[发明专利]一种用于分布式无线网络的载波同步方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种载波同步方法，具体涉及一种用于分布式无线网络的载波同步方法及系统。

背景技术

无线技术的进步促使大规模、低成本的无线传感器网络快速发展。无线传感器网络能够完成通信和遥感任务。每一个传感器都可以同时完成环境感知、数据处理、信息存储以及与其他传感器的通信。传感器之间能够协同完成某一任务。由于每个传感器的本地晶振不同，因而，保证多个传感器的时间、频率同步，直接关系到用户的通信质量和可靠性。

分布式无线网络主要有两类频率/相位同步方法：闭环同步方法和开环同步方法。2010年1月，R.Mudumbai、J.Hespanha、U.Madhow和G.Barriac在IEEE Transactions on Information Theory第56卷第1期中发表的“Distributed transmit beamforming using feedback control”是一种闭环同步方法。它的主要思想是直接测量传感器节点发送信号的载波/相位偏差、量化误差并向相应的传感器反馈需要调整的相位信息。2011年，C.Wang、Q.Y.Yin、B.C.Shi、H.Y.Chen和Q.Y.Zou在Proceedings of the IEEE Conference on Communications上发表的“Distributed transmit beamforming based on frequency scanning”是一种开环同步方法，它的主要思想是目标向各个传感器发送参考信号。传感器将信息附加到参考信号上发送，并在目标处将信号合并。但是，该方法必须预先准确知道任意两个传感器与目标的距离差异。此外，当传感器数量很大时，开环方法中的发送时隙在处理上会非常复杂，这会限制系统的扩展性和鲁棒性。

2004年，G.Barreac、R.Mudumbai和U.Madhow在Proceedings of the Third International Symposium on Information Processing in Sensor Networks上发表的“Distributed beamforming for information transfer in sensor networks”中提出使用主从结构的载波同步方法。主节点向各个从节点广播参考信号，从节点接收到参考信号后通过锁相环获取参考信号的频率和相位，进而调整从节点的本地晶振达到同步的目的。但是该方法存在一些不足。由于多普勒效应和未知传播时延的影响，该方法在载波信号之间存在未知的相位偏差。

2007年4月，R.Mudumbai、G.Barriac和U.Madhow在IEEE Transactions on Wireless Communications第6卷第4期上发表的“On the feasibility of distributed beamforming in wireless networks”中提出了一种主从结构的闭环频率同步算法，但是该方法的不足是该主从结构的闭环频率同步算法预先假设时间同步已建立。

总之，目前已有的同步机制虽然能够实现载波频率同步，但不能解决载波相位偏移问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于分布式无线网络的载波同步方法及系统，采用主从、闭环同步机制，实现分布式无线网络中的主从节点之间的载波频率的同步，同时消除主从节点之间的相位偏移。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于分布式无线网络的载波同步方法，包括如下步骤：1)所述分布式无线网络的每个从节点向所述分布式无线网络的主节点发送同步校准信号；

2)主节点将接收到的同步校准信号进行幅度调制之后重新广播给所有从节点；

3)从节点从该接收到的信号中估计与主节点的频率同步误差和初始相位波动；

4)从节点根据估计的频率同步误差和初始相位波动来调整从节点的载波频率。

所述的同步校准信号是未调制的载波信号。

所述的2)步包括如下步骤：

步骤2-1：主节点生成频率是f_m、初始相位是的正弦信号，将收到的同步校准信号的幅度调制到该正弦信号上；

步骤2-2：使用主节点的本地载波向所有从节点广播幅度调制后的同步校准信号x_am，i(t)。

所述的主节点生成的正弦信号由本地晶振通过直接数字式合成器产生。