CN103475460B - 分布式波束成形中的相位同步方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式波束成形中的相位同步调整方法，包括：a）做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）依次发送检测信号；b）网络A目的节点（DoNA）接收该检测信号，并获得各检测信号的第一接收相位和接收信号强度；c）DoNA根据各检测信号的第一接收相位和接收信号强度计算各第一接收相位在同步调整后达到预定同步效果所需的第一相位调整量，并按从第1到第N再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组第一相位调整信号；d）每个SoNA根据第一相位调整信号调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位。所述方法能够减少同步调整所需时间和所消耗的能量。

Description

分布式波束成形中的相位同步方法及***

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体地，涉及一种分布式波束成形中的相位同步方法及***。特别地，本发明适用于传感器网络、认知无线网络。

背景技术

波束成形是这样一种技术，在该技术中，多个天线联合起来形成天线阵列，对同一信号进行发送，通过调节每根天线的波束成形加权系数，使得某些位置的接收端信号强度增加，同时，另一些位置的接收端信号强度减弱。波束成形技术可以提高信噪比、降低干扰、增加安全性、扩大通信范围。具体说，若保持信噪比相同，则N根全向天线在载波相位同步的情况下做波束成形所消耗的总能量仅为单根全向天线直接发送信号所消耗能量的1/N，因此采用波束成形技术能够大大地节省能量。或者说，在消耗相同总能量情况下，做波束成形能使信噪比提高N倍。在很多无线网络（如GSM网络、CDMA网络、LTE网络、传感器网络）中，通信终端通常很小且由电池供电，对能量消耗很敏感，因此，做波束成形是非常合适的。例如，在传感器网络中，由于通信终端非常小且功率受限，单个通信终端有时甚至不能将信号发送到较远的基站，需要多个通信终端做波束成形才能把信号发送给这些基站。另外，做波束成形可以降低某些方向上的接收端的接收信号强度，从而可以降低对该方向接收端的干扰，同时也降低了该方向上信号被窃听的概率。

波束成形分为集中式波束成形和分布式波束成形。在集中式波束成形中，做波束成形的多个天线处于一个设备上。例如，一个手机可配置多根天线来做波束成形。这种方法的优点是多个天线发送的信号具有相同的载波，很容易实现载波的相位同步，缺点是由于手机物理尺寸的限制，在单个手机上配置多个天线很难实现。在分布式波束成形中，做波束成形的多个天线处于不同的设备上。例如，一个手机可配置一根天线，将一群分散的手机联合起来形成虚拟的天线阵列来做波束成形。这种方法的优点是，每个设备只需要一根天线，很容易实现。但问题是，从每根天线发送的信号的载波并不相同，于是这些信号到达接收端时可能会相互抵消，从而降低信号接收端的接收信号强度。因此，在分布式波束成形中需要考虑信号的相位同步问题。

图1是示意图，示出了一个无线通信网络中有两个无线子网络并存的情况。如图1所示，一个子网络可称作网络A，另一个子网络可称作网络B，其中，设网络A的一些通信设备联合起来做分布式波束成形，这些通信设备可称作网络A源节点（SoNA，source node of network A），而网络A中接收波束成形信号的通信设备可称作网络A目的节点（DoNA，destination node ofnetwork A），网络B中接收波束成形信号的通信设备可称作网络B目的节点（DoNB，destination node of network B）。此时，SoNA发送的波束成形信号对于DoNA来说是希望接收到的信号，是有用信号，而对于DoNB来说是不希望接收到的信号，是干扰信号。

例如，在传统无线通信网络和认知无线网络并存的网络中，传统无线通信网络构成主网络（即上述网络B），认知无线网络构成次网络（即上述网络A）。为了有效地利用频谱资源，认知无线网络要与传统无线通信网络共享频谱资源。通常，共享频谱资源的方法有两种，一种方法称作机会频谱接入（Opportunistic Spectrum Access，OSA），即，次网络寻找主网络暂不使用的频谱资源，并利用这些闲置的频谱资源来通信；另一种方法称作并行频谱接入（Concurrent Spectrum Access，CSA），即，次网络和主网络使用共同的频谱，但次网络对主网络的干扰必须小于规定的值。在上述CSA情形中，既要求次网络能够实现正常的通信功能，并且尽可能减少能量消耗，又要求次网络尽量避免干扰主网络。波束成形用于次网络中正好能满足上述要求。

当网络A中的某个SoNA要发送信号m(t)时，该SoNA会联合附近的N-1个SoNA做波束成形，对信号m(t)进行发送。下面以调幅方式为例进行说明。设N个SoNA通过调幅的方式对信号m(t)进行发送，其中，第i个SoNA所用的载波的振幅为Ai，角频率为ω，相对于DoNA的本地载波的相位差为γ_i,1，相对于DoNB的本地载波的相位差为γ_i,2，第i个SoNA发送的信号到达DoNA所用时间为τ_i,1，到达DoNB所用时间为τ_i,2，第i个SoNA的载波的可调节复加权系数为第i个SoNA到DoNA的平坦慢衰落信道对信号的影响因子为第i个SoNA到DoNB的平坦慢衰落信道对信号的影响因子为则DoNA所接收到的信号为：

$y_1\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,1}{b}_i{A}_i{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\γ}}_{i,1}+{\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\ψ}}_{i,1})}m(t-{\mathrm{\τ}}_{i,1})=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_i}{a}_{i,1}{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\Φ}}_{i,1})}m(t-{\mathrm{\τ}}_{i,1})---\left(1\right)$

其中，为第i个SoNA发送信号的功率，Φ_i,1=γ_i,1+θ_i+ψ_i,1为DoNA接收到的来自第i个SoNA的信号的接收相位；而DoNB所接收到的信号为：

$y_2\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,2}{b}_i{A}_i{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\γ}}_{i,2}+{\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\ψ}}_{i,2})}m(t-{\mathrm{\τ}}_{i,2})=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_i}{a}_{i,2}{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\Φ}}_{i,2})}m(t-{\mathrm{\τ}}_{i,2})---\left(2\right)$

其中，Φ_i,2=γ_i,2+θ_i+ψ_i,2为DoNB接收到的来自第i个SoNA的信号的接收相位。

DoNA对接收到的信号进行解调后得到信号为：

${y_1}^{\′}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_i}{a}_{i,1}{e}^{{\mathrm{j\Φ}}_{i,1}}m(t-{\mathrm{\τ}}_{i,1})---\left(3\right)$

DoNB对接收到的信号进行解调后得到信号为：

${y_2}^{\′}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{P_i}{a}_{i,2}{e}^{{\mathrm{j\Φ}}_{i,2}}m(t-{\mathrm{\τ}}_{i,2})---\left(4\right)$

从公式（3）可知，通过调节Φ_i,1，使Φ_i,1=常数（1≤i≤N），可以使DoNA接收到的信号（即有用信号）强度最大化，由于Φ_i,1=γ_i,1+θ_i+ψ_i,1，且只有θ_i（即各SoNA的载波的复加权系数的相位）是可调节的，因此，通过调节每个SoNA的θ_i，可以使DoNA接收到的有用信号强度最大化。另外，从公式（4）可知，通过调节Φ_i,2，可以使DoNB接收到的信号（即干扰信号）强度最小化，而Φ_i,2=γ_i,2+θ_i+ψ_i,2，且只有θ_i（即各SoNA的载波的复加权系数的相位）是可调节的，因此，通过调节每个SoNA的θ_i，可以使DoNB接收到的干扰信号的强度最小化。因此，根据实际要求，通过调节各个SoNA的θ_i，可以使做波束成形的SoNA所发出的信号到达DoNA时强度最大，或使该信号对DoNB的干扰最小，或者可以兼顾两者。

非专利文献1（Mudumbai R,Hespanha J,Madhow U et al.,Scalablefeedback control for distributed beamforming in sensor networks,InternationalSymposium on Information Theory(ISIT),Adelaide2005,p137-141）提出一种随机调整源节点相位的单比特反馈算法（下文简称单比特算法），该算法在每一时隙要求做波束成形的所有源节点共同对目的节点发送信号，目的节点检测总的接收信号强度（Receive Signal Strength，RSS）后再发送反馈信号。这种算法实现简单，但收敛速度不快。当时隙数等于5倍的源节点数量时，目的节点的RSS仅为其最大值的75%。另外，在同步各源节点的载波相位的过程中需要消耗的能量也比较大。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于，提供一种分布式波束成形中的相位同步调整方法和***，以减少同步调整所需时间、减少同步调整所消耗的能量；并使某子网络中做波束成形的源节点对另一个子网络的干扰降低。

根据本发明的一个方面，提供一种分布式波束成形中的相位同步调整方法，该方法包括：

a）做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，其中，N为自然数；

b）网络A目的节点（DoNA）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度；

c）所述DoNA根据所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息；以及

d）每个SoNA根据其接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位。

优选地，所述检测信号为用一个简单基带信号对各SoNA的同频的本地载波进行调制后产生的频带信号。

优选地，所述DoNA采用两个本地载波对接收到的每个所述检测信号进行相干解调，从而获得该检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，其中，所述各检测信号的第一接收相位限制在2π大小的角度范围内。

优选地，所述预定同步效果为：

其中，Φ_i,1和S_i,1分别为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,1=Φ_i,1-ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的同步调整后的第一接收相位，1≤i≤N。

进一步优选地，获得所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1（1≤i≤N）的过程包括：

①按照从第一接收相位Φ_1,1到第一接收相位Φ_N,1再返回第一接收相位Φ_1,1的循环顺序对所述各个第一接收相位进行逐个逐次调整，其中，对Φ_i,1的第k次调整的调整量为2πa_ik/2^k，k≥0，并且当k=0时，a_ik均为0，当k≥1时，a_ik为Φ_i,1/2π的二进制展开式的第k项系数；

②产生每个预定个数的调整量时，计算此时的Φ_i,1的总调整量：

${\mathrm{\Δ\Φ}}_{i,1}\left[K_i\right]=2\mathrm{\π}\underset{k=0}{\overset{K_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ik}}}{2^k}$

其中，K_i表示第一接收相位Φ_i,1的已调整的次数，1≤i≤N，并计算此时的下述值：

${\mathrm{RSS}}_1^{\′}[K_i,1\≤i\≤N]=\frac{\left|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{S_{i,l}}{e}^{j\left({\mathrm{\Δ\Φ}}_{i,1}\right[K_i\left]\right)}\right|}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{S_{i,1}}}$

③当产生某个预定个数的调整量时计算出的RSS′₁[K_i,1≤i≤N]大于等于所述预定同步阈值时，所述获得第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1（1≤i≤N）的过程结束，并且ΔΦ_i,1为此时的ΔΦ_i,1[K_i]。

优选地，在所述DoNA向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号后，还包括所述DoNA向所述N个SoNA发送同步调整结束信号。

优选地，设第i个SoNA接收到的一组有序的第一相位调整信号为{a_ik|0≤k≤K_i，K_i为整数，且k=0时，a_ik=0，k≥1时，a_ik=1或0}，则该SoNA所对应的所述第一相位调整量ΔΦ_i,1为：

${\mathrm{\Δ\Φ}}_{i,1}=2\mathrm{\π}\underset{k=0}{\overset{K_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ik}}}{2^k}$

其中，1≤i≤N。

根据本发明的另一方面，提供另一种分布式波束成形中的相位同步调整方法，该方法包括：

a）做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，其中，N为自然数；

b）网络A目的节点（DoNA）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，同时，网络B目的节点（DoNB）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度；

c）所述DoNA根据所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA和向所述DoNB发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号同时向DoNB发送分别与各个SoNA对应的各组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息；

d）每个SoNA根据其接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位，并且，所述DoNB根据其接收到的与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号所包含的第一相位调整量信息调整所述DoNB获得的该SoNA所发送的检测信号的第二接收相位，以获得该检测信号的同步调整后的第二接收相位；

e）所述DoNB根据所获得的各检测信号的同步调整后的第二接收相位和所述第二接收信号强度计算所述各同步调整后的第二接收相位所需的第二相位调整量，以便在干扰调整后达到预定干扰效果，并向每个SoNA发送一个第二相位调整信号，该第二相位调整信号包含与该SoNA对应的所述第二相位调整量的信息；

f）每个SoNA根据其接收到的所述第二相位调整信号所包含的所述第二相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的所述同步调整后的发送相位，以获得该检测信号的干扰调整后的发送相位。

优选地，所述预定干扰效果为：

Φ″_i,2=Φ′_i,2+ΔΦ_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1+ΔΦ_i,2

其中，Φ_i,2和S_i,2分别为所述DoNB所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1为与第i个SoNA对应的同步调整后的第二接收相位，ΔΦ_i,2为与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量，Φ″_i,2为与第i个SoNA对应的干扰调整后的第二接收相位，1≤i≤N。

进一步优选地，获得与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2（1≤i≤N）的过程包括：

①根据归纳法计算与第i个SoNA对应的第m次干扰调整后的干扰向量的相角Φ″_i,2[m]（1≤i≤N，m≥1），即：

第一，获得与第i个SoNA对应的第0次干扰调整后的干扰向量也即同步调整后的干扰向量 $v_i\left[0\right]=\sqrt{S_{i,2}}{e}^{j{\mathrm{\Φ}}_{i,2}^{\′\′}\left[0\right]}=\sqrt{S_{i,2}}{e}^{j{\mathrm{\Φ}}_{i,2}^{\′}},(1\≤i\≤N),$ 以及第0次干扰调整后的总干扰向量也即同步调整后的总干扰向量：

$V_N\left[0\right]=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i\left[0\right]$

第二，如果获得与第i个SoNA对应的第m-1次干扰调整后的干扰向量以及第m-1次干扰调整后的总干扰向量：

$V_N[m-1]=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i[m-1]$

则与第i个SoNA对应的第m次干扰调整后的干扰向量的相角Φ″_i,2[m]（1≤i≤N）的计算过程包括：

a）获得所对应的干扰向量v_p[m-1]，1≤p≤N；

b）计算向量v_p[m-1]逆时针旋转到与向量-(V_N[m-1]-v_p[m-1])方向一致的旋转角Θ[m-1]；

c）对于i=p，使Φ″_i,2[m]=Φ″_i,2[m-1]+Θ[m-1]，对于i≠p，使Φ″_i,2[m]=Φ″_1,2[m-1]，

②如果当m=M时（M为确定的自然数），有：

则获得与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2的过程结束，并且与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2=Φ″_i,2[M]-Φ′_i,2（1≤i≤N）。

所述网络A可以为传感器网络或认知无线网络，所述网络B可以为传统无线网络。

根据本发明的再一方面，提供一种分布式波束成形中的相位同步调整***，其包括：做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）和网络A目的节点（DoNA），其中，N为自然数，每个SoNA配置有第一发送单元、第一接收单元和第一相位调整单元，DoNA配置有第二发送单元、第二接收单元、第二解调单元和第二计算单元，并且，

N个SoNA的第一发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，

DoNA的第二接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNA的第二解调单元获得每个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，

DoNA的第二计算单元根据第二解调单元所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，

DoNA的第二发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息，

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的每组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位。

根据本发明的又一方面，提供一种分布式波束成形中的相位同步调整***，其包括：做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）、网络A目的节点（DoNA）和网络B目的节点（DoNB），其中，N为自然数，每个SoNA配置有第一发送单元、第一接收单元和第一相位调整单元，DoNA配置有第二发送单元、第二接收单元、第二解调单元和第二计算单元，DoNB配置有第三发送单元、第三接收单元、第三解调单元、第三相位调整单元和第三计算单元，并且，

N个SoNA的第一发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，

DoNA的第二接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNA的第二解调单元获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，同时，DoNB的第三接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNB的第三解调单元获得每个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度，

所述DoNA的第二计算单元根据第二解调单元所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并且第二发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA和向所述DoNB发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号同时向DoNB发送分别与各个SoNA对应的各组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息，

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位，并且，所述DoNB的第三相位调整单元根据第三接收单元接收到的与每个SoNA对应的每组有序的第一相位调整信号所包含的第一相位调整量信息调整所述DoNB获得的该SoNA所发送的检测信号的第二接收相位，以获得该检测信号的同步调整后的第二接收相位，

所述DoNB的第三计算单元根据各检测信号的同步调整后的第二接收相位和所述第二接收信号强度计算所述各同步调整后的第二接收相位所需的第二相位调整量，以便在干扰调整后达到预定干扰效果，并且第三发送单元向每个SoNA发送一个第二相位调整信号，该第二相位调整信号包含与该SoNA对应的所述第二相位调整量的信息，

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的所述第二相位调整信号所包含的所述第二相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的所述同步调整后的发送相位，以获得该检测信号的干扰调整后的发送相位。

从上面的描述以及仿真结果可知，本发明所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法和***能够减少同步调整所需时间并减少同步调整所消耗的能量，并能使某子网络中做波束成形的源节点对另一个子网络的干扰降低。

附图说明

根据下述参照附图进行的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1是示意图，示出了做波束成形的无线通信网络；

图2是流程图，示出了本发明的一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法；

图3是示意图，示出了使各第一接收相位在同步调整后达到预定同步效果所需的第一相位调整量的计算方法；

图4是流程图，示出了本发明的另一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法；

图5是向量图，根据复数的向量表示法分别示出了v_i[m-1]、V_N[m-1]和V_N[m-1]-v_i[m-1]之间的一种空间关系；

图6是向量图，根据复数的向量表示法分别示出了v_i[m-1]、V_N[m-1]和V_N[m-1]-v_i[m-1]之间的另一种空间关系；

图7是方框图，示出了本发明的一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整***；

图8是方框图，示出了本发明的另一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整***；

图9仿真曲线图，示出了一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法（简称为GAP算法）和非专利文献1中的随机单比特算法（R1BF）的对比效果；

图10仿真曲线图，示出了加性高斯噪声不同信噪比下GAP算法的RSS′₁随同步时间的变化；

图11仿真曲线图，示出了本发明的另一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法对DoNB的干扰抑制到-60dB后，对已同步的SoNA的RSS′₁的影响。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。另外，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

在本说明书和权利要求书中，表达语句“向SoNA或DoNA或DoNB发送信号”实际上是指发送供SoNA或DoNA或DoNB接收的信号。另外，序数词第一、第二和第三等仅用来区别类似的装置、单元、信号以及物理量等，并非表示这些装置、单元、信号以及物理量等的重要性或次序。

另外，N个做波束成形的信号波束的相位同步问题可以归结为信号载波的相位同步问题，也就是说，波束成形中的相位同步调整是载波到达接收端时的相位的同步调整，与m(t)没有关系，也与m(t)的调制方式没有关系。

图2是流程图，示出了本发明的一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法。如图2所示，本发明的一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法包括如下步骤：

首先，在步骤S10中，做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，其中，N为自然数。所述N个SoNA的序号根据约定事先确定，并使得参与通信的各方均知道该序号。所述检测信号为用一个简单基带信号对各SoNA的同频的本地载波进行调制后产生的频带信号。所述简单信号对于每个SoNA来说是相同的，可以为模拟信号或数字信号。另外，信号的调制方式可以是模拟信号使用的调频、调角方式，也可以是数字信号使用的通断键控、移频键控、移相键控方式。为了简单计，在本说明书中，所述简单信号为一幅值不变的信号。

接着，在步骤S20中，网络A目的节点（DoNA）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度。

所述DoNA可以采用两个本地载波对接收到的每个检测信号进行相干解调，从而获得该检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，其中，所述各检测信号的第一接收相位可以限制在2π大小的角度范围内，优选地，限制在[0,2π)的范围内。

具体地说，根据公式（1），设DoNA接收到的第i个（1≤i≤N）SoNA所发送的检测信号s_i,1(t)为：

$s_{i,1}\left(t\right)=\sqrt{P_i}{a}_{i,1}{e}^{j(\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\Φ}}_{i,1})}$

其中，该检测信号的第一接收相位Φ_i,1=γ_i,1+θ_i+ψ_i,1。对检测信号s_i,1(t)进行解调，可以获得Φ_i,1以及该检测信号的第一接收信号强度

在一个实施例中，DoNA可以通过相干解调来获得检测信号的第一接收相位Φ_i,1。具体说，DoNA可以通过两个本地载波cos(ωt)和cos(ωt+π/2)分别对检测信号s_i,1(t)进行相干解调，其中，DoNA的本地载波cos(ωt)的初相位定为零，前面提到的第i个SoNA所用的载波相对于DoNA的本地载波的相位差γ_i,1正是以DoNA的该本地载波为衡量基准的。通过本地载波cos(ωt)对检测信号s_i,1(t)进行相干解调后得到通过本地载波cos(ωt+π/2)对检测信号_si1(t)进行相干解调后得到因此有：

当时，

${\mathrm{\Φ}}_{i,1}=\arccos (s_{i,1}^1/\sqrt{{\left(s_{i,1}^1\right)}^2+{\left(s_{i,1}^2\right)}^2})$

当时，

${\mathrm{\Φ}}_{i,1}=2\mathrm{\π}-\arccos (s_{i,1}^1/\sqrt{{\left(s_{i,1}^1\right)}^2+{\left(s_{i,1}^2\right)}^2})$

在上述实施例中，可以将Φ_i,1限制在0≤Φ_i,1＜2π（1≤i≤N）的范围内，但不限于此，实际上可以将Φ_i,1限制在任何2π大小的角度范围内。

再参看图2，然后，在步骤S30中，所述DoNA根据所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，即计算所述各第一接收相位在同步调整后达到预定同步效果所需的第一相位调整量。

具体说，所述预定同步效果可以为：

其中，Φ_i,1和S_i,1分别为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,1=Φ_i,1-ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的同步调整后的第一接收相位，1≤i≤N。

所述预定同步阈值可以根据实际的通信要求进行设定，其值在（0,1）的范围内，例如，可以设置为大于或等于0.9。

换言之，当同步调整后的各个第一接收相位Φ′_i,1=Φ_i,1-ΔΦ_i,1彼此接近以至于约等于一个常数时，RSS′₁可以大于0.9，在理想情况下，RSS′₁可以接近1，也就是说，可以使DoNA接收到的有用信号强度接近最大化。

图3是示意图，示出了使各第一接收相位在同步调整后达到上述预定同步效果所需的第一相位调整量的计算方法。如图3所示，获得第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1（1≤i≤N）的过程可以包括：

①按照从第一接收相位Φ_1,1到第一接收相位Φ_N,1再返回第一接收相位Φ_1,1的循环顺序对所述各个第一接收相位进行逐个逐次调整（如图3中的水平箭头所示），其中，对Φ_i,1的第k次调整的调整量为2πa_ik/2^k，k≥0，并且当k=0时，a_ik均为0，当k≥1时，a_ik为Φ_i,1/2π的二进制展开式的第k项系数。

举例来说，设Φ_i,1=5/4π，则Φ_i,1/2π的二进制展开式为：

$\frac{5}{4}\mathrm{\π}/2\mathrm{\π}=\frac{5}{8}=\frac{1}{2^1}+\frac{0}{2^2}+\frac{1}{2^3}+\frac{0}{2^4}+\frac{0}{2^5}+...$

其中，a_i1=1，a_i2=0，a_i3=1，a_i4=0，a_ik=0（k≥4）。应该注意，上述Φ_i,1调整过程的实际意义是，在第0次调整（即尚未调整）后，Φ_i,1分布在[0,2π)范围内，在第1次调整后，使Φ_i,1分布在[0,π)范围内，在第2次调整后，使Φ_i,1分布在[0,π/2)范围内，在第3次调整后，使Φ_i,1分布在[0,π/4)范围内等等，从而使Φ_i,1之间的差异越来越小。

②产生每个预定个数的调整量时，计算此时的Φ_i,1的总调整量：

${\mathrm{\Δ\Φ}}_{i,1}\left[K_i\right]=2\mathrm{\π}\underset{k=0}{\overset{K_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ik}}}{2^k}$

其中，K_i表示第一接收相位Φ_i,1已调整的次数，1≤i≤N，并计算此时的下述值：

${\mathrm{RSS}}_1^{\′}[K_i,1\≤i\≤N]=\frac{\left|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{S_{i,1}}{e}^{j\left({{\mathrm{\Φ}}_{i,1}-\mathrm{\Δ\Φ}}_{i,1}\right[K_i\left]\right)}\right|}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{S_{i,1}}}$

在图3所示的例子中，当产生第一个预定个数（N个，如图3中的右侧阴影位置所示）的调整量时，计算一次此时的各Φ_i,1的总调整量和RSS′₁[K_i,1≤i≤N]。当产生第二个预定个数（N+3个，如图3中的下部阴影位置所示）的调整量时，再计算一次此时的各Φ_i,1的总调整量和RSS′₁[K_i,1≤i≤N]，图3中的虚线框、竖直箭头及求和表达式示出了此时的Φ_i,1的总调整量的计算。应当注意，可以根据实际情况确定产生每个预定个数的调整量的时刻。例如，在一个例子中，可以是每产生一个调整量，就计算一次各Φ_i,1的总调整量和RSS′₁[K_i,1≤i≤N]。在另一个例子中，可以是每产生N个调整量，就计算一次各Φ_i,1的总调整量和RSS′₁[K_i,1≤i≤N]。

③当产生某个预定个数的调整量时计算出的RSS′₁[K_i,1≤i≤N]大于等于所述预定同步阈值时，所述获得第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1（1≤i≤N）的过程结束，并且ΔΦ_i,1为此时的ΔΦ_i,1[K_i]。

在图3所示的例子中，当产生N+3个调整量时计算出的RSS′₁[K_i,1≤i≤N]大于等于所述预定同步阈值，那么，Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1就是此时的Φ_i,1的总调整量。

在得到所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1之后，如图2所示，在步骤S40中，SoNA按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息。

这里所说的逐个逐次发送单比特信号的顺序与前面叙述的逐个逐次产生调整量的顺序一致。向第i个SoNA发送的一组有序的第一相位调整信号即为ΔΦ_i,1/2π的二进制展开式的前K_i个系数{a_ik}（0≤k≤K_i）：

${\mathrm{\Δ\Φ}}_{i,1}\left[K_i\right]=2\mathrm{\π}\underset{k=0}{\overset{K_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ik}}}{2^k}$

需要说明的是，可以约定，向每个SoNA发送的一组有序的第一相位调整信号中的首个信号为a_i0（a_i0=0），在这种情况中，若总共调整s（s<N）次后同步调整过程结束，则第i（s+1≤i≤N）个SoNA对应的Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1为零（即Φ_i,1无需调整），向该SoNA发送一个信号0（即a_i0=0）。也可以约定，向每个SoNA发送的一组有序的第一相位调整信号中的首个信号为a_i1（a_i1=1或0），在这种情况中，若总共调整s（s<N）次后同步调整过程结束，则第i（s+1≤i≤N）个SoNA对应的Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1为零（即Φ_i,1无需调整），不向该SoNA发送任何信号。

在所述DoNA向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号后，所述DoNA可以向所述N个SoNA发送同步调整结束信号，以表明同步调整过程结束。同步调整结束信号可以为任何与单比特信号不同的信号，也可以是预定时长的无信号接收。

最后，在步骤S50中，每个SoNA根据其接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位。

例如，设第i个SoNA接收到的一组有序的第一相位调整信号为{a_ik|0≤k≤K_i，K_i为整数，且k=0时，a_ik=0，k≥1时，a_ik=1或0}，则该SoNA所对应的所述第一相位调整量ΔΦ_i,1为：

${\mathrm{\&Delta;\&Phi;}}_{i,1}=2\mathrm{\&pi;}\underset{k=0}{\overset{K_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{a_{\mathrm{ik}}}{2^k}$

其中，1≤i≤N。举例来说，设第1个SoNA接收到的一组有序的第一相位调整信号为{0,1,0,1,0}，其中，K₁=4，a₁₀=0，a₁₁=1，a₁₂=0，a₁₃=1，a₁₄=0，则

${\mathrm{\&Delta;\&Phi;}}_{\mathrm{1,1}}=2\mathrm{\&pi;}(\frac{1}{2^1}+\frac{0}{2^2}+\frac{1}{2^3}+\frac{0}{2^4})=\frac{5}{4}\mathrm{\&pi;}$

一般地，设第i个SoNA根据其接收到的有序的第一相位调整信号获得第一相位调整量ΔΦ_i,1，则，该SoNA可以用ΔΦ_i,1调整其发送的检测信号的发送相位（参见公式1），从而获得该检测信号的同步调整后的发送相位于是，如果各个SoNA采用同步调整后的发送相位来发送信号，则DoNA所获得的各检测信号的接收相位为而这些接收相位彼此非常接近，从而使DoNA所获得的有用信号达到最大化。

应该注意，在上述相位同步调整过程中，采用Φ′_i,1=Φ_i,1-ΔΦ_i,1的方式来调整。但本发明不限于此，只要将各个Φ_i,1调整到同一个非常窄的角度范围内即可，可以不必如上面的实施例所述的调整到接近0的非常窄的角度范围内。

N个SoNA发送的信号被DoNA接收到时是有用信号，而被DoNB接收到时则为干扰信号。因此，如果在调节N个SoNA的载波相位同步以使DoNA的接收信号强度RSS₁最大化的过程中同时还考虑要使N个SoNA发送的信号对DoNB的干扰小于某一预定干扰阈值的话，那么，在上述N个SoNA按预定的顺序依次发送检测信号时，DoNB与DoNA一样也逐一接收所述N个SoNA依次发送的检测信号，并获得每个检测信号的第二接收相位Φ_i,2和第二接收信号强度S_i,2，而在各个SoNA接收DoNA发送的单比特信号时，DoNB也接收该单比特信号，并且以与各SoNA调整或同样的方式调整Φ_i,2。

当上述相位同步调节过程完成后，DoNB根据其所保存同步调整后的第二接收相位Φ′_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1向各个SoNA分别反馈干扰调整相位，以使N个SoNA发送的信号对DoNB的干扰小于某一预定干扰阈值。虽然对各SoNA进行干扰调整会影响已经完成的同步调整的效果，但却可以兼顾两者。通过下文的仿真可以看出干扰调整对同步调整效果的影响并不大。在实际中，根据需要可给予不同的侧重。

图4是流程图，示出了本发明的另一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法。如图4所示，该方法包括如下步骤：

首先，在步骤S10中，做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，其中，N为自然数。所述N个SoNA的序号根据约定事先确定，并使得参与通信的各方均知道该序号。所述检测信号为用一个简单基带信号对各SoNA的同频的本地载波进行调制后产生的频带信号。所述简单信号对于每个SoNA来说是相同的，可以为模拟信号或数字信号。另外，信号的调制方式可以是模拟信号使用的调频、调角方式，也可以是数字信号使用的通断键控、移频键控、移相键控方式。为简单计，在本说明书中，所述简单信号为一幅值不变的信号。

接着，在步骤S20’中，网络A目的节点（DoNA）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，同时，网络B目的节点（DoNB）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度。

所述DoNA和DoNB可以采用两个本地载波对接收到的每个所述检测信号进行相干解调，从而分别获得该检测信号的第一和第二接收相位及接收信号强度，其中，所述各检测信号的第一和第二接收相位可以限制在2π大小的角度范围内，优选地，限制在[0,2π)的范围内。

然后，在步骤S30中，所述DoNA根据所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，即计算所述各第一接收相位在同步调整后达到预定同步效果所需的第一相位调整量。

具体说，所述预定同步效果可以为：

其中，Φ_i,1和S_i,1分别为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,1=Φ_i,1-ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的同步调整后的第一接收相位，1≤i≤N。

所述DoNA计算各第一接收相位在同步调整后达到预定同步效果所需的第一相位调整量的过程在前面已有描述（参见图3及其描述），这里不再赘述。

接着，在步骤S40’中，DoNA按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA和向所述DoNB发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，同时也向DoNB发送分别与各个SoNA对应的各组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息。DoNA按照所述顺序向每个SoNA发送第一相位调整信号的过程在前面也有描述，这里不再赘述。

接着，在步骤S50’中，每个SoNA根据其接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位，并且，所述DoNB根据其接收到的与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号所包含的第一相位调整量信息调整所述DoNB获得的该SoNA所发送的检测信号的第二接收相位，以获得该检测信号的同步调整后的第二接收相位。

然后，在步骤S60中，所述DoNB根据所获得的各检测信号的同步调整后的第二接收相位和所述第二接收信号强度计算所述各同步调整后的第二接收相位所需的第二相位调整量，以便在干扰调整后达到预定干扰效果，即计算所述各同步调整后的第二接收相位在干扰调整后达到预定干扰效果所需的第二相位调整量。

具体说，所述预定干扰效果可以为：

Φ″_i,2=Φ′_i,2+ΔΦ_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1+ΔΦ_i,2

其中，Φ_i,2和S_i,2分别为所述DoNB所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1为与第i个SoNA对应的同步调整后的第二接收相位，ΔΦ_i,2为与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量，Φ″_i,2为与第i个SoNA对应的干扰调整后的第二接收相位，1≤i≤N。

所述预定干扰阈值可以根据实际的通信要求进行设定，其值在（0,1）的范围内，例如，可以设置为小于或等于0.1。

在一个实施例中，获得与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2=Φ″_i,2-Φ′_i,2的过程可描述如下。

①根据归纳法计算与第i个SoNA对应的第m次干扰调整后的干扰向量的相角Φ″_1，2[m]（1≤i≤N，m≥1），即：

第一，获得与第i个SoNA对应的第0次干扰调整后的干扰向量也即同步调整后的干扰向量 $v_i\left[0\right]=\sqrt{S_{i,2}}{e}^{j{\mathrm{\&Phi;}}_{i,2}^{\&prime;\&prime;}\left[0\right]}=\sqrt{S_{i,2}}{e}^{j{\mathrm{\&Phi;}}_{i,2}^{\&prime;}},(1\&le;i\&le;N),$ 以及第0次干扰调整后的总干扰向量也即同步调整后的总干扰向量：

$V_N\left[0\right]=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{v}_i\left[0\right]$

第二，如果获得与第i个SoNA对应的第m-1次干扰调整后的干扰向量以及第m-1次干扰调整后的总干扰向量：

$V_N[m-1]=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{v}_i[m-1]$

则与第i个SoNA对应的第m次干扰调整后的干扰向量的相角Φ″_i,2[m]（1≤i≤N）的计算过程包括：

a）获得所对应的干扰向量v_p[m-1]，1≤p≤N

b）计算向量v_p[m-1]逆时针旋转到与向量-(V_N[m-1]-v_p[m-1])方向一致的旋转角Θ[m-1]。

图5和图6是向量图，根据复数的向量表示法分别示出了v_i[m-1]、V_N[m-1]和V_N[m-1]-v_i[m-1]之间的两种空间关系，其中，Θ[m-1]为向量v_p[m-1]逆时针旋转到与向量-(V_N[m-1]-v_p[m-1])方向一致的旋转角，0≤Θ[m-1]＜2π。

c）对于i=p，使Φ″_i,2[m]=Φ″_i,2[m-1]+Θ[m-1]，对于i≠p，使Φ″_i,2[m]=Φ″_i,2[m-1]，

②如果当m=M时（M为确定的自然数），有：

则获得与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2的过程结束，并且与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2=Φ″_i,2[M]-Φ′_i,2（1≤i≤N）。

根据图5和图6，每一次调整一定能使总干扰向量的大小减小，因此，可以将信号干扰调整到预定的范围内。

参看图4，DoNB根据计算出各同步调整后的第二接收相位在干扰调整后达到预定干扰效果所需的第二相位调整量后，在步骤S70中，DoNB向每个SoNA发送一个第二相位调整信号，该第二相位调整信号包含与该SoNA对应的所述第二相位调整量的信息。

最后，在步骤S80中，每个SoNA根据其接收到的所述第二相位调整信号所包含的所述第二相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的所述同步调整后的发送相位，以获得该检测信号的干扰调整后的发送相位。发送相位的调整方法在前面已有叙述，这里不再赘述。

如上参照图2-6描述了本发明所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法。本发明所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，或采用软件和硬件组合的方式实现。

图7是方框图，示出了本发明的一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整***。如图7所示，所述***包括：做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）和网络A目的节点（DoNA），其中，N为自然数，每个SoNA配置有第一发送单元、第一接收单元和第一相位调整单元，DoNA配置有第二发送单元、第二接收单元、第二解调单元和第二计算单元。

N个SoNA的第一发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号。

DoNA的第二接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNA的第二解调单元获得每个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度。

DoNA的第二计算单元根据第二解调单元所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，

DoNA的第二发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息。

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的每组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位。

图8是方框图，示出了本发明的另一个实施例所述的分布式波束成形中的相位同步调整***。如图8所示，所述***包括：做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）、网络A目的节点（DoNA）和网络B目的节点（DoNB），其中，N为自然数，每个SoNA配置有第一发送单元、第一接收单元和第一相位调整单元，DoNA配置有第二发送单元、第二接收单元、第二解调单元和第二计算单元，DoNB配置有第三发送单元、第三接收单元、第三解调单元、第三相位调整单元和第三计算单元。

N个SoNA的第一发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号。

DoNA的第二接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNA的第二解调单元获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，同时，DoNB的第三接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNB的第三解调单元获得每个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度。

所述DoNA的第二计算单元根据第二解调单元所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并且第二发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA和向所述DoNB发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号同时向DoNB发送分别与各个SoNA对应的各组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息。

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位，并且，所述DoNB的第三相位调整单元根据第三接收单元接收到的与每个SoNA对应的每组有序的第一相位调整信号所包含的第一相位调整量信息调整所述DoNB获得的该SoNA所发送的检测信号的第二接收相位，以获得该检测信号的同步调整后的第二接收相位。

所述DoNB的第三计算单元根据各检测信号的同步调整后的第二接收相位和所述第二接收信号强度计算所述各同步调整后的第二接收相位所需的第二相位调整量，以便在干扰调整后达到预定干扰效果，并且第三发送单元向每个SoNA发送一个第二相位调整信号，该第二相位调整信号包含与该SoNA对应的所述第二相位调整量的信息。

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的所述第二相位调整信号所包含的所述第二相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的所述同步调整后的发送相位，以获得该检测信号的干扰调整后的发送相位。

下面比较本发明中的相位同步算法（称为GAP算法）和非专利文献1（Mudumbai R,Hespanha J,Madhow U et al.,Scalable feedback control fordistributed beamforming in sensor networks,International Symposium onInformation Theory(ISIT),Adelaide2005,p137-141）中的随机单比特算法（R1BF）的效果。用MATLAB作为仿真软件。

将GAP的一个时隙长度当做仿真中的一个时隙长度，R1BF一次同步调整需要两个时隙。设所有SoNA总功率为1，功率均匀分配，信号经过信道后功率无衰减。波长归一化后，N（N=100）个SoNA均匀分布在半径为R=10、圆心为（0,0）的圆形区域，DoNA的位置为（1000,0），比较无噪声时GAP和R1BF的RSS′₁随同步时间的变化。如图9所示，R1BF中随机扰动δ是可取等概率正负两值的随机变量，且正负两值的绝对值相等。三种δ的取值代表了三种普遍的情况：|δ|=π/12.5，R1BF趋向于快的收敛速度；|δ|=π/50，R1BF趋向于最终更高的RSS′₁；|δ|=π/25，R1BF趋向于快收敛速度和高RSS′₁的平衡。仿真结果可看出GAP能使RSS′₁快速接近1，达到同一RSS′₁时，GAP能大大缩短同步的时间：当RSS′₁=0.9时，GAP需要约300个时隙，R1BF需要约1500个时隙，GAP减少了约80%的时隙。

从图9中还可以比较GAP和R1BF的SoNA能量总消耗。个源节点每次发送信号能量为E，比较当RSS′₁=0.9时的SoNA总能量消耗。GAP中每个SoNA的消耗能量为E，总共消耗能量为100E。R1BF中每个时隙每个SoNA都消耗E的能量，总耗能是75000E。可以看出GAP能够高效地节省源节点消耗能量。

取和图9相同的参数，仿真加性高斯噪声不同信噪比下GAP算法的RSS′₁随同步时间的变化。如图10所示。前N个时隙由DoNA检测各SoNA的载波相角，讨论RSS′₁并无意义，所以设它为1/N，可以看出信噪比越低，最终的RSS′₁越低，这是由于噪声使检测的检测信号相角不准确，因此不能达到较好的相位同步造成的。但是可以看到不管信噪比的高低，GAP算法都能起到一定的相位同步的作用——随着同步时间的增加，RSS′₁会逐渐接近到某一上界。即使在信噪比为3dB的恶劣环境下，RSS′₁仍然可以达到约0.78，说明GAP在低信噪比环境下仍能够起一定作用。

取和图9相同的参数，N取不同值，并让DoNB的位置为(1000cos(π/4),1000sin(π/4))，仿真将对DoNB的干扰抑制到-60dB后，对已同步的SoNA的RSS′₁的影响。如图11所示。从图11中可以得出：N从20到320的范围，干扰调整只需要进行最多10次即可，且N越大，次数越多。对DoNB的干扰调整会对RSS′₁产生影响，使RSS′₁降低，即会打乱已同步的相位。RSS′₁的减小量与N无关，RSS′₁约减小1，为所有SoNA的总功率的平方根，即GAP算法若想将对DoNB的干扰抑制到某一基本可忽略不计记的值（-60dB可认为是忽略不计），RSS′₁需要降低的值为SoNA的总功率的平方根。

本发明可以应用于实际中的各种场景。例如，本发明的第一个实施例所述的方法可以用于传感器网络，本发明的另一个实施例所述的方法可以用于认知无线网络。具体说，前述网络A可以为传感器网络或认知无线网络，前述网络B可以为传统无线网络。

虽然如上参照图描述了根据本发明的实施例进行了描述，但是本领域技术人员应当理解，对上述本发明所提出的实施例，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (13)

1.一种分布式波束成形中的相位同步调整方法，包括：

a）做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，其中，N为自然数；

b）网络A目的节点（DoNA）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度；

c）所述DoNA根据所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息；以及

d）每个SoNA根据其接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位。

2.如权利要求1所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

所述检测信号为用一个简单基带信号对各SoNA的同频的本地载波进行调制后产生的频带信号。

3.如权利要求1所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

所述DoNA采用两个本地载波对接收到的每个所述检测信号进行相干解调，从而获得该检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，其中，所述各检测信号的第一接收相位限制在2π大小的角度范围内。

4.如权利要求1所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

所述预定同步效果为：

其中，Φ_i,1和S_i,1分别为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,1=Φ_i,1-ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的同步调整后的第一接收相位，1≤i≤N。

5.如权利要求4所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

获得所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1（1≤i≤N）的过程包括：

①按照从第一接收相位Φ_1,1到第一接收相位Φ_N,1再返回第一接收相位Φ_1,1的循环顺序对所述各个第一接收相位进行逐个逐次调整，其中，对Φ_i,1的第k次调整的调整量为2πa_ik/2^k，k≥0，并且当k=0时，a_ik均为0，当k≥1时，a_ik为Φ_i,1/2π的二进制展开式的第k项系数；

②产生每个预定个数的调整量时，计算此时的Φ_i,1的总调整量：

其中，K_i表示第一接收相位Φ_i,1的已调整的次数，1≤i≤N，并计算此时的下述值：

③当产生某个预定个数的调整量时计算出的RSS′₁[K_i,1≤i≤N]大于等于所述预定同步阈值时，所述获得第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量ΔΦ_i,1（1≤i≤N）的过程结束，并且ΔΦ_i,1为此时的ΔΦ_i,1[K_i]。

6.如权利要求1所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

在所述DoNA向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号后，还包括所述DoNA向所述N个SoNA发送同步调整结束信号。

7.如权利要求5所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

设第i个SoNA接收到的一组有序的第一相位调整信号为{a_ik|0≤k≤K_i，K_i为整数，且k=0时，a_ik=0，k≥1时，a_ik=1或0}，则该SoNA所对应的所述第一相位调整量ΔΦ_i,1为：

其中，1≤i≤N。

8.一种分布式波束成形中的相位同步调整方法，包括：

a）做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，其中，N为自然数；

b）网络A目的节点（DoNA）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，同时，网络B目的节点（DoNB）接收所述N个SoNA所发送的检测信号，并获得每个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度；

c）所述DoNA根据所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA和向所述DoNB发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号同时向DoNB发送分别与各个SoNA对应的各组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息；

d）每个SoNA根据其接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位，并且，所述DoNB根据其接收到的与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号所包含的第一相位调 整量信息调整所述DoNB获得的该SoNA所发送的检测信号的第二接收相位，以获得该检测信号的同步调整后的第二接收相位；

e）所述DoNB根据所获得的各检测信号的同步调整后的第二接收相位和所述第二接收信号强度计算所述各同步调整后的第二接收相位所需的第二相位调整量，以便在干扰调整后达到预定干扰效果，并向每个SoNA发送一个第二相位调整信号，该第二相位调整信号包含与该SoNA对应的所述第二相位调整量的信息；

f）每个SoNA根据其接收到的所述第二相位调整信号所包含的所述第二相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的所述同步调整后的发送相位，以获得该检测信号的干扰调整后的发送相位。

9.如权利要求8所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，所述预定干扰效果为：

Φ″_i,2=Φ′_i,2+ΔΦ_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1+ΔΦ_i,2

其中，Φ_i,2和S_i,2分别为所述DoNB所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度，ΔΦ_i,1为所述DoNA所获得的第i个SoNA所发送的检测信号的所述第一接收相位Φ_i,1的第一相位调整量，Φ′_i,2=Φ_i,2-ΔΦ_i,1为与第i个SoNA对应的同步调整后的第二接收相位，ΔΦ_i,2为与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量，Φ″_i,2为与第i个SoNA对应的干扰调整后的第二接收相位，1≤i≤N。

10.如权利要求9所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，

获得与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2（1≤i≤N）的过程包括：

①根据归纳法计算与第i个SoNA对应的第m次干扰调整后的干扰向量 的相角Φ″_i,2[m]（1≤i≤N，m≥1），即：

第一，获得与第i个SoNA对应的第0次干扰调整后的干扰向量也即同步调整后的干扰向量以及第0次干扰调整后的总干扰向量也即同步调整后的总干扰向量：

第二，如果获得与第i个SoNA对应的第m-1次干扰调整后的干扰向量 以及第m-1次干扰调整后的总干扰向量：

则与第i个SoNA对应的第m次干扰调整后的干扰向量的相角Φ″_i,2[m]（1≤i≤N）的计算过程包括：

a）获得所对应的干扰向量v_p[m-1]，1≤p≤N；

b）计算向量v_p[m-1]逆时针旋转到与向量-(V_N[m-1]-v_p[m-1])方向一致的旋转角Θ[m-1]；

c）对于i=p，使Φ″_i,2[m]=Φ″_i,2[m-1]+Θ[m-1]，对于i≠p，使Φ″_i,2[m]=Φ″_i,2[m-1]，

②如果当m=M时（M为确定的自然数），有：

则获得与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2的过程结束，并且与第i个SoNA对应的所述第二相位调整量ΔΦ_i,2=Φ″_i,2[M]-Φ′_i,2（1≤i≤N）。

11.如权利要求1或8所述的分布式波束成形中的相位同步调整方法，其中，所述网络A为传感器网络或认知无线网络，所述网络B为传统无线网络。

12.一种分布式波束成形中的相位同步调整***，包括：做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）和网络A目的节点（DoNA），其中，N为自然数，每个SoNA配置有第一发送单元、第一接收单元和第一相位调整 单元，DoNA配置有第二发送单元、第二接收单元、第二解调单元和第二计算单元，并且，

N个SoNA的第一发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，

DoNA的第二接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNA的第二解调单元获得每个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，

DoNA的第二计算单元根据第二解调单元所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，

DoNA的第二发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息，

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的每组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位。

13.一种分布式波束成形中的相位同步调整***，包括：做分布式波束成形的N个网络A源节点（SoNA）、网络A目的节点（DoNA）和网络B目的节点（DoNB），其中，N为自然数，每个SoNA配置有第一发送单元、第一接收单元和第一相位调整单元，DoNA配置有第二发送单元、第二接收单元、第二解调单元和第二计算单元，DoNB配置有第三发送单元、第三接收单元、第三解调单元、第三相位调整单元和第三计算单元，并且，

N个SoNA的第一发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA的顺序依次发送检测信号，

DoNA的第二接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNA的第二解调单元获得每个SoNA所发送的检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度，同时，DoNB的第三接收单元接收所述N个SoNA的第一发送单元所发送的检测信号，并且DoNB的第三解调单元获 得每个SoNA所发送的检测信号的第二接收相位和第二接收信号强度，

所述DoNA的第二计算单元根据第二解调单元所获得的各检测信号的第一接收相位和第一接收信号强度计算所述各第一接收相位所需的第一相位调整量，以便在同步调整后达到预定同步效果，并且第二发送单元按照从第1个SoNA到第N个SoNA再返回第1个SoNA的循环顺序以每次向一个SoNA和向所述DoNB发送一个单比特信号的方式向每个SoNA发送一组有序的第一相位调整信号同时向DoNB发送分别与各个SoNA对应的各组有序的第一相位调整信号，其中，与每个SoNA对应的一组有序的第一相位调整信号包含与该SoNA相对应的所述第一相位调整量的信息，

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的一组有序的第一相位调整信号所包含的所述第一相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的发送相位，以获得该检测信号的同步调整后的发送相位，并且，所述DoNB的第三相位调整单元根据第三接收单元接收到的与每个SoNA对应的每组有序的第一相位调整信号所包含的第一相位调整量信息调整所述DoNB获得的该SoNA所发送的检测信号的第二接收相位，以获得该检测信号的同步调整后的第二接收相位，

所述DoNB的第三计算单元根据各检测信号的同步调整后的第二接收相位和所述第二接收信号强度计算所述各同步调整后的第二接收相位所需的第二相位调整量，以便在干扰调整后达到预定干扰效果，并且第三发送单元向每个SoNA发送一个第二相位调整信号，该第二相位调整信号包含与该SoNA对应的所述第二相位调整量的信息，

每个SoNA的第一相位调整单元根据第一接收单元接收到的所述第二相位调整信号所包含的所述第二相位调整量的信息调整该SoNA所发送的所述检测信号的所述同步调整后的发送相位，以获得该检测信号的干扰调整后的发送相位。