[发明专利]远距离无线通信系统中的分布式相干协作方法

摘要

本发明公开了一种远距离无线通信系统中的分布式相干协作方法，其特征在于，在帧同步及分布式通道校正过程中，首先各个节点根据基站发送的帧同步信号以及参考信号完成帧同步和频率校正过程，之后节点簇内的各个从节点在主节点的辅助下完成通道校正过程，得到通道校正因子α_i；在反向同步及相干协作过程中，基站再次发送参考信号，各个从节点将收到的参考信号与本地的标准信号做互相关，得到相位φ_i，之后在相干协作过程中，所有从节点同时发送信号i＝1，2，…，N，这N个信号经各个从节点调制以及空间传播后到达基站天线处时的相位是相同的，即可以实现相干协作。

主权项

1.一种远距离无线通信系统中的分布式相干协作方法，所涉及的通信系统包括一簇分布式单天线节点和一个远端无线基站，系统采用时分双工，节点簇收集到的信息通过相干协作的方式传输给远端基站，其中节点簇由一个主节点M以及N个从节点S_i构成，i＝1，2，…，N，其特征在于，分布式相干协作方法包括如下步骤：(1)帧同步及分布式通道校正过程，包含4个时隙：a)时隙1，基站向节点簇发送帧同步信号，各个节点收到该信号之后进行帧同步并开始时隙计时；b)时隙2，基站向节点簇发送参考信号B(t)＝e^jωt，经过基站端调制、空间传播以及节点端解调后，主节点M和从节点S_i分别得到基带信号：AM(t)=ej[(ωB-ωM+ω)t-(ωB+ω)(τBT+τB,M+τMR)-θMR]]]>ASi(t)=ej[(ωB-ωSi+ω)t-(ωB+ω)(τBT+τB,Si+τSiR)-θSiR],i=1,2,...,N,]]>之后主、从节点分别对A_M(t)和做频率估计，得到频偏ω_B-ω_M以及c)时隙3，所有从节点同时向主节点发送信号：其中为补偿的频偏，ω_i为一组正交的频率分量，i＝1，2，…，N；经从节点调制、空间传播、主节点解调后，主节点收到的基带信号为：SM(t)=Σi=1Nej[(ωB-ωM+ωi)t-(ωB+ωi)(τSiT+τSi,M+τMR)+θSiT-θMR],]]>之后主节点将SM(t)分别与做互相关，i＝1，2，…，N，对互相关的结果取相位，可得：d)时隙4，主节点向所有从节点发送信号：经主节点调制、空间传播、从节点解调后，从节点S_i收到的基带信号为：αi=-(ωB+ωi)(τMT-τMR+τSiR-τSiT)+θMT+θMR-θSiT-θSiR,i=1,2,...,N]]>α_i即为从节点S_i的通道校正因子；(2)反向同步及相干协作过程，包含2个时隙：a)时隙5，基站再次向节点簇发送参考信号B(t)＝e^jωt，经基站端调制、空间传播、从节点解调后，从节点S_i收到的基带信号为：BSi(t)=ej[(ωB-ωSi+ω)t-(ωB+ω)(τBT+τB,Si+τSiR)+θBT-θSiR],]]>之后从节点S_i将BS_i(t)与做互相关，对互相关结果取相位，可得φi=-(ωB+ω)(τBT+τB,Si+τSiR)+θBT-θSiR;]]>b)时隙6，从节点S_i向基站返回信号：SBi(t)=ej[(ωB-ωSi+ω)t-φi+αi],i=1,2,...,N,]]>经从节点调制、空间传播后，在基站天线端接收到的信号为：Y(t)=Σi=1Nej[(ωB+ω)t-(ωB+ω)(τSiT+τB,Si)+θSiT-φi+αi],]]>考虑其中第i项的相位：Ψi=τBT(ωB+ω)-ωB(τMT-τMR)-θBT+θMT+θMR+(ω-ωi)(τSiR-τSiT)-ωi(τMT-τMR),]]>=ψ+ξi]]>其中ψ=τBT(ωB+ω)-ωB(τMT-τMR)-θBT+θMT+θMR]]>为各个信号相位之间相同的部分，ξi=(ω-ωi)(τSiR-τSiT)-ωi(τMT-τMR)]]>为相位中与从节点S_i有关的部分；考虑ξ_i的数量级：ω和ω_i为基带信号频率，数量级为2π·KHz，分别为主、从节点收发通道的延迟，数量级为ns，则ξ_i的数量级为2π·10^-6，这在工程上是可以忽略的，也即到达基站天线处时所有的信号能够达到同相叠加，实现相干协作；符号定义：从节点i的载波频率，ω_M：主节点的载波频率，ω_B：基站的载波频率；从节点i的发射载波初相，主节点的发射载波初相，基站的发射载波初相；从节点i的接收载波初相，主节点的接收载波初相，基站的接收载波初相；从节点i的射频发射通道延时，主节点的射频发射通道延时，基站的射频发射通道延时；从节点i的接收发射通道延时，主节点的射频接收通道延时，基站的射频接收通道延时；从节点i天线到主节点天线的空间传播延时，根据信道互易性从节点i天线到基站天线的空间传播延时，根据信道互易性τ_M，B：主节点天线到基站天线的空间传播延时，根据信道互易性τ_M，B＝τ_B，M。