TW200926660A - Synchronisation method - Google Patents

Description

200926660 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於通訊系統中時間同步之方法。更具體+ 本發明是關於-種方法，該方法提供—種在—通訊裝^ 藉由利用來自另-通訊裝置之一信標信號而獲得全球時間 同步之分散式方法。本發明亦關於一種相對應電腦 品及通訊裝置。 【先前技術】 ❹

在現代數位通訊網路巾執行的許多服務需要準確同步以 用於修正操作。通訊網路依#制高準確主要參考時脈， 其是使用同步鍵路及同步供應單元之廣域分散式網路。現 代通訊網路使用高準確主要參考時脈，其必須滿足長期頻 率準確度優於1GU分之1的國際標準需求。為達到此效能， 通常使用基於原子時脈之系統或使用全球定位系統⑽s) 之接收器。因此，時間同步是任一分時多重存取（職A) 系統之基礎，其被認為在效率及服務品質（q〇s)支援方面 之效率優於非同步系統。 一通訊系統之實例（其中特別難以適當實施時間同步）係 由1EEE 1609標準定義之車用㈣（ad-hoc)網路（VANET)。 ET疋°又计用於高行動性站台的無線特用通訊網路。 在VANET中其需要每-站台具有—用於協調頻道存取之全 球同步時間基礎。該全球同步時間基礎對於車用通訊系統 係重要的’曰在駕駛期間增強人類安全，由於網路中每一 站口必須瞭解何時其將傾聽針對關鍵危險警告訊息的安全 133931.doc -6- 200926660 頻道及何時其可離開安全頻道以用於其他非安全服務 此系統中的失敗時間同步可防礙站台及時接收重要危險馨 告λ息並且引起危險情形。對於使用tdma頻道方案之車 用通訊系統，全球時間同步(例如同步於世界標準時間 (Coordmated Universal Time，UTC))時間是重要的。 通訊系統中的時間同步是-需要謹慎考慮的任務，特別 是如果需要精確時間同步。在高行動性特用網路(諸如 ❹ 參 VANET)中尤其需要精確時間同步，其中無任何本端集中 化解決方案認為係用於在車用環境中提供所需全 步的可行方案。 無線特用式網路中的同步問題已藉由先前工作解決。例 如，2〇05 年 12 月 ECMA Internati〇nal《High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard » Standard ECMA-368» 第版本藉由以一分散方式在鄰近站台之間週期地交換信 標達到及維持本端時間同步^ △來自GPS及Galile〇系統之時間同步功能是在所有車用站 σ之門以充足精確度使本端時脈同步於全球時間參考（例 如，UTC)之較佳解決方案。GPS系統可提供具有一細奈 和精，度的1脈衝/秒（pps)時間同步信號，其對於當前通訊 系統疋足夠的。然而’無法保證在所有位置對GPS信號之 可用性。例如當車用站台駛入一隨道或一建築物時，車用 站台可錯過時間同步’其中衛星信號不再被接收。在未頻 繁㈣收全球時間參考資訊情況下，每一站台的本端時脈 可隨著時光机逝而漂移離全球時間參考。本端時脈漂移離 I33931.doc 200926660 全球時間參考之偏差取決於自最後同步以來所歷時之時間 及本端時脈偏斜（clock skew)，其說明本端時脈之頻率偏 移。因此，需要一種方案在精確時間參考不可用於一些或 所有站台情況下維持透過精確時間參考達成的全球同步 【發明内容】 根據本發明之第一態樣，提議一種如技術方案丨陳述之 時間同步方法。 因此，本發明提供一種用於當全球時間參考不再可用於 一些或所有I置時維持基於來自冑星定位系統（諸如⑽或 Galileo)之全球時間參考所獲得的全球時間同步之方法。 根據本發明之第二態樣，提供一種電腦程式產品，該電 腦程式產品包含用於當經載入及執行在第一通訊裝置之電 腦構件上時實施根據本發明之第一態樣之方法的指令。 根據本發明之第三態樣，提供一種配置成用於實施根據 本發明之一第一態樣之方法的通訊裝置。 【實施方式】 在下述說明中，將以根據IEEE 16〇9標準操作的vanet 為背景來更詳細說明本發明之一些非限制示例性實施例。 然而，應瞭解本發明不限於此環境，而是本發明之教導同 樣可用於使用分時多重存取（TDMA)方案之其他通訊系 統。 圖1繪不IEEE 1609系統之兩個頻道間隔，亦即一控制頻 道（CCH)間隔及一服務頻道（SCH)間隔。此等間隔被全球 同步化。在CCH間隔中，每一站台為了交換關鍵危險警告 I33931.doc 200926660 二用途而必須保持在控制頻道，而在s⑶間隔中，站 p視需要地切換到用於實行非安全應用之其他服務頻 y旦是在下—CCH間隔之開始時間之前，每—站台必須 再次切換回到控制頻道。亦在控制頻道上傳輸信標信號。 Ο

圖2繪示一通訊裝置200之簡化方塊圖，在此實例中’-車用通訊車載單⑽Bu)可應用本發明之教導。應注意， 圖2僅包含與本發明密切相關之元件。此文中沒有說明其 他1知7〇件。裝置2〇〇包含—用於傳輸及接收資料之發射/ 接收天線（TX/RX)…單—天線既可用於傳輸又可用於接 收在此If形中，天線係用於車用通訊。tx/rx天線加 被連接至發射塊203及—接收器塊抓。此等通訊塊根據用 、實施IEEE ! 609；^準之媒體存取（MAC)層之某一通訊協 定（例如IEEE8G2，llp)處理封包之發射及接收。 裝置200進一步包含一 Gps天線2〇7及一 Gps接收器， 其被連接至GPS天線207。需要此等單元以接收GPS信號， 其提供全料間㈣。同樣可用#一其他衛星定位系統元 件代替GPS元件。例如，系統可被配置以接收Galileo信 號，而非接收GPS信號。亦有可能裝置2〇〇被配置以接收 來自不同衛星定位系統之信號。裝置2〇〇亦包含一本端時 脈211 ’其作為一為所有塊提供本端時間參考之本端振盪 器°時間偏差（time 0ffset)及頻率偏斜（frequency skew)是 系統同步問題之主要原因。為修正本端時脈2丨1中的本端 振盘器之時脈偏斜，裝置包含一本端時脈偏斜修正塊 213。然後其亦繪示一時間同步塊215，其是根據本發明實 133931.doc 200926660 施同步方法之中心塊。 圖3更詳細繪示同步塊21 5之結構。時間同步塊215包含 一用於產生信標訊框之信標產生器3(H，信標訊框載送1 端時間品質之資訊。信標產生器301是經由一發射介面3〇3 連接至傳輸塊203。時間同步塊2 15進一步包含—俨枰八析 器305，信標分析器305係用於分析來自接收的信標之日夺間 資訊。該信標分析器是經由一接收器介面3〇7連接至接收 器塊。時間同步塊215亦包含一本端時間品質評估器3〇9，

本端時間品質評估器309用於追蹤本端時脈之時間品質。 同步控制器311根據接收的信標或（jpg時間資訊決定調 整本端時脈。同步控制器311被連接至Gps接收器2〇9、本 端時脈偏斜修正213、本端時脈211、本端時間品質評估器 、信標分析器305及信標產生器3〇1。 作為本發明之-基礎，使用—種分散式信標方案。根據 本發明之-實施例，通訊系狀所㈣置遵循全球同步系 統結構包含一信標週期’該信標週期係由多個相等長 度之信標時槽所組成’如圖情示…信標總是在每叶 標時槽之開始時間Μ傳輸且載送其使用之時槽數…: 接收-信標訊框，隨即可藉由計算及比較—共同時間參； 如㈣週_始時_導出介於獲得發送者時脈虚 其自身時脈之時脈差。值嫉 _ am _延遲亦影響時序*確^性，但 是在一紐程網路中，傳播延遲 .^ Q, 嘴』亚且因此其等可被忽略。 本發明提供—種用於t_些或所有裝置 時間參考時維持藉由接收自 传全球 自衛星定位系統（諸如OPS或 I33931.doc 200926660

GaIlie〇系統）之全球時間I 法。根據本發明，構想全料間同步之方 時間同步外，在此方法中：:位系統信號的 之”本端”同步演算法。八：:種基於分散式信標方案 二一時間基礎及保持該”本端”時間基礎儘可，的 :全球時間參考。根據本發明，裝置使用一分散式二 ❹ ❷ 標的時脈時間品質高於裝置2〇。==:信標(該信 質)，根據該接收的信標調㈣二脈時間品 丁利觉再本端時脈及時脈時間品 質拉本端時脈時間品質是藉由自最後同步動作以來所歷時 之時間及本端時脈偏斜決定。一較高時間品質指示-距全 球時間參考之較小偏差，而—較低時間品質指示距全球時 間參考之較大時間偏差。為進一步改良時間品質，每一裝 置取決於接收的高精確全球時間參考而應用本端時脈偏斜 修正。根據此實施例’在相互通訊範圍中的所有裝置將同 步於具有最高時脈時間品質（亦即’最接近全球時間參考 時脈）之裝置’即使-些裝置無法直接接收衛星信號/ 現在參閱圖5之流程圖說明本發明之實施例。在步驟5〇1 裝置200處於”開機"狀態及決定其是否已接收一Gps信號還 疋一有效信標信號。如果在某一時間週期未接收信號，則 存在一掃描逾時《在此情形中，裝置2〇〇設定本端時間品 質為最差值及轉變至非同步狀態。然後裝置2〇〇等待直至 已接收一有效時序信號。另一方面，在步驟5〇1 ,如果接 收到一有效時序信號，則在步驟503 ,裝置2〇〇調整其本端 13393l.doc 11 200926660 時脈以對應於所接收的時序信號並且更新時序品質。現 在’裝置200操作於—同步狀態中。如果接收的信號是來 自GPS ’則裝置2〇〇根據來自Gps之時間信號調整其本端時 脈211並且重新設定本端時間品質至最佳值。另一方面， 如果接收的信號是一信標信號，則裝置2〇〇根據發送者的 時脈來調整本端時脈並且將時間品質設定為相同於接收的 信標中指示的值。 接下來，在步驟505，決定是否接收到一 GPS信號。可 一秒一次地接收GPS信號並且Gps信號提供2〇〇奈秒精確 度。如果接收到GPS信號，則在步驟507中，裝置2〇〇根據 來自GPS之時序信號來調整其本端時脈及藉由設定時序品 質至最佳可能值來更新其時序品質。亦修正本端時脈偏 斜β因此，裝置200保持在同步狀態。 另一方面，如果沒有接收到GPS信號，則程序繼續進行 步驟509 ’決定是否接收到一信標。再者，方法從步驟5〇7 直接繼續進行步驟509。如果在步驟5〇9中決定沒有接收到 信標，則在步驟515中，再次調整本端時脈並且更新時序 品質。另一方面，如果步驟5〇9中決定一信標被接收，則 步驟511中，裝置200決定接收的信標之時序品質是否有 效。在此實例中，週期性地接收信標。裴置2〇〇藉由分析 接收的信標來計算信標發送者之本端時脈值。如果時序品 質是有效的，則在步驟512中，決定接收裝置2〇〇之本端時 脈之品質，並且一旦完成，在步驟513中決定接收的時序 品質是否高於本端時脈之時序品質，亦即，接收的信標之 133931.doc 200926660 時序準確度的精確度是否高於接收褒置200之本端時脈之 準確度的精確度。如果是此情形，則在步驟515中，調整 接收裝置200之本端時脈並且更新時間品質。因此，接收 裝置200必須繼續傾聽來自鄰近裝置之信標；及其可必須 每信標週期在-選擇的信標時槽傳輸信標。本端時間品質 是藉由信標信號予以載送β • 在步驟517’計算—累計時序品質計算。再者，如果在 步驟5 11或5 13中回答是否宗沾 Br ^ . ^ TU。龙否叱的，則程序直接繼續進行步驟 © 517。為獲得累計時序品質，裝置2⑼必須在每-本端時脈 滴答（Cl〇Ck持續追蹤本端時序品質。除非調整本端時 脈2η，否貝，！本端時脈之時間品質依^⑽⑹之步進惡 化直至達到最差時脈品f U示時脈解析度及 C—是本端振盈器之頻率偏斜。接下來，在步驟 ⑽，決定累計時序品質是否低於一臨限值。如果累計時 序品質係低於-臨限值’則程序繼續進行步驟5〇ι，並且 ❹ 冑置細移至非同步狀態。另—方面，如果累計時間品質 仍大於臨限值，則程序繼續進行步驟5()5’並且裝置⑽保 持在同步狀態。 、在此實施例中’本端振盥器之頻率偏斜是藉由系統之製 -每者所认定之參數’且其是最差情形時之統計評估。此意 味著即使一所考量系統之時脈偏斜遠低於最差情形 即，時脈品質優於所評估的品質），品質指示符將迅迷下 降並且將不完善地代表本端時脈之品質。而且，頻率偏 斜值亦可隨時間而改變，例如由於晶艘之老化，因此頻率 133931.doc 200926660 偏斜將變得不可評估^ ，因此，、在本發明之一變體中，提議評估及更新本端時脈 頻率偏斜。此可藉由（例如）本端時脈與全球時間參考之比 較凡成因此，本端時脈之更準確偏斜值可被用作 W及因此使用此之品質指示待更接近 真實及未低估。 然後’可週期地評估此時脈偏斜。

此所評估之頻率偏斜的另一優點是其可用以產生一本端 時脈偏斜之補償，以修正本端時脈之偏差。事實上，所評 之頻率偏斜告知本端時脈是否慢於或快於全球時間參 考’並且給予_評估量。因此在所評估之⑶祕⑽幫助 下週期地補償本端時脈’而朝向關於全球時間參考的最小 頻率偏斜。當全球時間信號何㈣，使林端時脈，並 且在所評估之心嫌…的幫助下已修正其偏差因此模 擬一更準確本端時脈。 例如，可在經連接至評估頻率偏斜值之—誤差估計電路 的-電壓控制晶體振盪器(vcx〇)之幫助下予以實施。因 此’可用-控制電路以表示頻率偏斜值之信號為基礎所產 生的—電壓來調整時脈頻率。 H、，fh… "月提供-種分散式 算法，藉以母-裝置週期地發送—信標，每n

t送描述所評估之本端時脈對全球時間參考之偏㈣Z 時間品質。每-裝置根據自最後同步以來所歷時之 本端時脈偏斜而本端地評估其時脈時間品質。替代做法 J33931.doc •14· 200926660 :品^所歷時之㈣與本料脈偏斜相乘來計算時脈時 本發明同樣關於一種電腦程式產品 置2〇〇之電腦馗杜n主* 田戰入及執仃於裝 Μ構件上時，其可實施本發明之實施例之方法 =絲-者。本方法被實施在每—裝置並且以—分散方 式實行同步功能。 本發明同樣是關於一種積體電路， ⑩ ❿ 本發明之實施例之方法步驟之任—者:、以執订根據 雖然已在圖式及前述說明中詳細圖解及說明本發明，然 :此等圖解及說明被認為是說明性的或示例性而非限： 性’本發明不侷限於說明的實施例。 。熟悉此項技術者自對圖式、說明及㈣請求項之研究， I瞭解所說明之實施例的其他變體並且在實踐所請求之本 明過程中予以實行。在請求項中，用詞"包含"不排除其 :元件或步驟，及不定冠詞”一"或"一"不排除複數。一單 一處理器或其他單元可實現請求項中陳述的若干項目之功 起碍的事實疋，在相互不同相依請求項中陳述的不同 特徵非指示不可有利使用此等特徵之組合。 、可在連同其他硬體一起供應或作為其他硬體之一部分的 適备媒體上儲存/散佈-電腦程式，但是亦可用其他形式 散佈，諸如經由網際網路或其他有線或無線電信系統。請 求項中的任一參考符號不應看作是限制本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 圖1繪示沿著一時間線ΙΕΕΕ 16〇9之控制及服務頻道； 13 3931 • 15. 200926660 圖2緣不根據本發明之一實施例的通訊裝置之一簡化方 塊圖； ® 3疋根據本發明之實施例一時間同步塊之簡化方塊 圖； 圖4 干 乂 、〜—信標週期，由沿著一時間線之信標時槽組 成；及 圖5繪示根據本發明 之一實施例的流程圖 【主要元件符號說明】 2〇〇 通訊裝置 2〇ι TX/RX天線 203 發射塊 205 接收器塊 207 GPS天線207 209 GPS接收器 211 本端時脈 213 本端時脈偏斜修正塊 215 時間同步塊 3〇1 信標產生器 3〇3 發射介面 3〇5 信標分析器 3〇7 接收器介面 3〇9 本端時間品質評估器 311 同步控制器 ❹ ❹ 133931.doc

Claims (1)

1. 200926660 十、申請專利範圍： 1. 種無線電通訊系統中使—第一通訊裝置（細）與一第二 通訊裝置同步之方法，其中該第—通訊裝置及該第二通 訊裝置包含用於獲得本端時間信號之本端時脈（211)，該 方法包含藉由該第-通訊裝置(200)實施之下述步驟： 接收（509)來自該第二通訊裝置之—信標信號，該信標 信號包含㈣二通訊|置之—時間信號及該時間信號之 品質； 〇 A定（512)該第—通訊裝置（讓)之該本端時脈（2⑴時 間信號之品質；及 决定（5 13)該第二通訊裝置之該接收時間信號之品質是 否高於該第-通訊裝置(2〇〇)之本端時間信號之品質，及 如果該接收的時間信號具有較高品質，則修正該第一通 訊裝置（200)之該本端時脈（211)之準確度。 2. 如凊求項i之方法，其中該方法進一步包含獲得⑼”一 來自全球參考之時序信號及基於此信號，藉由修正該第 一通汛裝置（200)之該本端時脈（211)之準確度及更 第一通訊裝置（200)之該本端時脈（211)信號之該品質 而實施一同步。 3. 如凊求項2之方法，其中該全球參考是一衛星。 4·如請求項2或3之方法，其中該方法進—步包含比較該本 端時脈與來自該全球參考之該時序錢，及推斷該本端 時脈偏斜之一評估。 5.如前述請求項中任-項之方法，其中該方法進—步包含 133931.doc 200926660 借助於該本端時脈偏斜調整該本端時脈。 6. 項之方法，其中該時間信號之該品 以來所歷時之時間及/或該時脈偏斜 如前述請求項中任一 質係基於自最後同步 予以決定。 刖迅靖求項 ，、，吻々汰遵一步台合 :較(519)該第一通訊裝置(_)之該時間信號之該：; 與一預定義臨限值，及如果該_信號之該品f下降低 於該臨限值，該第一通訊裝置轉至一非同步狀態。-8·如前述請求項中任一項方法’其中該方法進一步包含該 第一通訊裝置（2()0)每信標週期在_選擇的信標時槽週期 地發射-信標信號，其中該信標信號包含該第__通訊裝 置（200)之一時間信號及該時間信號之該品質。 9. -種電腦程式產品’其包含用於當經載人及執行在第一 通訊裝置（200)之電腦構件上時實施根據請求項⑻中任 一項之方法的步驟之指令。

   10. -種無線電通訊系統中配置成與另—通訊裝置同步之通 «fl裝置（2GG) ’其中該通訊裝置包含用於獲得本端時間信 號之本端時脈（211)，該通訊裝置（200)包含·· 一接收器（201，205) ’其用於接收來自該另一通訊裝 置之一信標信號，該信標信號包含該另一通訊裝置之一 時間信號及該時間信號之品質； 一信標分析器（305)，其用於分析該接收的信標信號； 本端時間品質評估器（3〇9)，其用於決定該通訊裝置 (200)之該本端時脈時間信號之品質；及 13393 丨.doc -2 - 200926660 一同步控制器㈤），其用於決定 接收的時間信號之品質是否高通一通訊裝置之該 時間信號之品質，及如果該接收的通時:=… 質，則該同步控制器（311)被配置以修°正該、m (200)之該本端時脈之準確度。 ^ S裝置 Π.如=:1°之通訊裝置⑽)，其中該通訊裝置()進 一步包含一信標產生器⑽）及發射器⑽，2〇3)，該發 :器：：每信標週期在一選擇的信標時槽週期 性地發射 杯仏號其中該k標信號包含該通訊裝置(細)之一 時間信號及該時間信號之該品質。 12.如咕求項1〇或丨丨之通訊裝置（2⑼），其中該通訊裝置 (200)進-步包含用於接收衛星信號之構件⑽7，2〇9)。 ❹ 133931.doc