CN104765270A - 时间同步系统及时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

一种时间同步系统及时间同步方法，时间同步系统包括卫星导航系统天线、卫星导航系统中继器及电子装置。卫星导航系统天线接收卫星导航系统信号，卫星导航系统信号包括时间信息。卫星导航系统中继器耦接至卫星导航系统天线，卫星导航系统中继器包括发射天线，将卫星导航系统信号转发为中继的卫星导航系统信号。电子装置包括卫星导航系统接收器及时间同步器。卫星导航系统接收器包括接收天线，接收中继的卫星导航系统信号。时间同步器耦接至卫星导航系统接收器，根据时间信息设定电子装置的时间。其中卫星导航系统天线的极化类型与卫星导航系统中继器的发射天线的极化类型不同。

Description

时间同步系统及时间同步方法
技术领域
本发明涉及一种时间同步(time synchronization)的系统及方法，且特别涉及一种利用卫星导航系统(Satellite Navigation System)信号以执行时间同步的系统及方法。
背景技术
随着科技快速发展，移动通讯网络的日渐普及，家用的电子装置数量也日益增加，而有许多电子装置需要能够执行时间同步操作以能够正确运作。举例而言，为了使得在室内能有良好的移动通讯网络收讯品质，可在室内设置小型基站(small cell，例如femtocell、picocell、或microcell)，以提高信号在室内的覆盖率，而小型基站需要与精确的时钟信号进行同步。因此，如何能够有效地对于室内的电子装置达成精确的时间同步，乃目前业界所致力的课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种时间同步系统以及时间同步方法，使得位于室内的电子装置能够根据卫星导航系统信号进行时间同步的设定，并能够避免系统发生振荡现象，有效提升电子装置于使用上的便利性。
根据本发明的第一方面，提出一种时间同步系统。时间同步系统包括卫星导航系统天线、卫星导航系统中继器及电子装置。卫星导航系统天线接收卫星导航系统信号，卫星导航系统信号包括时间信息。卫星导航系统中继器耦接至卫星导航系统天线，卫星导航系统中继器包括发射天线，将卫星导航系统信号转发为中继的卫星导航系统信号。电子装置包括卫星导航系统接收器及时间同步器。卫星导航系统接收器包括接收天线，接收中继的卫星导航系统信号。时间同步器耦接至卫星导航系统接收器，根据时间信息设定电子装置的时间。其中卫星导航系统天线的极化类型与卫星导航系统中继器的发射天线的极化类型不同。
根据本发明的第二方面，提出一种时间同步系统。时间同步系统包括卫星导航系统天线、卫星导航系统中继器及电子装置。卫星导航系统天线接收卫星导航系统信号，卫星导航系统信号包括时间信息。卫星导航系统中继器耦接至卫星导航系统天线，卫星导航系统中继器包括发射天线，将卫星导航系统信号转发为中继的卫星导航系统信号。电子装置包括卫星导航系统接收器及时间同步器。卫星导航系统接收器包括接收天线，接收中继的卫星导航系统信号。时间同步器耦接至卫星导航系统接收器，根据时间信息设定电子装置的时间。其中卫星导航系统中继器的发射天线是线极化天线。
根据本发明的第三方面，提出一种时间同步方法，包括下列步骤：接收一卫星导航系统信号，该卫星导航系统信号包括一时间信息；以与该卫星导航系统信号不同的极化方式将该卫星导航系统信号转发为一中继的卫星导航系统信号；一电子装置接收该中继的卫星导航系统信号；以及根据该时间信息设定该电子装置的时间。
根据本发明的第四方面，提出一种时间同步方法，包括下列步骤：接收一卫星导航系统信号，该卫星导航系统信号包括一时间信息；以线极化方式将该卫星导航系统信号转发为一中继的卫星导航系统信号；一电子装置接收该中继的卫星导航系统信号；以及根据该时间信息设定该电子装置的时间。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示依据本发明一实施例的时间同步系统的示意图；
图2绘示依据本发明一实施例的时间同步方法的流程图。
其中，附图标记
1：时间同步系统
10：卫星导航系统天线
11：卫星导航系统中继器
12：电子装置
20：发射天线
21：卫星导航系统接收器
22：接收天线
23：时间同步器
24：电缆
31～34：步骤
SO：卫星导航系统信号
SR：中继的卫星导航系统信号
W：窗户
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
电子装置执行时间同步的操作，可以根据特定的时间同步协议执行，例如网络时间协定(Network Time Protocol,NTP)或是精密时间协定(Precision TimeProtocol,PTP)，即经由网络连接，从网络上的时钟伺服器获得正确的时间信息以对电子装置进行时间同步的设定。然而，由于网络的数据是以封包传输，不同封包在网络上走的不同路径会造成不同程度的时间延迟，导致通过网络连接的时间同步方法的精确度不够高，特别是在电子装置在网络拓朴(networktopology)上较远离时钟伺服器的情形下，此问题将更显着。
为了达到更精确的时间同步，可以根据卫星导航系统信号以执行时间同步，卫星导航系统信号提供非常精确的时间来源，且不用经过网络封包传输。卫星导航系统例如包括多颗卫星运行于中地球轨道(Medium Earth Orbit)，可以提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。下文中所提及的卫星导航系统，可以是全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)、格洛纳斯系统(Global Navigation Satellite System,GLONASS)、伽利略定位系统(Galileo)、或其他可提供定位与精确时间的卫星导航系统。
位于室内或遮蔽物下方的电子装置常无法接收到良好的卫星导航系统信号，为了使得电子装置能够根据卫星导航系统信号执行时间同步，常须将电子装置放置在室外或是靠近窗户以获得良好的卫星导航系统信号品质。然而，将例如小型基站的电子装置放置在窗边，即局限了小型基站能够使用的范围，理想上而言，小型基站应尽量靠近室内使用者活动范围的中心，以得到最佳的信号涵盖范围。
为了使得在室内或遮蔽物下方的电子装置能够使用卫星导航系统信号作时间同步，并且使得电子装置摆设的位置无须局限在窗边，本发明提出一种时间同步系统及时间同步方法，利用转发卫星导航系统信号的方式，将存在于室外的卫星导航系统信号转发到室内环境，使得在室内的电子装置能够接收到品质良好的卫星导航系统信号，以根据卫星导航系统信号的时间信息进行时间同步的设定。以下详细说明本发明的实施例。
图1绘示依据本发明一实施例的时间同步系统的示意图。时间同步系统1包括卫星导航系统天线10、卫星导航系统中继器(repeater)11以及电子装置12。卫星导航系统天线10接收卫星导航系统信号SO，卫星导航系统信号SO包括时间信息Ti。卫星导航系统中继器11耦接至卫星导航系统天线10，卫星导航系统中继器11包括发射天线20，将卫星导航系统信号SO转发为中继的卫星导航系统信号SR。电子装置12可位于室内或遮蔽物下方，包括卫星导航系统接收器21、时间同步器23、及其它元件。卫星导航系统接收器21包括接收天线22，接收中继的卫星导航系统信号SR。时间同步器23耦接至卫星导航系统接收器21，根据时间信息Ti设定电子装置12的时间。根据时间信息Ti设定电子装置12的时间的方式及演算法在此并不限制。其中卫星导航系统天线10的极化类型与卫星导航系统中继器11的发射天线20的极化类型不同。兹将各元件详细说明如下。
由于时间同步系统1是根据卫星导航系统信号SO作时间同步的依据，必须接收来自于空中的卫星导航系统信号SO。于此实施例中，卫星导航系统天线10较适宜设置于室外环境中，如图1所示，卫星导航系统天线10设置于窗户W的外侧，与天空之间没有阻隔物的位置，以能够有较佳的卫星导航系统信号SO接收品质。然而本发明并不限定摆设于此位置，卫星导航系统天线10亦可置于建筑物的屋顶，甚至也可置于室内靠近窗户W的位置，只要是拥有良好卫星导航系统信号接收能力的位置即可。将卫星导航系统天线10置于室内可以节省工程上的成本，例如装置的固定手段、防水以及防雷击的元件等等。而对于例如是右手圆极化波(Right Hand Circular Polarization,RHCP)的卫星导航系统信号SO，卫星导航系统天线10则较佳地宜使用RHCP天线，以达到较好的极化匹配效果，能够有良好的信号接收品质。
由于障碍物的屏障，位于室内或遮蔽物下方的电子装置12难以直接接收到室外环境中的卫星导航系统信号SO，因此时间同步系统1设置有卫星导航系统中继器11，让电子装置12至少能收到中继的卫星导航系统信号SR。
卫星导航系统中继器11可以经由电缆24，例如同轴电缆(coaxial cable)，耦接至放置于室外或是室内的卫星导航系统天线10，利用电缆24传送卫星导航系统信号SO。通过电缆24连接卫星导航系统天线10以及卫星导航系统中继器11，使得卫星导航系统中继器11可以配置在使用者方便设置的位置。当然，卫星导航系统中继器11与卫星导航系统天线10也可以是一体成形，即卫星导航系统中继器11本体即附有卫星导航系统天线10，如此卫星导航系统中继器11需放置在靠近窗户W的位置，使得卫星导航系统天线10接近室外。
电缆24会产生信号损失，因此电缆24的长度不适宜太长，例如在10公尺以下。卫星导航系统中继器11包括发射天线20，将卫星导航系统信号SO转发为中继的卫星导航系统信号SR，使得电子装置12能够接收得到中继的卫星导航系统信号SR。由于中继的卫星导航系统信号SR同样包括时间信息Ti，电子装置12便能据以进行时间同步设定。卫星导航系统中继器11可将信号的功率放大，使得室内的电子装置12能够清楚接收到功率足够强的中继的卫星导航系统信号SR。卫星导航系统中继器11发射信号的涵盖范围可以视使用者需要适当地调整卫星导航系统中继器11的发射功率，例如可以调整为涵盖距离卫星导航系统中继器11二十公尺以内的范围。
值得注意的是，由于电缆24的长度并不长，而且也有可能卫星导航系统天线10是附着于卫星导航系统中继器11本体之上，因此发射天线20所产生的中继的卫星导航系统信号SR与自然环境中的卫星导航系统信号SO可能于空间中会很接近，且卫星导航系统中继器11会将功率放大，使得中继的卫星导航系统信号SR的信号强度可能比原始的卫星导航系统信号SO更大，而导致中继的卫星导航系统信号SR有可能被卫星导航系统天线10所接收，形成正反馈回路(positive feedback)，而造成系统振荡(oscillation)以及不稳定。
为克服上述问题，于本实施例中，卫星导航系统天线10的极化类型与卫星导航系统中继器11的发射天线20的极化类型不相同，因此能够降低卫星导航系统信号SO与中继的卫星导航系统信号SR之间的相关程度(correlation)，以减轻信号的干扰程度而避免正反馈造成的振荡。
例如卫星导航系统天线10较佳是使用圆极化天线，发射天线20则可以使用线极化(linear polarization)天线，使得发射天线20产生的中继的卫星导航系统信号SR是线极化波，降低了与卫星导航系统信号SO之间的相关程度。而发射天线20使用线极化天线，因此能够有全向性(omnidirection)的辐射场型，亦可以使得中继的卫星导航系统信号SR有较佳的信号涵盖范围。
电子装置12包括有卫星导航系统接收器21、时间同步器23、及其它未绘示的元件。卫星导航系统接收器21包括接收天线22，以接收中继的卫星导航系统信号SR，由于中继的卫星导航系统信号SR包括与卫星导航系统信号SO相同的时间信息Ti，时间同步器23能够根据时间信息Ti以设定电子装置12的时间。本实施例中的时间同步系统1可应用于多种包括有卫星导航系统接收器21的电子装置12，电子装置12例如可以是小型基站、无线存取点(Wi-FiAP)、移动装置等。
在本实施例的时间同步系统1中，更可以包括多个电子装置，每个电子装置都包括有卫星导航系统接收器，因此每个电子装置都能共同接收到中继的卫星导航系统信号SR，而据以进行时间同步的设定。例如于办公室内可以摆放多台小型基站，每一台小型基站都共同接收来自同一个卫星导航系统中继器所转发的卫星导航系统信号而同步时间。
本实施例中卫星导航系统中继器11的发射天线20是线极化天线，中继的卫星导航系统信号SR是线极化波，因此电子装置12的卫星导航系统接收器21的接收天线22较佳地是使用线极化天线，以达到良好的极化匹配效果。且电子装置12若是固定的装置，其摆放位置较佳地应使得接收天线22的线极化方向与发射天线20的线极化方向一致，以获得最好的信号接收效果。然而本发明并不限于此，卫星导航系统接收器21的接收天线22也可以是圆极化天线，圆极化天线于接收线极化波时，虽会有极化不匹配的损失，但仍有机会能接收到中继的卫星导航系统信号SR。因此，一般配置有圆极化天线卫星导航系统接收器的电子装置，亦能适用于本发明实施例的时间同步系统1。
于本发明上述实施例的时间同步系统，由于藉由卫星导航系统中继器将卫星导航系统信号转发到原本难以收到卫星导航系统信号的位置，使得室内或遮蔽物下方的电子装置亦能成功根据卫星导航系统信号而进行时间同步的设定。如此一来，需要根据卫星导航系统信号同步时间的电子装置，即不需要放置在窗户旁边以接收卫星导航系统信号，只要通过卫星导航系统中继器的转发，适当摆放卫星导航系统中继器的位置，即能使得原本难以收到卫星导航系统信号的位置也能够有良好的卫星导航系统信号接收品质，对于例如小型基站所能够摆放的位置就更有弹性，提升了小型基站所能服务的范围以及使用上的便利性。
此外，由于卫星导航系统中继器的发射天线与卫星导航系统天线的极化类型不相同，即在卫星导航系统中继器的接收端与发射端采用不同极化类型的天线，能够避免于室内中继的卫星导航系统信号干扰到室外原始的卫星导航系统信号，以有效避免系统发生振荡现象。卫星导航系统中继器的发射天线使用线极化天线，亦能使得中继的卫星导航系统信号有较佳的信号涵盖范围。
本发明更提出一种时间同步方法。请参考图2，图2绘示依据本发明一实施例的时间同步方法的流程图。时间同步方法包括下列步骤：首先，于步骤31，接收卫星导航系统信号SO，卫星导航系统信号SO包括时间信息Ti，例如是以一个卫星导航系统天线接收室外环境中的卫星导航系统信号SO。接着，于步骤32，将卫星导航系统信号SO转发为中继的卫星导航系统信号SR，例如是以一个卫星导航系统中继器执行转发卫星导航系统信号的步骤，让中继的卫星导航系统信号SR与卫星导航系统信号SO有不同的极化方式，或是让中继的卫星导航系统信号SR为线极化信号。之后，于步骤33，电子装置接收中继的卫星导航系统信号SR，电子装置例如是位于室内的小型基站。然后，于步骤34，根据时间信息Ti设定电子装置的时间。
为了避免中继的卫星导航系统信号SR与卫星导航系统信号SO形成正反馈回路而造成振荡，卫星导航系统信号SO与中继的卫星导航系统信号SR的极化类型不同。举例而言，卫星导航系统信号SO是圆极化波，中继的卫星导航系统信号SR是线极化波。
于本发明上述实施例的时间同步方法，以转发卫星导航系统信号的方式，使得室内的电子装置也能够有良好的卫星导航系统信号接收品质，而能够同步时间。由于电子装置是接收中继的卫星导航系统信号，其摆放的位置可更具有弹性。此外，由于卫星导航系统信号与中继的卫星导航系统信号极化类型不相同，不致构成干扰，可有效避免系统振荡。而中继的卫星导航系统信号是线极化波，亦能使得中继的卫星导航系统信号有较佳的信号涵盖范围。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种时间同步系统，其特征在于，包括：
一卫星导航系统天线，接收一卫星导航系统信号，该卫星导航系统信号包括一时间信息；
一卫星导航系统中继器，耦接至该卫星导航系统天线，该卫星导航系统中继器包括一发射天线，将该卫星导航系统信号转发为一中继的卫星导航系统信号；以及
一电子装置，包括：
一卫星导航系统接收器，包括一接收天线，接收该中继的卫星导航系统信号；以及
一时间同步器，耦接至该卫星导航系统接收器，根据该时间信息设定该电子装置的时间；
其中该卫星导航系统天线的极化类型与该卫星导航系统中继器的该发射天线的极化类型不同。
2.根据权利要求1所述的时间同步系统，其特征在于，该卫星导航系统天线为圆极化天线，该卫星导航系统中继器的该发射天线为线极化天线，该卫星导航系统接收器的该接收天线为线极化天线。
3.一种时间同步系统，其特征在于，包括：
一卫星导航系统天线，接收一卫星导航系统信号，该卫星导航系统信号包括一时间信息；
一卫星导航系统中继器，耦接至该卫星导航系统天线，该卫星导航系统中继器包括一发射天线，将该卫星导航系统信号转发为一中继的卫星导航系统信号；以及
一电子装置，包括：
一卫星导航系统接收器，包括一接收天线，接收该中继的卫星导航系统信号；及
一时间同步器，耦接至该卫星导航系统接收器，根据该时间信息设定该电子装置的时间；
其中该卫星导航系统中继器的该发射天线为线极化天线。
4.根据权利要求3所述的时间同步系统，其特征在于，该卫星导航系统天线为圆极化天线，该卫星导航系统接收器的该接收天线为线极化天线。
5.根据权利要求1或3所述的时间同步系统，其特征在于，该电子装置为小型基站。
6.根据权利要求1或3所述的时间同步系统，其特征在于，该卫星导航系统中继器位于室内，该卫星导航系统中继器经由一电缆耦接至该卫星导航系统天线。
7.一种时间同步方法，其特征在于，包括：
接收一卫星导航系统信号，该卫星导航系统信号包括一时间信息；
以与该卫星导航系统信号不同的极化方式将该卫星导航系统信号转发为一中继的卫星导航系统信号；
一电子装置接收该中继的卫星导航系统信号；以及
根据该时间信息设定该电子装置的时间。
8.根据权利要求7所述的时间同步方法，其特征在于，该卫星导航系统信号为圆极化波，该中继的卫星导航系统信号为线极化波。
9.一种时间同步方法，其特征在于，包括：
接收一卫星导航系统信号，该卫星导航系统信号包括一时间信息；
以线极化方式将该卫星导航系统信号转发为一中继的卫星导航系统信号；
一电子装置接收该中继的卫星导航系统信号；以及
根据该时间信息设定该电子装置的时间。
10.根据权利要求7或9所述的时间同步方法，其特征在于，该电子装置为小型基站。
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