使本机时钟与无线通信网络的时钟同步的装置与方法 本发明涉及使一台设备的本机时钟与所述设备所连接的无线通信网络的时钟同步的方法。本发明还涉及在无线通信网络中可以根据所述方法进行工作的同步装置。
本发明特别适合应用于家庭无线通信网络。
在IEEE标准1394-1995中描述的IEEE1394型总线中，连接到总线的各设备项目(根据IEEE1394术语为“节点”)用表示接收设备重构该分组的瞬时的时间信息标记该设备发送的分组。
连接到总线的各设备项目(或“节点”)包括以总线时钟频率(即24.576MHz)递增的32位时钟寄存器。此寄存器(根据IEEE1394-1995标准术语称为“循环时钟寄存器”)被分为3个区域(12个低序位、13个中序位和7个高序位)，这3个区域分别以24.576MHz、8kHz和1kHz地频率递增。
当存在可以进行等时业务的设备项目时，并且为了使此设备同步，选择其中一台设备作为“循环主节点”或“循环主设备”(根据IEEE1394术语为“循环主”)。循环主设备每隔125μs(对应于8kHz频率)产生等时帧分组或“循环开始分组”(IEEE1394术语)。该分组包括发送瞬时循环主设备的32位时钟寄存器的数值。接收此分组的设备将其32位寄存器用于存储从循环主设备接收的数值。
上述IEEE文本1394-1995涉及串行总线结构。现在正在制定关于利用通常所谓“网桥”将几个总线互联的附加标准。当前IEEE推出的此草案的最新版本涉及1997年10月18日推出的P1394.1 Draft0.03。
当利用无线网桥将几条总线互联时，必须对网络内的所有设备发送具有相同时钟信号的等时数据。根据在文本品P1394.1采用的术语，从现在起将允许通过无线网络连接到总线的设备项目称为“入口”。为了使整个网络实现同步，将连接到一条总线的设备项目作为“网络循环主设备”(根据IEEE1394术语称为“网络循环主机”)。根据IEEE1394术语，将网络循环主机的入口或与网络循环主机连接的总线相连的入口称为“循环服务器”。该循环服务器的任务就是将网络循环主产生的时钟发送到其它入口。这样，其它总线上的循环主设备将它们自己的时钟设置为从它们的入口接收的时钟。
然而，入口的本机时钟必须可以与循环服务器时钟正确同步。
本发明的目的就是提供一种可以满足此要求的解决方案。
为此，本发明的目的还在于提供一种使一台设备的本机时钟与所述设备所连接的无线通信网络的时钟同步的方法，其特征在于，利用根据TDMA方式发送的帧，所述方法包括下列步骤：
●确定在接收信道接收的网络时钟与设备的本机时钟之间的定时相
移的步骤。
●通过在时间域内对相移的整数部分进行的第一次校正，和对包括
剩余相移的小数部分进行的第二次校正，根据确定的所述相移，
对在接收信道接收的本机时钟进行校正的步骤。
因此，利用正确恢复的网络时钟，以正确相位对接收信号进行采样，这样就可以在两次采样之间进行接收而不存在干扰。
根据一个实施例，校验滑窗为预定时间间隔，根据发送的帧的起始定义其起始，对各发送设备指定的每个帧对应一个校验滑窗，确定步骤包括检测在指定到一台作为网络时钟的发送者的设备的各校验滑窗起始时出现的非变化图形步骤，所述图形可以提供对应于网络时钟脉冲的瞬时。
根据一个实施例，利用网络时钟脉冲与设备的本机时钟脉冲之间的相关性完成检测步骤。这样，在接收的帧中重复出现该图形就可以精确识别基准设备专用校验滑窗开始的准确瞬时。以本机时钟采样频率的倍频实现的最大相关数提供基准设备校验滑窗的开始的瞬时，而其精度为本机时钟采样周期的分谐波处。
不完全连接时(即至少在两个入口之间不存在直接链路时)，必须通过无线网络传送校验信息，所述方法包括在发送信道发送在接收信道确定的网络时钟的步骤。因此，所述方法可以传送网络时钟并可以将网络时钟发送到，例如无线网络上的一台未与循环服务器直接连接的设备。
根据一个实施例，确定步骤包括跟踪网络时钟脉冲的步骤。
根据一个实施例，通过将本机时钟脉冲相移到设备采样周期的分谐波处，实现对整数部分的所述校正。
根据一个实施例，通过旋转表示接收的采样的向量，可以在频率域内实现对小数部分的第二次校正。
根据一个实施例，对于将以发送信道发送的本机时钟对所述相移进行第三次整数部分校正和第四此小数部分的校正，采取确定定时相移的步骤。
根据一个实施例，通过内插表示发送的采样的向量，在频率域进行所述第四次校正。
根据一个实施例，通过内插，在时间域进行小数部分的校正。
根据一个实施例，引入发送信道的相移比引入接收信道的相移大，因此，在发送帧期间，应考虑对码元进行编码、对码元构象、码元调制进行寻址花费的处理时间，以便在建立待发送的时钟时预先考虑此处理时间。
本发明的进一步目的是提供一种适于根据使一台设备的本机时钟与所述设备连接的无线通信网络的时钟同步的上述权利要求之一实现该方法的同步装置，其特征在于，其利用根据TDMA模式发送的帧，所述装置包括：
●用于确定在接收信道接收的网络时钟与设备的本机时钟之间的定
时相移的装置；
●用于在接收信道根据确定的相移校正设备的本机时钟的第一组装
置，第一组装置包括在时间域校正相移的整数部分的第一装置和
用于校正包括剩余相移的相移的小数部分的第二装置。
根据一个实施例，所述确定装置包括：相关器，用于在分谐波处的装置采样周期内提供网络时钟脉冲；以及本机时钟跟踪单元，用于将本机时钟锁定到网络时钟。
根据一个实施例，所述第一组校正装置包括：
●第一单元，用于通过对应于确定的所述相移的整数部分的延迟，
用于对引起本机时钟脉冲相移的接收信道进行定时相移；
●第一处理单元，用于对应于在接收信道确定的小数部分进行相
移。
根据一个实施例，所述同步装置包括用于在发送信道根据确定的所述相移校正设备的本机时钟的第二组装置，第二组装置包括：第三装置，用于在时间域内校正相移的整数部分；第四装置，用于校正包括剩余相移的相移的小数部分。
根据一个实施例，所述第二组校正装置包括：
●第二单元，用于通过对应于确定的所述相移的整数部分的延迟，
对引起本机时钟脉冲相移的发送信道进行相移；
●第二处理单元，用于对应于在接收信道确定的小数部分进行相
移。
根据一个实施例，所述第一处理单元和第二处理单元分别包括用于计算傅立叶变换的单元和用于计算傅立叶反变换的单元，各处理单元分别包括可以在频率域内旋转代表帧采样的向量的移相器。
根据一个实施例，所述第一处理单元和所述第二处理单元分别包括可以根据确定的小数部分内插相移并可以通过计算发送信道上的延迟来延迟设备时钟的内插器。
通过以下参考附图对作为非限制性实例的实施例的说明，本发明的其它特征和优势将更加明显，其中：
图1示出利用包括通过无线传输互相通信的三个入口的网桥连接的三条IEEE1394总线；
图2示出根据本发明的一个实施例的同步装置；
图3示出根据本发明的变换实施例的同步装置。
为了简化说明，相同的参考编号表示具有相同功能的单元。
尽管本实施例涉及IEEE1394总线以及相关无线网络，并且尽管本说明书中使用了与此类型的总线有关术语中的某些术语，但是本发明并不局限于IEEE1394总线并且本发明可以应用于其它应用环境。
图1示出包括三条IEEE1394总线的网络，参考编号1、2、3通过无线网络50互联，各总线分别通过已知设备连接到无线网络50，根据P1394.1文本采用的术语，参考编号1、2、3被称为“入口”WL1、WL2和WL3。在本例中，各入口通过无线传输以射频互相通信。可以认为入口之间的连接构成将总线互联的目前所称的无线“网桥”。
这些入口WL1、WL2、WL3还分别是总线1、2、3的部件，并以与连接到总线上的其它设备项目5、6的相同方式构成IEEE1394标准意义上的节点。
为了使整个网络同步，连接到总线1的设备4作为“网络循环主设备”(根据IEEE1394术语为“网络循环主机”)。请注意，此概念比局限于一条总线的“循环主”要广泛。可以在各种总线的循环主设备中将可以作为入口的网络循环主设备4指定为“网桥管理器”(根据IEEE1394术语)。
根据IEEE1394术语，将被连接到网络循环主设备4所连接的总线的入口WL1称为“循环服务器”。在此实例中，设备WL1即循环服务器。循环服务器WL1的任务就是将网络循环主设备4产生的时钟发送到其它入口设备WL2、WL3。将其它总线2、3的循环主设备设置到从其它相应入口设备WL2、WL3接收的时钟。
无线网络利用TDMA(代表“时分多址”)原理接入无线传输信道，将TDMA帧细分为在其期间各种设备可以发送的滑窗。校验滑窗为一个预定时间间隔，根据帧的起始定义其起始，对可以发送的无线网络的各入口设备指定的每个帧对应一个校验滑窗。
入口设备WL1将网络时钟发送到无线网络上，而在设备WL2、WL3接收发送的网络时钟。为了更便于理解，现在集中说明设备5与时钟保持同步过程。显然，此说明可以扩展到无线网络上的其它设备。在无线网络中的一台设备(未示出)与设备WL1不连接的特定情况下，即当该设备与设备WL1之间没有直接链路的情况下，可以认为该设备与与其有直接链路并可以传送网络时钟的设备的时钟同步。
图2示出根据本发明的第一实施例包含在设备WL2内的同步装置7。此装置7包括两个连接到无线网络50分别用于接收和发送的信道8、9。装置7在其接收TDMA帧的接收信道8中包括与第一相移单元11并联的相位相关器10，已知在第一相移单元11内包括延迟线，并且通过该延迟线可以将可变延迟用作本机时钟的采样瞬时。以下将解释此电路的运行过程。将相关器10的输出端连接到相位估计器12的输入端，相位估计器12的另一个输入端被连接到第一积分器13的输出端，第一积分器13可以将本机时钟的相移与在接收信道接收的网络时钟相加。将相位估计器12的输出端连接到环路滤波器14的输入端，环路滤波器14的输出端将相位误差输出到相位积分器13和第二相位积分器130。在接收信道，积分器13对相移单元11的一个输入端和移相器15的一个输入端进行控制，而在发送信道，积分器130对第二相移单元16的一个输入端和移相器17的一个输入端进行控制。将相移单元11的输出端连接到傅立叶变换计算单元18，傅立叶变换计算单元18将频率域内的采样发送到移相器16。作为装置7的输出端的移相器16的输出端被部分地连接到，例如驱动维特比解码器的构象解码单元(或“构象去映射块”)，这些设备项目均未示出。
装置7在其连接到发送信道9的输入端包括受控于积分器130的移相器17，积分器130的输出端被连接到可以在时间域内发送采样的傅立叶反变换计算单元19。然后，将这些采样发送到相移单元16。装置7的输入端在发送信道被连接到，例如构象寻址电路，构象寻址电路之后为编码电路，构象寻址电路和编码电路均未示出。积分器13对移相器17和第二相移单元16进行控制。第二相移单元16的输出端即装置7的输出端，如下所述，装置7发出与网络时钟同步的时钟。
根据图2所示的实施例，在捕获阶段(即，例如在重新起动网络之后)以及后备状态下，在专用校验滑窗的起始处，设备WL1将已知的前置码P发送无线网络的所有设备项目。根据一个变换实施例，为了节约能源，每隔q个校验滑窗周期性地发送该前置码，其中q为正整数。通过利用相关器10进行传统相关运算，装置7检测存在的此已知前置码P。以装置7的采样倍频实现最大相关数，装置7提供设备WL1的校验滑窗的起始瞬时，其精度等于装置7的采样周期的分谐波处。事实上，相关器10发送其最大值对应于检测前置码P并处于0与1之间的信号。相位估计器12接收此信号并将它与积分器13的输出信号进行比较。因此，相位估计器12输出的DC电压表示施加到其输入端的两个信号之间的相位差。环路滤波器14允许此DC电压通过并将此DC电压送到第一积分器13和第二积分器130。这样，只要相关器10在校验滑窗的起始处未检测到前置码P，积分器13就递增直到锁定到网络时钟。显然，可以根据环路滤波器14的增益延长闩锁时间。
一旦，积分器13记录了网络时钟与装置7时钟之间的定时相移，则积分器13控制相移单元11将本机时钟相移，相移量等于所记录的相移的整数部分。例如，如果已经确定本机时钟相对于网络时钟具有8.3位的延迟，则积分器13、130分别控制相移电路11、16定时相移8位。余下的0.3位的采样相位差小于上述采样周期的分谐波处。然后，将根据定时逻辑到达的采样施加到傅立叶变换计算单元18，傅立叶变换单元18将这些采样变换为频率平面。然而，众所周知，通过旋转从单元18的输出端获得的向量(I,Q)可以表示时间域内的定时相位的差值。采样相位的微调过程在于将单元18产生的输出向量进行反向线性旋转，此线性相位的斜率可以由积分器13计算的小数部分获得。
反过来，当装置7必须发送时，它就利用通过积分器130获得的相移信息并根据设置接收信道的上述原理发送时钟。根据积分器130检测的相移的小数部分，对输入端频率域内的向量进行线性相移校正，然后根据待对本机时钟进行调整的整数部分，在时间域内对单元19的输出采样进行相移。请注意，引入发送信道的相移大于引入接收信道的相移，因此要考虑发送帧所必须的处理时间。
利用频率域对相移进行微调的此解决方案的优势在于，当诸如多重回波的各种干扰会干扰波的传播时，优先使用DFDM型多载波调制。
图3示出根据装置7的一种变换实施例的同步装置20。在此变换实施例中，在接收信道8，用通过在时间域内进行内插可以对小数部分进行校正的内插器代替单元18和移相器15。同样，在发送信道，用在时间域内进行内插也可以对小数部分进行校正的内插器22代替了单元19和移相器17。