一种用于分布式无线网络的载波同步方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于分布式无线网络的载波同步方法及系统，其特征在于：分布式无线网络的每个从节点向分布式无线网络的主节点发送同步校准信号；主节点将接收到的同步校准信号进行幅度调节之后重新广播给所有从节点；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；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。本发明专利技术提供的用于分布式无线网络的载波同步方法不需要在主从节点之间的时间同步且不受多普勒效应的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种用于分布式无线网络的载波同步方法及系统
本专利技术属于无线通信
，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。
技术介绍
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IEEETransactionsonInformationTheory第56卷第1期中发表的“Distributedtransmitbeamformingusingfeedbackcontrol”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ProceedingsoftheIEEEConferenceonCommunications上发表的“Distributedtransmitbeamformingbasedonfrequencyscanning”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ProceedingsoftheThirdInternationalSymposiumonInformationProcessinginSensorNetworks上发表的“Distributedbeamformingforinformationtransferinsensornetworks”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IEEETransactionsonWirelessCommunications第6卷第4期上发表的“Onthefeasibilityofdistributedbeamforminginwirelessnetworks”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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采取的技术方案是：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fm、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xam，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。所述的幅度调制由压控衰减器来完成。所述的3)步包括如下步骤：步骤3-1：从节点对接收到的信号做傅里叶变换，得到的频域表示Sr，i(f)；步骤3-2：使用带通滤波器分别滤出Sr，i(f)的上边带Siup(f)和下边带Sidn(f)；步骤3-3：对Siup(f)和Sidn(f)分别做逆傅里叶变换，得到上边带信号的时域表示Siup(t)和下边带信号的时域表示Sidn(t)；步骤3-4：根据下式计算初始相位的估计值其中β为直接数字式合成器输出的正弦信号的幅度值，是由直接数字合成器决定的常数；根据下式计算调制频率的估计值步骤3-5：根据下式计算主节点的载波频率同步误差Δfb，i根据下式计算初始相位波动其中，fb是由主节点设定的载波频率，Δfb，i表示第i个从节点与主节点的实际载波频率同步误差，表示第i个从节点与主节点的初始相位波动。所述的滤出上边带信号的滤波器传输函数的频率响应为滤出下边带信号的滤波器传输函数的频率响应为Br是滤波器带宽，rect表示矩形函数。一种用于分布式无线网络的载波同步系统，包括用于使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的模块，用于使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的模块，用于使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的模块，用于使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的模块。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的载波同步方法由于不需要预先建立主从节点之间的时间同步，因此，在分布式无线网络中应用时具有优势；2、本专利技术提供的载波同步方法及系统能够消除多普勒效应引入的相位变化，因此不受多普勒效应的影响。附图说明图1为本专利技术提供的载波同步方法的流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细的描述，但它们不是对本专利技术的进一步限制。如图1所示，本专利技术提供的一种用于分布式无线网络的载波同步方法包括如下步骤：分布式无线网络的每个从节点向分布式无线网络的主节点发送同步校准信号；主节点将接收到的同步校准信号进行幅度调节之后重新广播给所有从节点；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；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。下面对上述步骤做具体说明：步骤1：从节点发送同步校准信号，设定分布式无线网络中有1个主节点和N个从节点；主节点的载波频率是fb；每个从节点的载波频率是fi，初始相位是φi；每个从节点先向主节点发送同步校准信号，即未调的载波信号；其中，第i个从节点向主节点发送的同步校准信号表示为：xi(t)＝exp[j(2πfit+φi)]，i＝1，2，...，N(1)步骤2：主节点对接收到的同步校准信号进行幅度调制，并广播幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2012.11.20 CN 201210509153.X1.一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；包括如下步骤：步骤2-1：主节点生成频率是fm、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xam，i(t)，其中i表示第i个从节点；3)从节点从接收到的经幅度调制后得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；包括如下步骤：步骤3-1：从节点对接收到的信号做傅里叶变换，得到的频域表示Sr，i(f)；步骤3-2：使用带通滤波器分别滤出Sr，i(f)的上边带Siup(f)和下边带Sidn(f)；步骤3-3：对Siup(f)和Sidn(f)分别做逆傅里叶变换，得到上边带信号的时域表示Siup(t)和下边带信号的时域表示Sidn(t)；步骤3-4：根据下式计算初始相位的估计值其中β为直接数字式合成器输出的正弦信号的幅度值，是由直接数字合成器决定的常数；根据下式计算调制频率的估计值步骤3-5：根据下式计算主节点的载波频率同步误差Δfb，i根据下式计算初始相位波动其中，fb是由主节点设定的载波频率，Δfb，i表示第i个从节点与主节点的实际载波频率同步误差，表示第i个从节点与主节点的初始相位波动；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。2.根据权利要求1所述的用于分布式无线网络的载波同步方法，所述的同步校准信号是未调制的载波信号。3.根据权利要求1所述的用于分布式无线网络的载波同步方法，其特征是：所述的主节点生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文钦，邵怀宗，李林，杨帆，潘晔，胡全，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：