無線通信網(wǎng)絡(luò)中的時鐘自同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線通信網(wǎng)絡(luò)中的時鐘自同步方法，應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域需要進行時鐘同步的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別是無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)節(jié)點訪問信道的方式不同可以分為同步網(wǎng)絡(luò)和異步網(wǎng)絡(luò)，同步網(wǎng)絡(luò)相對于異步網(wǎng)絡(luò)，擁有頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大和高實時性等優(yōu)點，因此得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]時鐘同步是同步無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)，是無線信號正確接收、時分多址接入、功率控制、同步跳頻等功能的核心技術(shù)之一。無線通信網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點擁有獨立的硬件時鐘，硬件時鐘通過晶體振蕩器和計數(shù)器來進行計時，由于制作工藝、外界環(huán)境、硬件老化等原因，各節(jié)點硬件時鐘的晶體振蕩器的頻率之間存在差異，因此完成節(jié)點時鐘之間的頻率同步是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間時間同步的重要保障。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中一類是依賴外部時鐘源來完成無線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的時間同步。比如利用GPS、北斗等衛(wèi)星授時系統(tǒng)進行無線通信網(wǎng)絡(luò)的時間同步，在節(jié)點中集成相應(yīng)的時標(biāo)信號接收裝置，無線通信網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點獨立的與衛(wèi)星授時系統(tǒng)的時間進行同步，以完成整網(wǎng)的時間同步。
[0005]利用IEEE1588(網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)精準(zhǔn)時鐘同步協(xié)議)授時進行無線通信網(wǎng)絡(luò)的時間同步，需要在網(wǎng)絡(luò)外接穩(wěn)定的時鐘源，逐級完成無線通信網(wǎng)絡(luò)的時間同步。
[0006]利用GPS、北斗等衛(wèi)星授時系統(tǒng)進行無線通信網(wǎng)絡(luò)的時間同步方案，需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中集成時標(biāo)信號接收設(shè)備，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的成本，并且當(dāng)衛(wèi)星授時信號受到干擾或者在信號強度較弱的場景下，網(wǎng)絡(luò)同步精度不能保證。
[0007]利用IEEE1588(網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)精準(zhǔn)時鐘同步協(xié)議)授時進行無線通信網(wǎng)絡(luò)的時間同步方案，需要外接穩(wěn)定的時鐘源，增加無線通信網(wǎng)絡(luò)的成本及實現(xiàn)難度，同時此種方案需要穩(wěn)定可靠的時鐘傳輸網(wǎng)絡(luò)才能保證時間同步的穩(wěn)定性，對于無線通信網(wǎng)絡(luò)而言難以實現(xiàn)。
[0008]另一類是通過在無線通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間建立層級關(guān)系，逐級的完成時間同步。此種時間同步方案通過選擇時鐘跟蹤源節(jié)點，當(dāng)前節(jié)點只與選擇的跟蹤源節(jié)點進行時間同步。
[0009]當(dāng)無線通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的頻率偏差較大時，導(dǎo)致節(jié)點間低階調(diào)制也無法正常通信，此時節(jié)點無法接收到時鐘跟蹤節(jié)點的時間同步信息，因此不能保證無線通信網(wǎng)絡(luò)時間同步的順利完成。并且節(jié)點之間的頻率差會導(dǎo)致時鐘計時速度的差異，影響時間同步精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種無線通信網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法及相關(guān)裝置，以解決現(xiàn)有時間同步方法中因無線通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點時鐘之間頻率差較大導(dǎo)致無法正確解析無線信號以及頻率差引起的時間同步精度不高的問題。
[0011]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)中的時鐘自同步方法為:網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間不存在跟蹤同步關(guān)系，各節(jié)點按照自身的頻度發(fā)送各自的同步序列，所有節(jié)點檢測并且解析相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列，接收節(jié)點根據(jù)同步序列的相關(guān)性能夠估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差，并且按照以下方法完成本地時鐘頻率的校準(zhǔn):
[0012]節(jié)點檢測并且解析得到相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列后，根據(jù)同步序列的相關(guān)性能夠估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差，如果頻率差小于預(yù)定的門限值，則不對本地時鐘頻率進行調(diào)整；否則，根據(jù)發(fā)送節(jié)點的時鐘頻率，將本地時鐘頻率向上或者向下調(diào)整Delta，使調(diào)整后本節(jié)點與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差減小，經(jīng)過一段時間的調(diào)整后，整網(wǎng)中的時鐘頻率將保持在一定的頻率差范圍之內(nèi)；所述的Delta為預(yù)設(shè)的頻率調(diào)整值或者基于頻率差計算出來的頻率調(diào)整值。
[0013]所述的同步序列用于節(jié)點檢測無線信號，接收節(jié)點根據(jù)同步序列的相關(guān)性能夠估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差。該同步序列應(yīng)該具有良好的相關(guān)性，易于節(jié)點正確解析；并且在固定的頻域位置上發(fā)送，便于節(jié)點的快速檢測。
[0014]所述的頻率差范圍需要能夠支持節(jié)點之間正確解析最基本信道的無線信號。
[0015]使用本發(fā)明所述方法的無線通信網(wǎng)絡(luò)在無外部時鐘源的場景下仍能保持網(wǎng)絡(luò)中時鐘之間的相對同步，保證網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，該方法的優(yōu)點是:
[0016]I)不需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中集成額外的接收裝置，可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的成本；
[0017]2)不依賴衛(wèi)星授時系統(tǒng)，避免因使用場景和信號干擾引起的問題；
[0018]3)不依賴于外接時鐘源，降低實現(xiàn)成本和復(fù)雜度；
[0019]4)自同步協(xié)議完全依賴節(jié)點間正常的數(shù)據(jù)傳遞，不依賴于額外的時鐘傳輸網(wǎng)絡(luò)。
【附圖說明】
[0020]圖1是無線通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中連線表示節(jié)點之間的無線信號相互覆蓋；(t，f)表示節(jié)點的時間和頻率。
[0021]圖2是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是分布式頻率同步處理流程。
[0023]圖4是分布式頻率同步示例。圖中顯示節(jié)點k-Ι已選定時鐘跟蹤源表示各節(jié)點的頻率。
[0024]圖5是選源跟蹤處理流程。
[0025]圖6是時鐘跟蹤源選擇處理流程。
[0026]圖7是選源跟蹤同步示例。圖中顯示節(jié)點k-Ι已入網(wǎng)。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖及具體實施案例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。
[0028]本發(fā)明提出了一種無線通信網(wǎng)絡(luò)的時鐘自同步方法，利用該方法可在無線通信網(wǎng)絡(luò)無外接時鐘源時，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時鐘的同步，保持網(wǎng)絡(luò)正常連通。
[0029]本發(fā)明中，節(jié)點發(fā)送的無線信號的覆蓋范圍之內(nèi)的其他節(jié)點稱為該節(jié)點的相鄰節(jié)點。其中，所述的節(jié)點包括但不僅限于中繼節(jié)點、基站設(shè)備、移動終端等無線通信裝置。
[0030]本發(fā)明中，時鐘同步包括頻率同步和時間同步。
[0031]本發(fā)明是在現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)時間同步方法的基礎(chǔ)上提出了一種分布式頻率校準(zhǔn)的時鐘同步方法。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間不存在跟蹤同步關(guān)系，所有節(jié)點根據(jù)相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列進行頻率同步。
[0032]無線通信網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點按照自身的頻度發(fā)送各自的同步序列。所有節(jié)點檢測并且解析相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列，接收節(jié)點根據(jù)同步序列的相關(guān)性估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差，并且按照預(yù)設(shè)的方法完成本地時鐘的頻率校準(zhǔn)。
[0033]其中，所述的同步序列用于節(jié)點檢測無線信號，接收節(jié)點根據(jù)同步序列的相關(guān)性可以估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差，并不限制具體的實現(xiàn)方式。該同步序列應(yīng)該具有良好的相關(guān)性，易于節(jié)點正確解析；并且在固定的頻域位置上發(fā)送，便于節(jié)點的快速檢測。
[0034]所述的按照預(yù)設(shè)的方法完成本地時鐘頻率的校準(zhǔn)是指:節(jié)點檢測并解析得到相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列后，根據(jù)同步序列估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差，如果頻率差小于預(yù)定的門限值，則不對本地時鐘頻率進行調(diào)整；否則，根據(jù)發(fā)送節(jié)點的時鐘頻率，將本地時鐘頻率向上或者向下調(diào)整Delta，調(diào)整后本節(jié)點與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差減小，即實現(xiàn)節(jié)點之間的頻率同步，經(jīng)過一段時間的調(diào)整后，整網(wǎng)中的時鐘頻率將保持在一定的頻率差范圍之內(nèi)。Delta為預(yù)設(shè)的頻率調(diào)整值或者基于頻率差計算出來的頻率調(diào)整值。
[0035]其中，所述的頻率差范圍需要能夠支持節(jié)點之間正確解析最基本信道的無線信號。
[0036]在所述的分布式頻率同步的基礎(chǔ)上進行時間同步調(diào)整，可以保證節(jié)點之間能夠正確接收到時間同步信息，并且保證節(jié)點之間的時鐘計時速度差較小，提高時間同步的穩(wěn)定性。
[0037]如圖1所示，為無線通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明將以該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例進行詳細(xì)說明，但并不局限于此。
[0038]節(jié)點發(fā)送的無線信號覆蓋范圍之內(nèi)的其他節(jié)點，稱為該節(jié)點的相鄰節(jié)點，圖中用連線表示節(jié)點之間的相鄰關(guān)系。相鄰節(jié)點之間可以互相收發(fā)數(shù)據(jù)，非相鄰節(jié)點之間則不能互相收發(fā)。例如，圖中節(jié)點I的相鄰節(jié)點有節(jié)點2和節(jié)點4，而節(jié)點3不是節(jié)點I的相鄰節(jié)點。
[0039]圖2所示為本實施例中節(jié)點設(shè)備的結(jié)構(gòu)。節(jié)點設(shè)備結(jié)構(gòu)僅為對本實施案例進行解析和說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成約束。節(jié)點設(shè)備至少由天線、同步序列處理模塊、頻率同步模塊、時間同步模塊、跟蹤管理模塊構(gòu)成。
[0040]其中，節(jié)點采用全向天線，節(jié)點可以向任意方向發(fā)送和可以從任意方向接收無線信號。節(jié)點的天線類型僅為對本實施案例進行解釋和說明，也可以使用定向天線等其他類型的天線設(shè)備，并不對本發(fā)明構(gòu)成約束。
[0041]同步序列處理模塊用于生成節(jié)點需要發(fā)送的同步序列和檢測相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列。
[0042]頻率同步模塊用于頻率同步
[0043]時間同步模塊用于時間同步。
[0044]跟蹤管理模塊用于時鐘跟蹤源的選擇及時鐘同步控制。
[0045]圖3所示為分布式頻率同步的處理流程:
[0046]I)節(jié)點以自身的頻度發(fā)送各自的同步序列。
[0047]2)節(jié)點在接收時隙持續(xù)檢測相鄰節(jié)點發(fā)送的同步序列，解析檢測到的同步序列并且根據(jù)同步序列的相關(guān)性估計得到與發(fā)送節(jié)點之間的頻率差。
[0048]3)比較本地時鐘頻率和發(fā)送節(jié)點的時鐘頻率，如果頻率差