[發(fā)明專利]一種基于海面無線傳感網(wǎng)的分布式波束形成載波相位同步方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410280637.0
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104022990B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石碩;胡瑞東;賈敏;馬健欣;顧學(xué)邁;王雪;余方圓;田斯
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感網(wǎng)、分布式波束形成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

海洋是人類維持生存繁衍和社會實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基地，開發(fā)海洋、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)是整個人類生存和社會發(fā)展的必由之路，鑒于海洋的重要性，對海洋資源與環(huán)境的監(jiān)測正成為世界各國研究的一大熱點(diǎn)。海洋信息通常采用衛(wèi)星作為中繼進(jìn)行傳輸，海洋與陸地不同，海面上無法架設(shè)大的基站與衛(wèi)星進(jìn)行通信，同時基站也無法在海面進(jìn)行隨機(jī)布撒。而傳感器節(jié)點(diǎn)由于其低成本和小體積，能夠在海面進(jìn)行隨機(jī)布撒，但是單個傳感器節(jié)點(diǎn)的能量較小，無法與衛(wèi)星直接進(jìn)行通信，所以需利用海面多傳感器節(jié)點(diǎn)的分布式(協(xié)同)波束形成遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星直接通信，而進(jìn)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)中分布式波束形成可擴(kuò)展的反饋控制方法)。這種方法需要目的節(jié)點(diǎn)對源節(jié)點(diǎn)的相位信息進(jìn)行數(shù)次校對判定，最終選擇最優(yōu)的一種結(jié)果進(jìn)行波束形成。由于這種校對需要進(jìn)行很多次，也就是目的節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行頻繁的通信，所以只適用于以飛機(jī)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?zhèn)鞲衅髋c衛(wèi)星直接進(jìn)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(jié)點(diǎn)首先將相位信息發(fā)送給所有源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)間分時隙進(jìn)行相位累加從而得到節(jié)點(diǎn)間的相位同步。其優(yōu)點(diǎn)在源節(jié)點(diǎn)于不需要頻繁的與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位校對，但是由于源節(jié)點(diǎn)間采用的是線性結(jié)構(gòu)，其擴(kuò)展性不強(qiáng)。在海面無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，單個傳感器功率較小，其輸出的分布式波束不能到達(dá)衛(wèi)星，因此為了保證衛(wèi)星通信的快速性需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，而這正是基于海面無線傳感網(wǎng)急待解決的問題所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有時隙往返載波同步方法在應(yīng)用于海面?zhèn)鞲衅髋c衛(wèi)星直接進(jìn)行通信時出現(xiàn)的源節(jié)點(diǎn)采用線性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致該方法擴(kuò)展性不強(qiáng)及節(jié)點(diǎn)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(dǎo)致的分布式光束不能到達(dá)衛(wèi)星的問題，也是為了抑制由于海面波動導(dǎo)致的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不規(guī)則運(yùn)動導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)間信號傳輸過程出現(xiàn)的多普勒效應(yīng)，提出了一種基于海面無線傳感網(wǎng)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(wǎng)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(jì)誤差的條件下進(jìn)行的，該方法包括如下步驟：

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

步驟二、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D向源節(jié)點(diǎn)Node_i發(fā)送單頻信標(biāo)信號x₀(t)；源節(jié)點(diǎn)Node_i接收所述單頻信標(biāo)信號x₀(t)，并形成源節(jié)點(diǎn)接收信號y_0i(t)；

源節(jié)點(diǎn)接收信號y_0i(t)中y₀₁(t)表示主節(jié)點(diǎn)接收信號，y_0K(t)表示從節(jié)點(diǎn)接收信號；

步驟三、主節(jié)點(diǎn)Node₁對主節(jié)點(diǎn)接收信號y₀₁(t)進(jìn)行信號處理得到主節(jié)點(diǎn)載波信號x₁₀(t)，從節(jié)點(diǎn)Node_K對從節(jié)點(diǎn)接收信號y_0K(t)進(jìn)行信號處理得到從節(jié)點(diǎn)載波信號x_K0(t)；

步驟四、主節(jié)點(diǎn)Node₁將所述數(shù)據(jù)拷貝信號m(t)加載在主節(jié)點(diǎn)載波信號x₁₀(t)上得到主節(jié)點(diǎn)調(diào)制信號s₁(t)；從節(jié)點(diǎn)Node_K將所述數(shù)據(jù)拷貝信號m(t)加載在從節(jié)點(diǎn)載波信號x_K0(t)上得到從節(jié)點(diǎn)調(diào)制信號s_K(t)；