專利名稱：分布式波束合成系統(tǒng)及其源端各發(fā)送天線的載波同步方法
分布式波束合成系統(tǒng)及其源端各發(fā)送天線的載波同步方法技術領域
本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種分布式波束合成系統(tǒng)及其源端各發(fā)送天線的載波同步方法。
背景技術：
分布式波束合成技術是一種能夠顯著提高系統(tǒng)功率效率的無線通信技術，它把分布在多個小區(qū)的獨立的天線組成虛擬的天線陣(其中每個天線都有各自的晶體振蕩器，且只知道自己的本地時間)，天線陣中的每個天線向目的基站發(fā)送相同的信號，這些信號在目的基站相干合并。由于虛擬天線陣的可擴展性和穩(wěn)健性，使得分布式波束合成技術相對于傳統(tǒng)天線陣能夠獲得更高的定向傳輸特性，相對于單天線系統(tǒng)能夠獲得更大的接收信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)增益，其應用涉及多小區(qū)協(xié)作網(wǎng)絡、多用戶無線通信系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network, WSN)、正交頻分復用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing, OFDM)-多入多出(Multiple-1nput Multiple-Output, ΜΙΜ0) >3G長期演進(Long Term Evolution, LTE)等眾多領域。但是由于網(wǎng)絡中源基站的異構(gòu)性，即每個源基站都有獨立的本地振蕩器、源基站的位置以及信道傳輸狀態(tài)的差異，使得各個源基站的信號到達目的基站時產(chǎn)生相位偏移，破壞信號的合并重組，因此，源端必須對發(fā)送載波進行同步處理。
源端載波同步是分布式波束合成中的關鍵技術，載波同步與否決定目的端接收性能的好壞，同步占用時間越少系統(tǒng)性能越好?，F(xiàn)有技術中適用于分布式波束合成技術、并對載波進行同步的開環(huán)方法主要有基于時分雙工的往返載波同步法和雙向載波同步法。前一種方法把接收到的上行信號在發(fā)送端基站中往返傳輸，以此來估計每個基站的相位信息實現(xiàn)同步，這種方法的缺點主要有(I)占用的時隙較多，對于M根天線組成的系統(tǒng)需要2M-1個時隙實現(xiàn)所有基站同步，(2)這種方法只能實現(xiàn)載波相位的同步，不能實現(xiàn)載波頻率的精確同步，(3)這種方法在天線發(fā)送信號之前不能實現(xiàn)同步，必須在接收完來自目的端的上行信號后才能開始同步，增大了系統(tǒng)的延時；后一種方法利用同步信號在基站間的分時雙向傳輸來估算接收信號相位，從而實現(xiàn)基站的載波同步，但這種方法占用的時隙數(shù)較多，對于M根天線組成的系統(tǒng)需要2M-2個時隙實現(xiàn)所有基站同步。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題在于提供一種分布式波束合成系統(tǒng)的源端各發(fā)送天線的載波同步方法，旨在實現(xiàn)源端各發(fā)送天線的載波的相位、頻率同步并減少同步占用的時隙開銷。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種分布式波束合成系統(tǒng)的源端各發(fā)送天線的載波同步方法，所述分布式波束合成系統(tǒng)包括源端和目的端，所述源端具有多個基站，每個基站僅覆蓋其兩側(cè)相鄰的基站，所述多個基站中包括同步彳目號廣生基站和中間基站，所述中間基站為距離所述同步信號產(chǎn)生基站最遠的基站，所述同步信號產(chǎn)生基站與中間基站之間具有兩條信號傳遞路徑；所述載波同步方法包括下述步驟:
步驟A，同步信號產(chǎn)生基站在第一時隙初始化同步信號并向其兩側(cè)相鄰的基站廣播所述同步信號，同時中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別估算與其與中間基站之間的信道的相位偏移量；
步驟B，所述同步信號被分別沿所述兩條信號傳遞路徑按照每個時隙傳遞一站的方式、正向傳遞至中間基站，并且在整個正向傳遞過程中，各基站均根據(jù)接收到的同步信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第一載波估算信息；
步驟C，中間基站將所述兩條信號傳遞路徑上傳遞過來的同步信號進行疊加，然后將疊加后的同步信號再分別沿所述兩條信號傳遞路徑逆向傳遞，中間基站兩側(cè)相鄰的基站從所述疊加后的同步信號中提取出對方路徑傳遞過來的信號，并根據(jù)所提取的信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站將提取的信號逆向傳遞至所述同步信號產(chǎn)生基站，傳遞過程中與同步信號傳遞路徑相同方向上的每個基站均根據(jù)接收到的提取信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；
步驟D，所有基站將所述第一載波估算信息中的頻率和第二載波估算信息中的頻率相加作為同步后的載波頻率，將所述第一載波估算信息中的相位和第二載波估算信息中的相位相加作為同步后的載波頻率。
本發(fā)明所要解決的第二個技術問題在于提供一種分布式波束合成系統(tǒng)，包括源端和目的端，所述源端具有多個基站，每個基站僅覆蓋其兩側(cè)相鄰的基站；
所述多個基站中包括同步信號產(chǎn)生基站和中間基站，所述中間基站為距離所述同步信號產(chǎn)生基站最遠的基站，所述同步信號產(chǎn)生基站與中間基站之間具有兩條信號傳遞路徑;
所述同步信號產(chǎn)生基站用于在第一時隙初始化同步信號并向其兩側(cè)相鄰的基站廣播所述同步信號；所述同步信號產(chǎn)生基站兩側(cè)的基站分別沿所述兩條信號傳遞路徑按照每個時隙傳遞一站的方式、將所述同步信號正向廣播傳遞至中間基站；而中間基站用于將所述兩條信號傳遞路徑上傳遞過來的同步信號進行疊加，然后將疊加后的同步信號再分別沿所述兩條信號傳遞路徑逆向傳遞至所述同步信號產(chǎn)生基站；
在中間基站及其兩側(cè)相鄰的基站中均包括一相位偏移量估算單元；所述相位偏移量估算單元用于在所述同步信號產(chǎn)生基站開始廣播時，估算中間基站與其兩側(cè)相鄰的基站之間的信道的相位偏移量；
每個基站中均包括一第一載波信息估算單元、第二載波信息估算單元和同步信息計算單元；所述第一載波信息估算單元用于在整個正向廣播傳遞過程中，根據(jù)接收到的同步信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第一載波估算信息；所述第二載波信息估算單元用于提取遞過來的信號，并根據(jù)所提取的信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；所有基站的同步信息計算單元用于將各自第一載波估算信息中的頻率和第二載波估算信息中的頻率相加作為同步后的載波頻率，將所述第一載波估算信息中的相位和第二載波估算信息中的相位相加作為同步后的載波頻率。
本發(fā)明充分利用了無線鏈路的廣播特性，通過精確地時隙控制以及信道估算來實現(xiàn)分布式波束合成系統(tǒng)的載波頻率和相位上的精確同步，與傳統(tǒng)載波同步方法相比，本發(fā)明大大減少了同步開銷，使同步所需時隙從2M-1降低到M (其中M為源端基站個數(shù))，從而增加了系統(tǒng)的有效通信時間。


圖1是本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)中源端有奇數(shù)個環(huán)形結(jié)構(gòu)的基站時的信號流向示意圖2是本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)中源端有偶數(shù)個環(huán)形結(jié)構(gòu)的基站時的信號流向示意圖3是本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)中源端有奇數(shù)個線性結(jié)構(gòu)的基站時的信號流向示意圖4是本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)中源端有偶數(shù)個線性結(jié)構(gòu)的基站時的信號流向示意圖5是本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)的架構(gòu)原理圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)中，源端的每個基站至少具有一天線，且每個天線在各自的覆蓋區(qū)域中提供服務并擁有各自的晶體振蕩器，每個天線都使用各自的本地時間接收信號和處理信號，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的時隙控制，并對接收信號進行頻率和相位以及信道延時造成的相位偏移信息進行估算。
本發(fā)明中，源端的每個基站僅覆蓋其兩側(cè)相鄰的基站，具體可以通過設置合適的信號發(fā)送距離來實現(xiàn)，并且在多個基站中包括同步信號產(chǎn)生基站，此同步信號產(chǎn)生基站可以為一個(如環(huán)形結(jié)構(gòu))，也可以為兩個(如線性結(jié)構(gòu))，具體見下文內(nèi)容。
本發(fā)明提供的載波通方法包括以下步驟:
步驟A，同步信號產(chǎn)生基站在第一時隙初始化同步信號并向其兩側(cè)相鄰的基站廣播所述同步信號，同時中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別估算與其與中間基站之間的信道的相位偏移量。
其中，中間基站為距離所述同步信號產(chǎn)生基站最遠的基站，當源端有奇數(shù)個基站時，距離同步信號產(chǎn)生基站 有兩個最遠的基站，其中任意一個均可作為中間基站。假設對M個基站組成的系統(tǒng)中的基站進行編號，依次為BSp BS2,…，BSM，某一時隙，任意基站(假設BS1)初始化同步信號并向周圍廣播此同步信號，此同步信號只能被它相鄰的兩個基站接收。這樣，同步信號產(chǎn)生基站與中間基站之間具有兩條信號傳遞路徑，同步信號產(chǎn)生基站的兩側(cè)相鄰的基站可沿兩條信號傳遞路徑將同步信號正向廣播傳遞至中間基站，在傳遞過程中，下一基站接收到的同步信號是上一基站發(fā)送的同步信號的周期延拓，具體表現(xiàn)在相位會有所延遲，而頻率則基本維持不變。
因為本方法利用的是無線鏈路的廣播特性，在同步信號處理過程中，會出現(xiàn)兩個基站廣播的同步信號同時到達中間基站的情況。此時的處理方法是，涉及到的這三個基站估算出與自己相鄰基站間，由于信道延時造成的相位偏移信息，廣播出同步信號的兩個基站在接收到中間基站廣播回傳的同步信號后，用此接收信號減去各自處理后的同步信號，這個處理后的同步信號是，用前一時隙廣播出去的同步信號相位加上信道延時相位作為新相位的信號，中間基站做類似處理。根據(jù)基站數(shù)量的奇偶性，需要進行信道估算的基站數(shù)不同，則信道估算占用的時隙數(shù)也不同。對于基站數(shù)量大于6的情況，可以利用最初廣播同步信號的時隙進行信道估算，從而減少整個同步過程所占用的時隙數(shù)；對于基站數(shù)不大于6的情況，為了避免干擾則需要額外的時隙用于信道估算。當基站數(shù)為M時，根據(jù)具體的M值不同，需要的時隙數(shù)分別為:(I) M> 6，需要M個時隙實現(xiàn)同步，(2)M^ 6，近似需要M +I個時隙實現(xiàn)同步。
步驟B，所述同步信號被分別沿所述兩條信號傳遞路徑按照每個時隙傳遞一站的方式、正向傳遞至中間基站，并且在整個正向傳遞過程中，各基站均根據(jù)接收到的同步信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第一載波估算信息。
如上文，某一時隙，任意基站(假設BSl)初始化同步信號并向周圍廣播此同步信號，此同步信號只能被它相鄰的兩個基站接收，并用于估算各自的載波頻率和相位信息，此時，其他基站忽略此信號，在下一時隙，這兩個基站把前一時隙接收到的同步信號廣播轉(zhuǎn)發(fā)出去，被各自相鄰的基站接收，并用于載波信息估計。這個同步信號將沿著路徑BS1,BS2,…，BSm72和路徑BSm，Bsm^1 ,…，BSm72同時傳遞，直到到達中間基站，此時沿著信號傳遞路徑方向上的基站利用接收到的同步信號，估算載波的頻率和相位信息，從而得到第一載波估算信息，而在信號傳遞路徑相反方向上的基站則直接忽略接收到的同步信號。
步驟C，中間基站將所述兩條信號傳遞路徑上傳遞過來的同步信號進行疊加，然后將疊加后的同步信號再分別沿所述兩條信號傳遞路徑逆向傳遞，中間基站兩側(cè)相鄰的基站從所述疊加后的同步信號中提取出對方路徑傳遞過來的信號，并根據(jù)所提取的信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站將提取的信號逆向傳遞至所述同步信號產(chǎn)生基站，傳遞過程中與同步信號傳遞路徑相同方向上的每個基站均根據(jù)接收到的提取信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信 息的第二載波估算信息。
當同步信號廣播傳遞至中間基站后，中間基站把來自兩條路徑上的同步信號的疊加后的總和廣播傳遞出去，此信號經(jīng)中間基站的相鄰基站接收、處理后，再沿著相反的路徑同時傳遞，直到同步信號再次廣播回傳到初始發(fā)送的基站為止，與之前類似，沿著信號傳遞路徑方向上的基站利用接收到的同步信號，估算載波的頻率和相位信息，從而得到第二載波估算信息，而在信號傳遞路徑相反方向上的基站則直接忽略接收到的同步信號。
對于中間基站及其兩側(cè)相鄰的基站，還需多一個信道估算過程，根據(jù)源端基站個數(shù)的奇偶來執(zhí)行下述步驟Cl或C2:
步驟Cl，當源端基站個數(shù)為奇數(shù)時，對于中間基站兩側(cè)相鄰的基站，分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息。
步驟C2，當源端基站個數(shù)為偶數(shù)時，對于中間基站兩側(cè)相鄰的基站，分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息(之所以要2倍的相位偏移量是因為在信號在對應的兩個基站之間被延遲了兩次)。然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站把各自提取處理后的信號分開不同時隙廣播出去，中間基站對此時接收到的兩個提取的信號進行載波信息估算得到兩個相位估算值和兩個頻率估算值，利用兩個相位估算值分別減去對應的所述相位偏移量作為其第一和第二載波相位估算信息，頻率估算值為第一和第二載波頻率估算信息。
步驟D，所有 基站將所述第一載波估算信息中的頻率和第二載波估算信息中的頻率相加作為同步后的載波頻率，將所述第一載波估算信息中的相位和第二載波估算信息中的相位相加作為同步后的載波頻率。
這時，每個基站都有第一載波估算信息、第二載波估算信息(初始發(fā)送同步信號的基站只有一組頻率和相位估算信息，另一組頻率和相位信息是初始發(fā)送時的頻率和相位)，而中間的三個基站還具有相位估算信息，每個基站把兩個頻率相加作為同步后的頻率，相位相加作為同步后的相位，從而實現(xiàn)系統(tǒng)中所有基站的載波同步。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面以三個實施例、四種情況進行描述。
實施例一:源端的奇數(shù)個基站形成一閉環(huán)結(jié)構(gòu)，同步信號產(chǎn)生基站為閉環(huán)結(jié)構(gòu)中的任意一個基站，如圖1所示。步驟A具體包括以下步驟:步驟Al，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站，分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量。圖1中，實線表示同步信號在各基站間的傳遞過程，每一次傳遞的信號都是前一時隙信號的周期延拓，虛線表示信道估算的過程，此時需要一個時隙TSl用于信道估算(分別是基站BSbw/2」+1估算BSbw2jrf與BSUr2」+2之間的信道相位，Β8μ/0」+3估算BSLm/2」+3與Β^//2>2之間的信道相位)，這里TSi表示第i個時隙，BSi表示第i個基站，符號“L」”表示取整，下同。
實施例二:源端的偶數(shù)個基站形成一閉環(huán)結(jié)構(gòu)，同步信號產(chǎn)生基站為閉環(huán)結(jié)構(gòu)中的任意一個基站，如圖2所示。步驟A具體包括以下步驟:步驟A2，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站，分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量；在第二時隙，中間基站估算其與一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量；在逆向廣播傳遞的最后一個時隙，中間基站估算其與另一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量。圖2中，實線表示同步信號在各基站間的傳遞過程，每一次傳遞的信號都是前一時隙信號的周期延拓，虛線表示信道估計的過程，此時需要三個時隙用于信道估算(在TS1時隙，BSm72, BSm^2估算各自與BSm7m之間的信道相位；在TS2時隙，BSm/2+1估算其與BSm/2+2之間的信道相位；在TSm時隙，BSm7m估算其與BSM/2之間的信道相位)。
實施例三:源端的多個基站可形成一線性結(jié)構(gòu)，同步信號產(chǎn)生基站為線性結(jié)構(gòu)的兩端的基站，此時可以是圖3所示的奇數(shù)個基站，也可以是圖4所示的偶數(shù)個基站，與環(huán)形結(jié)構(gòu)不同的是，兩端的同步信號產(chǎn)生基站所產(chǎn)生的同步信號可以相同也可以不同。步驟A具體包括以下步驟:步驟A3，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站，分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量。對于圖3的情況，細實線表示同步信號在各基站間的傳遞過程，每一次傳遞的信號都是前一時隙信號的周期延拓，粗實線表示信道估算的過程，此時需要一個時隙TS1用于信道估算(分別是基站BSlM/2」估算BSuiii2j與:88#;2」+1之間的信道相位，BSiw 2jf2估算BSlm/2」+;;與BSjm 2」+1之間的信道相位),虛線表不基站BSj:W2j與分開兩個時隙想周圍廣播傳遞同步信號，當一個基站廣播信號時，另一個基站處于偵聽狀態(tài)但不做任何處理，從而避免了信號同時到達中間基站。對于圖4的情況，細實線表示同步信號在各基站間的傳遞過程，每一次傳遞的信號都是前一時隙信號的周期延拓，粗實線表示信道估算的過程，此時需要一個時隙TSl用于信道估算(分別是基站估算BSU//2」與BSuw,2>1之間的信道相位，BSp,2>2估算BSU/如與13^/小之間的信道相位)，虛線表示中間基站分別接收來自相鄰的兩個基站的同步信號。
需要注意的是，對于線性奇數(shù)的情況，當基站線性分布時，BS1ASm同時初始化同步信號，并向周圍空間廣播，這兩個同步信號的頻率和相位不一定是相等的，而當基站環(huán)形分布時，只有基站BS1初始化同步信號，并向周圍空間廣播，即中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別在兩個不同時隙進行同步信號的廣播傳遞。
綜上，本發(fā)明充分利用了無線鏈路的廣播特性，通過精確地時隙控制以及信道估算來實現(xiàn)分布式波束合成系統(tǒng)的載波頻率和相位上的精確同步，其原理實質(zhì)是將同步信號的傳播路徑分為兩條，然后將兩條路徑上基站分別記錄保存對方路徑的相位延遲信息，通過同步信號在基站之間傳遞的方式交換基站的本地時間信息，從而實現(xiàn)系統(tǒng)載波的全局同步。系統(tǒng)載波實現(xiàn)全局同步后，每個基站用同步后的相位減去上行鏈路信號相位，這個差值作為下行信號的相位，而同步后的頻率減去上行鏈路信號頻率，這個差值作為下行信號的頻率(一般同步后的頻率近似上行信號頻率的2倍)，這樣當下行信號到達終端時，總是同步的。與傳統(tǒng)載波同步方法相比，本發(fā)明大大減少了同步開銷，使同步所需時隙從2M-1降低到M (其中M為源端基站個數(shù))，從而增加了系統(tǒng)的有效通信時間。
圖5示出了本發(fā)明提供的分布式波束合成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，為了便于描述，僅示出了與本發(fā)明相關的部分。圖5僅以源端奇數(shù)個環(huán)形排列的基站為例進行描述，應當理解，其余偶數(shù)個環(huán)形排列的基站，以及奇、偶個線性排列的基站原理相同。
參照圖5，本分布式波束合成系統(tǒng)包括源端和目的端，源端具有多個基站BS1至BSm,每個基站僅覆蓋其兩側(cè)相鄰的基站。多個基站中包括同步信號產(chǎn)生基站BS1和中間基站，本發(fā)明中中間基站為距離所述同步信號產(chǎn)生基站最遠的基站，同步信號產(chǎn)生基站BS1與中間基站之間具有兩條信號傳遞路徑，本發(fā)明中，當源端有奇數(shù)個基站時，距離同步信號產(chǎn)生基站BS1有兩個最遠的基站，其中任意一個均可作為中間基站，而圖5中以BS (M/2)+2作為中間基站。同步信號產(chǎn)生基站BS1用于在第一時隙初始化同步信號并向其兩側(cè)相鄰的基站廣播同步信號；同步信號產(chǎn)生基站BS1與其中間基站BS (M/2)+2之間具有兩條信號傳遞路徑，同步信號產(chǎn)生基站BS1的兩側(cè)相鄰的基站BS2和BSm分別沿兩條信號傳遞路徑按照每個時隙傳遞一站的方式、將同步信號正向廣播傳遞至中間基站BS (M/2)+2 ;而中間基站BS(m/2)+2用于將兩條信號傳遞路徑上傳遞 過來的同步信號進行疊加，然后將疊加后的同步信號再分別沿兩條信號傳遞路徑逆向傳遞至同步信號產(chǎn)生基站BS115
在中間基站BS (M/2)+2及其兩側(cè)相鄰的基站BS (M/2)+1和BS (M/2)+3中均包括一相位偏移量估算單元；相位偏移量估算單元用于在同步信號產(chǎn)生基站開始廣播時，估算中間基站BS (M/2) +2 及其兩側(cè)相鄰的基站BS (M/2)+l 和 BS (M/2)+3 之間的信道的相位偏移量。
每個基站中均包括一第一載波信息估算單元、第二載波信息估算單元和同步信息計算單元；每個基站的第一載波信息估算單元用于在整個正向廣播傳遞過程中，均根據(jù)接收到的同步信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第一載波估算信息；每個基站的第二載波信息估算單元用于提取遞過來的信號，并根據(jù)所提取的信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息。所有基站的同步信息計算單元用于將各自第一載波估算信息中的頻率和第二載波估算信息中的頻率相加作為同步后的載波頻率，將所述第一載波估算信息中的相位和第二載波估算信息中的相位相加作為同步后的載波頻率。
進一步地，源端的多個基站可形成一閉環(huán)結(jié)構(gòu)，同步信號產(chǎn)生基站為閉環(huán)結(jié)構(gòu)中的任意一個基站。當源端的基站個數(shù)為奇數(shù)時，在第一時隙，中間基站BS (M/2)+2的兩側(cè)相鄰基站BS (M/2)+1和BS (M/2)+3中的相位偏移量估算單元，分別估算與中間基站BS (M/2)+2之間的信道的相位偏移量。當源端的基站個數(shù)為偶數(shù)時，在第一時隙，中間基站BS(m/2)+2的兩側(cè)相鄰基站BS (M/2)+1和BS (M/2)+3中的相位偏移量估算單元，分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量；在第二時隙，中間基站BS(m/2)+2中的相位偏移量估算單元估算其與一側(cè)的相鄰基站BS (M/2)+1和BS (M/2)+3之間的信道的相位偏移量；在逆向廣播傳遞的最后一個時隙，中間基站中的相位偏移量估算單元估算其與另一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量。
進一步地，源端的多個基站可形成一線性結(jié)構(gòu)，同步信號產(chǎn)生基站為線性結(jié)構(gòu)的兩端的基站；在第一時隙，中間基站BS (M/2)+2 的兩側(cè)相鄰基站BS (M/2)+l 和 BS (M/2)+3 中的相位偏移量估算單兀，分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量。
進一步地，當源端的基站個數(shù)為奇數(shù)時，中間基站BS (u/2)+2的兩側(cè)相鄰基站BS (M/2)+1和BS (M/2)+3分別在兩個不同時隙進行同步信號的廣播傳遞。
進一步地，當源端基站個數(shù)為奇數(shù)時，中間基站兩側(cè)相鄰的基站中的第二載波信息估算單元分別在接收到 中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息。當源端基站個數(shù)為偶數(shù)時，中間基站兩側(cè)相鄰的基站中的第二載波信息估算單元分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站把各自提取處理后的信號分開不同時隙廣播出去，中間基站對此時接收到的兩個提取的信號進行載波信息估算得到兩個相位估算值和兩個頻率估算值，利用兩個相位估算值分別減去對應的所述相位偏移量作為其第一和第二載波相位估算信息，頻率估算值為第一和第二載波頻率估算信息。
本發(fā)明適用于無線通信技術領域，特別是涉及分布式時分雙工系統(tǒng)、多小區(qū)通信系統(tǒng)、協(xié)作通信系統(tǒng)、分布式adhoc/mesh網(wǎng)絡等的載波同步。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種分布式波束合成系統(tǒng)的源端各發(fā)送天線的載波同步方法，其特征在于，所述分布式波束合成系統(tǒng)包括源端和目的端，所述源端具有多個基站，每個基站僅覆蓋其兩側(cè)相鄰的基站，所述多個基站中包括同步信號產(chǎn)生基站和中間基站，所述中間基站為距離所述同步信號產(chǎn)生基站最遠的基站，所述同步信號產(chǎn)生基站與中間基站之間具有兩條信號傳遞路徑；所述載波同步方法包括下述步驟: 步驟A，同步信號產(chǎn)生基站在第一時隙初始化同步信號并向其兩側(cè)相鄰的基站廣播所述同步信號，同時中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別估算與其與中間基站之間的信道的相位偏移量; 步驟B，所述同步信號被分別沿所述兩條信號傳遞路徑按照每個時隙傳遞一站的方式、正向傳遞至中間基站，并且在整個正向傳遞過程中，各基站均根據(jù)接收到的同步信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第一載波估算信息； 步驟C，中間基站將所述兩條信號傳遞路徑上傳遞過來的同步信號進行疊加，然后將疊加后的同步信號再分別沿所述兩條信號傳遞路徑逆向傳遞，中間基站兩側(cè)相鄰的基站從所述疊加后的同步信號中提取出對方路徑傳遞過來的信號，并根據(jù)所提取的信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站將提取的信號逆向傳遞至所述同步信號產(chǎn)生基站，傳遞過程中與同步信號傳遞路徑相同方向上的每個基站均根據(jù)接收到的提取信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息； 步驟D，所有基站將所述第一載波估算信息中的頻率和第二載波估算信息中的頻率相加作為同步后的載波頻率，將所述第一載波估算信息中的相位和第二載波估算信息中的相位相加作為同步后的載波頻率。
2.如權利要求1所述的載波同步方法，其特征在于，所述源端的多個基站可形成一閉環(huán)結(jié)構(gòu)，所述同步信號產(chǎn)生基站為閉環(huán)結(jié)構(gòu)中的任意一個基站； 當源端的基站個數(shù)為奇數(shù)時，步驟A具體包括以下步驟:步驟Al，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別估算其與中間基站之間的信道的相位偏移量； 當源端的基站個數(shù)為偶數(shù)時，步驟A具體包括以下步驟:步驟A2，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別估算其與中間基站之間的信道的相位偏移量；在第二時隙，中間基站估算其與一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量；在所述逆向廣播傳遞的最后一個時隙，中間基站估算其與另一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量。
3.如權利要求1所述的載波同步方法，其特征在于，所述源端的多個基站可形成一線性結(jié)構(gòu)，所述同步信號產(chǎn)生基站為線性結(jié)構(gòu)的兩端的基站； 步驟A具體包括以下步驟:步驟A3，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別估算其與中間基站之間的信道的相位偏移量。
4.如權利要求3所述的載波同步方法，其特征在于，當源端的基站個數(shù)為奇數(shù)時，中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別在兩個不同時隙進行同步信號的廣播傳遞。
5.如權利要求1所述的載波同步方法，其特征在于，所述步驟C包括下述步驟Cl或C2: 步驟Cl，當源端基站個數(shù)為奇數(shù)時，對于中間基站兩側(cè)相鄰的基站，分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息； 步驟C2，當源端基站個數(shù)為偶數(shù)時，對于中間基站兩側(cè)相鄰的基站，分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站把各自提取處理后的信號分開不同時隙廣播出去，中間基站對此時接收到的兩個提取的信號進行載波信息估算得到兩個相位估算值和兩個頻率估算值，利用兩個相位估算值分別減去對應的所述相位偏移量作為其第一和第二載波相位估算信息，頻率估算值為第一和第二載波頻率估算信息。
6.一種分布式波束合成系統(tǒng)，包括源端和目的端，所述源端具有多個基站，每個基站僅覆蓋其兩側(cè)相鄰的基站；其特征在于: 所述多個基站中包括同步信號產(chǎn)生基站和中間基站，所述中間基站為距離所述同步信號廣生基站最遠的基站，所述同步/[目號廣生基站與中間基站之間具有兩條 目號傳遞路徑；所述同步信號產(chǎn)生基站用于在第一時隙初始化同步信號并向其兩側(cè)相鄰的基站廣播所述同步信號；所述同步信號產(chǎn)生基站兩側(cè)的基站分別沿所述兩條信號傳遞路徑按照每個時隙傳遞一站的方式、將所述同步信號正向廣播傳遞至中間基站；而中間基站用于將所述兩條信號傳遞路徑上傳遞過來的同步信號進行疊加，然后將疊加后的同步信號再分別沿所述兩條信號傳遞路徑逆向傳遞至所述同步信號產(chǎn)生基站； 在中間基站及其兩側(cè)相鄰的基站中均包括一相位偏移量估算單元；所述相位偏移量估算單元用于在所述同步信號產(chǎn)生基站開始廣播時，估算中間基站與其兩側(cè)相鄰的基站之間的信道的相位偏移量； 每個基站中均包括一第一載波信息估算單元、第二載波信息估算單元和同步信息計算單元；所述第一載波信息估算單元用于在整個正向廣播傳遞過程中，根據(jù)接收到的同步信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第一載波估算信息；所述第二載波信息估算單元用于提取遞過來的信號，并根據(jù)所提取的信號進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；所有基站的同步信息計算單元用于將各自第一載波估算信息中的頻率和第二載波估算信息中的頻率相加作為同步后的載波頻率，將所述 第一載波估算信息中的相位和第二載波估算信息中的相位相加作為同步后的載波頻率。
7.如權利要求6所述的分布式波束合成系統(tǒng)，其特征在于，所述源端的多個基站可形成一閉環(huán)結(jié)構(gòu)，所述同步信號產(chǎn)生基站為閉環(huán)結(jié)構(gòu)中的任意一個基站； 當源端的基站個數(shù)為奇數(shù)時，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站中的相位偏移量估算單元分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量； 當源端的基站個數(shù)為偶數(shù)時，在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站中的相位偏移量估算單元分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量；在第二時隙，中間基站中的相位偏移量估算單元估算其與一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量；在所述逆向廣播傳遞的最后一個時隙，中間基站中的相位偏移量估算單元估算其與另一側(cè)的相鄰基站之間的信道的相位偏移量。
8.如權利要求6所述的分布式波束合成系統(tǒng)，其特征在于，所述源端的多個基站可形成一線性結(jié)構(gòu)，所述同步信號產(chǎn)生基站為線性結(jié)構(gòu)的兩端的基站； 在第一時隙，中間基站兩側(cè)的相鄰基站中的相位偏移量估算單元分別估算與中間基站之間的信道的相位偏移量。
9.如權利要求8所述的分布式波束合成系統(tǒng)，其特征在于，當源端的基站個數(shù)為奇數(shù)時，中間基站兩側(cè)的相鄰基站分別在兩個不同時隙進行同步信號的廣播傳遞。
10.如權利要求6所述的分布式波束合成系統(tǒng)，其特征在于，當源端基站個數(shù)為奇數(shù)時，中間基站兩側(cè)相鄰的基站中的第二載波信息估算單元分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息； 當源端基站個數(shù)為偶數(shù)時，中間基站兩側(cè)相鄰的基站中的第二載波信息估算單元分別在接收到中間基站發(fā)送過來的疊加后的同步信號后，將所述疊加后的同步信號作為被減數(shù)、延遲了 2倍所述相位偏移量的 上一時隙接收到的信號作為減數(shù)做差，然后根據(jù)差值進行載波信息估算，得到各自的包含載波頻率和相位信息的第二載波估算信息；然后中間基站兩側(cè)相鄰的基站把各自提取處理后的信號分開不同時隙廣播出去，中間基站對此時接收到的兩個提取的信號進行載波信息估算得到兩個相位估算值和兩個頻率估算值，利用兩個相位估算值分別減去對應的所述相位偏移量作為其第一和第二載波相位估算信息，頻率估算值為第一和第二載波頻率估算信息。
全文摘要
本發(fā)明適用于無線通信技術領域，提供了一種分布式波束合成系統(tǒng)及其源端各發(fā)送天線的載波同步方法，本發(fā)明中源端的發(fā)送天線能夠?qū)崿F(xiàn)精確的時隙控制，且能夠?qū)邮招盘栠M行頻率和相位估算，并對信道延時造成的相位偏移信息進行估算。本發(fā)明充分利用了無線鏈路的廣播特性，通過精確地時隙控制以及信道估算來實現(xiàn)分布式波束合成系統(tǒng)的載波頻率和相位上的精確同步，與傳統(tǒng)載波同步方法相比，本發(fā)明大大減少了同步開銷，使同步所需時隙從2M-1降低到M(其中M為源端基站個數(shù))，從而增加了系統(tǒng)的有效通信時間。
文檔編號H04W56/00GK103152816SQ20131008531
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權日2013年3月18日
發(fā)明者謝寧, 鮑旭, 王暉, 林曉輝, 曾捷 申請人:深圳大學