同步裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明在實(shí)施例中設(shè)及用于特別是通過(guò)使用調(diào)嗽擴(kuò)頻來(lái)同步在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的多 個(gè)時(shí)鐘的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 遠(yuǎn)程時(shí)鐘的同步是眾所周知的話(huà)題，并且具有許多應(yīng)用。一個(gè)重要的應(yīng)用是無(wú)線(xiàn) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其要求在基站之間的至少500 ns的時(shí)間準(zhǔn)確度。在許多情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)基于 到達(dá)的時(shí)間差來(lái)提供定位或其他高級(jí)的服務(wù)時(shí)，要求的同步的水平可能大大好于該數(shù)字 (figure)。通常要求10 ns或甚至2 ns的準(zhǔn)確度。
[0003] 當(dāng)數(shù)字聯(lián)網(wǎng)表示精確同步的最廣泛使用時(shí)，許多其他應(yīng)用也需要它。我們可W援 引例如使用許多物理上斷開(kāi)的傳感器的網(wǎng)絡(luò)的地震測(cè)量、科學(xué)儀器、陸地勘測(cè)。該列表遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不是窮盡。
[0004] 在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，使用來(lái)自GPS或者其他地理定位（geolocalization)衛(wèi)星系統(tǒng)的 信號(hào)來(lái)獲得可W將在網(wǎng)絡(luò)中的所有時(shí)鐘同步到其的精確的共同基準(zhǔn)。然而運(yùn)要求基站具有 屋頂訪(fǎng)問(wèn)（roof access),并且還依賴(lài)于其可用性在所有條件下得不到保證的GI^信號(hào)。
[0005] 針對(duì)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)在網(wǎng)絡(luò)中的延遲是稍微可預(yù)測(cè)的，則比如TopSynch^ffiE 1588或NTP的技術(shù)方案可W在它們相應(yīng)的性能限制中提供良好的準(zhǔn)確度。運(yùn)些技術(shù)方案示 出針對(duì)D化鏈路或使用無(wú)線(xiàn)回程的鏈路的某些限制。
[0006] 直接序列擴(kuò)頻技術(shù)也是已知的并且可W達(dá)到非常高水平的編碼增益。在某些情況 下，像在GI^系統(tǒng)中，已經(jīng)在遠(yuǎn)距離上顯示出優(yōu)秀的噪聲免疫性。然而，運(yùn)些技術(shù)的限制是 接收機(jī)的相當(dāng)高的復(fù)雜度、針對(duì)弱信號(hào)可W非常長(zhǎng)的獲取時(shí)間和它們的功率消耗。
[0007] 歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP2449690描述了使用數(shù)字合成的調(diào)嗽符號(hào)作為調(diào)制的通信系統(tǒng) 和合適的基于FFT的接收機(jī)。
[000引已知在各種射頻電路中的調(diào)嗽生成，例如US6549562描述了用于生成調(diào)制的調(diào)嗽 信號(hào)的方法，而EP0952713示出了基于調(diào)嗽信號(hào)的同步過(guò)程。
[0009] 除其他之外，US6940893和US6614853通過(guò)經(jīng)過(guò)波散濾波器傳遞脈沖信號(hào)來(lái)描述 調(diào)嗽信號(hào)的生成和使用W及基于此的通信方案。
[0010] 在本領(lǐng)域中已知的其他參考描述了使用數(shù)字合成調(diào)嗽符號(hào)作為調(diào)制的通信系統(tǒng) 和合適的基于FFT的接收機(jī)。除其他之外，歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP2763321描述了一個(gè)運(yùn)樣的 調(diào)制方法，其中信號(hào)的相位基本上鄰接，并且W運(yùn)樣的方式將調(diào)嗽嵌入到數(shù)據(jù)帖中W便允 許在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)節(jié)點(diǎn)之間的同步W及確定它們之間的傳播范圍。該調(diào)制方案被用在 Semtech公司的遠(yuǎn)程LoRa?RF技術(shù)中，并且其將在該文檔的下文中被簡(jiǎn)稱(chēng)為'LoRa'。
[0011] EP2767847設(shè)及LoRa協(xié)議的變體，其允許估計(jì)在無(wú)線(xiàn)鏈路的端點(diǎn)之間的范圍。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，借助于所述權(quán)利要求書(shū)的對(duì)象（Ob ject)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)些目的。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 借助于示例給出和通過(guò)圖圖示的實(shí)施例的描述將更好地理解本發(fā)明，其中： 圖1W示意的簡(jiǎn)化的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的無(wú)線(xiàn)電調(diào)制調(diào)解器的結(jié)構(gòu)。
[0014] 圖2a繪制了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的基礎(chǔ)調(diào)嗽的瞬時(shí)頻率和調(diào)制的調(diào)嗽的瞬時(shí) 頻率。在圖化中表示相同信號(hào)的相位，并且圖2c繪制了在時(shí)域中的基礎(chǔ)調(diào)嗽的實(shí)數(shù)和復(fù) 數(shù)分量。
[0015] 圖3a到圖3c示意性地表示在本發(fā)明的帖中的、在兩個(gè)設(shè)備之間交換的數(shù)據(jù)帖的 結(jié)構(gòu)。
[0016] 圖4示意性地示出了包括定時(shí)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)定時(shí)從節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
[0017] 圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的同步方法的步驟。
[0018] 圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的采樣誤差補(bǔ)償。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 在本發(fā)明中采用的調(diào)嗽調(diào)制技術(shù)的若干方面在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP2449690被描述 并且將在運(yùn)里被概括地提起，所述申請(qǐng)通過(guò)引用被并入到本文中。在圖1中示意性表示的 無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機(jī)是本發(fā)明的可能的實(shí)施例。收發(fā)機(jī)包括基帶部分200和射頻部分100。集中 在發(fā)射機(jī)部分上，基帶調(diào)制器150基于在它的輸入處存在的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)152生成基帶信號(hào)，所 述基帶信號(hào)的I和Q分量通過(guò)由功率放大器120放大的RF部分100被轉(zhuǎn)換成期待的傳輸 頻率，并且由天線(xiàn)傳輸。
[0020] 在該示例中，通過(guò)在混合器110中混合由放大器154提供的信號(hào)與電路190生成 的本地載波的同相和正交分量來(lái)完成信號(hào)從基帶到預(yù)期的頻率的轉(zhuǎn)換并且將其鏈接到基 準(zhǔn)時(shí)鐘129。
[0021] 一旦在無(wú)線(xiàn)電鏈路的另一端上接收信號(hào)，就由圖1的收發(fā)機(jī)的接收部分對(duì)其進(jìn)行 處理，圖1的收發(fā)機(jī)包括低噪放大器160,之后是生成包括一系列調(diào)嗽的基帶信號(hào)的下變頻 轉(zhuǎn)換級(jí)170,然后由其功能是調(diào)制器150的功能的相反的基帶解調(diào)器180對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行處 理并且提供重建的數(shù)字信號(hào)182。
[002引如在EP2449690中討論的那樣，調(diào)制器150合成包括一系列調(diào)嗽的基帶信號(hào)，所述 基帶信號(hào)的頻率沿著預(yù)確定的時(shí)間間隔從初始瞬時(shí)值孩改變到最終瞬時(shí)頻率y|。為了簡(jiǎn) 化描述，將假設(shè)所有的調(diào)嗽具有相同的持續(xù)時(shí)間fS盡管運(yùn)不是針對(duì)本發(fā)明的絕對(duì)要求。
[0023] 在基帶信號(hào)中的調(diào)嗽可W由它們瞬時(shí)頻率的時(shí)間分布（profile)巧O或者也由將 信號(hào)的相位定義為時(shí)間的函數(shù)的函數(shù)冷（巧來(lái)描述。重要的是調(diào)制器150可W生成具有多 個(gè)不同分布的調(diào)嗽，每個(gè)對(duì)應(yīng)于在預(yù)確定的調(diào)制字母表中的符號(hào)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的重要特征，調(diào)制器150可W生成具有具體的和預(yù)定義的頻率分布的 基礎(chǔ)調(diào)嗽(在下文中也被稱(chēng)為未調(diào)制的調(diào)嗽）或通過(guò)循環(huán)地時(shí)移基礎(chǔ)頻率分布從基礎(chǔ)調(diào)嗽 獲得的可能的調(diào)制調(diào)嗽的集合中的一個(gè)。通過(guò)示例，圖2a圖示了在調(diào)嗽的開(kāi)始處的時(shí)刻 t ^ te和調(diào)嗽的末尾處的時(shí)刻自￡^之間的基礎(chǔ)調(diào)嗽的和一個(gè)調(diào)制的調(diào)嗽的可能的頻率 和相位分布，而圖化示出了在時(shí)間的域中的相應(yīng)的基帶信號(hào)。水平標(biāo)度（scale)例如對(duì)應(yīng) 于符號(hào)并且雖然將繪圖表示為連續(xù)的，但是在具體實(shí)現(xiàn)中它們將由有限數(shù)量的離散樣本來(lái) 表示。關(guān)于垂直標(biāo)度，它們被歸一化成預(yù)期的帶寬或者被歸一化成相應(yīng)的相位跨度（span)。 特別地，相位在圖化中被表示為好像其是無(wú)邊界的變量，W便更好的示出它的連續(xù)性，但 是它在具體實(shí)現(xiàn)中實(shí)際上可W跨越若干周期（revolution)。
[00巧]在描繪的示例中，基礎(chǔ)調(diào)嗽的頻率從初始值4:-心錢(qián)性地增加到最終值 毅―接，其中《卿^表擴(kuò)展的帶寬的量，但下降的調(diào)嗽或其他調(diào)嗽分布也是可能的。因 此，W調(diào)嗽的形式對(duì)信息編碼，所述調(diào)嗽具有關(guān)于預(yù)確定的基礎(chǔ)調(diào)嗽的多個(gè)可能的循環(huán)移 位中的一個(gè)，每個(gè)循環(huán)移位對(duì)應(yīng)于可能的調(diào)制符號(hào)。
[0026] 圖2c是在時(shí)域中對(duì)應(yīng)于基礎(chǔ)調(diào)嗽的基帶信號(hào)的實(shí)部和虛部分量I和Q的繪圖。
[0027] 優(yōu)選地，還將調(diào)制器布置成合成并且插入信號(hào)共輛調(diào)嗽或者否則所述的是基礎(chǔ)未 調(diào)制的調(diào)嗽的復(fù)共輛的調(diào)嗽。可W將運(yùn)些視為下調(diào)嗽，其中頻率從值爲(wèi)4.沒(méi)擠VTf降到 兵：;二…拐辣'巧。