TWI644549B

TWI644549B - 數位編碼傳時方法及裝置

Info

Publication number: TWI644549B
Application number: TW106137735A
Authority: TW
Inventors: 林清江
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2018-12-11
Also published as: TW201919373A

Abstract

一種數位編碼傳時方法及裝置，可應用於電話網路傳送數位化校時訊息。本發明實施例主要發送的數位信號包括(1)數位準秒標誌：用以產生準確校準脈衝，作為時間校正的標準；(2)準秒語音標誌：用以產生準確的校時音調，作為人耳收聽，人工校時的標準，或可攫取其頻率作為度量待測頻率的參考標準；以及(3)數位時間訊息：用以提供前置同步字元、訊息啟動字元、訊息標籤字元組、以及訊息查核字元等。在傳送端明確定義校時訊息的編碼格式及應用的通信協定，將使接收端能遵循相同編碼格式及協定來還原時間訊息，並達到遠端準確校時之目的。

Description

數位編碼傳時方法及裝置

本發明係有關於數位校時領域，且特別係關於一種數位編碼傳時方法及裝置。

現今語音報時系統係經由電話網路而僅傳遞類比語音的時間播送系統，其時間標準藉由IRIG-B(Inter-range Instrumentation Group, B code) 協定自動與國家標準保持同步，而其類比語音內容包括：標頭、時、分、秒、以及最後的準秒標誌信號。在過去數位科技發展尚未普及的時代，上述語音報時系統之目的僅係針對接收端人工校時而設計，可見於先前的中華民國新型專利第110957號「自動追溯國家標準時間的報時裝置」一案、以及中華民國發明專利第I572183號「數位報時方法及裝置」一案中。唯上述發明仍有不足之處，雖上述第I572183號專利有提及數位時間碼，並未定義可實現的時間編碼格式，也未定義時間碼傳遞時所須遵循的通信準則，更未定義訊息傳送可能產生錯誤的查核驗證方法，使得該發明無法順利實現應用在接收端的準確校時。美國專利申請案US20120128080A1也有針對資料收集紀錄系統而設計，即當有事件發生時，紀錄系統除了須即時紀錄發生事件的數據外，也須同時紀錄發生事件的時刻，因而設計所須的時間碼及其應用技術(如：US7298963B2、US5990964A、US5970204A)。然而，這些專利基本上並非應用於電話網路語音時間的傳送技術，因此不適用電話網路的傳送系統。

由此可見，上述習用技術仍有諸多缺失，實非一良善之設計者，而亟待加以改良。

有鑑於此，本發明之目的即在於提供一種數位編碼傳時方法及裝置，其可應用於電話網路，並傳送符合特定編碼格式及通信協定之標誌或訊息，提升訊息的正確性及校時速度。

本發明的數位編碼傳時方法，包括下列步驟。反應於類比語音報時信號之發送而發送數位準秒標誌，此數位準秒標誌係定時產生之準確校準脈衝，作為時間校正的基準。反應於數位準秒標誌之發送而發送準秒語音標誌，此準秒語音標誌係定時產生之參考頻率，以作為頻率校正的參考源及人工校時的基準。反應於準秒語音標誌之發送而發送數位時間訊息，此數位時間訊息用以提供校時所需的數位時間標籤、以及驗證數位時間訊息正確性的訊息查核字元。

本發明的數位編碼傳時裝置，其包括準秒標誌產生電路、以及校正及時間產生電路。準秒標誌產生電路定時產生準秒語音標誌，此準秒語音標誌係定時產生之參考頻率，以作為頻率校正的參考源及人工校時的基準。校正及時間產生電路定時產生數位準秒標誌以作為數位校時的基準，並產生數位時間訊息，而此數位時間訊息用以提供校時所需的時間標籤、以及驗證數位時間訊息正確性的訊息查核字元。

基於上述，本發明實施例將使得經由電話網路校時的使用者，在接收數位校時訊息時有遵循的編碼格式、以及通信協定；同時，改善先前數位報時在傳送數位時間訊息未結合查核驗證之缺陷，造成接收端無法利用檢查位元之特性，而知悉接收之訊息是否有誤，進而防止錯誤校時。而本發明實施例加入的訊息查核欄位，是應用二進位補數 256模數(Modulo-256)演算法，來驗證接收的資料的正確性。總之，本發明的目的，即讓接收數位時間信息的使用者，只要遵循固定的編碼格式及通信協定，即可實現正確，而快速的校時，並使得校時自動化、數位化得以實現。

讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依據本發明一實施例之一種數位編碼傳時裝置1的元件方塊圖。請參照圖1，數位編碼傳時裝置1包括準秒標誌產生電路2、校正及時間產生電路3、以及類比語音報時單元18。

準秒標誌產生電路2包括弦波產生器11及切換單元13。

1千赫茲(kHz)弦波產生器11產生1 kHz音調供作傳統語音報時之準秒標誌。切換單元13耦接弦波產生器11，並每第十秒接通200毫秒(ms)的調變方式形成準秒語音標誌，此準秒語音標誌待後續實施例詳述。

另外，數位訊息傳送部分，校正及時間產生電路3包括弦波產生器12、乘法單元14、標準時間產生單元15、電位調整單元16及合成單元17。

1.2 kHz弦波產生單元12產生1.2 kHz且符合非同步數據傳送所需每秒1.2千位元(k bps)基本速率的載頻信號。標準時間產生單元15產生的即時時間數位碼。乘法單元14耦接弦波產生單元12及標準時間產生單元15，並對來自弦波產生器12的載頻信號、以及來自標準時間產生單元15的時間數位碼進行相位調變，以產生數位編碼信號，此數位編碼信號包括數位準秒標誌及數位時間訊息並待後續實施例詳述。電位調整單元16耦接乘法單元14，並調整適當的電位，且輸出至合成單元17。後端的合成單元17耦接切換單元13、電位調整單元16、以及類比語音報時單元18，並將來自切換單元13、電位調整單元16、以及類比語音報時單元18等三個信號來源合併，並經由電話網路發送。

而類比語音報時單元18則係提供傳統人聲的類比語音報時信號。

需說明的是，於其他實施例中，弦波產生器11, 12可能依實際需求調整其頻率，本發明不加以限制。

請接著參照圖2係說明整體報時內容程序規劃。數位編碼傳時裝置1將先發送類比語音報時信號，其內容包括標頭、時、分、秒；而本發明數位內容則置入剩餘可用空間中。數位編碼傳時裝置1將會接著發送數位準秒標誌(ON-TIME)21，其係每十秒產生之準秒校準脈衝，供校時基準。數位準秒標誌21之發送後，數位編碼傳時裝置1發送準秒語音標誌23，其係用來產生傳統人耳接收的校時基準音調，同時可作為參考頻率之來源，並每十秒產生準確的參考頻率。而準秒語音標誌(TONE)23之發送前後保留有8.33毫秒(1個字元)的時間間距22,24，以區別1kHz準秒語音標誌23的到來及結束。其中，準秒語音標誌23為200毫秒之時間長度。接著，數位編碼傳時裝置1發送數位時間訊息(MESSAGE)25，以為校時所用資料放置處，提供正確、即時的日期、時間標籤(紀錄有閏秒並提供閏秒控制旗標等)。

更具體而言，前述數位準秒標誌21係由前置同步字元(PREAMBLE)211、準秒啟動字元(START)212、準秒校正字元(ON-TIME MARKER)213、以及準秒結束字元(END)214所組合而成。其中，前置同步字元211，由連續十個’1’組合而成，可在接收端經由差分運算取得時鐘信號作為相位同步參考源；而至於準秒啟動字元212，其係提供接收機準備接收接續而來的準秒校正字元213；圖2中參考點(REF)表示準10秒(包含0, 10, 20, 30, 40, 50)之參考點，即以準秒校正字元213的最後一個位元的下降緣(Falling Edge)為參考點。也就是說，當接收設備偵測到16進位的0x4A時，可立即產生1個準秒校準脈衝，可用來校正接收機秒以下之位數，使其歸零，達到校正的目的。接下來是準秒結束字元214，其用以告知接收機數位準秒標誌之結束。

前述數位時間訊息25係由前置同步字元(PREAMBLE)251、信息啟動字元(START)252、訊息標籤字元組(TIME & DATA MESSAGE)253、以及訊息查核字元(CHECKSUM)255組合而成。其中，前置同步字元251與前述前置同步字元211相同，由連續十個’1’組合而成，以作為相位同步參考源；而訊息啟動字元252，提供接收機準備接收接續而來訊息標籤字元組253；請參考圖4，說明訊息標籤字元組253包含六個非同步字元，每一個字元，其八個資料位元由兩個半位元組(Nibble)所組成，即低半位元組(四個位元)，及高半位元組(四個位元)，訊息標籤字元其資料位元之第4位元固定為’0’，用來區別控制字元，如為控制字元固定為’1’，以避免在接收端誤判。

這六個非同步字元，其八個資料位元之低半位元組，及高半位元組分別代表不同意義的時間標籤，說明如下：

第一個非同步字元，其八個資料位元之低半位元組代表「秒」的十位數2531，此處「秒」需要表示10、20、30、40、50，最大數字為50。由於使用二進碼十進制(Binary-Coded Decimal，BCD) 編碼，需要3位元加權來表示(加權值10、20、40)；而資料位元之高半位元組代表個位數「分」2532，最大數字為9，用4位元來表示(加權值1、2、4、8)。第二個非同步字元，其低半位元組代表「分」的十位數2533，最大數字為50，用3位元來表示(加權值10、20、40)；高半位元組代表「時」的個位數2534，最大數字為9，用4位元來表示(加權值1、2、4、8)。第三個非同步字元，其低半位元組代表「時」的十位數2535，最大數字為20，用2位元加權來表示(加權值10、20)；高半位元組代表「日」的個位數2536，最大數字為9，用4位元來表示(加權值1、2、4、8)。第四個非同步字元，其低半位元組代表「日」的百位數2537，最大數字為300，用2位元加權來表示(加權值100、200)；高半位元組代表「日」的十位數2538，最大數字為90，用4位元加權來表示(加權值10、20、40、80)。第五個非同步字元，其低半位元組代表「閏秒」旗標，其中標示待閏秒(Leap Second Pending，LSP)的位元2539，表示閏秒前的59秒內為’1’即將閏秒，否則為’0’。標示閏秒(Leap Second，LS ) 的位元2540，如為’1’表示正閏秒(於59秒後加1秒為60秒)，如為’0’ 表示負閏秒(於58秒後歸為0秒，無59秒)；高半位元組代表「年」的個位數2541，最大數字為9，用4位元來表示(加權值1、2、4、8)。第六個非同步字元，其低半位元組2542需填充，但未定義，保留未來需求，而高半位元組代表「年」的十位數2543，最大數字為90，需要4位元加權來表示(加權值10、20、40、80)。年以西元年來表示，為了節省空間只表示其個位數及十位數，接收端依系統需要再自行加入百位數及千位數。數位時間訊息25的最後為訊息查核(Checksum)字元255，其使用二進位補數256模數(Modulo-256)演算法，是單一位元組的值，也就是將六個訊息標籤字元之各八個資料位元相加，並「和」除256取其餘數，再將其餘數作二進位的補數，其結果(小於256)即為訊息查核值。如圖5，舉例，xx16年267日19時53分50秒即將調整正閏秒之演算過程，最後查核字元255，查核值為0xF2。而接收端通常是將接收到的六個訊息標籤依上述方法計算，所得的結果再與接收到的查核值比較，如果相同，表示接收到的校時訊息無誤，如果不相同則表示有誤，將前述接收到的訊息丟棄，準備接收下一個訊息，周而復始。

前述內容序列中的字元，除前置同步字元外，都被框成序列非同步通信協定，即具備每一個十位元的字(藉由一個開始位元、八個資料位元、以及一個停止位元來組成)，無同位元被使用，如圖3所示。而位元傳送次序採小尾序(Little-endian)，即開始位元接著低半位元組到高半位元組，到最後的停止位元，其位元速率為1.2k bps，即每位元0.833毫秒。

數位二元電路中，正邏輯低電位表示「空格」(Space)，高電位表示「標誌」(Mark)；負邏輯則相反，高電位表示「空格」，低電位表示「標誌」。本發明在數位編碼傳時裝置1傳送時，採負邏輯傳送，使得前置同步字元(連續十個 Mark)211, 251在經由位元差分運算後，如圖6，呈現規律的週期變化輸出，即規律的’0’，’1’，’0’，’1’交錯，獲得時脈(Clock)信號，如圖7，可用來作接收機的相位同步參考源，其差分編碼程序開始於一參考位元，定如下之序列產生準則：若輸入符號A(n)是1，則輸出符號D(n)和先前位元相同。若輸入符號A(n)是0，則輸出符號D(n)和先前位元不同。

此差分編碼序列D(n)可產生相位移0及π弧度表示符號1及0。此處D(n)為差分碼輸出序列，開始於一個Mark參考位元，而A(n) 為差分碼輸入序列。

請參考圖8為本發明實施例的數位內容之完整範例，其中定義欄位從0到389個，因此每次傳送費時389 x 0.833毫秒 = 324毫秒，大約佔第十秒的前1/3左右。圖中舉例xx16年267日19時53分50秒，即將調整正閏秒。其中xx係由使用者決定是否有西元年的需求，以在接收端加入特定數字(例如加入”20”，可持續到2099年)。西元年只用兩個位數來表示，可節省發送，及並保留接收端資源。

綜上所述，本發明實施例係指一種應用於電話網路傳送數位化語音校時訊息的序列編碼，其已明確定義其編碼格式、以及所應用的通信協定，更透過訊息查核字元來判斷訊息的正確性。藉此，接收數位時間信息的使用者，只要遵循固定的編碼格式，及通信協定，即可實現正確，而快速的校時，並使得校時自動化、數位化得以實現。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧數位編碼傳時裝置

2‧‧‧準秒標誌產生電路

3‧‧‧校正及時間產生電路

11‧‧‧1 KHz弦波產生器

12‧‧‧1.2 KHz弦波產生器

13‧‧‧切換單元

14‧‧‧乘法單元

15‧‧‧標準時間產生單元

16‧‧‧電位調整單元

17‧‧‧合成單元

18‧‧‧類比語音報時單元

21‧‧‧數位準秒標誌

22、24‧‧‧時間間隔

23‧‧‧準秒語音標誌

25‧‧‧數位時間訊息

211、251‧‧‧前置同步字元

212‧‧‧準秒啟動字元

213‧‧‧準秒校正字元

214‧‧‧準秒結束字元

252‧‧‧訊息啟動字元

253‧‧‧訊息標籤字元組

255‧‧‧訊息查核字元

2531‧‧‧秒的十位數

2532‧‧‧分的個位數

2533‧‧‧分的十位數

2534‧‧‧時的個位數

2535‧‧‧時的十位數

2536‧‧‧日的個位數

2537‧‧‧日的百位數

2538‧‧‧日的十位數

2539‧‧‧待閏秒旗標

2540‧‧‧閏秒旗標

2541‧‧‧年的個位數

2542‧‧‧保留欄位

2543‧‧‧年的十位數

REF‧‧‧參考點

圖1為依據本發明一實施例之一種數位編碼傳時裝置的元件方塊圖；圖2為依據本發明一實施例之數位編碼結構圖；圖3為依據本發明一實施例採用之非同步通信協定示意圖；圖4為一範例採用之數位差分演算示意圖；圖5為依據本發明一實施例之數位時間訊息內容編碼結構圖；圖6為一範例說明差分演算；圖7為一範例採用差分演算取得規律的時鐘示意圖；以及圖8為依據本發明一實施例之實際訊息完整欄位結構圖。

Claims

一種數位編碼傳時方法，包括：發送一數位準秒標誌以反應於一類比語音報時信號之發送，其中該數位準秒標誌係定時產生之準確校準脈衝，以作為數位校時的基準，其中該數位準秒標誌包括前置同步字元、準秒啟動字元、準秒校正字元及準秒結束字元；發送一準秒語音標誌以反應於該數位準秒標誌之發送，其中該準秒語音標誌係定時產生之參考頻率，而該參考頻率係作為頻率校正的參考源及人工校時的基準；以及發送一數位時間訊息以反應於該準秒語音標誌之發送，其中該數位時間訊息用以提供校時所需的時間標籤、以及驗證該數位時間訊息正確性的訊息查核字元。
如申請專利範圍第1項所述的數位編碼傳時方法，其中該數位準秒標誌、該準秒語音標誌及該數位時間訊息中的至少一字元符合序列非同步通信協定，該數位準秒標誌、該準秒語音標誌及該數位時間訊息並經由電話網路發送。
如申請專利範圍第1項所述的數位編碼傳時方法，其中該數位時間訊息更包括前置同步字元、訊息啟動字元、以及紀錄該時間標籤的訊息標籤字元組，而該時間標籤包括時、分、秒、年之日、西元年及閏秒調整旗標。
如申請專利範圍第1項所述的數位編碼傳時方法，其中該數位準秒標誌、該準秒語音標誌及該數位時間訊息中屬控制功能字元者，其八個資料位元之第四位元設為’1’；而屬訊息標籤功能字元者，則其八個資料位元之第四位元設為’0’。
如申請專利範圍第1項所述的數位編碼傳時方法，其中該數位準秒標誌之前置同步字元、以及該數位時間訊息之前置同步字元，為連續十個二進位’1’所組合而成，並經由差分運算後可產生規律的週期變化，以作為接收端相位同步參考信號。
如申請專利範圍第1項所述的數位編碼傳時方法，其中該準秒語音標誌之發送前後各保留有8.33毫秒的時間間距，以區別該準秒語音標誌的到來及結束。
如申請專利範圍第3項所述的數位編碼傳時方法，其中該訊息查核字元中的八個資料位元為訊息查核值，並採用二進位補數256模數(Modulo-256)演算法，以對該訊息標籤字元組的六個字元之各八個資料位元演算而評估是否與該訊息查核值相符。
一種數位編碼傳時裝置，包括：一準秒標誌產生電路，定時產生一準秒語音標誌，其中該準秒語音標誌係定時產生之參考頻率，而該參考頻率係作為頻率校正的參考源及人工校時的基準；以及一校正及時間產生電路，定時產生一數位準秒標誌以作為數位校時的基準，並產生一數位時間訊息，其中該數位時間訊息用以提供校時所需的時間標籤、以及驗證該數位時間訊息正確性的訊息查核字元，其中該數位準秒標誌包括前置同步字元、準秒啟動字元、準秒校正字元及準秒結束字元。
如申請專利範圍第8項所述的數位編碼傳時裝置，其中該數位準秒標誌、該準秒語音標誌及該數位時間訊息中的至少一字元符合序列非同步通信協定，該數位準秒標誌、該準秒語音標誌及該數位時間訊息並經由電話網路發送。
如申請專利範圍第8項所述的數位編碼傳時裝置，其中該準秒標誌產生電路包括：一第一弦波產生器，產生1千赫茲(kHz)的一準秒語音信號；以及一切換單元，對該準秒語音信號調變以形成該準秒語音標誌；而該校正及時間產生電路包括：一第二弦波產生器，產生1.2千赫茲的載頻信號；一標準時間產生單元，產生一時間數位碼；一乘法單元，對該載頻信號及該時間數位碼進行相位調變，以產生一數位編碼信號，該數位編碼信號包括該數位準秒標誌及該數位時間訊息；一電位調整單元，調整該數位編碼信號之電壓；以及一合成單元，合成該數位編碼信號及該準秒語音標誌。