[發明專利]一種基于海面無線傳感網的分布式波束形成載波相位同步方法

有效

• 申請號: 201410280637.0
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104022990B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 石碩;胡瑞東;賈敏;馬健欣;顧學邁;王雪;余方圓;田斯
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04L27/18
• 分類號: H04L27/18;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明屬于無線傳感網、分布式波束形成技術領域。

背景技術

海洋是人類維持生存繁衍和社會實現可持續發展的重要基地，開發海洋、發展海洋經濟是整個人類生存和社會發展的必由之路，鑒于海洋的重要性，對海洋資源與環境的監測正成為世界各國研究的一大熱點。海洋信息通常采用衛星作為中繼進行傳輸，海洋與陸地不同，海面上無法架設大的基站與衛星進行通信，同時基站也無法在海面進行隨機布撒。而傳感器節點由于其低成本和小體積，能夠在海面進行隨機布撒，但是單個傳感器節點的能量較小，無法與衛星直接進行通信，所以需利用海面多傳感器節點的分布式(協同)波束形成遠距離傳輸技術實現傳感器網絡與衛星直接通信，而進行此分布式波束形成的核心問題是載波相位、時間的同步。

現有的適用于分布式波束形成的載波相位同步方案主要有兩種：其中之一是R.Mudumbai等人提出的Scalable Feedback Control for Distributed Beamforming in Sensor Networks(傳感器網絡中分布式波束形成可擴展的反饋控制方法)。這種方法需要目的節點對源節點的相位信息進行數次校對判定，最終選擇最優的一種結果進行波束形成。由于這種校對需要進行很多次，也就是目的節點與源節點需要進行頻繁的通信，所以只適用于以飛機或陸地基站作為中繼的短程波束形成的情況，不適用于海面傳感器與衛星直接進行通信的情況。

另一種是D.Richard Brown等人提出的Time-Slotted Round-Trip Carrier Synchronization(時隙往返載波同步)。這種方法由目的節點首先將相位信息發送給所有源節點，源節點間分時隙進行相位累加從而得到節點間的相位同步。其優點在源節點于不需要頻繁的與目的節點進行相位校對，但是由于源節點間采用的是線性結構，其擴展性不強。在海面無線傳感網絡中，單個傳感器功率較小，其輸出的分布式波束不能到達衛星，因此為了保證衛星通信的快速性需要大量的傳感器節點，而這正是基于海面無線傳感網急待解決的問題所在。

發明內容

本發明為了解決現有時隙往返載波同步方法在應用于海面傳感器與衛星直接進行通信時出現的源節點采用線性結構導致該方法擴展性不強及節點間相位同步緩慢的問題，也是為了解決單個傳感器功率較小導致的分布式光束不能到達衛星的問題，也是為了抑制由于海面波動導致的傳感器網絡節點不規則運動導致的節點間信號傳輸過程出現的多普勒效應，提出了一種基于海面無線傳感網的分布式波束形成載波相位同步方法。

一種基于海面無線傳感網的分布式波束形成載波相位同步方法，本方法是在不考慮頻率及相位估計誤差的條件下進行的，該方法包括如下步驟：

步驟一、源節點Node_i獲取并存儲數據拷貝信號m(t)，源節點Node_i中Node₁為主節點，Node_K為從節點，其中，K為大于等于2的正整數；i為大于等于1的正整數；K∈i；

步驟二、目標節點D向源節點Node_i發送單頻信標信號x₀(t)；源節點Node_i接收所述單頻信標信號x₀(t)，并形成源節點接收信號y_0i(t)；

源節點接收信號y_0i(t)中y₀₁(t)表示主節點接收信號，y_0K(t)表示從節點接收信號；

步驟三、主節點Node₁對主節點接收信號y₀₁(t)進行信號處理得到主節點載波信號x₁₀(t)，從節點Node_K對從節點接收信號y_0K(t)進行信號處理得到從節點載波信號x_K0(t)；

步驟四、主節點Node₁將所述數據拷貝信號m(t)加載在主節點載波信號x₁₀(t)上得到主節點調制信號s₁(t)；從節點Node_K將所述數據拷貝信號m(t)加載在從節點載波信號x_K0(t)上得到從節點調制信號s_K(t)；