專利名稱：一種無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，屬于無線通 信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在同頻組網(wǎng)的下一代無線通信系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜利用率和 對用戶的服務(wù)質(zhì)量，多采用分布式天線或多基站協(xié)同的方式進(jìn)行傳輸。例如，協(xié)作多點 (CoordinatedMultiple Point,以下簡稱CoMP)傳輸技術(shù)是目前被LTE-Advanced重點關(guān)注 的技術(shù)，它在盡可能保持系統(tǒng)高頻譜利用率的基礎(chǔ)上，可以有效地避免或降低小區(qū)間干擾。 CoMP模型最常用的是基于BBU+RRU的組網(wǎng)模式，通常1個基帶單元(以下簡稱BBU)通過射 頻光纖(以下簡稱RoF)連接多個無線遠(yuǎn)端單元(以下簡稱RRU)。RRU類似于分布式天線 系統(tǒng)中分布式天線，通過RoF和類似中央處理器的BBU相連接。在多個分布式天線協(xié)作通信的場景下，多個分布式天線間的時間和頻率同步是提 供可靠傳輸?shù)幕厩疤?。?dāng)多個分布式天線同時為一個或多個用戶傳遞信息時，由于每個 分布式天線本地晶振的頻率會隨時間產(chǎn)生偏差，使用戶恢復(fù)信號困難。因而，保證多個分布 式天線的時間頻率同步，直接關(guān)系到用戶(如手機(jī)用戶、移動設(shè)備等)的通信質(zhì)量和可靠 性。目前針對多分布式天線的同步機(jī)制有主從同步機(jī)制、開閉環(huán)同步機(jī)制和雙向輪詢同步 機(jī)制等。在主從同步機(jī)制中，主節(jié)點(在多分布式天線中選定一個代表天線或者是終端用 戶)向各個從節(jié)點(剩余的分布式天線)發(fā)送參考信號，從節(jié)點接收到參考信號后通過鎖 相環(huán)(PLL)獲取參考信號的頻率和相位信息，進(jìn)而調(diào)整從節(jié)點的本地晶振達(dá)到同步的目 的。但是該機(jī)制也存在一些不足之處(1)主節(jié)點需要同時向多個從節(jié)點進(jìn)行廣播，相比于從節(jié)點會帶來更多的功耗。尤 其是以終端用戶為主節(jié)點時，則需要處理大量來自從節(jié)點的響應(yīng)信號。(2)由于各個從節(jié)點需要根據(jù)主節(jié)點發(fā)送的參考信號對自己的本地晶振進(jìn)行調(diào) 整，一旦主節(jié)點的晶振偏差過大，或者每個從節(jié)點處理參考信號時出現(xiàn)較大誤差，則會造成 主從節(jié)點無法完成時間頻率的同步。另外主從同步機(jī)制下的同步精度也無法滿足分布式天 線協(xié)作系統(tǒng)的時間頻率同步需求。當(dāng)前分布式天線/多基站協(xié)作系統(tǒng)需要的時間頻率同步 精度高于主從同步機(jī)制精度約一到兩個數(shù)量級。在雙向輪詢同步機(jī)制中，考慮一個有標(biāo)號的分布式天線集合{A，C2，...，CJ，并設(shè) 定天線編號從1遞增到L為前向，相反的從L遞減到1為后向。由基站1向基站2發(fā)送參考 信號，該信號包括基站1本地晶振的頻率和相位信息，基站2接收到參考信號后進(jìn)行估計， 并根據(jù)估計值調(diào)整本地晶振。隨后繼續(xù)向基站3發(fā)送參考信號，以此類推。通過雙向輪詢 的方式對每個基站進(jìn)行時間和頻率的估計。然后，通過前后雙向估計的對稱性，計算出每個 基站的本地晶振需要調(diào)整的時間和頻率值，最終達(dá)到多個基站時間、頻率同步的目的。雙向 輪詢同步機(jī)制能夠得到滿足分布式天線/多基站協(xié)作系統(tǒng)需求的時間、頻率同步精度，但該同步機(jī)制也存在不足之處每個基站根據(jù)接收到參考信號進(jìn)行頻率和相位估計，并繼續(xù)發(fā)送參考信號給下一 個基站的過程都需要獨立的一個時隙，對于一個具有L個分布式天線協(xié)作多點傳輸系統(tǒng)， 隨著分布式天線數(shù)目L的增加，整個系統(tǒng)同步所需的資源開銷會線性增大。在分布式無線 通信系統(tǒng)/多基站協(xié)作通信系統(tǒng)中，一般在一個中央控制器控制下的分布式天線數(shù)目L較 大，并且同步過程需要周期性進(jìn)行。雖然雙向輪詢同步機(jī)制能夠得到較高的同步精度，但是 同步時間開銷過大?？傊壳耙延械耐綑C(jī)制在系統(tǒng)資源開銷、同步時間和同步精度方面存在問題， 不能實現(xiàn)對分布式無線通信系統(tǒng)/多基站協(xié)作通信系統(tǒng)中多個分布式天線的高效率、高精 度的時間頻率同步。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，首 先，對有多個分布式天線的通信系統(tǒng)進(jìn)行分簇處理，選出簇代表天線，完成簇代表天線之間 的高精度同步。然后，由簇代表天線發(fā)起各簇內(nèi)的多個分布式天線的時間頻率同步，最終實 現(xiàn)系統(tǒng)中所有分布式天線的時間頻率同步。本發(fā)明提出的無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，包括以下步 驟(1)將無線通信系統(tǒng)中的M = PN個分布式天線劃分為P個簇，p = 1，2，...，P，每 個簇內(nèi)的分布式天線數(shù)目為N個，n= 1,2, ...，N，第p個簇中的第n個分布式天線用^^
表示，則每簇中分布式天線集合為= 1，2，. . .，P ；設(shè)系統(tǒng)中分布式天線的統(tǒng)一參考時鐘信號為V (t) =eXp{j(Qt+0)}，其中Q為 本地晶振的頻率，t為統(tǒng)一的全局參考時間，①為本地晶振的相位。由于存在本地晶振的偏 差，所以系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的的本地晶振信號表示為￥i(t) = explj^Qit+Oi+riia))}, i = 1,2, . . . ,M-1,M (1)上式中…為本地晶振頻率，①i表示本地晶振的相位，ni(t)為本地晶振的噪聲干 擾；根據(jù)上述(1)式，得到上述系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的當(dāng)前本地時間為ti = (Qit+Oj+nia))/^ = a ^t+AjU)), i = 1,2, . . . , M-l, M (2)其中a i = Qi/Q，表示系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的本地晶振頻率和統(tǒng)一的 全局晶振頻率的比值；Ai(t) =表示系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的本 地時間偏差，考慮到在一個單位傳播時隙內(nèi)本地時鐘偏差為一個固定值，則系統(tǒng)中任意一 個分布式天線i的本地時間、和全局參考時間t的關(guān)系式為、=t+Ai ；(2)從上述每個簇的N個分布式天線中選取2個分布式天線和4T)作為簇代表 天線，則相鄰的P個簇產(chǎn)生2P個簇代表天線；(3)對上述所有的簇代表天線進(jìn)行分布式雙向協(xié)作同步，具體過程如下(3-1)對上述所有的簇代表天線進(jìn)行編號后排序，形成簇代表天線集合
{),乂 1)，),^i)，...，乂i( ),乂i )}，簡與為{A1 A2, . . . , A2P_1 A2P}；
(3-2)由簇代表天線~向簇代表天線A2發(fā)送正弦信號，以此類推 H... 一A2h — A2P，記為前向傳輸；當(dāng)前向傳輸結(jié)束后，由簇代表天線A2P發(fā)送相同 的正弦信號到簇代表天線A2IM，以此類推A2P — A^ — ... — k2 — k”記為反向傳輸，前向 傳輸和反向傳輸共占用4P-2個單位傳播時隙，其中時隙{T(1)，T(2)，. . .，T(_，fH)；!為前 向傳輸時隙集合，時隙{T(2P)，T(2P+1)，. . .，T(4P_3)，T(4p_2)}為反向傳輸時隙集合；(3-3)在上述前向傳輸時隙T(1)內(nèi)，簇代表天線~發(fā)送的信號表示為S/°(t)=一邛“ 山+①》} (3)其中Wl為簇代表天線~的本地晶振頻率，為本地晶振的相位；簇代表天線A2接收來自簇代表天線Ai的信號，該信號用簇代表天線^的本地時 間t2表示為
rf (t2) = Hl 2 exp{j(a,w,/a2 + A,-A2) + 0,)} + cof (t2)(4)其中Hl,2為從簇代表天線~到簇代表天線A2的信道傳輸增益，并設(shè)定前向傳輸和 后向傳輸?shù)男诺纻鬏斣鲆鎸ΨQ相等，仏)為簇代表天線A2在T(1)中接收到的噪聲，則簇代
表天線A2估計得到的晶振頻率和相位為
w^(5)
O^'Ua.w.CA.-A^ + cD.+O^(6)其中辦D和Of為頻率估計誤差和相位估計誤差；(3-4)重復(fù)上述步驟(3-2)-(3-3)，得到簇代表天線&的前向傳輸估計的晶振頻
率和相位為
★ 二/a, 二a,叫/a,( )
O, 二( _,— )+二巧叫仏廣厶汐+①，；(8)(3-5)反向傳輸由簇代表天線A2P開始，直到在反向傳輸時隙T(4p_2)內(nèi)簇代表天線 接收到最終信號為止；(3-6)在上述反向傳輸時隙T(2P)內(nèi)，簇代表天線A2P發(fā)送的信號表示為s2P(2P) (t) = exp {j (w2Pt2P+02P)} (9)其中w2P為簇代表天線A2P的本地晶振頻率，02P為本地晶振的相位；簇代表天線A2IM接收來自簇代表天線A2P的信號，該信號用簇代表天線A2IM的本 地時間t2p_i表示為
rip-l(hp-i) = Hip,2p-x exp{y( 2/>w2P/a2P_x + A2P - A2/j_,) + 02F)} + 0盟(t2P—、) (10)其中In為從簇代表天線A2P到簇代表天線A2h的傳輸信道增益，一2/_}(‘—,)為簇代表天線a2h在T(2P)中接收到的噪聲，則簇代表天線A2H估計得到的晶振頻率和相位 為 其中碣口和態(tài)i2/^為頻率估計誤差和相位估計誤差；(3-7)重復(fù)上述步驟(3-5)-(3-6)，得到簇代表天線&的反向傳輸估計的晶振頻
率和相位為 (3-8)根據(jù)上述得到的每個簇代表天線的前向傳輸估計結(jié)果與反向傳輸估計結(jié) 果，則簇代表天線\估計的最終本地晶振頻率和相位為 并得到基于統(tǒng)一的全局參考時間t的簇代表天線&的本地晶振信號為 其中人n=anWnAn+①n;(3-9)根據(jù)上述簇代表天線&的本地晶振頻率和相位的估計值，得到簇代表天線 集合■(彳i^MK2),...，為⑺的本地晶振信號的同步結(jié)果為 (4)根據(jù)上述各簇之間的簇代表天線的同步結(jié)果，然后，由每個簇的簇代表天線發(fā) 起簇內(nèi)的多個分布式天線之間的分布式雙向協(xié)作同步，其中的系統(tǒng)設(shè)定和同步方法與上述 步驟(3)中的一樣，以第p個簇的N個分布式天線為例，p = 1，2，. . .，P，具體步驟如下(4-1)在完成簇代表天線集合同步后，對簇內(nèi)的N個分布式天線進(jìn)行編號后排
序，形成分布式天線集合 [4"),4P),...，4^1，簡寫為出1，化，...，BJ，其中的分布式天線 Bx =A,(P)，Bn = A{np)，是該簇的兩個簇代表天線；(4-2)由簇內(nèi)的分布式天線&向分布式天線化發(fā)送正弦信號，以此類推 Bi — B2 — . . . — BN_i — Bn,記為前向傳輸；當(dāng)前向傳輸結(jié)束后，由分布式天線Bn發(fā)送相同的 正弦信號到分布式天線BN_i，以此類推Bn — BN_i — ... — B2 — Bi，記為反向傳輸，前向傳輸和反向傳輸共占用2N-2個單位傳播時隙，其中時隙『⑴,f(2),...，f('v_2),f(AM)j為前向傳輸時
隙集合，時隙口久戶“，…，嚴(yán)“力^；！為反向傳輸時隙集合；(4-3)在上述前向傳輸時隙f(〃內(nèi)，分布式天線Bi發(fā)送的信號表示為Xl(1)(t) = expijiw^+O^} (19)其中Wl為分布式天線Bi的本地晶振頻率，為本地晶振的相位；然后，分布式天線B2接收來自分布式天線&的信號，該信號用分布式天線化的本 地時間t2表示為
乂 ” (t2) = Hl2 exp {j(ax wi(r2/a2+A,-A2) + (D1)} + (t2)(20)其中Hu為從分布式天線Bi到分布式天線B2的信道傳輸增益，并設(shè)定前向傳輸和 后向傳輸?shù)男诺纻鬏斣鲆鎸ΨQ相等，^^仏)為分布式天線B2在f⑴中接收到的噪聲，則分布
式天線b2估計得到的晶振頻率和相位為
(21)
(22)其中碣和態(tài)^為頻率估計誤差和相位估計誤差；(4-4)重復(fù)上述步驟(4-2)-(4_3)，得到簇內(nèi)分布式天線集合中分布式天線Bi的
前向傳輸估計的晶振頻率和相位為
(23)
(24)(4-5)反向傳輸由分布式天線Bn發(fā)起，直到時隙中分布式天線Bi接收到最 終信號為止；(4-6)在上述反向傳輸時隙fW內(nèi)，分布式天線 發(fā)送的信號表示為xn(n) (t) = exp {j (wNtN+0N)} (25)其中wN為分布式天線Bn的本地晶振頻率，On為本地晶振的相位；然后，分布式天線BN_i接收來自分布式天線Bn的信號，該信號用分布式天線BN_i的 本地時間tN_i表示為 其中Hm為從分布式天線Bn到分布式天線BN_i的傳輸信道增益，為分布
式天線BN_i在fW中接收到的噪聲，則分布式天線BN_i估計得到的頻率和相位是
OO = aNwN - A …) + On+ O ⑵(28)其中^^和電^),為頻率估計誤差和相位估計誤差；(4-7)重復(fù)上述步驟(4-5)-(4_6)，得到簇內(nèi)分布式天線集合中分布式天線&的
反向傳輸估計的晶振頻率和相位為
^ =丨 a, = ccNwN / at(29)
6, = aNwN(A;+, - A,) + 6,+1 = aNwN(AN - A,) + On ；(30)(4-8)根據(jù)上述得到的簇內(nèi)分布式天線的前向傳輸估計結(jié)果與反向傳輸估計結(jié) 果，則分布式天線Bi估計的最終本地晶振頻率和相位為
w.=(alw]+aNwN)/al(31)
O, = alW](A, -A,) + aNwN(A^ - A,) + O, +(32)并得到基于統(tǒng)一的全局參考時間t的分布式天線Bi的本地晶振信號為￥i(t) = expUGa^+aNwJt+Xi+XN)}，i = 1，2，...，N_1，N (33)其中人n=anWnAn+cDn;(4-9)根據(jù)上述簇內(nèi)分布式天線Bi的本地晶振頻率和相位的估計值，得到第p個 簇的簇內(nèi)分布式天線集合fAkK")，...，』!^”的本地晶振信號的同步結(jié)果為 W[P) (0 = exp [j{{a\p^ + a^f)w!；) > + 々")+ )p = 1，2， ，P，n = 1，2， ，
N ； (34)(4-10)由于第p個簇的簇代表天線和簇代表天線^；)已經(jīng)在上述第(3)步中 同其他簇的簇代表天線完成本地晶振的同步，所以整個系統(tǒng)中的P個簇共M個分布式天線 完成時間頻率同步。即將上述式子(18)代入式子(34)中得到整個系統(tǒng)中所有分布式天線 的最終同步結(jié)果為￥{] (0 = exp{7[2(af')wf) +)t + 2(^ + )]}, p = 1，2，…，P，n = 1，
2，...，N。 (35)本發(fā)明提出的無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，其優(yōu)點是1、本發(fā)明的時間頻率同步方法，通過將小區(qū)分簇，使多個簇同時進(jìn)行同步，在保證 較高同步精度的前提下，減少了總的同步時間，加快了同步速度。設(shè)整個系統(tǒng)中的分布式天線個數(shù)共有M = PN個，同步過程中的一個基本傳輸時 隙為1。直接運用雙向輪詢同步方法實現(xiàn)全局同步的時間開銷是Tt。t = 2M-2，隨著整個 系統(tǒng)中的分布式天線數(shù)目M成線性增長趨勢。而運用本發(fā)明所提方法的同步時間開銷為7；, =2x2P-2 + 2iV-2 = +，即當(dāng)合理選擇每個簇的分布式天線數(shù)
目為W = M時，所需的同步時間開銷僅隨整個系統(tǒng)中的分布式天線數(shù)目M的平方根成線 性增長趨勢。2、本發(fā)明的時間頻率同步方法，先將各簇的簇代表天線進(jìn)行時間頻率同步，然后 再進(jìn)行簇內(nèi)的分布式雙向協(xié)作同步可以得到更高的同步精確度，能夠滿足分布式無線通信 系統(tǒng)/多基站協(xié)作無線通信系統(tǒng)等無線通信系統(tǒng)對同步精度的要求。3、本發(fā)明的時間頻率同步方法，利用基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，可 以使多個分布式天線在與終端用戶(如手機(jī)用戶、移動設(shè)備等)通信前，預(yù)先完成分布式天 線之間的時間頻率同步，避免終端用戶分別同多個分布式天線進(jìn)行多次同步，而只需與一 個分布式天線完成同步，就可達(dá)到與所有參與協(xié)作通信的分布式天線的時間頻率同步。減 少了終端用戶的系統(tǒng)資源開銷，提高了通信的可靠性。
圖1是本發(fā)明方法的流程框圖。圖2是本發(fā)明的一個實施例中簇劃分模型示意圖。圖3是圖2中的簇代表天線集合的分布式雙向協(xié)作同步示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合圖1介紹本發(fā)明提出的無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步 方法的一個實施例。本發(fā)明發(fā)實施例中，無線通信系統(tǒng)的中央控制器連接21個分布式天 線，具體步驟如下(1)將M = 21個分布式天線劃分為簇，簇用p標(biāo)記，共有P = 3個簇，簇內(nèi)分布式 天線用n標(biāo)記，每個簇內(nèi)有N = 7個分布式天線。第p個簇中的第n個天線用^^表示，則
每個簇的分布式天線集合為二，P = 1，2，3，圖2給出了簇劃分的一個模型實例，其中 分布式天線1和分布式天線7為簇代表天線；(2)從上述每個簇的7個分布式天線中選取分布式天線4〃)和^作為簇代表天 線，則相鄰的3個簇產(chǎn)生6個簇代表天線；(3)對所有的簇代表天線進(jìn)行分布式雙向協(xié)作同步，具體過程如下(3-1)對上述所有的簇代表天線進(jìn)行編號后排序，形成簇代表天線集合
{41\4\42\42\43\43)}，簡寫為隊，a2，A3，A4，A5，AJ，如圖 3 所示；(3-2)由簇代表天線~向簇代表天線A2發(fā)送正弦信號，以此類推 W...H，記為前向傳輸；當(dāng)前向傳輸結(jié)束后，由簇代表天線a6發(fā)送相同的 正弦信號到簇代表天線A5，以此類推A6 — A5 — . . . — A2 — Ai，記為反向傳輸，前向傳輸和 反向傳輸共占用10個單位傳播時隙，其中時隙{TW，！^] ，^4^^為前向傳輸時隙集 合，時隙{r(6)，T(7)，T( ，T(9)，T_}為反向傳輸時隙集合；(3-3)在上述前向傳輸時隙T(1)內(nèi)，簇代表天線~發(fā)送的信號表示為Sl(1)(t) =
其中Wl為簇代表天線~的本地晶振頻率，為本地晶振的相位；然后，簇代表天線A2接收來自簇代表天線~的信號，該信號用簇代表天線^的本 地時間t2表示為r2(,)(t2) = Hl 2 exp{叫(t2/a2 + A, - A2) + 0,)} + (t2)其中Hu為從簇代表天線~到簇代表天線A2的信道傳輸增益，并設(shè)定前向傳輸和 后向傳輸?shù)男诺纻鬏斣鲆鎸ΨQ相等，仏)為簇代表天線A2在T(1)中接收到的噪聲，則簇代 表天線A2估計得到的晶振頻率和相位為=(aiwl+wi2[))/a2Of = (A) ~A2) + 0} + 0(2')其中句1〉和態(tài)^為頻率估計誤差和相位估計誤差；(3-4)重復(fù)上述步驟(3-2)-(3-3)，得到簇代表天線&的前向傳輸估計的晶振頻 率和相位為= at_x wt_{ / ai = ax wx / atsq^CAh-AJ + O,-, =a1w1(A,-A;) + cD1(3-5)反向傳輸由簇代表天線慫發(fā)起，直到時隙T(1C0中簇代表天線~接收到最終 信號為止；(3-6)在上述反向傳輸時隙T(6)內(nèi)，簇代表天線A6發(fā)送的信號表示為s6(6)(t) = exp{j(w6t6+06)} (36)其中w6為簇代表天線A6的本地晶振頻率，06為本地晶振的相位；然后，簇代表天線A5接收來自簇代表天線A6的信號，該信號用簇代表天線^的本 地時間t5表示為
= H6,5 txV{j\a6wb{hlcc, +A6-A5) + 06)} + <(f5)(37)其中H6,5為從簇代表天線A6到簇代表天線A5的傳輸信道增益，仏)為簇代表天
線八5在1~(6)中接收到的噪聲，則簇代表天線^估計得到的晶振頻率和相位為
wf] ^{a6w6+w[6))!a5(38)
Of) = (A6 -A5) + 06+ 0(56)(39)其中句6)和6(5fi)為頻率估計誤差和相位估計誤差；(3-7)重復(fù)上述步驟(3-5)-(3-6)，得到簇代表天線&的反向傳輸估計的晶振頻
率和相位為
= a6w6(A,+1 -A,) + = a6w6(A6 -A,.) + 06
(40)
(41)
(3-8)根據(jù)上述得到的每個簇代表天線的前向傳輸估計結(jié)果與反向傳輸估計結(jié) 果，則簇代表天線&估計的最終本地晶振頻率和相位為
w, = (a^ + a6w6 )!al(42)
O, ^AwXA-AJ + aw^Z^—AJ + c^+C^(43)并得到基于統(tǒng)一的全局參考時間t的簇代表天線&的本地晶振信號為￥i(t) = exp{j((a1w1+a6w6)t+A1+A6)}, i = 1,2,3,4,5,6 (44)其中入n=anWnAn+①n;(3-9)根據(jù)上述簇代表天線&的本地晶振頻率和相位的估計值，得到簇代表天線 集合■[jAAKUfKUPj的本地晶振信號的同步結(jié)果為wiP) (0 = exp {y VJ1' + af^w ) r + ^ + ^)}, P = 1,2,3, n = 1,2，...，7
(45)(4)根據(jù)上述各簇之間的簇代表天線的同步結(jié)果，然后，由每個簇的簇代表天線發(fā) 起簇內(nèi)的多個分布式天線之間的分布式雙向協(xié)作同步，以第P個簇的7個分布式天線為例， P = 1，2，3，具體步驟如下(4-1)在完成簇代表天線集合同步后，對簇內(nèi)的7個分布式天線進(jìn)行編號后排 序，形成分布式天線集合^嚴(yán)，^義…，乂^，簡寫為取，B2，...，B7}，其中的分布式天線 B, 二 A\p)，B, = 4P)，是該簇的兩個簇代表天線；(4-2)由簇內(nèi)的分布式天線&向分布式天線化發(fā)送正弦信號，以此類推 Bi — B2 — . . . — B6 — B7，記為前向傳輸；當(dāng)前向傳輸結(jié)束后，由分布式天線B7發(fā)送相同的 正弦信號到分布式天線B6，以此類推B7 — B6 — . . . — B2 — B”記為反向傳輸，前向傳輸和
反向傳輸共占用12個單位傳播時隙，其中時隙|『丨『(2),...，廣5)，『(6)1為前向傳輸時隙集合， 時隙『⑴，尹，…，戸八尸^為反向傳輸時隙集合；(4-3)在上述前向傳輸時隙f(1)內(nèi)，分布式天線Bi發(fā)送的信號表示為x,)(t) = explJ&iti+O^)}其中Wl為分布式天線Bi的本地晶振頻率，為本地晶振的相位；分布式天線B2接收來自分布式天線&的信號，該信號用分布式天線化的本地時 間t2表示為y^{t2) = HX 2 exp{j(a{wx{t2/a2 + A, - A2) + Ot)} + W)^)其中Hu為從分布式天線Bi到分布式天線B2的信道傳輸增益，并設(shè)定前向傳輸和 后向傳輸?shù)男诺纻鬏斣鲆鎸ΨQ相等，^1)…)為分布式天線B2在中接收到的噪聲，則分布 式天線b2估計得到的晶振頻率和相位為w(2] = (a,w, + w^ ) / a2=a,w,(A1 -A2) + 0, +0>(21)
14
其中辦“和電”為頻率估計誤差和相位估計誤差；(4-4)重復(fù)上述步驟(4-2)-(4_3)，得到簇內(nèi)分布式天線集合中分布式天線&的 前向傳輸估計的晶振頻率和相位為wt 二《卜、成―,I ax= a^ / a:6, = (A,_, -A,) + 二 a,w, (A, -A,) + 0,(4-5)反向傳輸由分布式天線B7發(fā)起，直到時隙中分布式天線Bi接收到最終 信號為止；(4-6)在上述反向傳輸時隙f(7)內(nèi)，分布式天線B2發(fā)送的信號表示為x7(7) (t) = exp{j (w7t7+① 7)} (46)其中w7為分布式天線B7的本地晶振頻率，07為本地晶振的相位；分布式天線B6接收來自分布式天線&的信號，該信號用分布式天線 的本地時 間t6表示為
乂7)隊)=好7，6 exp{y(or7w7a6/a6+A7 -A6) + 07)} + 6(7)(^)(47)其中H7,6為從分布式天線B7到分布式天線B6的傳輸信道增益，隊)為分布式天
線B6在f⑺中接收到的噪聲，則分布式天線B6估計得到的頻率和相位是
={a1w1+w(P)/a6(48)
=a7w7(A7-A6) + 07+6^7)(49)其中甸7)和態(tài)i7)為頻率估計誤差和相位估計誤差；(4-7)重復(fù)上述步驟(4-5)-(4_6)，得到簇內(nèi)分布式天線集合中分布式天線&的
反向傳輸估計的晶振頻率和相位為
4), = a7w7(A,+1 -A,) + = a7w7(A7 -A,) + 07
(50)
(51)(4-8)根據(jù)上述得到的簇內(nèi)分布式天線的前向傳輸估計結(jié)果與反向傳輸估計結(jié)
果，則分布式天線Bi估計的最終本地晶振頻率和相位為
wj = + a1w1)/ at(52)
6, =or1w1(AI -A,) + a7w7(A7 -A;) + 0, +07(53)并得到基于統(tǒng)一的全局參考時間t的分布式天線Bi的本地晶振信號為￥i(t) = exp{j((a1w1+a7w7)t+A1+A7)}, i = 1,2, ... ,7 (54)其中入n=anWnAn+①n;(4-9)根據(jù)上述簇內(nèi)分布式天線Bi的本地晶振頻率和相位的估計值，得到第p個簇的簇內(nèi)分布式天線集合
的本地晶振信號的同步結(jié)果為
(55)(4-10)由于第p個簇的簇代表天線和簇代表天線已經(jīng)在上述第(3)步中 同其他簇的簇代表天線完成本地晶振的同步，所以整個系統(tǒng)中的3個簇共21個分布式天線 完成時間頻率同步。即將上述式子(45)代入式子(55)中得到整個系統(tǒng)中所有分布式天線 的最終同步結(jié)果為
權(quán)利要求
一種無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將無線通信系統(tǒng)中的M＝PN個分布式天線劃分為P個簇，p＝1，2，...，P，每個簇內(nèi)的分布式天線數(shù)目為N個，n＝1，2，...，N，第p個簇中的第n個分布式天線用表示，則每簇中分布式天線集合為設(shè)系統(tǒng)中分布式天線的統(tǒng)一參考時鐘信號為Ψ(t)＝exp{j(Ωt+Φ)}，其中Ω為本地晶振的頻率，t為統(tǒng)一的全局參考時間，Φ為本地晶振的相位。由于存在本地晶振的偏差，所以系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的的本地晶振信號表示為ψi(t)＝exp{j(Ωit+Φi+ni(t))}，i＝1，2，...，M-1，M(1)上式中Ωi為本地晶振頻率，Φi表示本地晶振的相位，ni(t)為本地晶振的噪聲干擾；根據(jù)上述(1)式，得到上述系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的當(dāng)前本地時間為ti＝(Ωit+Φi+ni(t))/Ω＝αi(t+Δi(t))，i＝1，2，...，M-1，M(2)其中αi＝Ωl/Ω，表示系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的本地晶振頻率和統(tǒng)一的全局晶振頻率的比值；Δi(t)＝(Φi+ni(t))/Ωi，表示系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的本地時間偏差，考慮到在一個單位傳播時隙內(nèi)本地時鐘偏差為一個固定值，則系統(tǒng)中任意一個分布式天線i的本地時間ti和全局參考時間t的關(guān)系式為ti＝t+Δi；(2)從上述每個簇的N個分布式天線中選取2個分布式天線和作為簇代表天線，則相鄰的P個簇產(chǎn)生2P個簇代表天線；(3)對上述所有的簇代表天線進(jìn)行分布式雙向協(xié)作同步，具體過程如下(3-1)對上述所有的簇代表天線進(jìn)行編號后排序，形成簇代表天線集合簡寫為{A1，A2，...，A2P-1，A2P}；(3-2)由簇代表天線A1向簇代表天線A2發(fā)送正弦信號，以此類推A1→A2→...→A2P-1→A2P，記為前向傳輸；當(dāng)前向傳輸結(jié)束后，由簇代表天線A2P發(fā)送相同的正弦信號到簇代表天線A2P-1，以此類推A2P→A2P-1→...→A2→A1，記為反向傳輸，前向傳輸和反向傳輸共占用4P-2個單位傳播時隙，其中時隙{T(1)，T(2)，...，T(2P-2)，T(2P-1)}為前向傳輸時隙集合，時隙{T(2P)，T(2P+1)，...，T(4P-3)，T(4P-2)}為反向傳輸時隙集合；(3-3)在上述前向傳輸時隙T(1)內(nèi)，簇代表天線A1發(fā)送的信號表示為s1(1)(t)＝exp{j(w1t1+Φ1)}(3)其中w1為簇代表天線A1的本地晶振頻率，Φ1為本地晶振的相位；簇代表天線A2接收來自簇代表天線A1的信號，該信號用簇代表天線A2的本地時間t2表示為 <mrow><msubsup> <mi>r</mi> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mn>1,2</mn></msub><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>w</mi><mn>1</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mn>2</mn></msub><mo>)</mo><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> <mo>+</mo> <msubsup><mi>ω</mi><mn>2</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </msubsup></mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中H1，2為從簇代表天線A1到簇代表天線A2的信道傳輸增益，并設(shè)定前向傳輸和后向傳輸?shù)男诺纻鬏斣鲆鎸ΨQ相等，為簇代表天線A2在T(1)中接收到的噪聲，則簇代表天線A2估計得到的晶振頻率和相位為 <mrow><msubsup> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>w</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msubsup><mover> <mi>w</mi> <mo>~</mo></mover><mn>2</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>~</mo> </mover> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中和為頻率估計誤差和相位估計誤差；(3-4)重復(fù)上述步驟(3-2)-(3-3)，得到簇代表天線Ai的前向傳輸估計的晶振頻率和相位為 <mrow><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(3-5)反向傳輸由簇代表天線A2P開始，直到在反向傳輸時隙T(4p-2)內(nèi)簇代表天線A1接收到最終信號為止；(3-6)在上述反向傳輸時隙T(2P)內(nèi)，簇代表天線A2P發(fā)送的信號表示為s2P(2P)(t)＝exp{j(w2Pt2P+Φ2P)}(9)其中w2P為簇代表天線A2P的本地晶振頻率，Φ2P為本地晶振的相位；簇代表天線A2P-1接收來自簇代表天線A2P的信號，該信號用簇代表天線A2P-1的本地時間t2p-1表示為 <mrow><msubsup> <mi>r</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>,</mo><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <msub><mi>w</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub><mi>Φ</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mo>+</mo><msubsup> <mi>ω</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中H2P，2P-1為從簇代表天線A2P到簇代表天線A2P-1的傳輸信道增益，為簇代表天線A2P-1在T(2P)中接收到的噪聲，則簇代表天線A2P-1估計得到的晶振頻率和相位為 <mrow><msubsup> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <msub><mi>w</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup><mover> <mi>w</mi> <mo>^</mo></mover><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>P</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> 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<mrow><mn>2</mn><mi>P</mi> </mrow></msub><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(3-8)根據(jù)上述得到的每個簇代表天線的前向傳輸估計結(jié)果與反向傳輸估計結(jié)果，則簇代表天線Ai估計的最終本地晶振頻率和相位為 <mrow><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>w</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>α</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <msub><mi>w</mi><mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>15</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>P</mi> </mrow></msub><msub> 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<mrow><mo>(</mo><mi>P</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><msubsup> <mi>w</mi> <mi>N</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>P</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msubsup><mi>λ</mi><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>λ</mi><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mo>,</mo><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>18</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4)根據(jù)上述各簇之間的簇代表天線的同步結(jié)果，然后，由每個簇的簇代表天線發(fā)起簇內(nèi)的多個分布式天線之間的分布式雙向協(xié)作同步，其中的系統(tǒng)設(shè)定和同步方法與上述步驟(3)中的一樣，以第p個簇的N個分布式天線為例，p＝1，2，...，P，具體步驟如下(4-1)在完成簇代表天線集合同步后，對簇內(nèi)的N個分布式天線進(jìn)行編號后排序，形成分布式天線集合簡寫為{B1，B2，...，BN}，其中的分布式天線是該簇的兩個簇代表天線；(4-2)由簇內(nèi)的分布式天線B1向分布式天線B2發(fā)送正弦信號，以此類推B1→B2→...→BN-1→BN，記為前向傳輸；當(dāng)前向傳輸結(jié)束后，由分布式天線BN發(fā)送相同的正弦信號到分布式天線BN-1，以此類推BN→BN-1→...→B2→B1，記為反向傳輸，前向傳輸和反向傳輸共占用2N-2個單位傳播時隙，其中時隙為前向傳輸時隙集合，時隙為反向傳輸時隙集合；(4-3)在上述前向傳輸時隙內(nèi)，分布式天線B1發(fā)送的信號表示為x1(1)(t)＝exp{j(w1t1+Φ1)}(19)其中w1為分布式天線B1的本地晶振頻率，Φ1為本地晶振的相位；分布式天線B2接收來自分布式天線B1的信號，該信號用分布式天線B2的本地時間t2表示為 <mrow><msubsup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>2</mn> </mrow></msub><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>w</mi><mn>1</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mn>2</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub><mi>Φ</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mo>+</mo><msubsup> <mi>ω</mi> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>20</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中H1，2為從分布式天線B1到分布式天線B2的信道傳輸增益，并設(shè)定前向傳輸和后向傳輸?shù)男诺纻鬏斣鲆鎸ΨQ相等，為分布式天線B2在中接收到的噪聲，則分布式天線B2估計得到的晶振頻率和相位為 <mrow><msubsup> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>w</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msubsup><mover> <mi>w</mi> <mo>~</mo></mover><mn>2</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>21</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>~</mo> </mover> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>22</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中和為頻率估計誤差和相位估計誤差；(4-4)重復(fù)上述步驟(4-2)-(4-3)，得到簇內(nèi)分布式天線集合中分布式天線Bi的前向傳輸估計的晶振頻率和相位為 <mrow><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> 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<mo>)</mo></mrow> </mrow>(4-5)反向傳輸由分布式天線BN發(fā)起，直到時隙中分布式天線B1接收到最終信號為止；(4-6)在上述反向傳輸時隙內(nèi)，分布式天線BN發(fā)送的信號表示為xN(N)(t)＝exp{j(wNtN+ΦN)}(25)其中wN為分布式天線BN的本地晶振頻率，ΦN為本地晶振的相位；分布式天線BN-1接收來自分布式天線BN的信號，該信號用分布式天線BN-1的本地時間tN-1表示為 <mrow><msubsup> <mi>y</mi> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mi>N</mi> </msub> <msub><mi>w</mi><mi>N</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mi>N</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Δ</mi> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> 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<mo>(</mo> <mn>27</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>N</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>N</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>N</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mi>N</mi></msub><mo>+</mo><msubsup> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>28</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中和為頻率估計誤差和相位估計誤差；(4-7)重復(fù)上述步驟(4-5)-(4-6)，得到簇內(nèi)分布式天線集合中分布式天線Bi的反向傳輸估計的晶振頻率和相位為 <mrow><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>N</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>N</mi></msub><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>29</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>N</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>N</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>N</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>N</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>N</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mi>N</mi></msub><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>30</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4-8)根據(jù)上述得到的簇內(nèi)分布式天線的前向傳輸估計結(jié)果與反向傳輸估計結(jié)果，則分布式天線Bi估計的最終本地晶振頻率和相位為 <mrow><msub> <mover><mi>w</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>w</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>α</mi><mi>N</mi> </msub> <msub><mi>w</mi><mi>N</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>31</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mover><mi>Φ</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>N</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>N</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>N</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Δ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub> <mi>Φ</mi> <mi>N</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>32</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>并得到基于統(tǒng)一的全局參考時間t的分布式天線Bi的本地晶振信號為ψi(t)＝exp{j((α1w1+αNwN)t+λ1+λN)}，i＝1，2，...，N-1，N(33)其中λn＝αnwnΔn+Φn；(4-9)根據(jù)上述簇內(nèi)分布式天線Bi的本地晶振頻率和相位的估計值，得到第p個簇的簇內(nèi)分布式天線集合的本地晶振信號的同步結(jié)果為 <mrow><msubsup> <mi>ψ</mi> <mi>n</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mrow> <mo>(</mo> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>α</mi> <mn>1</mn> <mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><msubsup> <mi>w</mi> <mn>1</mn> <mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>+</mo><msubsup> <mi>α</mi> <mi>N</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><msubsup> <mi>w</mi> <mi>N</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msubsup><mi>λ</mi><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>p</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>λ</mi><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>p</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mo>,</mo><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>34</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4-10)由于第p個簇的簇代表天線和簇代表天線已經(jīng)在上述第(3)步中同其他簇的簇代表天線完成本地晶振的同步，所以整個系統(tǒng)中的P個簇共M個分布式天線完成時間頻率同步。即將上述式子(18)代入式子(34)中得到整個系統(tǒng)中所有分布式天線的最終同步結(jié)果為 <mrow><msubsup> <mi>ψ</mi> <mi>n</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mo>[</mo><mn>2</mn><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>α</mi><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <msubsup><mi>w</mi><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>α</mi><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <msubsup><mi>w</mi><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>λ</mi><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>λ</mi><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>}</mo><mo>,</mo><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>.</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>35</mn> <mo>)</mo></mrow> 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全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線通信中基于簇的分布式天線時間頻率同步方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將大量分布式天線分簇，選出簇代表天線，對簇代表天線進(jìn)行分布式雙向協(xié)作同步。然后，由簇代表天線發(fā)起簇內(nèi)的分布式雙向協(xié)作同步，最終實現(xiàn)系統(tǒng)中所有分布式天線的時間頻率同步。本發(fā)明的優(yōu)點是通過分簇處理，使多個簇同時進(jìn)行同步，減少了總的同步時間，加快了同步速度；首先進(jìn)行簇代表天線之間的同步，然后進(jìn)行簇內(nèi)的分布式雙向協(xié)作同步可以得到更高的同步精度，滿足分布式無線通信系統(tǒng)對同步精度的要求；預(yù)先完成分布式天線之間的同步，避免終端用戶同多個分布式天線進(jìn)行多次同步。減少了終端用戶的系統(tǒng)資源開銷，提高了通信的可靠性。
文檔編號H04B7/04GK101868022SQ201010185688
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者曾捷, 王海軍, 粟欣, 薛光達(dá), 高暉 申請人:清華大學(xué)