CN118414865A - 5g微小区时间同步网络 - Google Patents

Abstract

本申请描述的技术涉及方法、装置和计算机可读介质，它们被配置为提供一种计算机化方法，通过蜂窝网络的无线信道提供时间敏感网络。该方法包括通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息。接收到定时信息后，通过网络设备基于定时信息确定定时调整。该定时调整用于调整由网络设备传输给用户设备的定时信号，该用户设备通过网络设备与蜂窝网络节点进行蜂窝通信，其中定时信号用于根据同步协议调整用户设备的定时。

Description

5G微小区时间同步网络

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2021年11月12日提交的美国临时申请序列号63/278,781的优先权，该临时申请的名称为“5G微小区时间同步网络”，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文描述的技术通常涉及时间同步网络，例如5G微小区时间同步网络。

背景技术

时间同步网络可以为协调不同应用程序、同一应用程序的不同实例和/或连接到网络的不同设备之间的公共时间提供一个框架。使用时间同步网络协调不同应用程序和/或设备之间的公共时间，可以实现跨不同应用程序和设备执行动作、流量等的调度，从而实现协调操作(例如，使应用程序能够协同工作)。

发明内容

根据所公开的主题，提供了通过蜂窝网络的无线信道进行时间敏感网络同步协议的装置、系统和方法。

一些实施例涉及一种计算机化方法，用于通过蜂窝网络的无线信道提供时间敏感网络(TSN)同步协议。该方法包括由蜂窝网络设备执行以下步骤：通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中蜂窝网络节点与网络设备有线通信，并且定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议传输到网络设备的传输时间相关联；通过网络设备基于定时信息确定定时调整；以及基于定时调整，调整由网络设备传输给与蜂窝网络节点通过该网络设备进行蜂窝通信的用户设备的定时信号，其中定时信号用于根据TSN同步协议调整用户设备的定时系统。

在一些示例中，TSN同步协议是无线同步协议，该无线同步协议包括：通过网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为定时信号传输给用户设备；通过网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括与下行链路信息到达用户设备的时间相对应的响应信息；以及通过网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括将与网络设备传输下行链路信息相关联的第一时间与跟网络设备接收上行链路信息相关联的第二时间进行比较。

在一些示例中，通过网络设备接收上行链路信息还包括在网络设备和用户设备之间使用随机接入过程，并且确定延迟信息还包括确定定时提前。

在一些示例中，无线帧包括多个子帧，其中多个子帧中的每一个包括多个时隙，其中多个时隙中的每一个包括多个符号；并且传输参考同步信号的模式还包括将参考同步信号的模式作为多个符号的子集进行传输。

在一些示例中，确定定时调整进一步包括：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得当被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

在一些示例中，无线帧的该部分是无线帧的第一子帧的第一时隙，并且无线帧到达用户设备的目标到达时间是同步时钟间隔的开始。

在一些示例中，TSN同步协议支持符合IEEE 802.1AS标准的TSN，TSN同步协议还包括由网络设备传输同步时间，以便当同步时间到达用户设备时，同步时间在参考时间的预定阈值内同步。

在一些示例中，预定阈值在参考时间的1纳秒以内、在参考时间的1微秒以内，或者其某种组合。

在一些示例中，在具有时变条件的色散信道中，预定阈值是在参考时间的250纳秒以内。

在一些示例中，传输参考同步信号的模式进一步包括使用从15kHz到240kHz的子载波带宽来传输无线帧。

在一些示例中，从蜂窝网络接收定时信息包括基于蜂窝网络的通用精确时间协议(g-PTP)接收从参考时钟到网络节点的参考时间、驻留时间和链路延迟。

在一些示例中，网络设备是基站。

在一些示例中，基站是gNodeB，并且蜂窝网络是5G网络。

一些实施例涉及一种配置为通过蜂窝网络的无线信道提供TSN同步协议的装置，该装置包括与存储器和一组额外处理资源通信的处理器，处理器被配置为执行存储在存储器中的指令，该指令使处理器：通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中蜂窝网络节点与网络设备有线通信，并且定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议传输到网络设备的传输时间相关联；通过网络设备基于定时信息确定定时调整；以及基于定时调整，调整由网络设备传输给与蜂窝网络节点通过该网络设备进行蜂窝通信的用户设备的定时信号，其中定时信号用于根据TSN同步协议调整用户设备的定时系统。

在一些示例中，TSN同步协议是无线同步协议，并且指令进一步根据TSN同步协议配置以使装置：通过网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为定时信号传输给用户设备；通过网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括与下行链路信息到达用户设备的时间相对应的响应信息；以及通过网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括将网络设备传输下行链路信息相关联的第一时间与网络设备接收上行链路信息相关联的第二时间进行比较。

在一些示例中，指令配置使得无线帧包括多个子帧，其中多个子帧中的每一个包括多个时隙，其中多个时隙中的每一个包括多个符号；并且指令进一步配置为使装置传输参考同步信号模式还包括将参考同步信号的模式作为多个符号的子集进行传输。

在一些示例中，使装置确定定时调整的指令进一步配置为：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

在一些示例中，指令进一步配置为执行从蜂窝网络发送的动作，该动作与至少一个用户设备动作通过通信协议时间同步，该通信协议指定了要执行的动作类型和动作应被执行的时间。

一些实施例涉及至少一个非暂时性计算机可读存储介质，其上编码有多个计算机可执行指令，当指令被执行时，执行一种通过蜂窝网络的无线信道提供TSN同步协议的方法，该方法包括：通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中蜂窝网络节点与网络设备有线通信，并且定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议传输到网络设备的传输时间相关联；通过网络设备基于定时信息确定定时调整；以及基于定时调整，调整网络设备传输给通过蜂窝网络节点与蜂窝网络进行蜂窝通信的用户设备的定时信号，其中定时信号用于根据TSN同步协议调整用户设备的定时系统。

在一些示例中，同步协议是无线同步协议，无线同步协议包括：通过网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为定时信号传输给用户设备；通过网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括对应于下行链路信息到达用户设备的时间的响应信息；以及通过网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括将与网络设备传输下行链路信息相关联的第一时间与跟网络设备接收上行链路信息相关联的第二时间进行比较。

在一些示例中，确定定时调整进一步包括：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

一些实施例涉及一种配置为通过蜂窝网络的无线信道接收同步协议的装置，该装置包括与存储器和一组附加处理资源通信的处理器，处理器被配置为执行存储在存储器中的指令，该指令使处理器：通过用户设备从网络设备接收定时信息，其中：通过用户设备接收包括接收无线帧的下行链路信息，其中下行链路信息包括将频率和相位同步信号配置为用户设备的定时信号；用户设备从5GNR无线资源控制系统信息块9中提取定时提前MAC控制元素和网络设备的时间参考，以使用频率和相位同步信号进行调整和规范；用户设备从与无线帧相关联的时隙指示信号和/或符号边界信号中提取物理层信号，以调整和规范用户设备的内部时钟，以匹配包括启用TSN的用户设备、网络设备、网络节点和TSN控制器的虚拟时钟域内的时间精度。

在一些示例中，TSN同步协议是无线同步协议，并且指令进一步根据TSN同步协议配置以使装置：通过网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为定时信号传输给用户设备；通过网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括与下行链路信息到达用户设备的时间相对应的响应信息；以及通过网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括将与网络设备传输下行链路信息相关联的第一时间与跟网络设备接收上行链路信息相关联的第二时间进行比较。

在一些示例中，指令配置使得无线帧包括多个子帧，其中多个子帧中的每一个包括多个时隙，其中多个时隙中的每一个包括多个符号；并且指令进一步配置为使装置传输参考同步信号的模式还包括将参考同步信号的模式作为多个符号的子集进行传输。

在一些示例中，使装置确定定时调整的指令进一步配置为：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

在一些示例中，指令进一步包括通知网络设备关于支持同步协议和使用确定定时调整的指令可实现的时间精度。

在一些示例中，包括一个使用时隙指示信号和/或符号边界信号的物理信号来规范内部时钟的时钟规范化子系统，该内部时钟将定时信息转换为计算机可执行指令，该指令包括与确定定时调整的指令相关联的消息。

前述发明内容并非旨在限制。此外，本公开的各个方面可以单独实现或与其它方面结合实现。

附图说明

在附图中，各个相同或几乎相同的组件在各个图中用类似的参考字符表示。为了清晰起见，并非在每个附图中都标记了每个组件。附图不一定按比例绘制，而是重点在于说明本文描述的技术和设备的各个方面。

图1示出了配置有5G网络和专用TSN网络的示例性时间敏感网络(TSN)架构。

图2A示出了包括集成到参考3GPP网络架构中的TSN系统的示例性网络。

图2B示出了根据一些实施例的使用集成有微小区TSN转换器(SC-TT)的微小区的示例性网络，该网络配置用于时间敏感通信(TSC)。

图3示出了根据一些实施例的包括微小区的私有工业网络，该微小区包括微小区TSN转换器。

图4A示出了包括图3中所示的网络组件的虚拟时钟域。

图4B示出了根据一些实施例的包括专用虚拟TSN切片的网络。

图5A示出了根据本文描述的一些实施例的端到端同步过程。

图5B示出了根据一些实施例的将用户设备(UE)的内部时钟与虚拟时钟域同步的示例性过程。

图5C示出了根据一些实施例的计算机化的TSN同步协议。

图6A是根据本文描述的实施例可能使用的无线帧的示意图。

图6B示出了根据一些实施例的微小区时钟侧信号与无线帧的子帧之间的定时的示意图。

图7示出了根据一些实施例的基于UE接收到的定时信号调整UE定时系统的过程。

图8示出了根据一些实施例的时间锁定环反馈电路。

图9示出了根据一些实施例的包括5G微小区和UE的TSN网络的示例性实现。

图10示出了根据一些实施例的示例性TSN注册和执行请求。

图11示出了根据一些实施例的示例性点对点TSN协议。

图12示出了根据一些实施例的计算设备的一个示例性实现。

具体实施方式

I.引言

本申请提供了用于改善无线网络时序和性能的技术，包括提供时间敏感网络(TSN)。本文描述的一些实施例提供了通过无线网络同步移动用户设备(UE)与虚拟时钟域的TSN。在某些应用中，通过无线网络提供TSN可以为动态和灵活的UE配置提供支持。另外或替代地，向UE提供TSN可以使信号传输/交付的调度和/或根据虚拟时钟域中的时间戳执行指令成为可能。UE与虚拟时钟域中其他设备之间的这种精确时间对齐可以使依赖于TSN的设施能够实施，例如工业物联网(IIOT)。在一些实施例中，UE与虚拟时钟域之间的时间对齐使用无线帧的物理层信号和无线帧中编码的时间戳来提供高精度同步。在一些实施例中，UE和虚拟时钟域可以在非常小的时间窗口内同步，例如在1.5微秒内或更快。

机器人技术和自动化的进步提供了具有先进的功能的高度可配置的设备，例如能够执行灵巧功能(例如，机器人拾取应用、机器人实施制造过程的步骤等)和自我导航(例如，用于移动机器人应用)的设备。例如，这样的机器人可以提供自动化制造的可能性，其中多个移动机器人组件协同工作以执行工业过程。在某些应用中，高度可配置的机器人之间的协调可能需要在设定的时间约束内低延迟地完成大容量数据交换。鉴于这样的低延迟要求，已经使用有线连接来提供设备之间，例如不同网络组件的本地时钟之间的高精度同步。当不同网络组件的本地时钟同步时，这些组件可以实现虚拟时钟域。虚拟时钟域代表每个同步的本地时钟的共同参考时间。虚拟时钟域的精度直接关联于网络组件的本地时钟上测量的时间与虚拟时钟域的参考时间之间的不确定性。

发明人认识到，在各种应用中，例如那些包括动态和/或可重新配置的移动设备的应用，有线通信可能是不可能的，和/或它可能限制设备的移动性和/或配置灵活性(例如，这可能影响用例场景)。发明人意识到，无线技术的进步，如5G网络及更高版本，可能提供高带宽来处理可用于在预定义时间误差约束内同步不同机器人网络组件之间指令的大容量数据传输。然而，网络组件之间的无线通信通常包括相对于有线通信协议的额外的相关延迟，这可能进一步复杂化并阻碍不同机器人网络组件之间的精确同步。例如，无线通信可能容易受到无线传输/交付的延迟和处理接收到的数据的延迟的影响。发明人意识到这些额外的延迟可能会加剧同步偏差。例如，这些延迟可能导致网络组件的本地时钟与虚拟时钟域的参考时间之间的偏差，从而降低同步的精度。例如，两个协同工作的组件在执行工业过程时，如果两个组件之间的同步偏差过大，可能会产生昂贵的、破坏性的和/或危险的错误。例如，在某些应用中，大于1.5微秒的延迟可能导致制造过程中的错误或损坏组件本身。因此，基于虚拟时钟域中每个组件的时钟之间的同步精度，可以限制IIOT设施中组件的速度和复杂性。虽然无线操作可能是可取的，但通过使用无线通信添加的额外延迟可能使传统技术不足以在使用无线通信的设备之间提供足够的同步。

发明人还认识到，在同步网络中使用关键过程数据是可取的或必要的，例如用于协调不同机器人设备实例之间计划的事件和/或监控正在进行的过程的状态。在某些应用中，关键过程数据可能依赖于来自各种应用程序和/或设备的信号，例如来自IIOT设施中的传感器和执行器的信号。然而，发明人意识到，随着过程复杂性的增加，被依赖来监控工业过程的关键过程数据的实时数据的复杂性也在增加。例如，除了实时数据外，还可以在过程监控中使用其他类型的数据，如能源数据指标和维护报告。

因此，发明人已经认识到并意识到，提供无线TSN和实时可执行的通信以传输关键过程数据是实现动态工业自动化的挑战。工业自动化过程的例子包括协作机器人应用、高精度制造自动化、闭环控制应用、机器人制造、产品包装、部署在物理系统中的联邦多智能体系统、自动化生产过程、大规模机器对机器通信，这些通信被集成以实现自动化、智能监控、改进的通信(即工业4.0)以及其他应用。使用经利用实时关键过程数据的IIOT设施的无线通信实施此类工业自动化过程是可取的。例如，使用TSN可执行通信提供用于事件调度的实时数据是可取的。可执行通信以可靠的计划提供信号和/或过程指令，以便其他信号传输和/或过程可以依赖于及时的通信接收。例如，同步任务执行可能依赖于通过TSN实施的可执行通信来同步多个IIOT应用程序与专用或分散的系统控制器。

认识到上述挑战后，发明人开发了技术，以提供部分使用网络(例如，蜂窝网络)的无线信道的同步协议。在一些实施例中，同步技术可以提供足够的同步，以支持符合IEEE802.1AS标准的时间敏感网络。在一些实施例中，这些技术可以利用用于网络的一个或多个有线部分的第一同步协议，以及用于有线网络和无线设备之间(例如，用于微小区和UE和/或其他移动设备之间)的第二同步协议。在一些实施例中，例如，可以使用无线网络的无线帧来提供无线同步。这种方法允许在蜂窝网络上实现TSN，例如在5G网络上。因此，使用本文描述的技术可以提供高度复杂和紧密协调的架构，这些架构使用传统方法无法实现。因此，本文描述的TSN技术通过允许无线TSN实现，改进了传统的同步技术。如本文所述，这样的无线实现可以解决发明人认识到的有线TSN方法的问题，包括提供具有无线组件的TSN实现，以及可以利用关键过程数据的无线TSN实现。

例如，蜂窝网络设备可以实现一种计算机化方法，包括由蜂窝网络设备从蜂窝网络节点接收定时信息。蜂窝网络节点可以与网络时钟基准进行有线通信，并且蜂窝网络节点可以与网络设备进行通信。定时信息与网络时钟基准和根据同步协议的网络设备的定时相关联。计算机化方法还可以包括由网络设备基于定时信息确定定时调整，以及基于定时调整调整由网络设备传输到用户设备的定时信号，该用户设备通过网络设备与蜂窝网络节点进行蜂窝通信，其中定时信号用于根据同步协议调整用户设备的定时。

II.示例性网络配置

本文描述的技术，如包括无线TSN同步协议在内的技术，用于通过蜂窝网络的无线信道将用户设备与参考时钟同步，这些技术可以应用于各种网络配置以及可以使用各种网络协议。一组致力于以太网网络上时间敏感传输的TSN标准提供了不同应用之间的互操作性。本文描述的技术的各方面涉及改进无线网络上的TSN功能，以提供无线TSN。

发明人已经认识到，为了使用无线网络提供TSN，无线传输协议中引入的延迟可能会降低同步的精度。为了提高同步精度，在一些传统方法中，UE可能包括独立的专用精确定时设备，如GPS设备，以从专用的TSN网络接收精确的定时信号。TSN转换器可以使用通过主无线网络接收到的移动信号和来自专用TSN网络的精确定时信号来计算与关键过程数据相关联的预定时序。

图1示出了配置有5G网络和专用TSN网络的示例性TSN架构100。TSN架构100包括通过TSN桥110的设备侧与UE 112通信的TSN系统102。UE 112进一步通过逻辑TSN桥120与网络104通信。逻辑TSN桥120提供与网络104兼容通信的TSN。逻辑TSN桥120包括设备侧TSN桥110、(无线)接入网络(RAN)122、用户平面功能(UPF)124、网络侧TSN转换器(NW-TT)126、接入和移动管理功能(AMF)128、会话管理功能(SMF)130、统一数据管理(UDM)132、网络暴露功能(NEF)134、策略控制功能(PCF)136和TSN应用功能(TSN AF)138。设备侧TSN桥110包括用户设备112和设备侧TSN转换器114。

如图1所示，网络组件通过多个网络接口进行通信连接，网络接口包括网络接口N1、N2、N3、N4、N5、N7、N8、N9、N10、N11、N30、N33和N52。在图1所示的示例性网络配置中，UE112通过与(R)AN 122交换无线帧进行通信。网络接口N1提供UE 112与AMF 128之间的连通性。网络接口N2提供(R)AN 122与AMF 128之间的连通性。网络接口N3提供(R)AN 122与UPF124之间的连通性。网络接口N4提供UPF 124与SMF 130之间的连通性。网络接口N8提供AMF128与UDM 132之间的连通性。网络接口N9提供两个UPF之间的连通性。网络接口N10提供SMF130与UDM 132之间的连通性。网络接口N11提供AMF 128与SMF 130之间的连通性。网络接口N7提供SMF 130与PCF 136之间的连通性。网络接口N52提供UDM 132与NEF 134之间的连通性。网络接口N30提供PCF 136与NEF 134之间的连通性。网络接口N5提供PCF 136与TSN AF138之间的连通性。网络接口N33提供TSN AF 138与NEF 134之间的连通性。网络接口根据5G网络的3GPP标准进行编号。尽管此处参考5G网络系统进行说明，但其他网络配置也是可能的。例如，这里描述的技术也可以应用于其他网络系统，如6G网络系统或可以实现TSN的其他网络系统，这里描述的技术在这方面不受限制。

UE 112和DS-TT 114被配置为TSN桥110的设备侧，用于将TSN系统102与UE 112连接，以接收精确的定时信号。UE 112还连接到提供C平面和U平面功能的主5G网络组件。5G网络组件可能会传输与TSN进程相关的信号和/或指令给UE 112。例如，TSN AF 138可以对控制和管理的平面功能进行转换，以与5G网络资源进行交互。NW-TT(126)与UPF集成，并在5G系统与互联网之间提供一个接口，以转换数据平面功能进而与5G网络资源交互。DS-TT提供TSN系统102与UE 112之间的接口，并配置为使用从TSN系统102接收到的精确定时信号，将从5G网络接收到的消息转换至UE 112以实现TSN功能。TSN转换器NW-TT 126、DS-TT 114和TSN AF 138形成一个虚拟时钟域，以便可以参照虚拟时钟域的共享参考时钟生成/解释TSN时间戳。

发明人已经认识到并理解，通常在UE中包含TSN转换器会显著增加设备成本，并且可能需要使用计算成本高昂的过程来准确地将TSN信号与主无线网络同步。为了解决这些挑战，发明人开发了技术，通过在向UE提供网络连接的无线小区处实现TSN转换器，将UE的TSN设施与UE分离。通过在无线小区处实现TSN转换器，可以通过无线网络维护UE与虚拟时钟域之间的高精度同步。在无线小区处实现TSN转换器可以从单个TSN转换器为多个UE实例提供TSN功能，从而减少使用的TSN转换器的数量，降低UE的成本和复杂性。无线小区转换器可以使用与无线帧一起传输的物理层信号进行同步，这可以通过减少参与提供TSN的信号/网络的数量来增加同步精度。例如，可以由网络小区使用无线帧中传输的包括主同步信号、次同步信号和扩展同步信号的物理层信号，将UE时钟与虚拟时钟域同步。物理层信号可以提供比应用层或传输层信号/消息更准确的同步。图2A和图2B说明了具有设备侧TSN转换器的网络与具有无线小区TSN转换器的网络之间的一些差异。

图2A示出了一个示例性网络200，其中包括集成到3GPP网络架构中的TSN系统。网络200包括控制器202；UPF 210；NW-TT 212；gNodeB(gNB)220；UE 230、232和234；DS-TT242、244和246；以及设备实例250、252和254。如图2A所示，控制器202可以使用通过UPF 210和gNB 220提供的网络，向UE 230-234传输预定的信号和/或指令。控制器202可以实现为一个工业控制器，配置为生成时间敏感指令，供UE 230、232和234执行自动化工业过程。控制器202与UPF 210通信耦合。UPF 210包括NW-TT 212，用于将网络200与互联网连接。NW-TT212与互联网和主时钟通信耦合。NW-TT提供了一个进入5G网络的入口网关，从其他网络协议进入。例如，NW-TT 212可以通过以太网协议发送/接收来自互联网的数据包，并且可以通过UPF，按照5G数据包协议发送/接收数据包。为了将TSN系统集成到3GPP网络架构中，独立的设备实例250、252和254每个都有一个专用的UE和DS-TT，用于转换5G消息以与TSN功能一起操作。5G消息可以使用gPTP协议传输。如图2A所示，每个UE 230、232和234分别包括一个DS-TT 242、244、246。DS-TT 242、242和246各自解码从gNB 220传输的5G数据包，并向其各自的UE 250、252和254的监听器提供相应的消息。

如上所述，发明人已经认识到，开发对UEs的TSN客户端的支持使用专用的处理资源，可能会增加TSN系统的整体复杂性，或者与每个设备实例相关的成本。再次参考图2A中的示例，随着设备实例数量的增加(例如，添加额外的机器人组件)，移动UE和DS-TT的数量成比例增加。因此，控制器202可以向多个设备实例提供指令，以协调不同设备实例上使用由虚拟时钟域建立的共同时间理解的过程的执行。图2A中所示的TSN系统包括n个设备实例的机器人装配机。为了协调n个设备实例，每个实例都有一个对应的DS-TT，即总计有n个DS-TTs。因此，扩展额外设备实例的成本包括成比例地增加DS-TTs的数量。发明人进一步认识到，由于每个DS-TT确定自己的本地时钟时间，不同DS-TTs之间的抖动可能会加剧每个设备实例的本地时钟之间的不确定性。因此，将更多设备实例纳入协调过程会导致包括在其中的设备实例之间的同步不确定性增加。

如上所述，发明人在认识到这一挑战后，开发了使用网络蜂窝实施TSN转换角色的技术。在一些实施例中，TSN转换器是使用提供gNB功能给UE的微小区基站(SC)实现的。通过使用微小区植入TSN转换器，可以减少用于同步UE的TSN转换器的数量。尽管此处描述的实施例参考了使用SC的实现，但此处描述的技术在这方面并不受限制。在一些实施例中，也可以使用其他网络小区。对于某些应用，微小区相对于其他网络小区可以提供更高的同步精度。

图2B示出了一个示例性网络204，根据一些实施例，它被配置用于使用一个集成了微小区TSN转换器(SC-TT)的微小区实施时间敏感通信(TSC)。网络204包括控制器202、UPF210、NW-TT 212、微小区(SC)220、微小区TSN转换器(SC-TT)240以及机器人组件250、252和254。控制器202、UPF 210和NW-TT 212可以根据图2A中的配置进行配置。然而，与图2A中的网络200相比，网络204减少了用于同步机器人组件的TSN转换器的数量。单个配置有SC-TT240的SC确定了每个设备实例的本地时间，并将指示每个设备实例的本地时间的信号传输给各自的实例。

在一些实施例中，控制器202被配置为协调与TSN设施相关联的时间戳。在一些实施例中，控制器202被配置为向TSN设施传输下行链路时间戳。下行链路时间戳可能与TSN设施要执行的过程相关联。例如，下行链路时间戳可以指定由机器人组件250-254之一执行的过程的一部分以及执行的时间。

在一些实施例中，控制器202被配置为从TSN设施接收上行链路时间戳。上行链路时间戳可能与TSN设施相关的传感器和/或制造设备的数据相关联。例如，可以将带有时间戳的过程执行确认或执行调度发送到控制器202，使得控制器202可以更新或调度后续指令。作为另一个例子，传感器或智能监控器可以向控制器202传输上行链路数据。来自传感器或智能监控器的数据可用于确定何时应执行过程的各个部分。

如上所述，结合图2A，NW-TT 212将网络204与互联网连接。例如，在支持5G TSC的网络架构中，NW-TT 212是5G系统和互联网之间的接口。在其他实施例中，该网络可能是支持6G TSC的网络架构。在这些实施例中，NW-TT是6G系统和互联网之间的接口。

在图2B中，使用在SC和UE之间传输的无线网络的物理层信号将TSN同步集成到SC中能够实现UE与虚拟时钟域的同步。SC还通过数据帧内编码的数据提供时间戳和相关过程信息。因此，TSN功能与无线帧的集成使得UE能够接收一个信号，该信号包括在实现TSN时使用的同步时间和参考时间。从这个意义上说，通过利用可能已经集成在UE和SC的电子系统中的现有低成本的本地振荡器，可以实现具有高精度时间同步(1.5微秒或更快)的UE实例。从这个意义上说，同步过程由微小区处理，设备实例从5G无线帧中提取时间和同步，如下文参考图5-8进一步详细描述的。

参考图2A和2B，图2B中的SC-TT相对于图2A中使用专用TSN网络的gPTP集成，可以通过提供精确的同步信号和减少转换错误的影响来提高同步精度。例如，在图2A的3GPP配置中，gPTP协议在每个UE处结束，并为每个UE传输单独的信号。从专用TSN网络的角度来看，每个UE都是一个端站，在那里执行gPTP协议到TSN协议的转换。相比之下，在图2B中，gPTP协议在微小区处终止。因此，从TSN GM的角度来看，微小区是gPTP协议的终点，单个TSN转换器将gPTP协议转换为多个UE的TSN协议。这种方法减少了在协议之间转换时可能出现的错误的累积。如果在协议之间转换时出现任何错误，那么从同一SC接收信号的每个UE都将受到相同错误的影响。因此，每个UE之间的本地时钟仍然会同步在一起，精度不受转换错误的影响。

在一些实施例中，SC中的调制解调器包括动态资源调度器，这些调度器考虑了SC与每个设备实例之间的链路延迟。动态资源调度器还可以考虑NW-TT与SC-TT之间的驻留时间。在这种配置中，设备实例之间的时间差异在网络边缘进行监控，独立于驻留时间延迟，提供更精确的计时保持。

在一些实施例中，不同UE的独立信号以复用配置一起广播，以便在TSN中为不同UE配置的信号不会相互干扰。例如，微小区可以以时域分频(TDD)模式运行，以便为不同UE配置的信号不会相互干扰。在多个微小区协同工作以提供多SC TSN的网络配置中，SC还可以配置信号，以便使用TDD、波束成形、波束指向和/或波束切换等技术使来自不同微小区的信号不相互干扰。例如，TDD网络中不同小区的传输可以同步以避免小区间和子帧间的干扰。在一些实施例中，本地和/或私有工业网络可以包括多个SC，以在大规模工业网络中提供UE的TSN。例如，多SC网络可以根据3GPP标准(如TS 38.104)传输信号。

III.同步技术

如上所述，发明人已经认识到并理解，提供无线TSN网络带来了挑战。使用与主无线网络分离的专用TSN系统的实现可能会增加UE的复杂性和成本。为了解决上述挑战，发明人开发了一种物理层程序，该程序使用从5GNR无线帧时隙或OFDM符号中提取的定时信号来规范设备时钟，以实现所需的同步精度。在一些实施例中，嵌入微小区中的SC-TT是一个gPTP实例，其保证了5G NR无线帧的同步和准确性，以确保5G NR无线帧的同步和准确性，以在整个5G工业网络中维持同步的执行。

图3示出了根据一些实施例的包含带有TSN转换器的微小区的私有工业网络300。私有工业网络300包括支持多个小型TSC的微小区(TSC-SC)，第一微小区310、第二微小区320和第三微小区330各自与UPF 301通信，以接入互联网和工业控制器304。每个TSC-SC可以为多个设备实例提供无线连接。NW-TT 305提供了5G系统与互联网之间的接口。带有UE时钟313、315、317、326和336的设备实例312、314、316、324和334分别与微小区310、320和330无线通信。

网络组件具有用于本地时间保持的本地时钟。所有本地时钟都可以同步到一个参考时钟，以在不同网络组件之间提供共同的时间理解，形成一个虚拟时钟域。例如，一个主时钟308可以提供来自原子钟的时间，如与GPS系统或国家时间保持标准系统相关联的原子钟。控制器时钟306与参考时钟302同步，并向控制器提供一个本地时间，该时间可用于安排事件或解释传入信号。

如图3所示，SC1时钟312和SC2时钟322与参考时钟302同步，UE时钟313和315与SC1时钟311同步。UE时钟与SC时钟的同步以及SC时钟与参考时钟的同步提供了UE时钟与参考时钟之间的同步。通过这种方式，虚拟时钟域中的每个时钟都有一个共同的参考时间。因此，当控制器为机器人1和机器人2安排指令以协调装配过程时，机器人1和机器人2都能够在规定的时间内执行各自的装配过程部分，而不会相互干扰。在一些实施例中，虚拟时钟域的准确度优于1微秒。在一些实施例中，虚拟时钟域的准确度优于0.5微秒。在一些实施例中，虚拟时钟域的准确度优于250纳秒。

根据一些实施例，提供UE接入核心网的SC可以通过有线连接与其他网络组件通信，并通过无线连接与UE通信。例如，微小区310、320和330以及行业控制器304分别通过实线与UPF 301有线连接。微小区310、320和330通过三个弧线无线符号与设备实例312、314、316、324、334无线通信。在一些实施例中，有线连接可以使用以太网协议进行通信。

在一些实施例中，无线连接可以通过5G 3GPP协议进行通信。在其他实施例中，无线连接可以通过6G 3GPP协议进行通信。在其他实施例中，无线连接可以兼容跨代3GPP协议。例如，无线连接可以使用5G协议与一些UE通信，并使用6G协议与其他UE通信。在一些实施例中，用于与UE通信的无线连接可能取决于可用资源、服务质量和/或预期的带宽需求。在其他实施例中，可以使用其他能够与TSN系统集成在一起的无线通信协议，即这里描述的技术的各个方面在本申请中不受限制。

通过有线连接通信的网络组件可以通过第一定时协议同步，而通过无线连接通信的网络组件可以通过第二定时协议同步。在一些实施例中，第一定时协议可以是gPTP协议。在图3中，通过gPTP协议通信的网络组件用虚线连接，而使用无线TSN协议同步的时钟采用点划线连接。

结合图3描述的同步技术，通过有线连接通信的网络组件和通过无线连接通信的网络组件形成了虚拟时钟域。图4A示出了根据一些实施例的包括图3中所示网络组件的虚拟时钟域。虚拟时钟域使得网络节点上原本独立的时钟能够协调，以提供一个具有定义精度的分布式公共时间尺度。虚拟时钟域的精度与每个时钟相对于参考时间的不确定性相关。如图3所示，主时钟308向UPF提供参考时间，以保持参考时钟302的同步。控制器时钟306与参考时钟302同步，并向控制器提供本地时间，该时间可用于安排事件或解释传入信号。SC1时钟312和SC2时钟322与参考时钟302同步。UE时钟313和315与SC1时钟312同步，从而间接地与参考时钟302同步。通过这种方式，虚拟时钟域中的每个时钟都有一个共同的参考时间。因此，当控制器为机器人1和机器人2安排指令以协调装配过程时，机器人1和机器人2都能够在规定的时间内执行各自部分的装配过程，而不会相互干扰。在一些实施例中，虚拟时钟域的准确度优于1.5微秒。在一些实施例中，如本文所述的虚拟时钟域可能具有其他精度。

在一些实施例中，同步的准确度可以达到1.5微秒。1.5微秒的同步准确度可以确保网络中微小区之间的定时与参考时钟相差不超过1.5微秒。在图4A中，参考时钟302保持的时间和第一个SC1时钟311保持的时间可能在彼此之间相差1.5微秒以内。此外，SC1时钟311和SC2时钟322保持的时间可能在彼此之间相差1.5微秒以内。与同一微小区通信的UE之间的定时可能各自同步到1.5微秒以内。例如，与SC 310通信的UE时钟313、315、317可能与SC1时钟311相差1.5微秒以内。此外，通过不同微小区通信的UE之间的定时可能同步到1.5微秒以内。例如，UE时钟326保持的时间可能与UE时钟313保持的时间相差1.5微秒以内。

在提供TSN功能的背景下，网络应提供保证时间受限消息和/或信号传递的消息传递功能。为了保证消息传递，可以实施服务质量(QoS)策略，以优先考虑不同类型流量和/或来自不同UE的流量的性能。在一些实施例中，QoS可以通过部署专用网络切片来实现。网络切片是被隔离的、虚拟的端到端网络，配置为实现特定参数和/或要求。例如，网络切片可以被配置为在TSN应用的延迟和可靠性方面提供特定的QoS要求。

根据一些实施例，图4B示出了包括专用虚拟TSN切片的网络400。如图4B所示，AMF和UPF的资源可以专用于虚拟TSN切片。在一些实施例中，提供对AMF和UPF的访问的网络资源可以为提供不同服务的不同网络切片分配专用资源。虚拟网络切片可以通过专门分配一部分计算能力来为与网络切片通信的设备提供专用功能或服务来实现。在一些实施例中，如图4B所示，TSN切片410可以与标准网络切片420一起部署，以支持标准的5G智能手机422和UE 412。例如，TSN切片410可以包括来自AMF 410A和UPF 410B的专用资源，以为UE 412提供功能。额外的AMF 420A和UPF 420B资源可以分配给虚拟eMBB切片420。eMBB切片420为智能手机422提供5G网络通信。在一些实施例中，网络400可以包括额外的切片，以提供不同的功能和/或服务质量。

图5A示出了根据本文描述的一些实施例的端到端同步过程500。如图5A所示，端到端同步提供了工业物联网(IIOT)UE 508与主时钟(GM)502的同步。GM 502和UE 508之间的同步可以使用第一定时协议接收参考时间，并使用第二定时协议实现UE 508的同步。例如，UPF 504可以包括用于根据5G网络协议编码定时信号的NW-TT。SC 506可以包括SW-TT，用于解码来自UPF 504的定时信号并将第一定时协议与第二定时协议同步。SC 506可以使用第二定时协议将UE 508同步到GM 502的参考时间。

在一些实施例中，UPF 504从GM 502接收同步消息510。使用同步消息510，UPF 504可以实现第一定时协议，以将UPF 504与SC 506同步，其中NW-TT和SW-TT根据精确时间协议实现同步协议。例如，NW-TT和SW-TT可以使用IEEE 802.1AS标准实现同步。实施可以符合3GPP TS23.501规范。明显地，5G网络可以与TSN网络集成。在一些实施例中，5G网络和TSN网络之间的集成可以根据IEEE 802.1标准实现为桥接。

UPF 504可以使用同步消息510更新UPF的本地时钟。在一些实施例中，NW-TT根据IEEE 802.1AS更新UPF定时522。在一些实施例中，GM 502可以直接与UPF 504通信。在一些实施例中，UPF 504可以间接地从GM 502接收同步消息510。例如，网络500可能包括多个UPF设施，UPF 504可能从中间UPF接收同步消息510，其中中间UPF与GM 502直接通信。在一些实施例中，网络500可能包括多个中间UPF，UPF 504可能会收到多个同步消息，以确定哪个中间UPF可以提供具有最短延迟的同步消息510。

如上文所述并结合图2B，使用NW-TT和SW-TT实现的第一定时协议可以将SC视为TSN定时域的端点。例如，在第一定时协议中，SC处的同步时间可以由以下方程式表示：

τ_sc＝τ₀+δ_链路延迟+T_驻留时间 方程1

在方程1中，τ_sc是SC的同步时间；τ₀是从主时钟接收到的参考时间；δ_链路延迟是数据包(包括同步消息)通过电缆从GM传输到NW-TT的传播时间；T_驻留时间是以GM时间基准表示的UPF与SC之间的驻留时间。链路延迟可以根据IEEE 802.1AS标准计算。驻留时间是通过入口时间戳(t_si)和出口时间戳(t_se)测量的。例如，t_si是在UPF 504接收到同步消息510时记录的，而t_se是在SC 506接收到同步消息512时记录的。驻留时间可以用以下方程式表示：

T_驻留时间＝t_se-t_si×速率比 方程2

在方程2中，速率比是GM时钟频率与SC本地时钟频率之比。RateRatio可以根据IEEE 802.1AS标准确定。

再次参考图5A，SC 506使用同步消息512更新SC的本地时钟。在一些实施例中，SC-TT根据IEEE 802.1AS更新SC定时。在SC-TT更新SC时钟之后，GM 502、UPF 504和SC 506被同步。在一些实施例中，GM 502、UPF 504和SC 506根据3GPP 23.501第16版进行下行链路同步，并且根据3GPP 23.501第17版进行上行链路同步。

第二定时协议532同步SC 506和UE 508。第二定时协议可以使用5G NR无线帧的物理层信号来执行SC 506和UE 508之间的相对同步。一旦同步，SC 506可以使用5G NR无线帧中编码的时间信息来确定实际的同步时间。在一些实施例中，接收到无线帧的时间可以与虚拟时钟域的定时间隔同步，以便UE可以使用无线帧的到达和时间信息来确定同步时间。在一些实施例中，5G NR无线帧中编码的时间信息可以包括包含协调世界时(UTC)数据的系统信息块9(SIB9)。在一些实施例中，5GNR无线帧是使用无线电资源控制(RRC)协议传输的，其中定时信息编码在SIB9中。

在一些实施例中，UE可以执行随机接入程序以向SC注册以启动数据传输。SC可以使用随机接入程序来确定定时提前(即，信号在SC和UE之间传播所需的时间)。定时提前可以与确定同步时间一起使用，如本文所述。

UE 508的内部时钟周期可以根据无线帧的到达时间和解码的UTC数据进行调节，使得UE 508与无线帧的到达时间同步。此外，到达时间可以用作相对于信息块中编码时间的参考。例如，通过将UE的离散时间段与虚拟时钟域的定时间隔同步，UE可以精确地确定信息块中编码的参考时间是在何时计算的。在离散时间中，时间从一个时间段递增到下一个时间段。如果时钟的时间段是1微秒，则时间将以1微秒的增量递增计数。时钟可以使用周期性信号，如方波，其周期对应于所需的时间段以递增计数。在方波的每个下降沿，时钟将当前时间增加一个时间单位的增量。当虚拟时钟域和UE 508的时钟具有未同步的时间段时，UE时钟的下降沿与虚拟时钟域中时间的递增之间的偏移引入了额外的不确定性到同步中。然而，当UE时钟的下降沿与虚拟时钟域中时间的递增同步时，UE 508可以精确地确定时间何时出现在虚拟时钟域中。在一些实施例中，虚拟时钟域和UE可以在相同的间隔上递增时间。在一些实施例中，虚拟时钟域和UE可以在不同的间隔上递增时间，并且可以在两个间隔的共同倍数上同步。

尽管这里描述的内部时钟同步使用下降沿计数的示例，但是也可以使用其他计数方案，因为这里描述的技术的方面在这方面不受限制。例如，可以使用周期性信号的上升沿。作为另一个例子，可以使用周期性信号的上升沿和下降沿。

根据一些实施例，图5B示出了UE内部时钟与虚拟时钟域同步的过程545。在过程545开始之前，UE可能处于搜索状态。在搜索过程中，UE可能处于待机状态，UE扫描来自无线网络的同步信号。在一些实施例中，UE扫描新无线电绝对射频信道号(NR-ARFCNs)以寻找同步信号。

过程545从块546开始，其中UE根据一些实施例识别与微小区接收下行同步信号相关的NR-ARFCN的同步信号。UE可能包括一个配置为与5G网络通信的5GNR调制解调器。在一些实施例中，5GNR调制解调器可以识别与5G网络相关的无线同步信号。例如，5GNR调制解调器可以识别无线帧的同步信号块(SSB)中的主同步信号(PSS)、辅助同步信号(SSS)和/或扩展同步信号(ESS)。

在其他实施例中，UE可能包括一个调制解调器，用于识别其他移动网络的同步信号，例如6G无线网络。在一些实施例中，调制解调器可以配置为与任何兼容实现TSN的无线网络通信，因为这里描述的技术的方面在这方面不受限制。

根据一些实施例，在块547中，一旦5GNR调制解调器识别出SSB，调制解调器就执行下行链路同步过程。下行链路同步过程将UE的无线电发射机和接收机的频率和相位与SC同步。这个过程可以使用时间锁定环(TLL)电路来同步UE的无线电发射机和接收机与SC的无线电发射机和接收机。在UE和SC的RF信号组件之间同步之后，频率和相位就同步了。

根据一些实施例，在块548中，UE确定参考时间。为了确定参考时间，UE解码包含可以用来确定SC时钟处参考时间的信息元素的系统信息块9。例如，从系统信息块9解码的信息元素可能包括UTC参考时间、闰秒和UTC本地时间偏移。

根据一些实施例，在块549中，5GNR调制解调器确定来自SC的定时提前。为了确定来自SC的定时提前，5GNR调制解调器发起对5G网络的连接过程。例如，5GNR调制解调器可以通过在网络的随机接入信道(RACH)上启动随机接入过程来发起连接。使用随机接入过程，支持TSN的SC确定定时提前。定时提前是无线电信号从UE传输到支持TSN的SC所需的时间，如本文所述。支持TSN的SC从RACH响应中提取定时提前。随着UE的移动、传输路径的变化和/或连接中断，SC可能会更新定时提前。UE可以发送MAC控制元素，以指示应该更新定时提前。

根据一些实施例，在块550中，SC使用物理层信号和子帧数据执行UE时钟的同步协议。SC通过发送与虚拟时钟域同步的无线帧的物理层信号和发送编码在无线帧中的定时数据来执行同步。在一些实施例中，可以使用与无线帧的子帧相关联的物理层信号，通过调整时隙指示信号的传输以与虚拟时钟域的时间相对应，将UE时钟同步到TSN网络的虚拟时钟域。例如，无线帧的第一个子帧(Subframe#0)的第一个时隙(Slot#0)将与虚拟时间域的定时间隔重合。无线帧的同时到达与从无线电分组解码的UTC时间信息相结合，提供了支持TSN的UE和SC之间的同步。在一些实施例中，可以使用与无线帧的符号相关联的边界信号来指示虚拟时钟域的时间。下面将结合图5C进一步详细讨论同步协议。

根据一些实施例，在块551中，在UE时钟同步到虚拟时钟域之后，UE时钟使用后续的物理层信号以循环操作保持系统同步。UE时钟使用物理层信号在下行链路和上行链路传输期间保持频率和相位同步。例如，当UE接收到后续的时隙指示信号时，UE可以检查和/或更新UE时钟与虚拟时钟域的同步。作为另一个例子，当UE接收到与无线帧的符号相关联的后续边界信号时，UE可以检查和/或更新UE时钟与虚拟时钟域的同步。

如上所述，通过TSN实施调度事件受到包括执行调度事件的UE的虚拟时钟域的同步的限制。用于传输和接收无线信号的内部时钟信号非常精确，并且可以利用皮秒甚至亚皮秒精度作为采样频率，以接收和发送5G网络的信号。这些用于频率采样的内部时钟的定时，可能需要频繁调整以适应信号发射器和接收器之间的路径长度变化、多径传输以及传播无线帧的时变条件。因此，内部时钟的定时可能会相对于虚拟时钟域的时间发生变化。发明人已经认识到并意识到，用于保持无线信号频率和相位的精确内部时钟，可以在提供用于将时钟信号转换为本地时间的参考时间时，用来提供精确时间保持。

发明人已经认识到物理层信号比应用层或传输层信号更快，因此开发了使用物理层信号作为参考时间的同步协议，这些参考时间引用无线帧中传输的编码时间，以将UE上的本地时钟与虚拟时钟域同步。在一些实施例中，UE上的本地时钟与虚拟时钟域的同步支持TSN功能。

根据一些实施例，图5C示出了计算机化TSN同步协议。在过程550开始之前，UE可能如上所述与SC同步，如上面结合过程545的块546-549所述。在一些实施例中，过程550可能被配置为根据IEEE 802.1AS标准支持TSN。也可以使用支持虚拟时钟域中组件亚毫秒级同步的TSN的其他标准，因为这里描述的技术的方面在这方面不受限制。

根据一些实施例，过程550从块561开始，其中SC从蜂窝网络节点接收定时信息。蜂窝网络节点可能与网络参考时钟有线通信。通过蜂窝网络节点和网络参考时钟之间的有线连接，蜂窝网络节点接收指示参考时钟基准时间的定时信号。蜂窝网络节点也与SC有线通信。SC通过与蜂窝网络节点的有线通信接收定时信号，这些信号指示来自网络参考时钟的参考时间。

在一些实施例中，由SC接收的定时信息与网络时钟基准和SC的定时同步协议相关联。例如，定时信息可能是一个gPTP消息，其中包括信号传输至SC时的驻留时间和传输延迟。

在一些实施例中，SC可能是支持TSN的SC。支持TSN的SC可以被配置为通过无线协议向UE提供无线网络接入。无线协议可能包括任何能够提供TSN的无线协议。例如，无线协议可能包括5G无线协议。作为另一个例子，无线协议可能包括6G无线协议。

在一些实施例中，蜂窝网络节点可能是UPF网络组件。UPF网络组件可以使用以太网协议通过有线连接与参考时钟和UE进行通信。在一些实施例中，UPF网络组件可能包括作为网络拓扑一部分的多个UPF网络组件。

接下来在块562中，SC根据一些实施例基于定时信息确定定时调整。定时信息包括从主时钟传输到SC的数据包的参考时间和驻留时间。驻留时间在上面结合图5A进行了进一步的描述。在一些实施例中，定时信息还包括定时提前(即，RF信号从SC传输到UE接收器所需的时间)。从定时信息中，确定了UE接收从SC传输的无线帧的虚拟时钟域时间。同步时间代表无线帧将在UE到达虚拟时钟域的时间。同步时间在下面结合图7进一步描述。

在一些实施例中，定时提前可能在过程550开始之前就已经确定。例如，定时提前可以在5GNR调制解调器与网络之间的初始同步期间确定，其中UE调制解调器的频率和相位与SC的发送/接收组件的频率和相位同步。定时提前可以使用上述结合图5B描述的随机接入过程来确定。

在一些实施例中，定时提前可以在同步协议期间确定，以考虑波束路径、波束传播和/或UE相对于SC的移动的任何变化。在一些实施例中，每当UE移动或SC与UE之间的通信中断时，可能会重新计算定时提前。

接下来在块563中，SC根据一些实施例调整传输给UE的定时信号。SC调整无线帧的定时信号以调整UE时钟的定时。在一些实施例中，无线帧的定时信号可能是物理层信号。例如，定时信号可能是时隙指示信号，如此处所述。作为另一个例子，定时信号可能是符号边界信号，如此处所述。

在一些实施例中，UE接收的定时信号与定时反馈电路结合使用，以调整UE的内部时钟侧翼。反馈电路被配置为调整内部时钟侧翼的定时，使其与后续的定时信号一致。使用无线网络的物理层信号将UE时钟同步到虚拟时钟域的更多细节在下面参考图6A-图8进行讨论。

图6A是根据此处描述的实施例使用的无线帧600的示意图。图6A示出了一个被细分为10个子帧602、604、606、608、610、612、614、616、618和620的无线帧。每个子帧包括一个或多个时隙。在无线帧600中，每个子帧602-620包括两个时隙。两个所示的时隙631和632对应于子帧602。每个时隙包括14个符号，如图6A中分别对应于时隙631的符号642、644、646、648、650和652所示。

子帧中的时隙数量由子载波间距(即子载波带宽)决定。在所说明的示例无线帧600中，子载波间距为30kHz。然而，无线网络可能会支持其他常见的子载波间距。例如，可以使用15kHz、60kHz、120kHz和240kHz的子载波间距。当使用15kHz的子载波间距时，每个子帧包括单个时隙。当使用60kHz、120kHz或240kHz的子载波间距时，相应的子帧将分别有4个、8个或16个时隙。

无线帧600的持续时间为10毫秒，包括10个子帧。每个子帧包括可变数量的时隙，每个时隙无论子载波间距如何，都包括14个符号。因此，随着每个子帧的时隙数量增加，符号持续时间减少，因为子帧持续时间是恒定的。时隙的数量和时隙持续时间取决于子载波间距。例如，子载波间距为15kHz、30kHz、60kHz、120kHz和240kHz分别对应于每个子帧1个时隙、2个时隙、4个时隙、8个时隙和16个时隙，时隙持续时间分别为1毫秒、0.5毫秒、0.25毫秒、0.125毫秒和0.0625毫秒，分别对应的符号持续时间为71.42微秒、35.71微秒、17.86微秒、8.93微秒和4.46微秒。

时隙内的符号配置可以被配置为下行链路、上行链路或灵活(即上行链路或下行链路)符号。可以向UE传输时隙指示信号，以指定每个时隙内的符号分配。在一些实施例中，时隙指示可以使用DCI协议传输。时隙指示可能包括关于在下行链路-上行链路模式中配置的符号周期性的指示、每个下行链路-上行链路模式开始时连续全下行链路时隙的数量、部分填充时隙开始的连续下行链路符号数量、每个下行链路-上行链路模式结束时连续全上行链路时隙的数量和/或部分填充时隙结束时的连续上行链路符号数量。在一些实施例中，时隙指示可以根据其他格式配置，这些格式被配置为向UE提供时隙和/或符号使用的指示。

在一些实施例中，SC可以传输时隙指示信号，使得时隙指示信号的到达与SC时钟的侧翼信号相对应。根据一些实施例，图6B示出了SC时钟侧翼信号与无线帧的子帧之间的时间关系的示意图。图6B示出了无线帧600的前五个时隙631、632、633、634和635。在传输每个时隙的有效载荷之前，分别向UE传输指示信号661、662、663、664和665。UE时钟侧翼信号671、672、673、674和675的时序由垂直虚线表示。在图6B中，时间沿x轴前进，从左向右增加。无线帧的前五个子帧被传输给UE，时隙的位置指示了每个相应时隙到达UE的时间。如时隙、时隙指示信号和UE时钟侧翼信号的垂直对齐所示，它们在时间上是同步的。因此，时隙指示信号可以作为参考时间，用于在时隙指示信号的到达与无线帧的时间信息块中编码的时间数据相对应时，将时钟信号转换为本地时间。为了提供与参考时间的同步，SC传输时隙指示，使其以参考时间的偶数时间间隔到达。在图6A和6B所示的实施例中，子载波间距为30kHz。因此，时隙持续时间为500微秒，并且每500微秒传输一个新的时隙指示。在图6B所示的示例中，时间格式为小时：分钟：秒：毫秒微秒纳秒。发送时隙指示，使得它们在参考时间为500μs的整数倍时到达UE。时隙指示信号661在参考时间为16:30:23:000 000 000时到达UE。时隙指示信号662在参考时间为16:30:23:000 500 000时到达UE。时隙指示信号663在参考时间为16:30:23:001 000 000时到达UE。时隙指示信号664在参考时间为16:30:23:001 500 000时到达UE。时隙指示信号665在参考时间为16:30:23:002000 000时到达UE。

指示信号的到达时间的实施使得UE能够通过使用用于保持频率和相位同步的精确内部时钟，在时隙指示信号之间保持与参考时钟的精确同步。在一些实施例中，UE可以使用每个时隙指示信号来检查和/或调整UE时钟的同步。在一些实施例中，UE可以仅使用每个无线帧中的一个或多个时隙指示信号来检查和/或调整UE时钟的同步。UE可以使用任意数量的时隙指示信号来检查和/或调整UE时钟的同步，这提供了给定过程所需的同步程度。UE时钟相对于参考时间的漂移程度、UE到SC的距离、UE的速度以及UE正在执行的特定过程可能会影响确定使用一个或多个指示信号检查和/或调整UE时钟同步的频率。

如上所述，时隙指示信号是一个物理层信号。在一些实施例中，其他物理层信号可用于指示SC和UE之间的同步。系统可以实现基于OFDM符号的同步以提高同步精度。每个时隙包括14个OFDM符号，通过使用符号边界作为同步信号，可以减少规范信号(即符号边界)与参考时钟之间的偏差。例如，时间锁定环(TLL)系统可以实现与虚拟时钟域的参考时钟的同步。在一些实施例中，使用符号边界作为同步信号时，可实现的最小同步精度取决于所使用的子载波间距。在一些实施例中，可以使用数据帧的符号子集中的信号编码，例如同步信号模式，作为同步信号。例如，PSS和/或SSS可以用作同步信号。

子载波间距决定了符号持续时间，在信号中断或发生错误以及符号同步丢失的情况下，后续符号将重新建立同步。在这种情况下，同步程序可以提供与符号持续时间相当的最小精度。例如，当使用15kHz的子载波间距时，符号持续时间由以下公式给出。

作为一个例子，当使用30kHz或60kHz的子载波间距时，最小精度大约分别为36微秒和18微秒。

在SC和UE之间传输无线帧时，发射机和接收机在频率和相位上是同步的。在一些实施例中，无线帧在小于3GHz的频率上传输。在一些实施例中，无线帧在3GHz到6GHz之间的频率上传输。在一些实施例中，无线帧在大于6GHz的频率上传输。大于或等于1GHz的频率周期对应于小于或等于1纳秒的振荡周期。因此，用于传输和接收的频率和相位的同步可以在1纳秒以内。在一些实施例中，频率和相位的同步用于从最后一个同步信号开始计算UE时钟的本地时间。在一些实施例中，UE时钟和SC时钟之间的同步精度同步到100纳秒、10纳秒或1纳秒以内。

在一些实施例中，时序信号可用于连续调整UE时钟以确保UE和SC之间的同步。在一些实施例中，调整UE时钟的周期性基于与此处描述的过程指令和/或设置的QoS相关的期望精度。在一些实施例中，基于接收到的时序信号调整UE时钟的周期性可能会根据与UE执行的过程相关的一组指令而变化。

根据一些实施例，图7示出了基于UE接收到的时序信号调整UE时序系统的过程700。UE确定时序信号和UE时序系统的内部时钟侧翼(即内部时钟)之间的偏移量Δ。在所示的实施例中，UE确定了时隙指示661和内部时钟侧翼671之间的偏移量702。为了确定使UE与虚拟时钟域同步UE的同步时间，UE使用参考时间、定时提前和偏移量，如下方程所描述：

τ_{Synchrnoized Time}＝τ_{Reference Time}+τ_{Timing Advance}±Δ_{Timing Signal} 方程3

在方程式3中，τ_{Reference Time}是传输时虚拟时钟域的时间，τ_{Timing Advance}是信号在SC和UE之间传播的时间，Δ_{Timing Signal}是物理层信号到达UE与下一个时钟侧翼之间的时间。偏移量Δ_{Timing Signal}也可以由时序反馈电路用来调整内部时钟侧翼，使其与后续时序信号一致。

根据一些实施例，图8示出了一种时间锁环反馈电路800。在一些实施例中，时间锁环800使用时间输出而不是使用相位进行反馈。时间锁环在提供对时钟信号的调整的同时，保持传输和接收信号之间的相位对齐。在一些实施例中，时序反馈电路像一个在时间域而不是相位域工作的PLL(锁相环)。例如，时间锁环包括受控振荡器802、实时时钟(计数器)804、时间比较器806和环路滤波器808。在一些实施例中，受控振荡器802生成周期性时序信号。实时计数器804使用周期定时信号来计数时间并产生超时信号。超时信号作为反馈提供给时间比较器806，时间比较器806将计算出的超时与参考时间输入信号进行比较。时间比较器806的结果经过环路滤波器808过滤后，作为输入提供给受控振荡器802。

根据一些实施例，图9示出了包括5G微小区和UE的TSN网络900的示例实现。TSN网络900包括TSN启用的微小区(TESC)902，用于为UE 910提供5G网络连接。TESC 902向UE调制解调器914发送具有定时提前904的无线帧912，使得无线帧912的物理层信号的到达时间与无线帧912的时间块内编码的时间相对应。调制解调器914和主处理器916之间的接口包括网络同步的时钟信号和时间戳形式的网络时间，时间戳包括定时提前。主处理器916可以使用网络时间来调度执行器918要执行的实时动作。

在一些实施例中，调制解调器914从5GNR帧912中提取PSS和SSS，以生成用于将本地时钟与网络时间同步的信号。这种解决方案使得在UE 910、5G SC基站902和系统的参考时钟之间实现虚拟时钟域或TSN网络成为可能。根据本文描述的一些实施例，TSN网络保证时钟精度将优于1.5微秒。

根据一些实施例，图10示出了一个示例性的TSN注册和执行请求。在图3所示的实施例中，应用程序实现了客户端-服务器架构。客户端-服务器架构包括一个专用的控制器1004，它是一个工业控制器。如图10所示，UE 1002可以与控制器建立应用层通信。为了建立应用层通信，UE 1002向控制器1004发送设备注册请求1010，以在接收控制器指令的系统上注册UE。设备注册请求1010可以表明设备用户ID(UID)，如果设备支持基于5G无线帧的同步(即无线TSN能力)以及同步精度。如上所述，对于某些应用，同步精度将受到数字学(即子载波间距)的影响。控制器1004用设备注册响应1012进行响应。在注册之后，控制器1004可以向UE 1002发送时间对齐的动作执行请求，该请求包括执行时间戳、动作ID和任何可选参数。例如，控制器1004可以向UE 1002发送动作执行请求1020，指定UE 1002执行动作的时间。作为响应，UE 1002可以通过发送动作执行响应1022来确认预定动作执行的响应。控制器1004可以发送额外的动作执行请求，指定UE 1002执行后续动作。在一些实施例中，控制器1004可以依次发送动作执行请求，如图10所示。控制器1004在接收到动作执行响应1022后，向UE 1002发送后续动作执行请求1024。UE 1002可以通过发送动作执行响应1026来响应动作执行请求1022。动作执行响应1026可以指示动作已经执行，或者动作执行响应1026可以确认已接收到预定的动作请求，并用即将到来的时间戳确认预定的执行时间。在其他实施例中，控制器1004可以以非顺序配置发送多个动作执行请求。

根据一些实施例，图11示出了示例性对等TSN协议1100。TSN协议可以使用对等应用实现没有集中式控制器的网络。在对等应用中，可以使用与图3所示相同的架构，但可以不使用集中式控制器来执行设备注册和动作调度。在对等应用中，边缘设备，如多个UE，协商并同意共同执行的动作。通过这种方式，对等应用实现了部署在物理设备中的多智能体系统的协作机器人部署。参与TSN协议的对等方能够根据环境的实时需求或特性调整预定的动作。

图11示出了作为对等网络1100组件的UE 1102、1104、1106、1108和1110。根据一些实施例，UE 1102被示出为执行自动发现和动作执行过程。自动发现过程通过向广播设施广播设备标识符来开始，以向对等网络注册UE 1102。新部署的UE具有设备标识符和能力，如指示设备支持基于5G无线帧的同步和可能包括在设备注册消息1120中的准确性。该广播消息通过分别对应于UE 1106、1108和1110的后续设备注册消息1122、1124和1126被转发给对等网络的UE。

在UE注册之后，可以在网络1100的对等方之间传输动作执行请求。例如，UE 1102可以向UE 1106发送包括时间戳、动作ID和可选参数的动作执行请求1130。UE 1106可以通过发送动作执行响应来响应，确认动作执行请求的调度，如本文所述。额外动作执行请求可以同时和/或随后通过网络1100的其他UE发送额外的动作执行请求。例如，UE 1108可以向UE 1110发送动作执行请求1140，UE 1110可以通过发送动作执行响应1142来响应，如本文所述。

图12示出了计算设备的一种示例实现，以计算设备1200的形式，它可以用于实现本文描述的技术，尽管还有其他可能性。应该理解，图12既不是要描述计算设备作为根据本文描述的技术运行的IIoT或TSN设施的必要组件，也不是要进行全面描述。

计算设备1200至少可以包括一个处理器1202、网络适配器1204和非易失性计算机可读存储介质1206。计算设备1200可以是例如台式机或个人笔记本电脑、个人数字助理、智能手机、IIoT设备或任何其他合适的计算设备。网络适配器1204可以是任何合适的硬件和/或软件，使计算设备1200能够通过有线和/或无线连接与任何其他合适的计算设备在任何合适的计算网络上进行通信，并使用任何合适的网络协议，如本文所述。计算网络可以包括交换机、路由器、网关、接入点和其他网络设备，以及用于在两个或更多计算机之间交换数据的任何合适的有线和/或无线通信介质或媒体，包括互联网。非易失性计算机可读存储介质1206可以适应于存储要由处理器1202处理的数据和/或要由处理器1202执行的指令。处理器1202使数据处理和指令执行成为可能。数据指令可以存储在计算机可读存储介质1206上。处理器1202可以以任何合适的方式控制将数据写入非易失性计算机可读存储介质1206内存1210以及从非易失性计算机可读存储介质1206和内存1210读取数据，因为本文提供的公开内容的方面在这方面不受限制。

存储在计算机可读存储介质1206上的数据和指令可以包括实现根据本文描述的技术操作的计算机可执行指令。在图12的示例中，非易失性计算机可读存储介质1206存储实现各种设施和存储各种信息的计算机可执行指令，如上所述。非易失性计算机可读存储介质1206可以根据本文描述的一些实施例存储IIoT或TSN设施。

虽然在图12中没有示出，但计算设备还可以有一个或多个组件和外设，包括输入和输出设备。这些设备可以用于呈现用户界面。例如，可用于提供用户界面的输出设备包括用于视觉呈现输出的打印机或显示屏，以及用于听觉呈现输出的扬声器或其他声音生成设备。可用于用户界面的输入设备示例包括键盘和指向设备，如鼠标、触摸板、数字化平板等。作为另一个示例，计算设备可以通过语音识别或以其他音频格式接收输入信息。

根据本文描述的原理操作的技术可以以任何适当的方式实现。上述流程图的处理和决策块代表可以包括在执行这些各种过程的算法中的步骤和行动。从这些过程中得出的算法可以作为软件实现，与一个或多个单用途或多用途处理器的操作集成并指导其操作，可以作为功能等效电路实现，如数字信号处理(DSP)电路或专用集成电路(ASIC)，或者可以以任何其他适当的方式实现。应当理解，本文包含的流程图不描绘任何特定电路的语法或操作，也不描绘任何特定编程语言或编程语言类型的语法或操作。相反，流程图说明了本领域技术人员可以用来制造电路或实现计算机软件算法以执行本文描述的特定类型技术的功能信息。还应当理解，除非本文另有说明，否则每个流程图中描述的步骤和/或行动的具体序列仅仅是说明性的算法，可以在实现本文描述的原理的实施例和实现中有所不同。

因此，在一些实施例中，本文描述的技术可以体现为作为软件实现的计算机可执行指令，包括作为应用软件、系统软件、固件、中间件、嵌入式代码或任何其他适当类型的计算机代码。这样的计算机可执行指令可以使用多种适当的编程语言和/或编程或脚本工具编写，并且也可以编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。

当本文描述的技术体现为计算机可执行指令时，这些计算机可执行指令可以以任何适当的方式实现，包括作为多个功能设施，每个设施提供一个或多个操作以完成根据这些技术操作的执行算法。然而实例化的“功能设施”，是计算机系统的结构组件，当与一个或多个计算机集成并由其执行时，使这一个或多个计算机执行特定的操作角色。功能设施可以是软件元素的一部分或全部。例如，功能设施可以实现为进程的功能，或者作为离散进程，或者作为任何其他适当的处理单元。如果本文描述的技术实现为多个功能设施，则每个功能设施可以以其自己的方式实现；不必都以相同的方式实现。此外，这些功能设施可以适当地并行和/或串行执行，并且可以使用在其上执行的计算机(多个)的共享内存，使用消息传递协议，或以任何其他适当的方式在彼此之间传递信息。

通常，功能设施包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，功能设施的功能可以根据它们在其中运行的系统所需组合或分布。在某些实现中，执行本文中的一种或多种技术的一个或多个功能设施可以共同形成一个完整的软件包。在替代实施例中，这些功能设施可以适应于其他无关的功能设施和/或进程交互，以实现软件程序应用程序。

本文已经描述了一些用于执行一个或多个任务的示例性功能设施。然而，应该理解，所描述的功能设施和任务划分仅仅是用来说明可以使用本文描述的示例性技术实现的功能设施的类型，并且实施例不限于以任何特定数量、划分或类型的功能设施来实现。在某些实现中，所有功能都可以在一个功能设施中实现。还应该理解，在某些实现中，本文描述的一些功能设施可以与其他功能设施一起实现或与它们分开实现(即作为一个单元或单独的单元)，或者其中一些功能设施可能不被实现。

实现本文描述的技术的计算机可执行指令(当作为一个或多个功能设施实现或以任何其他方式实现时)在某些实施例中可以被编码到一个或多个计算机可读介质上，以为介质提供功能。计算机可读介质包括磁介质，如硬盘驱动器，光介质，如光盘(CD)或数字多功能盘(DVD)，持久性或非持久性固态存储器(例如闪存，磁性RAM等)，或任何其他适当的存储介质。这样的计算机可读介质可以以任何适当的方式实现。如本文所用，“计算机可读介质”(也称为“计算机可读存储介质”)指的是有形存储介质。有形存储介质是非瞬态的，并且至少具有一个物理结构组件。在本文中使用的“计算机可读介质”中，至少一个物理结构组件具有至少一个物理属性，该属性可以在创建带有嵌入信息的介质的过程中、在其上记录信息的过程中或任何其他对介质进行信息编码的过程中以某种方式改变。例如，在记录过程中，计算机可读介质的部分物理结构的磁化状态可能会改变。

此外，上述一些技术包括以某些方式存储信息(例如，数据和/或指令)以供这些技术使用的动作。在这些技术的某些实现中——例如，在这些技术作为计算机可执行指令实现的实现中——信息可以被编码在计算机可读存储介质上。在本文描述了特定结构作为存储此信息的有利格式的情况下，这些结构可以用来在存储介质上赋予信息的物理组织。然后，这些有利的结构可以通过影响与信息共享操作的一个或多个处理器的操作来为存储介质提供功能；例如，通过提高处理器执行的计算机操作的效率。

在一些但不是所有的实现中，这些技术可以作为计算机可执行指令体现，这些指令可以在任何适当的计算机系统中运行的一个或多个适当的计算设备上执行，或者一个或多个计算设备(或一个或多个计算设备的一个或多个处理器)可以被编程以执行计算机可执行指令。当指令以计算设备或处理器可访问的方式存储时，计算设备或处理器可以被编程以执行指令，例如在数据存储中(例如，片上缓存或指令寄存器，通过总线可访问的计算机可读存储介质，通过一个或多个网络可访问且可由设备/处理器访问的计算机可读存储介质等)。包括这些计算机可执行指令的功能设施可以与单个多用途可编程数字计算设备的操作集成并指导其操作，是两个或更多多用途计算设备的协调系统共享处理能力并共同执行本文描述的技术，是专用于执行本文描述的技术的单个计算设备或计算设备的协调系统(共位或地理分布式)，是用于执行本文描述的技术的一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)，或任何其他适当的系统。

已经描述了在电路和/或计算机可执行指令中实现技术的一些实施例。应当理解，一些实施例可以采用方法的形式，至少提供了一个示例。作为方法的一部分执行的动作可以以任何适当的方式排序。因此，可以构建实施例，其中以不同于所示的顺序执行动作，这可能包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中显示为顺序动作。

上述实施例的各个方面可以单独使用、组合使用，或者以未在前述实施例中具体讨论的各种排列方式使用，因此其应用不限于前述描述中阐述的细节和组件的排列，或在附图中示出的内容。例如，一个实施例中描述的方面可以以任何方式与另一个实施例中描述的方面结合。

本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”，应理解为指代如此连接的元素中的“任一或两者”，即在某些情况下共同存在而在其他情况下分别存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应以相同的方式进行解释，即如此连接的“一个或多个”元素。除了“和/或”条款中明确指出的元素之外，其他元素可以任选地存在，无论与那些明确指出的元素相关或不相关。因此，作为一个非限制性示例，当与开放式语言如“包括”结合使用时，提及“A和/或B”可以指在一个实施例中仅指A(任选包括除B之外的元素)；在另一个实施例中，仅指B(任选包括除A之外的元素)；在又一个实施例中，指A和B(任选包括其他元素)；等等。

本文在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一(a)”和“一个(an)”，除非明确指出相反，否则应理解为指“至少一个”。

本文在说明书和权利要求书中使用的短语“至少一个”，在引用一个或多个元素的列表时，应理解为指从元素列表中的任何一个或多个元素中选出的至少一个元素，但不一定包括元素列表中具体列出的每一个元素，也不排除元素列表中元素的任何组合。这个定义也允许除了短语“至少一个”所指的元素列表中具体识别的元素之外，还可以任选地存在元素，无论与那些具体识别的元素相关或不相关。因此，作为一个非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地，“A和/或B中的至少一个”)可以指在一个实施例中，至少有一个A，任选包括多于一个A，不存在B(并任选包括除B之外的元素)；在另一个实施例中，至少有一个B，任选包括多于一个B，不存在A(并任选包括除A之外的元素)；在又一个实施例中，至少有一个A，任选包括多于一个A，以及至少有一个B，任选包括多于一个B(并任选包括其他元素)；等等。

在权利要求中使用序数术语如“第一”、“第二”、“第三”等来修饰权利要求元素本身并不意味着任何优先级、先后顺序或一个权利要求元素相对于另一个的权利要求元素的顺序，或者执行方法动作的时间顺序，而只是用作标签，以区分具有某个名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一元素(但使用了序数术语)，以区分权利要求元素。

此外，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。本文中使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变体，意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。

本文中定义和使用的所有定义应理解为控制词典定义、通过引用并入的文件中的定义和/或所定义术语的普通含义。

本文中使用的单词“示例性”是指作为例子、实例或说明。因此，本文中描述为示例性的任何实施例、实现、过程、特征等应理解为说明性的例子，除非另有说明，否则不应理解为优选或有利的示例。

在描述了至少一个实施例的几个方面之后，应当理解，本领域的技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。这些变更、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在处于本文描述的原理的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。

本公开描述了各个方面，包括但不限于以下方面：

1.一种通过蜂窝网络的无线信道提供时间敏感网络(TSN)同步协议的计算机化方法，该方法包括由蜂窝网络设备执行以下操作：通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中：蜂窝网络节点与网络设备进行有线通信；以及定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议向网络设备的传输时间相关联；通过网络设备基于定时信息确定定时调整；以及基于定时调整，调整网络设备向与蜂窝网络节点通过该网络设备进行蜂窝通信的用户设备传输的定时信号，其中定时信号用于根据TSN同步协议调整用户设备的定时系统。

2.根据方面1的计算机化方法，其中TSN同步协议是无线同步协议，并且无线同步协议包括：由网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括向用户设备传输作为定时信号的参考同步信号的模式；由网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括对应于下行链路信息到达用户设备的时间的响应信息；以及由网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括比较与网络设备传输下行链路信息相关联的第一个时间与网络设备接收上行链路信息相关联的第二个时间。

3.根据方面2的计算机化方法，其中由网络设备接收上行链路信息还包括在网络设备和用户设备之间使用随机接入过程，以及确定延迟信息还包括确定定时提前。

4.根据方面2的计算机化方法，其中：无线帧包括多个子帧，多个子帧中的每一个包括多个时隙，多个时隙中的每一个包括多个符号；以及传输参考同步信号的模式还包括将参考同步信号的模式作为多个符号的子集进行传输。

5.根据方面4的计算机化方法，其中确定定时调整还包括：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

6.根据方面5的计算机化方法，其中无线帧的部分是无线帧的第一个子帧的第一个时隙，无线帧到达用户设备的目标到达时间是同步时钟间隔的开始。

7.根据方面5-6中任一项的计算机化方法，其中TSN同步协议支持符合IEEE802.1AS标准的TSN，TSN同步协议还包括由网络设备传输同步时间，使得当同步时间到达用户设备时，同步时间在参考时间的预定阈值内同步。

8.根据方面7的计算机化方法，其中预定阈值在参考时间的1纳秒内、参考时间1微秒内或其某种组合。

9.根据方面7的计算机化方法，其中预定阈值在具有时变条件的色散信道中为参考时间的250纳秒内。

10.根据方面2-9中任一项的计算机化方法，其中传输参考同步信号模式还包括使用15kHz至240kHz的子载波带宽传输无线帧。

11.根据方面1-10中任一项的计算机化方法，其中从蜂窝网络接收定时信息包括基于蜂窝网络的通用精确时间协议(g-PTP)接收参考时钟到网络节点的参考时间、驻留时间和链路延迟。

12.根据方面1-11中任一项的计算机化方法，其中网络设备是基站。

13.根据方面12的计算机化方法，其中基站是gNodeB，蜂窝网络是5G网络。

14.一种配置为通过蜂窝网络的无线信道提供TSN同步协议的装置，该装置包括与存储器和一组额外处理资源通信的处理器，处理器被配置为执行存储在存储器中的指令，该指令使处理器：通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中：蜂窝网络节点与网络设备进行有线通信；定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议向网络设备的传输时间相关联；由网络设备基于定时信息确定定时调整；以及基于定时调整，调整网络设备向通过网络设备与蜂窝网络节点进行蜂窝通信的用户设备发送的定时信号，其中定时信号用于根据TSN同步协议调整用户设备的定时系统。

15.根据方面14的装置，其中TSN同步协议是无线同步协议，并且指令进一步根据TSN同步协议配置，以使装置：通过网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括向用户设备传输作为定时信号的参考同步信号的模式；通过网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括对应于下行链路信息到达用户设备的时间的响应信息；以及网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括比较与网络设备传输下行链路信息相关联的第一时间与网络设备接收上行链路信息相关联的第二个时间。

16.根据方面15的装置，其中指令被配置为使得无线帧包括多个子帧，多个子帧中的每一个包括多个时隙，多个时隙中的每一个包括多个符号；并且指令进一步被配置为使装置传输参考同步信号的模式还包括将参考同步信号的模式作为多个符号的子集进行传输。

17.根据方面16的装置，其中使装置确定定时调整的指令进一步被配置为：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

18.根据方面15-17的装置，其中指令进一步被配置为执行从蜂窝网络发送的动作，这些动作与至少一个用户设备动作通过指定要执行的动作类型和执行动作的时间的通信协议时间同步。

19.至少一种非暂时性计算机可读存储介质，编码有多个计算机可执行指令，当被执行时，执行一种通过蜂窝网络的无线信道提供TSN同步协议的方法，该方法包括：通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中：蜂窝网络节点与网络设备进行有线通信；定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议向网络设备的传输时间相关联；由网络设备基于定时信息确定定时调整；以及基于定时调整，调整网络设备向通过网络设备与蜂窝网络节点进行蜂窝通信的用户设备发送的定时信号，其中定时信号用于根据TSN同步协议调整用户设备的定时系统。

20.根据方面19的至少一种非暂时性计算机可读存储介质，其中同步协议是无线同步协议，无线同步协议包括：由网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中传输下行链路信息包括向用户设备传输作为定时信号的参考同步信号模式；由网络设备接收无线帧的上行链路信息，其中上行链路信息包括对应于下行链路信息到达用户设备的时间的响应信息；以及网络设备确定与无线帧从网络设备无线传输到用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定延迟信息包括比较与网络设备传输下行链路信息相关联的第一时间与网络设备接收上行链路信息相关联的第二个时间。

21.根据方面20的至少一种非暂时性计算机可读存储介质，其中确定定时调整进一步包括：基于定时信息和延迟信息确定同步时间；基于同步时间确定无线帧的部分的目标到达时间；以及基于目标到达时间、定时信息和延迟信息确定定时调整，使得被传输时，无线帧的该部分在目标到达时间到达用户设备。

22.一种配置为通过蜂窝网络的无线信道接收同步协议的装置，该装置包括与存储器和一组附加处理资源通信的处理器，处理器被配置为执行存储在存储器中的指令，该指令使处理器：通过用户设备接收来自网络设备的定时信息，其中：接收包括用户设备接收无线帧的下行链路信息，下行链路信息包括配置为对用户设备的定时信号的频率和相位同步信号；用户设备从5GNR无线电资源控制系统信息块9中提取定时提前MAC控制元素和网络设备的时间参考，以使用频率和相位同步信号进行调整和规范；用户设备从与无线帧相关联的时隙指示信号和/或符号边界信号中提取物理层信号，以调整和规范化用户设备的内部时钟，以匹配包含启用TSN的用户设备、网络设备、网络节点和TSN控制器的虚拟时钟域内的时间精度。

23.根据方面22的装置，其中指令进一步包括通知网络设备关于使用方面17中描述的指令支持的同步协议和可实现的时间精度。

24.根据方面22的装置，其中包括时钟规范化子系统，使用时隙指示信号和/或符号边界信号的物理信号来规范化内部时钟，该内部时钟将定时信息转换为包括与方面17中描述的指令相关联的消息的计算机可执行指令。

Claims (21)

1.一种通过蜂窝网络的无线信道提供时间敏感网络(TSN)同步协议的计算机化方法，所述方法包括由蜂窝网络设备执行：

通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中：

所述蜂窝网络节点与所述网络设备进行有线通信；以及

所述定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议传输到所述网络设备的传输时间相关联；

由所述网络设备基于所述定时信息确定定时调整；以及

基于所述定时调整，调整由所述网络设备传输到与所述蜂窝网络节点通过所述网络设备进行蜂窝通信的用户设备的定时信号，其中所述定时信号用于根据所述TSN同步协议调整所述用户设备的定时系统。

2.根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述TSN同步协议是无线同步协议，并且所述无线同步协议包括：

通过所述网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中所述传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为所述定时信号传输给所述用户设备；

通过所述网络设备接收所述无线帧的上行链路信息，其中所述上行链路信息包括与所述下行链路信息到达所述用户设备的时间相对应的响应信息；以及

通过所述网络设备确定与所述无线帧从所述网络设备无线传输到所述用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定所述延迟信息包括比较与所述网络设备传输所述下行链路信息相关联的第一时间和与所述网络设备接收所述上行链路信息相关联的第二时间。

3.根据权利要求2所述的计算机化方法，其中所述通过所述网络设备接收所述上行链路信息还包括在所述网络设备和所述用户设备之间使用随机接入过程，以及所述确定所述延迟信息还包括确定定时提前。

4.根据权利要求2所述的计算机化方法，其中：

所述无线帧包括多个子帧，所述多个子帧中的每一个包括多个时隙，所述多个时隙中的每一个包括多个符号；以及

传输所述参考同步信号的模式还包括将所述参考同步信号的模式作为所述多个符号的子集进行传输。

5.根据权利要求4所述的计算机化方法，其中所述确定所述定时调整还包括：

基于所述定时信息和所述延迟信息确定同步时间；

基于所述同步时间确定所述无线帧的部分的目标到达时间；以及

基于所述目标到达时间、所述定时信息和所述延迟信息确定所述定时调整，使得当被传输时，所述无线帧的所述部分在所述目标到达时间到达所述用户设备。

6.根据权利要求5所述的计算机化方法，其中所述无线帧的所述部分是所述无线帧的第一子帧的第一时隙，并且所述无线帧到达所述用户设备的所述目标到达时间是同步时钟间隔的开始。

7.根据权利要求5所述的计算机化方法，其中所述TSN同步协议支持符合IEEE 802.1AS标准的TSN，所述TSN同步协议进一步包括由所述网络设备传输所述同步时间，使得当所述同步时间到达所述用户设备时，所述同步时间在参考时间的预定阈值内同步。

8.根据权利要求7所述的计算机化方法，其中所述预定阈值在所述参考时间的1纳秒内、所述参考时间的1微秒内或其某种组合。

9.根据权利要求7所述的计算机化方法，其中在具有时变条件的色散信道中，所述预定阈值是在所述参考时间的250纳秒内。

10.根据权利要求2所述的计算机化方法，其中传输所述参考同步信号的模式还包括使用从15kHz到240kHz的子载波带宽传输无线帧。

11.根据权利要求1所述的计算机化方法，其中从所述蜂窝网络接收定时信息包括基于所述蜂窝网络的通用精确时间协议(g-PTP)接收从所述参考时钟到所述网络节点的参考时间、驻留时间和链路延迟。

12.根据权利要求1所述的计算机化方法，其中所述网络设备是基站。

13.根据权利要求12所述的计算机化方法，其中所述基站是gNodeB并且所述蜂窝网络是5G网络。

14.一种配置为通过蜂窝网络的无线信道提供TSN同步协议的装置，所述装置包括与存储器和一组额外处理资源通信的处理器，所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述指令使所述处理器：

通过所述网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中：

所述蜂窝网络节点与所述网络设备进行有线通信；以及

所述定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议向所述网络设备的传输时间相关联；

通过所述网络设备基于所述定时信息确定定时调整；以及

基于所述定时调整，调整由所述网络设备传输给与所述蜂窝网络节点通过所述网络设备进行蜂窝通信的用户设备的定时信号，其中所述定时信号用于根据TSN同步协议调整所述用户设备的定时系统。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述TSN同步协议是无线同步协议，并且其中所述指令进一步根据所述TSN同步协议配置为使所述装置：

通过所述网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中所述传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为所述定时信号传输给所述用户设备；

通过所述网络设备接收所述无线帧的上行链路信息，其中所述上行链路信息包括与所述下行链路信息到达所述用户设备的时间相对应的响应信息；以及

通过所述网络设备确定与所述无线帧从所述网络设备无线传输到所述用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定所述延迟信息包括比较与所述网络设备传输所述下行链路信息相关联的第一时间和与所述网络设备接收所述上行链路信息相关联的第二时间。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述指令被配置为使得所述无线帧包括多个子帧，其中所述多个子帧中的每一个包括多个时隙，其中所述多个时隙中的每一个包括多个符号；以及

所述指令进一步被配置为使得所述装置传输所述参考同步信号的模式还包括将所述参考同步信号的模式作为所述多个符号的子集进行传输。

17.根据权利要求16所述的装置，使所述装置确定所述定时调整的指令进一步被配置为：

基于所述定时信息和所述延迟信息确定同步时间；

基于所述同步时间确定所述无线帧的部分的目标到达时间；以及

基于所述目标到达时间、所述定时信息和所述延迟信息确定所述定时调整，使得当被传输时，所述无线帧的所述部分在所述目标到达时间到达所述用户设备。

18.根据权利要求15所述的装置，其中所述指令进一步被配置为执行从所述蜂窝网络发送的动作，所述动作与至少一个用户设备动作通过通信协议时间同步，所述通信协议指定要执行的动作类型和所述动作应被执行的时间。

19.至少一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质编码有多个计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被执行时，执行一种通过蜂窝网络的无线信道提供TSN同步协议的方法，所述方法包括：

通过网络设备接收来自蜂窝网络节点的定时信息，其中：

所述蜂窝网络节点与所述网络设备进行有线通信；以及

所述定时信息与网络时钟基准和根据有线同步协议传输到所述网络设备的传输时间相关联；

由所述网络设备基于所述定时信息确定定时调整；以及

基于所述定时调整，调整由所述网络设备传输给与所述蜂窝网络节点通过所述网络设备进行蜂窝通信的用户设备的定时信号，其中所述定时信号用于根据所述TSN同步协议调整所述用户设备的定时系统。

20.根据权利要求19所述的至少一种非暂时性计算机可读存储介质，其中所述同步协议是无线同步协议，并且所述无线同步协议包括：

通过所述网络设备传输无线帧的下行链路信息，其中所述传输下行链路信息包括将参考同步信号的模式作为所述定时信号传输给所述用户设备；

通过所述网络设备接收所述无线帧的上行链路信息，其中所述上行链路信息包括与所述下行链路信息到达所述用户设备的时间相对应的响应信息；以及

通过所述网络设备确定与所述无线帧从所述网络设备无线传输到所述用户设备的传输时间相关的延迟信息，其中确定所述延迟信息包括比较与所述网络设备传输所述下行链路信息相关联的第一时间和与所述网络设备接收所述上行链路信息相关联的第二时间。

21.根据权利要求20所述的至少一种非暂时性计算机可读存储介质，其中所述确定定时调整还包括：

基于所述定时信息和所述延迟信息确定同步时间；

基于所述同步时间确定所述无线帧的部分的目标到达时间；以及

基于所述目标到达时间、所述定时信息和所述延迟信息确定所述定时调整，使得当被传输时，所述无线帧的所述部分在所述目标到达时间到达所述用户设备。