[发明专利]基于闭环频偏控制的分布式波束形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过闭环控制节点簇内各节点频率偏差，从而保持基站接收功率增益，达到长时间稳定通信效果的方法。该方法可应用于无线传感器簇的分布式波束形成远距离传输系统中。

背景技术

分布式波束形成的最突出特点在于不同源节点的本振是互相独立的。大多数的本振是由节点的本地晶振通过上混频来得到。而本地晶振的频偏几乎是不可能避免的，通过上混频后，晶振的频偏会被放大。而这样的频偏对节点间的协作通信是致命的，因为这意味着节点间的相位在通信过程中不断漂移，使得信号无法保持相干叠加，甚至形成反向抵消造成负增益。所以，传统的波束形成方法的第一要务就是进行节点间的频率同步，从而减少节点间本振频差。

传统分布式波束形成分为两种方法进行频率同步，第一种是用锁相环的方法(PPL)。所有节点对接收到的同一个载波信号，通过锁相环，来进行跟踪。从而达到所有节点的本振都与接收到的统一载波同频同相的目的。然而，当通信载波在很高频率时，传统的锁相环是没有能力来完成这样的锁相任务的。所以，在高频载波时，锁相环的方法是不适用的。

第二种是通过载波频偏估计进行补偿的方法。所有节点对接收到的同一个载波进行下混频后，得到载波与本振的频差。然后在上混频时对本振进行补偿，使得所有节点的发射载波频率相同。这种方法通常意味着较复杂的数字端信号处理。因为节点基带需要对混频后的频差进行估计，然后再通过这个估计频差来生成补偿所需要的频率波形，从而不断对本振进行补偿。

载波频偏估计进行补偿的方法需要面对两个问题，一是很难估计出极小的频率偏差。因为这意味在频率同步时，需要较高的信噪比对周期很长的波形进行采集，然后估计其频率，才能保证对频差估计的准确性，从而导致频率同步效率很低。而且尽管是很小的频率偏差，也会造成无法进行长时间的可靠通信。二是节点晶振存在频率漂移，即使在频率同步阶段各节点都已对本地本振进行了准确的同步。但是在通信过程中，节点的晶振频率仍然是在缓慢变化的，造成新的频差，使得长时间的可靠通信变得十分困难。

解决这两个问题的传统方法是不断的进行频率和相位同步。在一次节点到接收基站的通信中，需要每隔一段时间，就重新对所有的节点的频率与相位进行同步，以使一次通信能够顺利完成，而这无疑会带来极高的复杂度和通信效率的降低。

本发明提出的闭环控制系统可以保证在频率差不大于某特定值的情况下，功率增益仍然保持在极值点附近变化，使基站接收功率保持稳定。

发明内容

为了解决背景技术所述传统载波频偏估计补偿方法所存在的问题，本发明提出一种使用闭环的方法来控制节点频偏的波束形成方法。

为了达到以上，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

基于闭环频偏控制的分布式波束形成方法，其特征在于：

包括下述步骤：

(1)初始化直接收敛过程：

基站与节点间分配两个通信频点，分别为通信频点，反馈频点；

时间段11)基站在通信频点广播射频载频信号e^-jωt

2)节点i在通信频点接收到信号

节点i本地载波

3)节点i的基带得到信号

时间段21)基站在通信频点广播反向的射频载频信号e^jωt

2)节点i在通信频点接收到信号

节点i本地载波

3)节点i的基带得到信号

(注：应为频偏Δω_i很小，可以认为Δω_it短时间内可以忽略，

时间段3节点i估计相位差和传播时延

a1·a2=e2j(ωθi+Δωiθ)]]>