[发明专利]非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法。

背景技术

非集中式无线传感器网络协同通信要解决的问题是，让在地理位置上离散分布的传感器(带全向天线)节点组成的虚拟天线阵列能与远处的基站(或者接收机)进行稳定可靠的通信。其中最为关键的问题是虚拟天线阵列在接收端实现相位快速对齐问题，因为相位对齐之后，方可以在接收端最大程度实现接收信号增强的效果和方向指向，从而实现抗干扰和保密。为了解决这一问题，现有技术中主要采取的手段有：

由G.Barriac,R.Mudumbai和U.Madhow等人提出的1bit反馈随机扰动方法[1]：虚拟天线阵列里的各个传感器节点在每次的相位调制时，整体加上一组随机扰动的相位值，然后一起发送一共同的信息到接收机，接收机反馈一比特信息1或者0来表征本次扰动调整后接收信号强度的增加或减少，传感器阵列以此决定是否保留前一次所有传感器发射节点的随机相位扰动的值，依据概率理论的大数定律完成最后的相位对齐收敛的理论证明。由上面的分析，容易得出由该算法随机性带来的调整时间较长是其明显不足之处，这对于主要依靠电池供电来维持其正常工作的无线传感器网络，为其通信信号相位对齐调整需要花费更多的时间，显得不理想。

分组反馈方法：Prasanth Jeevan,Sofie Pollin,Ahmad Bahai等人[2]使用该方法对传感器网络的发射节点进行随机分组，然后各组分别发送一个共同的信息到接收器，接收器根据每个组的接收信号经过计算，分别以第一组信号为参考形成相位估计差值，然后分别反馈给(除第一组)各个分组，各组根据反馈值各自调整相位，以此若干次的相位调整，最终完成相位对齐。因此接收器必须进行复杂的相位计算，反馈的内容中包含了反映相位差值的比特位数较多，可实现性不强。另外该算法也具备前面算法的随机性，虽然能提高相位对齐的速度，但实现的速度仍比较慢。

反馈值预先确定方法：该算法中，I.Thibault等人[3]需要传感器网络事先确定一个方向波束赋形的指向作为参考方向，然后要求每个发送器分别发送一次信号，在接收器上进行复杂的相位计算，与参考相位间形成一个新的相位差值，作为下一次调整的依据。每次进行操作的时候，步长是事先确定的一组值中挑选一个与新的相位差值最接近的值为调整步长，最终形成以参考方向为中心，以步长长度为半径的范围收敛波束。该算法具有收敛的精度不高，灵活性不强等缺点。该算法也要求多个比特来表征反馈值的大小，这也给反馈通信带来难度。

从上面的分析来看，以上实现的算法都不同程度存在调整时间长，实际运用中可操作性不强等问题。

参考文献：

[1]U.Madhow,R.Mudumbai,D.R.Brown III and H.V.Poor,Distributed Transmit Beamforming:Challenges and Recent Progress,IEEE Communication Magazine,vol.47,pp.102-110,Feb.2009。

[2]P.Jeevan,S.Pollin,A.Bahai,and P.P.Varaiya,Pairwise algorithm for distributed transmit beamforming,in IEEE Int.Conf.Commun.(ICC'08),May2008,pp.4245-4249。

[3]I.Thibault,A.Faridi,and G.E.Corazza,“Design and analysis of deterministic distributed beamforming algorithms in the presence of noise,”IEEE Trans.Commun.,vol.61,no.4,pp.1595–1607,Apr2013。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法，主要解决现有技术中存在的相位对齐方法调整时间长，实际运用中可操作性不强的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法，包括以下步骤：

(1)在一定区域内，设有N(N＞1)个地理位置随机分布的无线传感器组成网络，各传感器初始相位随机均匀分布在(0,2π]范围内，值为φ_i(0)(i＝0,1,......N-1)，调整的初始步长为Δ₀；