基于累積正反饋的閉環(huán)式相位同步方法及分布式通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于累積正反饋的閉環(huán)式相位同步方法及分布式通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式波束成型技術(shù)是一種協(xié)同通信技術(shù)，由多個(gè)源節(jié)點(diǎn)協(xié)同地發(fā)送信息，使其在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠有效合并，實(shí)現(xiàn)通信范圍、傳輸速率、能量效率的增長。為了實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢，需要實(shí)現(xiàn)載波的同步。
[0003]現(xiàn)有的載波同步算法分為兩大類:一類是閉環(huán)載波同步算法，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)測量接收信號(hào)強(qiáng)度是否滿足系統(tǒng)要求，不斷將測量結(jié)果反饋給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)以此實(shí)現(xiàn)載波同步，其中源節(jié)點(diǎn)間很少通信。另一類是開環(huán)載波同步算法，通過源節(jié)點(diǎn)之間的通信實(shí)現(xiàn)同步，而目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)之間很少通信。
[0004]現(xiàn)有的閉環(huán)載波同步算法包括RaghuramanMudumbai，Joao Hespanha，UpamanyuMadhow，Gwen Barriac提出的單比特正反饋迭代算法以及Shuo Song，JohnS.Thompson,Pe1-Jung Chung和Peter M.Grant在單比特正反饋迭代算法的基礎(chǔ)上提出的混合負(fù)反饋載波同步算法。
[0005]單比特正反饋迭代算法在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)對(duì)源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射相位增加一個(gè)隨機(jī)的擾動(dòng)，根據(jù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)反饋的信息決定是否保留該隨機(jī)擾動(dòng)。該算法能夠在不利用信道狀態(tài)信息的前提下，近乎完美地在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相位的對(duì)齊，并且該算法的收斂時(shí)間只是隨著參與節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)線性增長，算法的基本原理可以輕易的運(yùn)用于實(shí)際環(huán)境并且能夠擴(kuò)展到實(shí)現(xiàn)頻率同步問題上。但該算法只利用了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的單比特正反饋信息，并沒有利用負(fù)反饋信息，因此沒有充分利用單比特反饋的優(yōu)勢。
[0006]混合負(fù)反饋載波同步算法進(jìn)一步地利用了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)反饋的正負(fù)兩個(gè)方面的信息，提高了相位同步的速度，并且引入了連續(xù)負(fù)反饋時(shí)隙計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)器達(dá)到一個(gè)門限值時(shí)縮小擾動(dòng)步長，使得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)一步提高。然而，該算法也存在一定問題，比如迭代步長的選取有一定限制，在收斂的初始階段，并不能充分利用大步長加快收斂速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于累積正反饋的閉環(huán)式相位同步方法及分布式通信系統(tǒng)，以提高相位同步過程中收斂初期的收斂速度。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種基于累積正反饋的閉環(huán)式相位同步方法，包括如下步驟:
[0009]步驟A:各源節(jié)點(diǎn)在第1時(shí)隙以各自的發(fā)射相位0J1)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測第1時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(l)，并將其作為第2時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest(2)，然后進(jìn)入第2時(shí)隙；Θ J1)為第i源節(jié)點(diǎn)在第1時(shí)隙的發(fā)射相位；
[0010]步驟B:各源節(jié)點(diǎn)在第2時(shí)隙以各自的發(fā)射相位0J2)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)；Θ ,(2) = 9^1)+5^2), θ χ⑵為第i源節(jié)點(diǎn)在第2時(shí)隙的發(fā)射相位，δ χ⑵為第i源節(jié)點(diǎn)在第2時(shí)隙的隨機(jī)相位擾動(dòng)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測第2時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(2)，并判斷R(2)是否大于第2時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest(2)，如果是，則發(fā)送正反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)第3時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest (3) = R(2)，否則，發(fā)送負(fù)反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)Rbest(3) = Rbest(2);然后進(jìn)入第3時(shí)隙;
[0011]步驟C:各源節(jié)點(diǎn)在第η時(shí)隙以各自的發(fā)射相位θ^η)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)，θ i (η) = θ “η-1)+δ “η)+ξ “η)成為自然數(shù)，且η彡3，θ ; (η)為第i源節(jié)點(diǎn)在第η時(shí)隙的發(fā)射相位，δ χ (η)為第i源節(jié)點(diǎn)在第η時(shí)隙的隨機(jī)相位擾動(dòng)，ξ , (η)為第η時(shí)隙的相位擾動(dòng)調(diào)整值；當(dāng)各源節(jié)點(diǎn)接收到的上一時(shí)隙目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)為正反饋信號(hào)時(shí)，L(n) =0，當(dāng)各源節(jié)點(diǎn)接收到的上一時(shí)隙目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)為負(fù)反饋信號(hào)時(shí)，L(n) =-5,(1!);同時(shí)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測第η時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(n)，并判斷是否R(n) > Rbest (n), Rbest (η)為第η時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度，如果R(n) > Rbest (η)，則發(fā)送正反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)Rtest(n+1) =R(n)，否則，發(fā)送負(fù)反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)Rtest(n+1) =Rbest(n);然后進(jìn)入第n+1時(shí)隙；
[0012]從第2時(shí)隙開始，各源節(jié)點(diǎn)通過正反饋計(jì)數(shù)器累加接收到正反饋信號(hào)的次數(shù)，如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的第一閾值，則使δ^η+Ι) = δ^η);如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的第一閾值，則使S ifc+1) = δ Jn) X α ρ a 1，同時(shí)，將正反饋計(jì)數(shù)器清零并重新累加，并將第一閾值增大第一固定值。
[0013]進(jìn)一步地，從第2時(shí)隙開始，各源節(jié)點(diǎn)通過負(fù)反饋計(jì)數(shù)器累加連續(xù)接收到負(fù)反饋信號(hào)的次數(shù)，在負(fù)反饋計(jì)數(shù)器累加次數(shù)的過程中，一旦發(fā)生正反饋，則負(fù)反饋計(jì)數(shù)清零，并重新累加；如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的第二閾值，則使δ^η+Ι) = δ^η);如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的第二閾值，則使δ^η+Ι) = δι(η)Χα2,0< α2<1，同時(shí)，將正、負(fù)反饋計(jì)數(shù)器清零并重新累加，并將第二閾值減小第一固定值。
[0014]進(jìn)一步地，當(dāng)n+1達(dá)到設(shè)定值或第n+1時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R (n+1)達(dá)到設(shè)定強(qiáng)度時(shí)，完成第n+1時(shí)隙的迭代后，終止迭代。
[0015]—種分布式通信系統(tǒng)，包括目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和若干源節(jié)點(diǎn)；
[0016]各源節(jié)點(diǎn)在第1時(shí)隙以各自的發(fā)射相位0J1)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測第1時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(l)，并將其作為第2時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest(2)，然后進(jìn)入第2時(shí)隙；Θ工(1)為第i源節(jié)點(diǎn)在第1時(shí)隙的發(fā)射相位；
[0017]各源節(jié)點(diǎn)在第2時(shí)隙以各自的發(fā)射相位Θ J2)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào):0^2)=9,(1)+5,(2), Θ工(2)為第i源節(jié)點(diǎn)在第2時(shí)隙的發(fā)射相位，δ χ⑵為第i源節(jié)點(diǎn)在第2時(shí)隙的隨機(jī)相位擾動(dòng)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測第2時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(2)，并判斷R(2)是否大于第2時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rbest (2)，如果是，則發(fā)送正反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)第3時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest(3) = R(2)，否則，發(fā)送負(fù)反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)Rbest (3) = Rbest (2);然后進(jìn)入第3時(shí)隙;
[0018]各源節(jié)點(diǎn)在第η時(shí)隙以各自的發(fā)射相位θ χ (η)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)，θ χ (η)=θ i (n-1) + δ i (n) + ξ ； (n) ;n為自然數(shù)，且n彡3，θ ; (η)為第i源節(jié)點(diǎn)在第η時(shí)隙的發(fā)射相位，δ χ (η)為第i源節(jié)點(diǎn)在第η時(shí)隙的隨機(jī)相位擾動(dòng)，ξ , (η)為第η時(shí)隙的相位擾動(dòng)調(diào)整值；當(dāng)各源節(jié)點(diǎn)接收到的上一時(shí)隙目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)為正反饋信號(hào)時(shí)，L(n) =0，當(dāng)各源節(jié)點(diǎn)接收到的上一時(shí)隙目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)為負(fù)反饋信號(hào)時(shí)，L(n) =-5,(1!);同時(shí)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測第η時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R (η)，并判斷是否R(n) > Rbest(n)，Rbest(n)為第η時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度，如果R(n) > Rbest (η)，則發(fā)送正反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)Rbest(n+1) =R(n)，否則，發(fā)送負(fù)反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)，且設(shè)Rbest(n+1) = Rbest(n);然后進(jìn)入第n+1時(shí)隙；
[0019]從第2時(shí)隙開始，各源節(jié)點(diǎn)通過正反饋計(jì)數(shù)器累加接收到正反饋信號(hào)的次數(shù)，如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的第一閾值，則使δ^η+Ι) = δ^η);如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的第一閾值，則使S ifc+1) = δ Jn) X α ρ a 1，同時(shí)，將正反饋計(jì)數(shù)器清零并重新累加，并將第一閾值增大第一固定值。
[0020]進(jìn)一步地，從第2時(shí)隙開始，各源節(jié)點(diǎn)通過負(fù)反饋計(jì)數(shù)器累加連續(xù)接收到負(fù)反饋信號(hào)的次數(shù)，在負(fù)反饋計(jì)數(shù)器累加次數(shù)的過程中，一旦發(fā)生正反饋，則負(fù)反饋計(jì)數(shù)清零，并重新累加；如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的第二閾值，則使δ^η+Ι) = δ^η);如果在第η時(shí)隙時(shí)該次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的第二閾值，則使δ^η+Ι) = δι(η)Χα2,0< α2<1，同時(shí)，將正、負(fù)反饋計(jì)數(shù)器清零并重新累加，并將第二閾值減小第一固定值。
[0021]進(jìn)一步地，當(dāng)n+1達(dá)到設(shè)定值或第n+1時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R (n+1)達(dá)到設(shè)定強(qiáng)度時(shí)，完成第n+1時(shí)隙的迭代后，終止迭代。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明引入正反饋計(jì)數(shù)器累積目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度大于當(dāng)前時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度的次數(shù)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，便會(huì)在下一時(shí)隙時(shí)自動(dòng)增大隨機(jī)相位擾動(dòng)的步長，從而使得收斂前期的收斂速度得到提高。
【附圖說明】
[0023]圖1:本發(fā)明提供的分布式通信系統(tǒng)組成示意圖；
[0024]圖2:所述分布式通信系統(tǒng)的基于累積正反饋的閉環(huán)式相位同步方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]如圖1所示為分布式通信系統(tǒng)的組成示意圖，該系統(tǒng)包括若干源節(jié)點(diǎn)2以及目標(biāo)節(jié)點(diǎn)1。該系統(tǒng)的基于累積正反饋的閉環(huán)式相位同步方法如圖2所示，包括如下步驟:
[0027]步驟A:各源節(jié)點(diǎn)2在第1時(shí)隙以各自的發(fā)射相位0J1)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)1發(fā)射信號(hào)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)1檢測第1時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(l)，并將其作為第2時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest(2)，然后進(jìn)入第2時(shí)隙。θ χ (1)為第i源節(jié)點(diǎn)2在第1時(shí)隙的發(fā)射相位，0,(1)可為各源節(jié)點(diǎn)2的發(fā)射信號(hào)的初始相位，各源節(jié)點(diǎn)2的初始相位可能是不同的。
[0028]步驟B:各源節(jié)點(diǎn)2在第2時(shí)隙以各自的發(fā)射相位θ χ (2)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)1發(fā)射信號(hào)，Θ i (2) = Θ工(1) + δ工(2)。Θ工⑵為第i源節(jié)點(diǎn)2在第2時(shí)隙的發(fā)射相位，δ工⑵為第i源節(jié)點(diǎn)2在第2時(shí)隙的隨機(jī)相位擾動(dòng)。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)1檢測第2時(shí)隙接收到的信號(hào)總強(qiáng)度R(2)，并判斷R(2)是否大于第2時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest(2)，如果是，則發(fā)送正反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)2，且設(shè)第3時(shí)隙的最佳接收信號(hào)強(qiáng)度Rtest (3) = R(2)，否則，發(fā)送負(fù)反饋信號(hào)給各源節(jié)點(diǎn)2，且設(shè)Rtest(3) = Rbest(2);然后進(jìn)入第3時(shí)隙。
[0029]步驟C:各源節(jié)點(diǎn)2在第η時(shí)隙以各自的發(fā)射相位θ χ (η)同時(shí)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)1發(fā)射信號(hào)，θ i (η) = θ >-1)+δ i(n)+ξ ?(η)，η為自然數(shù)，且η彡3，θ ; (η)為第i源節(jié)點(diǎn)2在第η時(shí)隙的發(fā)射相位，δ χ (η)為第i源節(jié)點(diǎn)2在第η時(shí)隙的隨機(jī)相位擾動(dòng)，ξ , (η)為第η時(shí)隙的相位擾