無線系統(tǒng)中的節(jié)點及其時間和頻率同步方法

專利名稱：無線系統(tǒng)中的節(jié)點及其時間和頻率同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例涉及網(wǎng)絡(luò)同步領(lǐng)域，更具體來說，涉及去中央化網(wǎng)絡(luò)同步領(lǐng)域。本發(fā)明的實施例考慮這種網(wǎng)絡(luò)中的頻率同步。
背景技術(shù)：
近年來，許多流行物品獲得了無線能力，從而電子裝置之間的無線通信變得越來越流行和普及。電子裝置之間的這種無線通信的一種方法是在臨時網(wǎng)絡(luò)或者對等網(wǎng)絡(luò)中 (即，在去中央化網(wǎng)絡(luò)中)組織這些裝置。圖1示出了由如箭頭所示彼此直接相互通信的多個無線裝置MS形成的臨時網(wǎng)絡(luò)的示意表示。該臨時網(wǎng)絡(luò)被建立成一些無線裝置MS直接相互通信，而距離遠的無線裝置 MS(如無線裝置100和102)之間的通信經(jīng)由中間無線裝置進行。無線裝置可以是移動站或具有無線通信能力的PDA或允許與其環(huán)境進行無線通信的任何其他電子裝置。圖1所示的無線裝置也稱為無線網(wǎng)絡(luò)的“節(jié)點”。在這種網(wǎng)絡(luò)中，要求各個裝置之間的通信同步?，F(xiàn)有技術(shù)中的同步方案假設(shè)節(jié)點形成全網(wǎng)格(fully meshed)網(wǎng)絡(luò)，這在無線網(wǎng)絡(luò)中可以是這樣的。然而，通常，該假設(shè)出于兩個原因而不成立。首先，當考慮節(jié)點遍布很大的區(qū)域或者傳輸功率低時，節(jié)點只能夠與在其傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點進行通信，即，與鄰居節(jié)點進行通信，如對于圖1如上提及的那樣。此外，對于對等方式下節(jié)點之間的通信，全網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點以非常高的功率進行傳輸，當節(jié)點相隔非常遠而且產(chǎn)生較高的干擾時這可能并不總是可能的，因而優(yōu)選較低的傳輸功率。 因而，在許多情況下，如圖1所示的無線網(wǎng)絡(luò)的拓撲并不是全網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的兩個裝置 (如電子裝置100和102)并不一定在傳輸范圍內(nèi)，而是通過利用鄰居節(jié)點進行通信，從而形成多跳(multi-hop)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有技術(shù)方法建議了在這種網(wǎng)絡(luò)中采用分布式方式的時間同步。時間同步被定義為對本地時間單元進行對準(aligning)，以定義所有節(jié)點之間的共用時隙結(jié)構(gòu)(common slot structure)?；旧希鱾€無線裝置MS之間的時隙同步是有利的，因為它使得能夠?qū)崿F(xiàn)同步多播業(yè)務和協(xié)調(diào)多點(coordinated multipoint) (CoMP)方案。此外，干擾管理算法的設(shè)計可以變得簡單，因為同步是協(xié)調(diào)(coordination)的基本形式。圖1所示的網(wǎng)絡(luò)可以被視為毫微微小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)并且每個毫微微小區(qū)通常配備有具有較差時鐘質(zhì)量的廉價本地振蕩器。來自宏小區(qū)的時鐘信號可能難以進入，因而，根據(jù)已知的方法，在毫微微小區(qū)之間進行同步。然而，時鐘發(fā)生器和通過它們提供的時鐘內(nèi)在地不完美，即，沒有一個時鐘能夠保持完美的對時間和隨時間的頻率的跟蹤。時鐘發(fā)生器及其特性因此隨時間變化，然而，當環(huán)境(例如，溫度)條件變化時，它們的特性也波動。這導致時鐘在時間和頻率方面抖動，因而時鐘需要定期再同步。在使用低質(zhì)量時鐘發(fā)生器的上述毫微微(femto)網(wǎng)絡(luò)中該問題甚至更嚴重，低質(zhì)量時鐘發(fā)生器會比高質(zhì)量時鐘發(fā)生器的特性變化得更快。然而，需要提及的是，即使在高質(zhì)量時鐘發(fā)生器中，也沒有完美的時鐘。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提議了各種形式的網(wǎng)絡(luò)同步，它們通常依賴于架構(gòu)的主控-從屬類型(master-slave type)。主控時鐘將其定時和頻率指示給從屬時鐘。該解決方案需要主控時鐘的非常高的時鐘質(zhì)量，然而，這易于導致單點故障，因為從屬時鐘完全依賴于主控時鐘。一種替代的已知方法是以去中央化方式執(zhí)行同步。在這種情況下，每個節(jié)點根據(jù)檢測到的鄰居時鐘來更新其時鐘，接著又影響其鄰居。因此，在這種方法中，需要設(shè)計導致網(wǎng)絡(luò)的同步的本地更新規(guī)則。已經(jīng)提出了去中央化網(wǎng)絡(luò)同步方案?；诿}沖覆蓋振蕩器的理論，由 Tyrrell, A. ；Auer, G. and Bettstetter, C. an "Emergent Slot Synchronization in Wireless Networks，，，IEEE Transactions on Mobile Computing, 2010, vol. 9, pp. 719-732描述并且在EP 185^98A1中描述的解決方案關(guān)注于時間同步。該已知的方法應用了一種在生物學上得到靈感的技術(shù)，以在無線網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行去中央化時隙同步。根據(jù)該已知的方法，每個節(jié)點保持相位函數(shù)ΦΑ )，其按給定頻率Φ JtVdt = 1/Τ變化。當接收到分組時，基于檢測到的分組的定時％，更新時鐘的相位。然而，根據(jù)該方法，僅提供了時間同步，因而未解決所使用的振蕩器的同樣存在的頻率偏移。Ebner :Α· ；Rohling, H. ；Halfmann, R. and Lott, Μ. "Synchronization in ad hoc networks based on UTRA TTD，，Proceedings IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC)，2002 描述了另一種已知的方案。該方法以UMTS車輛通信為目標，然而，它要求在執(zhí)行頻率同步任務之前首先執(zhí)行時間同步。更具體來說，在第一個步驟中，使用GPS (GPS=全球定位系統(tǒng))執(zhí)行粗糙或一次時間同步。之后，執(zhí)行精細時間同步。僅當完成了對時間同步的這兩個步驟時，才執(zhí)行粗糙頻率同步，接著執(zhí)行精細的頻率同步。然而，該方法要求在執(zhí)行頻率同步之前首先執(zhí)行時間同步，因此，在未進行第一個步驟的情況下，該方法不能處理任何初始定時失配。此外，利用對于毫微微小區(qū)來說在室內(nèi)不能提供的GPS來執(zhí)行時間同步。此外，利用GPS方法就已經(jīng)確保了微秒的時間同步精度，這也可以用于頻率同步，因為GPs時鐘非常精確，如Lewandowski， W. ；Petit, G. and Thomas, C. "Precision and accuracy of GPS time transfer，，IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1993, vol. 42, pp. 474-479 所描述的。對于圖2，將更詳細地說明如圖1所示的去中央化網(wǎng)絡(luò)中的失去頻率同步 (missing frequency synchronization)的問題。圖2作為示例示出了如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)的三個節(jié)點的傳輸時隙，即，節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3。自然，這種網(wǎng)絡(luò)包括或多或少的節(jié)點并且圖2的圖是用于討論這種網(wǎng)絡(luò)中的失去頻率同步的問題的示意圖。在這些節(jié)點中，由時隙時鐘c^(t)給出時隙的開始和持續(xù)時間。在接收到同步字時，節(jié)點內(nèi)的時隙的開始時間 (在開始時間，在所有節(jié)點中將Φ ( ) =0設(shè)置到同一時間點)和時隙的持續(xù)時間由被定
r φ ) 1
義為fi=^^ =〒的時鐘發(fā)生器頻率給出。在圖2中，在時間、，在節(jié)點1、2以及3中的
每一個處接收到同步字S?；谠撏阶只蛲叫盘朣，對每個節(jié)點的時隙的開始進行再調(diào)整。例如，再5個時隙之后根據(jù)一個已知的標準定期接收同步字S，以再次再調(diào)整時隙的開始。這樣，時間同步得到時間上的共用開始點，即，時間點、，在該時間點，在每個節(jié)點中第一個時隙開始。如上所述，時隙的持續(xù)時間由本地時鐘發(fā)生器的頻率給出。如可以看到的， 節(jié)點1、2以及3分別具有T1, T2以及T3的每個時隙的持續(xù)時間。然而，各個時鐘發(fā)生器的頻率并不同步，即，每個時鐘發(fā)生器以其自己的頻率工作，因而，如從圖2可以看到的，節(jié)點 1具有比節(jié)點2的時隙持續(xù)時間T2長的第一時隙持續(xù)時間T1，但是比節(jié)點3的時隙持續(xù)時間1~3短。因此，節(jié)點2的時隙首先在時間T1結(jié)束。節(jié)點1的時隙其次在時間T2結(jié)束。最長的時隙是節(jié)點3的時隙，在時間T3最后結(jié)束。因此，在第一個時隙之后在接收到時間同步 S之后，之后的時隙的開始時間不再對準，而是如可以看到的那樣在時間上分散開，S卩，在節(jié)點2的第二個時隙的開始與節(jié)點1的第二個時隙的開始之間存在偏移t2-tlt)而且，在節(jié)點 2的第二個時隙的開始與節(jié)點3的第二個時隙的開始之間存在偏移t3-tlt)最短的時隙，即， 節(jié)點2的時隙，與最長的時隙，即，節(jié)點3的時隙之間的最大偏移由圖2中的O1表示。由于各個節(jié)點之間的這種偏移，隨后的時隙的開始時間不再對準，因而在沒有頻率同步的情況下，時隙的分散開始隨時間增大。這可以從圖2看到，圖2示出了在5個時隙之后，最短的時隙，即，節(jié)點2的時隙與最長的時隙，即，節(jié)點3的時隙之間的偏移。在圖2中這被表示在 02?？梢钥吹?，該偏移急劇增大。實際上，在該情況下，節(jié)點2已經(jīng)處理了 5個時隙，而節(jié)點 3僅處理4個時隙。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在節(jié)點未頻率同步的情況下，時隙長度變化，即，隨后的時隙的開始隨時間分散開。本發(fā)明的一個目的是提供一種減小或避免無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的時隙之間的時隙長度變化的無線網(wǎng)絡(luò)的改進同步方案。該目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1中的節(jié)點和根據(jù)權(quán)利要求11中的方法來實現(xiàn)的。本發(fā)明實施例提供一種無線系統(tǒng)中的節(jié)點，所述無線系統(tǒng)使用傳輸/接收時隙在所述無線系統(tǒng)中的節(jié)點之間進行通信，所述節(jié)點包括接收模塊，所述接收模塊被配置成從所述無線系統(tǒng)中的傳輸節(jié)點接收同步信號，并從所述同步信號得到在該節(jié)點中的時鐘發(fā)生器與所述傳輸節(jié)點中的時鐘發(fā)生器之間的時間偏移和頻率偏移；包括時鐘發(fā)生器的時隙同步模塊，所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的時間偏移和所得到的頻率偏移來更新所述時鐘發(fā)生器；以及傳輸模塊，被配置成傳輸數(shù)據(jù)；其中所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的偏移來設(shè)定時隙的時隙開始并基于所得到的頻率偏移來設(shè)定隨后時隙的時隙開始。本發(fā)明實施例提供了一種無線系統(tǒng)中的節(jié)點的時間和頻率同步方法，所述無線系統(tǒng)使用傳輸/接收時隙在所述無線系統(tǒng)中的節(jié)點之間進行通信，所述方法包括在接收節(jié)點處從所述無線系統(tǒng)中的傳輸節(jié)點接收同步信號；從所述同步信號得到在該接收節(jié)點中的時鐘發(fā)生器與所述傳輸節(jié)點中的時鐘發(fā)生器之間的時間偏移和頻率偏移；以及基于所得到的時間偏移和所得到的頻率偏移來更新所述接收節(jié)點的時鐘發(fā)生器，其中基于所得到的時間偏移來設(shè)定時隙的時隙開始，并基于所得到的頻率偏移來設(shè)定隨后時隙的時隙開始。根據(jù)實施例，時鐘發(fā)生器包括數(shù)字振蕩器，并且所述時隙同步模塊被配置成通過更新所述時鐘發(fā)生器來修改所述數(shù)字振蕩器的時鐘信號的相位。在這種實施例中，所述時鐘同步模塊可以進一步被配置成通過根據(jù)時間偏移而延遲增大相位，來修改所述數(shù)字振蕩器的時鐘信號的相位，以提供時間同步，并且根據(jù)所述頻率偏移來改變相位的斜率，以提供頻率同步。根據(jù)本發(fā)明實施例，所述時隙同步模塊可以被配置成基于所得到的時間偏移每預定多個時隙來設(shè)定時隙的時隙開始，并基于所得到的頻率偏移來設(shè)定其他時隙的時隙開始。例如，根據(jù)標準或協(xié)議，可以每5個時隙進行時間同步，而在第一個時隙之后、在第二個時隙之后、在第三個時隙之后以及在第四個時隙之后進行頻率同步。根據(jù)其他標準，可以使用不同數(shù)量的時隙，例如，該數(shù)量可以超過5個時隙或者少于5個時隙，例如，它可以在10 到100之間。根據(jù)其他實施例，所述接收模塊可以被配置成基于所述同步信號中的與所述傳輸節(jié)點的時鐘發(fā)生器有關(guān)的頻率信息來得到頻率偏移。根據(jù)另一實施例，所述同步信號可以包括隨后在所述節(jié)點處接收到的多個部分， 并且其中所述接收模塊然后被配置成從所述同步信號的隨后部分得到頻率偏移。所述同步信號可以是同步字，并且頻率偏移可以是從在所述節(jié)點處接收到的兩個隨后同步字得到的。根據(jù)本發(fā)明另一實施例，所述時隙同步模塊可以被配置成通過利用校正項對所述時鐘發(fā)生器的頻率進行校正來更新所述時鐘發(fā)生器，所述校正項是從已有的校正項和以頻率偏移為輸入的更新函數(shù)計算得到的，所述輸入函數(shù)定義所述時鐘發(fā)生器和無線系統(tǒng)要收斂到的頻率。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供一種計算機程序產(chǎn)品，其在機器可讀載體上存儲程序代碼，在無線系統(tǒng)的計算機或節(jié)點上被執(zhí)行時，所述程序代碼執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。這樣，本發(fā)明實施例提供了一種應對由于時鐘隨時間變化且隨環(huán)境變化而變化的時鐘不完美的方法，并且提供了一種本地振蕩器的同步，其中通過基于本地頻率偏移來更新時鐘，以完全去中央化方式進行網(wǎng)絡(luò)中的運行的本地時隙時鐘的頻率同步。這樣，提供了一種無線網(wǎng)絡(luò)中的去中央化頻率時隙同步的方案，根據(jù)實施例，其尤其適合于毫微微小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，其中通過嗅宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的同步是不可能或者困難的。根據(jù)實施例的方法解決了確定時間時隙化傳輸?shù)拈_始和結(jié)束的時隙時鐘的頻率同步的上述問題。描述了用于以去中央化方式實現(xiàn)頻率同步的本地規(guī)則。根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于接收到的信號(如同步信號) 而計算出的頻率偏移被用于更新內(nèi)部時隙時鐘的允許頻率，而根據(jù)本發(fā)明實施例的方法， 聯(lián)合執(zhí)行時隙時鐘的時間和頻率同步。當與常規(guī)方法比較時，本發(fā)明的實施例提供了多個優(yōu)點，例如-與時間同步同時(即，不是接連地)執(zhí)行頻率同步；-不需要額外開銷，因為用于時間同步的已有同步序列對于提供頻率同步所需的信息來說也是足夠的；-執(zhí)行頻率同步減少了所要求的再同步的周期，因為時鐘隨時間更穩(wěn)定；-對于任何初始頻率偏移，達到了同步；-總體來說更快地達到同步，因為聯(lián)合地完成時間和頻率同步任務；-與現(xiàn)有技術(shù)的上述方法相比，時間和頻率同步都更快并且以更簡單的方式執(zhí)行；
以自動方式達到同步，并且不依賴于任何外部計時源。本發(fā)明實施例的方法的其他優(yōu)點是利用從鏈路級同步獲得的頻率偏移來執(zhí)行頻率時隙同步，以更新時鐘。此外，以逐步長方式執(zhí)行頻率同步，因而不需要與傳輸有關(guān)的預定義協(xié)議?？梢詮娜我夂瘮?shù)選擇任何形式的更新函數(shù)，同時仍然保證同步。在一個示例中， 可以基于同步信號或同步字(sync word)的兩個連續(xù)傳輸來進行時隙時鐘的頻率的測量。


以下，參照附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖1示出了由多個無線裝置MS形成的臨時網(wǎng)絡(luò)的示意表示；圖2是說明如圖1所示的去中央化網(wǎng)絡(luò)中的失去頻率同步的問題的圖；圖3說明了作為對象時鐘漂移的不完美時鐘tjt)的時間t的演變(時鐘處理的斜率)和時鐘噪聲；圖4是無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的示意框圖；圖5是示出15個時鐘的本地頻率隨時間t的演變的圖；以及圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的應用頻率同步的結(jié)果的與圖類似的圖。
具體實施例方式在本發(fā)明實施例的以下描述中，相同或相似的要素被賦予相同的標號。在詳細描述本發(fā)明的實施例之前，參考圖3，圖3示出了作為對象時鐘漂移的不完美時鐘tdt)的時間t的演變(時鐘處理的斜率)和時鐘噪聲。在圖3中，理想的時間被表示為線104。如可以看到，對于理想的本地振蕩器，本地振蕩器的完美時鐘在秒方面對應于期望的時間，例如，在5秒之后，時鐘、(t)也表示5秒。然而，沒有時鐘是完美的，因為時鐘計時偏移會破壞計時器，時鐘漂移會破壞頻率，這要求對振蕩器進行定期同步。如從表示由于偏移和漂移而導致的不完美時間的線106可以看到的，期望的時間并不對應于由時鐘表示的時間。例如，如在5秒之后從線104與106之間的比較看到的，振蕩器將實際上表示 13與14秒之間的時間，并且偏移會增加，如從與線104進行比較時的線106的較陡斜率看到的。在振蕩器開始之后應當是15秒的時間實際上表示超過30秒的時間。本發(fā)明實施例通過聯(lián)合時間和頻率同步來避免這種時鐘偏移和時鐘漂移。時間同步調(diào)節(jié)時鐘的值，在時隙同步的情況下，將時間分成等長的時隙，并且節(jié)點(如參照圖2所描述的)在時隙開始和時隙結(jié)束上一致，其中使用同步字來同步時隙開始。頻率同步調(diào)整時鐘的斜率，以補償時鐘漂移。通過時間和頻率同步的測度，調(diào)整本地振蕩器的實際行為(見圖3中的線106)，使得它匹配或者至少盡可能接近圖3中的104處表示的理想行為。圖4是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的示意框圖，如圖2所示的示例那樣。在圖2中，節(jié)點200 可以是蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)的移動站，或者PDA裝置或任何具有無線能力的其他電子裝置。節(jié)點 200包括用于在節(jié)點200與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點之間接收/發(fā)射信號的天線202。設(shè)置開關(guān) 204 (例如雙工器)以將天線選擇性地連接到接收模塊206或傳輸模塊208。開關(guān)204由經(jīng)由控制線210接收的、時隙同步模塊212所提供的信號來控制。接收模塊206包括解調(diào)器 214、解碼器116以及同步字檢測器218。傳輸模塊208包括幀發(fā)生器220和調(diào)制器222。時隙同步模塊212包括延遲元件224、本地振蕩器226以及采樣/保持電路228。
在接收模塊206中，來自天線202的輸入基帶信號被傳遞到解調(diào)單元214，在解調(diào)單元214，對信號進行下變頻、采樣和匹配濾波。此外，將基帶信號施加于同步字檢測器 218，同步字檢測器218在基帶信號中檢測同步字(如果存在的話)，并從同步字得到傳輸節(jié)點與接收節(jié)點200之間的計時和頻率偏移，所述計時偏移由％表示，頻率偏移由&表示。將計時和頻率偏移應用于解調(diào)器214，并將解調(diào)信號應用于解碼器214，解碼器214從接收到的信號解碼出數(shù)據(jù)，并輸出該數(shù)據(jù)，以供在圖中未示出的其他節(jié)點元件中進一步處理。時隙同步模塊212包括提供時隙時鐘的本地振蕩器226?；跈z測到的時間和頻率偏移％和&對時隙時鐘進行更新。不僅將由同步字檢測器218檢測到的頻率偏移&應用于接收模塊206 的解調(diào)器214，而且將其應用于時隙同步模塊212的本地振蕩器226。不僅將由同步字檢測器218檢測到的計時偏移％提供給解調(diào)器214和接收模塊206的解碼器216，而且將其提供給時隙同步模塊212的延遲元件224。對于時間同步，可以使用已知的規(guī)則，例如，類似于 EP 185^98A1中描述的規(guī)則的規(guī)則。在應用時鐘相位的離散增量之前，傳輸?shù)拈_始會被延遲T秒。延遲元件2 將延遲信號輸出給本地振蕩器226，本地振蕩器2 根據(jù)上述規(guī)則而被延遲，然后向采樣/保持電路2 發(fā)出信號，采樣/保持電路2 接收表示期望傳輸模式還是接收模式的進一步的輸入信號。通過控制線！^/妝來施加該信號。來自采樣/保持電路228的輸出信號是線210上的控制信號，用于將開關(guān)204切換到接收模塊206或傳輸模塊208，從而將天線與相應的模塊相連。以下將進一步詳細描述頻率同步的規(guī)則?；谟杀镜卣袷幤?06提供的時隙時鐘和來自節(jié)點的調(diào)度器的Tx/Rx信號，確定傳輸和接收時隙。當數(shù)據(jù)可供傳輸時，傳輸模塊208變得活動。傳輸模塊208經(jīng)由數(shù)據(jù)線接收數(shù)據(jù)信號，還經(jīng)由同步字線接收同步字。該數(shù)據(jù)與同步字以幀單元220的形式被復用在一起，其中，根據(jù)本發(fā)明的實施例，對于網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，同步字是共用的，并且是由在節(jié)點的接收模塊206中的同步字檢測器218使用的同步字。一旦形成了傳輸幀，它就通過調(diào)制器單元222，在其中，它被調(diào)制和上變頻，然后通過天線202被傳輸。根據(jù)本發(fā)明實施例，已知的時隙同步方案(如EP 1852998A1中描述的方案)被擴展。根據(jù)本發(fā)明實施例，利用測得的頻率偏移來更新由本地振蕩器2 提供的內(nèi)部時隙時鐘的運行頻率，從而根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，與時間同步一起聯(lián)合執(zhí)行頻率同步。根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，時隙振蕩器226的頻率被更新，并且根據(jù)本發(fā)明實施例，通過相位函數(shù)的一階導數(shù)來描述振蕩器的頻率，其在理想情況下等于常數(shù)1/T，也稱為額定頻率fn= 1/ Τ。本地振蕩器2 所提供的內(nèi)部時鐘的漂移被表示為fi(t)。該漂移破壞理想內(nèi)部時鐘， 通過本發(fā)明實施例的方法，基于接收到的信號反復更新網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的本地時鐘，從而網(wǎng)絡(luò)中的所有時鐘與共用頻率一致。在節(jié)點處在時刻t時通過天線202接收到分組時，通過校正項Ut)來更新振蕩器頻率，如下/Xt) = ^l = fn+fJt) + fJ)其中時鐘i的頻率 dtfn 額定頻率fdji(t)頻率漂移
f。,i(t)頻率校正每次接收到分組時，對校正項Ut)進行更新，并基于估計的本地偏移來計算它xi+)=_4々) + r.gfe)其中t+表示短時間瞬間，例如在于時間t接收到包括同步字的分組之后1 μ S的時間瞬間。自然，可以使用其他時間差，例如，該時間差可以在數(shù)字振蕩器的遞增步長的范圍內(nèi)，即，數(shù)字振蕩器將時隙持續(xù)時間T分成多個步長，在100-1000的范圍中。因子Υ是標量耦合因子，其對于所有節(jié)點來說可以相同，g是更新函數(shù)。可以使用更新函數(shù)g的不同形式，例如，可以應用簡單的平均，例如使用一階濾波器(g(x) =x)，或者可以使用包括遺忘因子的更復雜的函數(shù)。使用平均函數(shù)會對先前得到的頻率偏移中的所有或者一個子集進行平均，從而得到向著無線系統(tǒng)中的時鐘發(fā)生器的平均頻率的收斂。包括遺忘因子的函數(shù)僅考慮先前得到的頻率偏移的一個子集。此外，基于該更新函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點收斂到所有振蕩器的平均頻率。在另一實施例中，更新函數(shù)可以是最小/最大函數(shù)， 其為校正項的更新選擇先前得到的頻率偏移中的最小值或最大值。這會導致向著無線系統(tǒng)中具有最小頻率或最大頻率的時鐘發(fā)生器的頻率的快速收斂。該標量函數(shù)的標量耦合因子被用于對更新函數(shù)進行加權(quán)，其中基于期望收斂時間或者基于無線系統(tǒng)的拓撲來選擇標量函數(shù)或標量耦合因子。節(jié)點中使用的本地振蕩器可以是如上所述的數(shù)字振蕩器，并且時隙同步模塊根據(jù)上述公式來確定時鐘發(fā)生器的頻率，并根據(jù)所確定的頻率來設(shè)定時鐘發(fā)生器的數(shù)字振蕩器的相位信號的斜率。該標量因子Y具有0到1之間的值，并被選擇成在快速收斂(Y接近1)與同步的穩(wěn)定性(Y接近0)之間進行折中。圖5示出15個時鐘的本地頻率隨時間t的演變的圖。如可以看到的，由于本發(fā)明實施例的方法，本地振蕩器的頻率相當快地同步。圖6是類似于圖2的圖，然而，其中可以看到本發(fā)明實施例的方法的結(jié)果，S卩，頻率同步。按與圖2所示類似的方式，在時刻、，在節(jié)點1、2以及3處接收到同步字S。從該同步字得到時間偏移％和頻率偏移&，如圖4所描述，根據(jù)一個實施例，在時間、，基于％，至少時隙的開始時間被同步。根據(jù)實施例，在時間、，僅可以調(diào)整時隙的開始時間，然而，在其他實施例中，在時間、，也可以基于所得到的頻率偏移&來調(diào)整頻率。根據(jù)布置有各個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)的具體情況來設(shè)定是僅調(diào)整時隙的開始還是調(diào)整時隙的開始和持續(xù)時間(即， 本地振蕩器的頻率)。在任一情況下，對于第一個時隙，假設(shè)持續(xù)時間T1到T3基本相同，從而三個第一時隙都在時間、結(jié)束。根據(jù)一個實施例，同樣，在時間、，執(zhí)行基于從同步字S 得到的頻率偏移的頻率同步，從而確保隨后時隙(各個第二時隙)的時隙長度對于所有三個節(jié)點也相同或者至少基本上相同。可以在每個時隙的結(jié)束/每個隨后時隙的開始(艮口， 時刻t2，t3，t4以及t5)時執(zhí)行頻率同步。然而，本發(fā)明實施例的方法并不限于該方案，相反， 根據(jù)各個節(jié)點的具體情況和從振蕩器的相應數(shù)據(jù)表獲知的本地振蕩器的質(zhì)量，可以不必在圖6中表示的每個時刻在每個節(jié)點1、2以及3中對本地振蕩器的頻率進行同步或更新。而且，僅僅每秒或者在每個第三時隙中(例如，在時刻、或時刻t3)執(zhí)行頻率同步可能就足夠了，只要依照規(guī)定的容限在各個節(jié)點中使用的振蕩器的穩(wěn)定性足以在所要求的時間內(nèi)保持恒定時隙長度即可。此外，根據(jù)所使用的振蕩器的質(zhì)量和穩(wěn)定性，可以對不同節(jié)點應用不同頻率同步實例。例如，可以每個時刻t1; t2，t3，t4以及t5關(guān)于頻率對節(jié)點1進行更新，而僅每個第二時刻(即，在時刻、和、)對節(jié)點2進行更新。在這種情況下，假設(shè)下一時刻 t5所有節(jié)點都接收到新同步字S，在節(jié)點2中僅會調(diào)整對開始時間的設(shè)置，然而，在其中不會進行頻率同步，因為根據(jù)本地振蕩器的穩(wěn)定性，認為僅在時刻t6 (即，在第一時隙之后，在接收到圖6中的第二個同步字(未示出)之后)才有必要進行下一次頻率同步。節(jié)點3可以包括甚至更可靠的本地振蕩器，其要求僅在每個第三時隙之后(即，在時刻t3)進行頻率更新或頻率同步。然后，以與對于節(jié)點2類似的方式，在接收到下一或隨后的同步字時，僅會基于從同步字得到的信息設(shè)定在時刻t5對下一時隙的開始的更新，而在該下一時隙之后 (即，在時刻t6)進行下一頻率同步。根據(jù)實施例，可以在節(jié)點內(nèi)部動態(tài)地控制對于節(jié)點來說需要的頻率同步的時刻， 例如，通過在節(jié)點內(nèi)部確定表示本地振蕩器的漂移的測度，例如，通過規(guī)律地或者定期地比較頻率，以確定其漂移，從而在當前時隙結(jié)束時超過了預定義閾值的情況下，執(zhí)行根據(jù)頻率偏移信息&的頻率同步。在替換的實施例中，可以在每個節(jié)點中使用該動態(tài)方法，不提供預定義且固定的頻率同步“更新間隔”，而是每個節(jié)點確定本地振蕩器的漂移，并動態(tài)設(shè)定需要進行頻率同步的相應時刻。可以在接收節(jié)點中從同步字(例如，基于表示傳輸節(jié)點的頻率的同步字內(nèi)攜帶的信息)得出頻率偏移信息。在知道同步字被發(fā)送的時間的情況下，接收節(jié)點可以確定其本地振蕩器與傳輸節(jié)點的本地振蕩器之間的頻率偏移。作為替換方式，同步字可以包括表示傳輸節(jié)點的振蕩器的頻率的數(shù)據(jù)。此外，同步字可以包括兩個部分或者可以接收兩個同步字，從這兩個連續(xù)的字得出時隙長度，從而可以確定頻率偏移。這樣，如上討論的本發(fā)明實施例的方法是有利的，因為它提供了多節(jié)點無線通信網(wǎng)絡(luò)中每個時隙的可靠的開始時間，其中時隙具有基本恒定的持續(xù)時間，從而即使在傳輸 /接收了預定多個時隙之后，即，在直到接收到下一同步字的間隔內(nèi)，例如每秒，所有時隙都在基本相同的時刻結(jié)束，如圖6所示。盡管就設(shè)備的情況下描述了一些方面，但是顯然這些方面也代表對相應方法的描述，其中模塊或裝置對應于方法步驟或方法步驟的特征。類似的，就方法步驟的情況描述的方面也代表對應的模塊或項目或?qū)O(shè)備的特征的描述。根據(jù)某些實現(xiàn)方案要求，本發(fā)明實施例可以在硬件或軟件中實現(xiàn)。可以使用數(shù)字存儲介質(zhì)來實現(xiàn)這些實現(xiàn)方案，例如，軟盤、DVD、CD、R0M、PR0M、EPR0M、EEPR0M或FLASH存儲器，在其上具有電子可讀控制信號，這些信號與可編程計算機系統(tǒng)合作(或者能夠合作)， 從而執(zhí)行相應的方法。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例包括具有電子可讀控制信號的數(shù)字載體，這些信號能夠與可編程計算機系統(tǒng)進行合作，從而執(zhí)行在此描述的方法之一。通常，可以將本發(fā)明實施例實現(xiàn)為具有程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，該程序代碼可操作以在計算機程序產(chǎn)品在計算機上允許時執(zhí)行所述方法之一。所述程序代碼例如可以被存儲在機器可讀載體上。其他實施例包括用于執(zhí)行在此描述的方法之一的存儲在機器可讀載體上的計算機程序。換句話說，本發(fā)明的方法的一個實施例因此是具有用于當在計算機上運行時執(zhí)行在此描述的方法之一的程序代碼的計算機程序。本發(fā)明的方法的還一實施例因此是數(shù)據(jù)載體(或數(shù)字存儲介質(zhì)或計算機可讀介質(zhì))，包括在其上記錄的用于執(zhí)行在此描述的方法之一的計算機程序。本發(fā)明的方法的還一實施例因此是表示用于執(zhí)行在此描述的方法之一的計算機程序的數(shù)據(jù)流或信號序列。該數(shù)據(jù)流或信號序列例如可以被配置成通過數(shù)據(jù)通信連接(例如因特網(wǎng))來傳送。還一實施例包括處理裝置，例如計算機或可編程邏輯裝置，其被配置成或適合于執(zhí)行在此描述的方法之一。還一實施例包括其上安裝有用于執(zhí)行在此描述的方法之一的計算機程序的計算機。在一些實施例中，可以使用可編程邏輯裝置(例如，現(xiàn)場可編程門陣列)來執(zhí)行在此描述的方法的功能中的一些或所有功能。在一些實施例中，現(xiàn)場可編程門陣列可以與微處理器合作，以執(zhí)行在此描述的方法之一。通常，優(yōu)選地通過任何硬件設(shè)備來執(zhí)行這些方法。上述實施例對于本發(fā)明的原理來說僅僅是例示性的。應當理解，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，對在此描述的布置和詳情的修改和變更是顯見的。因此，應當僅由所附權(quán)利要求的范圍來限定，而不受對在此的實施例的描述和說明而給出的具體詳情的限定。附圖翻譯圖 2node 節(jié)點time 時間slot 時隙圖 3ideal time 理想時間clock with drift帶有漂移的時鐘clock with drift and noise帶有漂移和噪聲的時鐘圖 4reception 接收206 解調(diào)218同步字檢測器slot synchronization 時隙同步224 延遲 Ttransmission 傳輸data 數(shù)據(jù)220形成幀sync-word 同步字圖 6node 節(jié)點time 時間slot 時隙
權(quán)利要求
1.一種無線系統(tǒng)中的節(jié)點，所述無線系統(tǒng)使用傳輸/接收時隙在所述無線系統(tǒng)中的節(jié)點之間進行通信，所述節(jié)點包括接收模塊，所述接收模塊被配置成從所述無線系統(tǒng)中的傳輸節(jié)點接收同步信號，并從所述同步信號得到在該節(jié)點中的時鐘發(fā)生器與所述傳輸節(jié)點中的時鐘發(fā)生器之間的時間偏移和頻率偏移；包括時鐘發(fā)生器的時隙同步模塊，所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的時間偏移和所得到的頻率偏移來更新所述時鐘發(fā)生器；以及傳輸模塊，被配置成傳輸數(shù)據(jù)；其中所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的偏移來設(shè)定時隙的時隙開始并基于所得到的頻率偏移來設(shè)定隨后時隙的時隙開始。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的頻率偏移針對一個或多個隨后時隙來更新所述時鐘發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中在所述節(jié)點處以預定義時間間隔接收同步信號，其中基于所得到的時間偏移更新在接收到所述同步信號之后的第一個時隙的開始，并且其中基于所得到的頻率偏移來設(shè)定在隨后的同步信號之間的間隔中的至少一個時隙的開始。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)點，其中基于所得到的頻率偏移來設(shè)定在隨后的同步信號之間的間隔中的時隙的一個子集的每個時隙的開始。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)點，其中基于所得到的頻率偏移進一步設(shè)定所述第一個時隙的開始。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中所述節(jié)點被配置成確定其時鐘發(fā)生器的頻率漂移，并基于所述頻率漂移來確定需要基于所得到的頻率偏移而設(shè)定時隙的開始的時隙間間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中時鐘發(fā)生器包括數(shù)字振蕩器，并且其中所述時隙同步模塊被配置成修改所述數(shù)字振蕩器的時鐘信號的相位以更新所述時鐘發(fā)生器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的節(jié)點，其中所述時隙同步模塊被配置成通過根據(jù)時間偏移而延遲增大相位，來修改所述數(shù)字振蕩器的時鐘信號的相位，以提供時間同步，并且根據(jù)所述頻率偏移來改變相位的斜率，以提供頻率同步。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中所述接收模塊被配置成基于所述同步信號中的與所述傳輸節(jié)點的時鐘發(fā)生器有關(guān)的頻率信息來得到頻率偏移。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中所述同步信號包括隨后在所述節(jié)點處接收到的多個部分，并且其中所述接收模塊被配置成從所述同步信號的隨后部分或者從在所述節(jié)點處接收到的隨后同步信號得到頻率偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)點，其中所述時隙同步模塊被配置成通過利用校正項對所述時鐘發(fā)生器的頻率進行校正來更新所述時鐘發(fā)生器，所述校正項是從已有的校正項和以頻率偏移為輸入的更新函數(shù)計算得到的，所述更新函數(shù)定義所述時鐘發(fā)生器要收斂到的頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的節(jié)點，其中所述更新函數(shù)是最小/最大函數(shù)，其為了更新所述校正項而選擇先前得到的頻率偏移的最小頻率偏移或最大頻率偏移，從而得到向著所述無線系統(tǒng)中具有最小頻率或最大頻率的時鐘發(fā)生器的頻率的快速收斂，或者平均函數(shù)，其對先前得到的頻率偏移中的所有頻率偏移或一個子集進行平均，從而得到向著所述無線系統(tǒng)中的時鐘發(fā)生器的平均頻率的收斂，或者包括考慮先前得到的頻率偏移的一個子集的遺忘因子的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的節(jié)點，其中所述時隙同步模塊被配置成通過標量耦合因子對所述更新函數(shù)進行加權(quán)，所述標量耦合因子是基于期望收斂時間或者基于所述無線系統(tǒng)的拓撲而選擇的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的節(jié)點，其中所述時隙同步模塊被配置成根據(jù)以下公式確定時鐘發(fā)生器的頻率，并根據(jù)所確定的頻率來設(shè)定時鐘發(fā)生器的數(shù)字振蕩器的相位信號的斜率
15.一種無線系統(tǒng)中的節(jié)點的時間和頻率同步方法，所述無線系統(tǒng)使用傳輸/接收時隙在所述無線系統(tǒng)中的節(jié)點之間進行通信，所述方法包括在接收節(jié)點處從所述無線系統(tǒng)中的傳輸節(jié)點接收同步信號；從所述同步信號得到在該接收節(jié)點中的時鐘發(fā)生器與所述傳輸節(jié)點中的時鐘發(fā)生器之間的時間偏移和頻率偏移；以及基于所得到的時間偏移和所得到的頻率偏移來更新所述接收節(jié)點的時鐘發(fā)生器， 其中基于所得到的時間偏移來設(shè)定時隙的時隙開始，并基于所得到的頻率偏移來設(shè)定隨后時隙的時隙開始。
16.一種包括存儲在機器可讀載體上的程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，在無線系統(tǒng)的計算機或節(jié)點上被執(zhí)行時，所述程序代碼執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法。
全文摘要
一種無線系統(tǒng)中的節(jié)點，所述無線系統(tǒng)使用傳輸/接收時隙在所述無線系統(tǒng)中的節(jié)點之間進行通信，所述節(jié)點包括接收模塊，所述接收模塊被配置成從所述無線系統(tǒng)中的傳輸節(jié)點接收同步信號，并從所述同步信號得到在該節(jié)點中的時鐘發(fā)生器與所述傳輸節(jié)點中的時鐘發(fā)生器之間的時間偏移和頻率偏移；包括時鐘發(fā)生器的時隙同步模塊，所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的時間偏移和所得到的頻率偏移來更新所述時鐘發(fā)生器；以及傳輸模塊，被配置成傳輸數(shù)據(jù)；其中所述時隙同步模塊被配置成基于所得到的偏移來設(shè)定時隙的時隙開始并基于所得到的頻率偏移來設(shè)定隨后時隙的時隙開始。
文檔編號H04W56/00GK102404840SQ201110270379
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者A·蒂勒爾, G·奧爾 申請人:株式會社Ntt都科摩