步的装置，其特征在于，还包含：N个计时寄存器，所述N个计时寄存器与所述N种通信模式一一对应；

每一种所述通信模式的计时寄存器用于存储所述锁存器锁存的本模式的计数器的计数值。

3.根据权利要求2所述的定时同步的装置，其特征在于，所述锁存器输出状态指示信号；

所述状态指示信号包含所述N种通信模式的计时寄存器中的计数值的更新信息。

4.根据权利要求1所述的定时同步的装置，其特征在于，所述N种通信模式包含以下两种以上的任意组合：

全球移动通信网络GSM模式、时分同步码分多址TD-SCDMA模式、宽带码分多址W-CDMA模式、码分多址CDMA2000模式与长期演进LTE模式。

5.一种定时同步的方法，其特征在于，包含以下步骤：

N种通信模式的计数器分别在对应的时钟信号的驱动下进行计数；其中，N为大于1的自然数；

多路选择器MUX选择所述N种通信模式的时钟信号中频率最低的时钟信号作为锁存器的同步时钟信号；

所述锁存器在所述同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各所述计数器的计数值，以用于根据所述计数值获取所述N种通信模式间的定时关系。

6.根据权利要求5所述的定时同步的方法，其特征在于，在所述锁存器在所述同步时钟信号的有效沿到来时更新并锁存各所述计数器的计数值的步骤中，包含以下子步骤：

所述锁存器将每一种所述通信模式的计数器的计数值储存在本模式的计时寄存器中。

7.根据权利要求6所述的定时同步的方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述锁存器在将每一种所述通信模式的计数器的计数值储存在本模式的计时寄存器时，输出状态指示信号，所述状态指示信号包含所述N种通信模式的计时寄存器中的计数值的更新信息。

8.根据权利要求5所述的定时同步的方法，其特征在于，所述N种通信模式包含以下两种以上的任意组合：

全球移动通信网络GSM模式、时分同步码分多址TD-SCDMA模式、宽带码分多址W-CDMA模式与长期演进LTE模式。