[发明专利]无线系统中的节点及其时间和频率同步方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及网络同步领域，更具体来说，涉及去中央化网络同步领域。本发明的实施例考虑这种网络中的频率同步。

背景技术

近年来，许多流行物品获得了无线能力，从而电子装置之间的无线通信变得越来越流行和普及。电子装置之间的这种无线通信的一种方法是在临时网络或者对等网络中(即，在去中央化网络中)组织这些装置。

图1示出了由如箭头所示彼此直接相互通信的多个无线装置MS形成的临时网络的示意表示。该临时网络被建立成：一些无线装置MS直接相互通信，而距离远的无线装置MS(如无线装置100和102)之间的通信经由中间无线装置进行。无线装置可以是移动站或具有无线通信能力的PDA或允许与其环境进行无线通信的任何其他电子装置。图1所示的无线装置也称为无线网络的“节点”。

在这种网络中，要求各个装置之间的通信同步。现有技术中的同步方案假设节点形成全网格(fully meshed)网络，这在无线网络中可以是这样的。然而，通常，该假设出于两个原因而不成立。首先，当考虑节点遍布很大的区域或者传输功率低时，节点只能够与在其传输范围内的节点进行通信，即，与邻居节点进行通信，如对于图1如上提及的那样。此外，对于对等方式下节点之间的通信，全网格网络要求节点以非常高的功率进行传输，当节点相隔非常远而且产生较高的干扰时这可能并不总是可能的，因而优选较低的传输功率。因而，在许多情况下，如图1所示的无线网络的拓扑并不是全网格网络。网络中的两个装置(如电子装置100和102)并不一定在传输范围内，而是通过利用邻居节点进行通信，从而形成多跳(multi-hop)网络。

现有技术方法建议了在这种网络中采用分布式方式的时间同步。时间同步被定义为对本地时间单元进行对准(aligning)，以定义所有节点之间的共用时隙结构(common slot structure)。基本上，各个无线装置MS之间的时隙同步是有利的，因为它使得能够实现同步多播业务和协调多点(coordinated multipoint)(CoMP)方案。此外，干扰管理算法的设计可以变得简单，因为同步是协调(coordination)的基本形式。

图1所示的网络可以被视为毫微微小区的网络并且每个毫微微小区通常配备有具有较差时钟质量的廉价本地振荡器。来自宏小区的时钟信号可能难以进入，因而，根据已知的方法，在毫微微小区之间进行同步。然而，时钟发生器和通过它们提供的时钟内在地不完美，即，没有一个时钟能够保持完美的对时间和随时间的频率的跟踪。时钟发生器及其特性因此随时间变化，然而，当环境(例如，温度)条件变化时，它们的特性也波动。这导致时钟在时间和频率方面抖动，因而时钟需要定期再同步。在使用低质量时钟发生器的上述毫微微(femto)网络中该问题甚至更严重，低质量时钟发生器会比高质量时钟发生器的特性变化得更快。然而，需要提及的是，即使在高质量时钟发生器中，也没有完美的时钟。

在现有技术中，已经提议了各种形式的网络同步，它们通常依赖于架构的主控-从属类型(master-slave type)。主控时钟将其定时和频率指示给从属时钟。该解决方案需要主控时钟的非常高的时钟质量，然而，这易于导致单点故障，因为从属时钟完全依赖于主控时钟。

一种替代的已知方法是以去中央化方式执行同步。在这种情况下，每个节点根据检测到的邻居时钟来更新其时钟，接着又影响其邻居。因此，在这种方法中，需要设计导致网络的同步的本地更新规则。已经提出了去中央化网络同步方案。基于脉冲覆盖振荡器的理论，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 1852998A1中描述的解决方案关注于时间同步。该已知的方法应用了一种在生物学上得到灵感的技术，以在无线网络中执行去中央化时隙同步。根据该已知的方法，每个节点保持相位函数φ_i(t)，其按给定频率φ_i(t)/dt＝1/T变化。当接收到分组时，基于检测到的分组的定时更新时钟的相位。然而，根据该方法，仅提供了时间同步，因而未解决所使用的振荡器的同样存在的频率偏移。