无线传感器网络的传感器节点的振荡器的频率校正方法技术

本发明专利技术涉及一种在传感器网络中传感器节点的振荡器的频率误差校正方法，包括以下步骤：接收发送器的传输信号，所述信号通过正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)调制；使用接收的传输信号确定振荡器的频率偏差；确定用于校正振荡器的频率偏差的校正信号，并通过校正信号校正振荡器的频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线传感器网络的传感器节点的振荡器的频率校正方法
本专利技术涉及一种传感器节点网络的传感器节点的本地参考振荡器的频率校正(调谐)方法。
技术介绍
无线传感器网络在日常生活中变得越来越重要。燃气表和水表的仪表读数现在通常由干线操作员以无线方式获取。同样，生产或物流领域的设施通常配备有无线传感器。具有用于发送传感器数据和可能的其他数据的通信单元的传感器被称为传感器节点。特定区域内的多个传感器节点可以形成传感器网络。对于许多应用来说，传感器节点的精确位置的知识尤其重要。传感器节点的位置通常通过固定接收器的网络来确定，其中这种接收器也可以是传感器网络的传感器节点的组件。要待被定位的传感器节点的精确位置可以通过不同的定位方法确定，例如，几个接收器之间的信号的直接飞行时间测量或几个接收器之间的信号的差分飞行时间测量。关于这些方法，在传感器网络的每个传感器节点中提供高度精确的时间信息是特别重要的。通常，每个传感器节点包括作为时钟发生器的本地参考振荡器，从其频率导出传感器节点的操作所需的时间信息。在传感器网络的每个传感器节点中提供高度精确的时间信息的一个方面是传感器节点的本地时钟发生器的调谐(syntonisation)。所述调谐确保本地时钟发生器在每个传感器节点中以相同的时钟速率运行。所述调谐也称为频率同步。对于许多示例性引用的定位方法，传感器节点的参考振荡器的锁相关系已经足够。在传感器网络的每个传感器节点中提供高度精确的时间信息的另一方面是传感器节点的本地时钟发生器的时间同步。所述时间同步确保本地时钟发生器在每个传感器节点中的给定时间点输出相同的时间值。已知的是通过GPS系统提供高度精确的时间信息。然而，可实现的精度通常是不够的，并且室内应用是不可能的。关于室内区域，目前仅有的可能性是回到有线连接的时钟分布，然而这排除了许多应用，特别是无线传感器节点。
技术实现思路
本专利技术的目的是阐明一种传感器节点的本地参考振荡器的频率校正方法。该目的通过根据专利权利要求1的方法实现。其他的专利权利要求阐明了根据本专利技术的方法的有利实施例。根据本专利技术的方法基于使用所谓的机会信号作为频率参考。最初发射用于另一限定的目的而最初发射的，且适合用于利用其传输频率对本地参考振荡器与其传输频率进行频率同步的无线电信号，被称为机会信号。例如，电视或广播无线电信号(DVB-T，DAB)或通信网络(GSM，UMTS，LTE)的信号适合作为机会信号。这些信号通常以高功率和带宽在地理区域内从几个不同位置以高发送功率和带宽发射，并且还可以在与发送器不具有视线连接的建筑物中以有利的信噪比被接收。此外，这些信号具有有利的特征，例如耦合到高度精确的参考频率、高频稳定性和特征信号序列，从中可以获得用于调整传感器节点的本地参考振荡器的频率和相位的信息。根据本专利技术的用于传感器网络的传感器节点的振荡器的频率校正的方法包括以下方法步骤：-接收发送器的传输信号，所述传输信号根据正交频分复用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，OFDM)调制；-基于接收的所述传输信号确定所述振荡器的频率偏差；-确定用于校正所述振荡器的所述频率偏差的校正信号；-利用所述校正信号校正所述振荡器的频率。在所述方法的进一步发展中，确定接收的所述传输信号的载波频率偏差，以确定所述振荡器的所述频率偏差。在所述方法的进一步发展中，确定接收的所述传输信号的采样时钟偏移，以确定所述振荡器的所述频率偏差。在所述方法的进一步发展中，独立于对所述振荡器的频率偏差的校正，校正所述采样时钟偏移。在所述方法的进一步发展中，确定所述频率偏差是基于接收的所述传输信号的单独载波的相位关系。在所述方法的进一步发展中，确定所述采样时钟偏移是基于接收的所述传输信号的单独载波的所述相位关系。在所述方法的进一步发展中，确定所述频率偏差在传输符号的传输时间段内执行。在所述方法的进一步发展中，确定所述频率偏差在两个连续传输符号的传输时间段内执行。在本专利技术的进一步发展中：-在接收所述传输信号后，根据接收的所述传输信号确定传输信道的信道脉冲响应；-根据所述信道脉冲响应确定接收的所述传输信号的不同传输路径的信号；和-基于所述传输路径的信号确定所述振荡器的所述频率偏差。在所述方法的进一步发展中，所述振荡器的所述频率偏差是基于多条传输路径的信号确定的。在所述方法的进一步发展中，基于所述振荡器的信号能量、所述振荡器的信号质量或所述振荡器的与所述信道脉冲响应的其他信号的时间关系，选择用于确定所述振荡器的所述频率偏差的信号。在所述方法的进一步发展中，接收多个发送器的传输信号。在所述方法的进一步发展中，所述传感器节点可通信地连接至其他传感器节点，并将接收发送器的信息传送到其他传感器节点。在所述方法的进一步发展中，基于从另一传感器节点接收的信息选择所述接收发送器。在所述方法的进一步发展中，接收的所述传输信号包括时间信息，并且基于所述时间信息时间同步所述振荡器。附图说明下面通过实施例示例的方式更详细地解释本专利技术。附图表示如下：图1是用于传感器节点的接收OFDM调制信号的接收器的输入块的框图；图2示出了OFDM信号的单独载波的采样误差，所述采样误差由载波频率偏移引起；图3示出了OFDM信号的单独载波的采样误差，所述采样误差由采样时钟偏移引起；图4示出了载波频率偏移和采样时钟偏移对OFDM信号的单独载波的相位的影响；图5示出了OFDM接收器；图6A示出了OFDM接收器的实施例，所述OFDM接收器具有用于校正振荡器频率的控制设备；图6B示出了OFDM接收器的另一实施例，所述OFDM接收器具有用于校正振荡器频率的控制设备；图7示出了采样时钟偏移(samplingclockoffset，SCO)对采样频率偏移(samplingfrequencyoffset，CFO)的估计偏差的影响；图8示出了给定多路径接收的信道脉冲响应的表示；图9示出了信道脉冲响应中的峰值依赖于采样时钟偏移(SCO)的时间依赖性；图10示出了对于在单频网络(singlefrequencynetwork，SFN)中的两个发送器，给定多路接收下的信道脉冲响应的表示。具体实施方式单独传感器节点的本地参考振荡器的同步对于传感器节点的许多定位方法是必要的。关于同步，必须区分频率同步和时间同步。频率同步的目的是使各个传感器节点的本地参考振荡器的频率进入同步操作或确定与外部参考频率的偏差。时间同步应被理解为各个传感器节点的不同本地时钟时间与外部参考时间的校准。被用作机会信号的无线电广播信号和移动无线电信号通常相对于非常准确的参考频率(OCXO，铷-频率标准等)生成，并因此形成高度精确的参考频率，基于这样的认识，通过机会信号对几个传感器节点的本地参考振荡器进行频率同步。然后，频率同步的目的是确定传感器节点的本地不精确参考频率与所选SoO的非常准确的参考频率之间的偏差，并通过从SoO确定的校正信号校正此偏差，所述校正信号通过模拟或数字控制或者这些的混合形式校正传感器节点的本地参考振荡器的频率。对于它们的本地参考振荡器的频率同步，传感器节点包括接收信道，该接收信道可以完全或部分地接收所选择的机会信号。该接收信道的振荡器同时形成传感器节点的本地参考振荡器。此外，在单独传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器网络的传感器节点的振荡器的频率校正方法，所述方法具有以下方法步骤：‑接收发送器的传输信号，所述传输信号根据正交频分复用OFDM调制；‑基于接收的所述传输信号确定所述振荡器的频率偏差；‑确定用于校正所述振荡器的所述频率偏差的校正信号；‑利用所述校正信号校正所述振荡器的频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.29 DE 102016203249.6;2016.07.06 EP 16178241.一种传感器网络的传感器节点的振荡器的频率校正方法，所述方法具有以下方法步骤：-接收发送器的传输信号，所述传输信号根据正交频分复用OFDM调制；-基于接收的所述传输信号确定所述振荡器的频率偏差；-确定用于校正所述振荡器的所述频率偏差的校正信号；-利用所述校正信号校正所述振荡器的频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定接收的所述传输信号的载波频率偏差，以确定所述振荡器的所述频率偏差。3.根据前述权利要求其中之一项权利要求所述的方法，其中确定接收的所述传输信号的采样时钟偏移，以确定所述振荡器的所述频率偏差。4.根据前述权利要求其中之一项权利要求所述的方法，其中独立于对所述振荡器的所述频率偏差的校正，校正所述采样时钟偏移。5.根据前述权利要求其中之一项权利要求所述的方法，其中确定所述频率偏差是基于接收的所述传输信号的单独载波的相位关系。6.根据前述权利要求其中之一项权利要求所述的方法，其中确定所述采样时钟偏移是基于接收的所述传输信号的单独载波的所述相位关系。7.根据前述权利要求其中之一项权利要求所述的方法，其中确...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯马丁·特罗格，诺伯特·弗兰克，阿尔贝特·赫伯格，约尔格·罗伯特，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，埃尔朗根纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学，
类型：发明
国别省市：德国,DE