CN102404840A - 无线系统中的节点及其时间和频率同步方法 - Google Patents

Abstract

一种无线系统中的节点，所述无线系统使用传输/接收时隙在所述无线系统中的节点之间进行通信，所述节点包括：接收模块，所述接收模块被配置成从所述无线系统中的传输节点接收同步信号，并从所述同步信号得到在该节点中的时钟发生器与所述传输节点中的时钟发生器之间的时间偏移和频率偏移；包括时钟发生器的时隙同步模块，所述时隙同步模块被配置成基于所得到的时间偏移和所得到的频率偏移来更新所述时钟发生器；以及传输模块，被配置成传输数据；其中所述时隙同步模块被配置成基于所得到的偏移来设定时隙的时隙开始并基于所得到的频率偏移来设定随后时隙的时隙开始。

Description

无线系统中的节点及其时间和频率同步方法

技术领域

本发明实施例涉及网络同步领域，更具体来说，涉及去中央化网络同步领域。本发明的实施例考虑这种网络中的频率同步。

背景技术

近年来，许多流行物品获得了无线能力，从而电子装置之间的无线通信变得越来越流行和普及。电子装置之间的这种无线通信的一种方法是在临时网络或者对等网络中(即，在去中央化网络中)组织这些装置。

图1示出了由如箭头所示彼此直接相互通信的多个无线装置MS形成的临时网络的示意表示。该临时网络被建立成：一些无线装置MS直接相互通信，而距离远的无线装置MS(如无线装置100和102)之间的通信经由中间无线装置进行。无线装置可以是移动站或具有无线通信能力的PDA或允许与其环境进行无线通信的任何其他电子装置。图1所示的无线装置也称为无线网络的“节点”。

在这种网络中，要求各个装置之间的通信同步。现有技术中的同步方案假设节点形成全网格(fully meshed)网络，这在无线网络中可以是这样的。然而，通常，该假设出于两个原因而不成立。首先，当考虑节点遍布很大的区域或者传输功率低时，节点只能够与在其传输范围内的节点进行通信，即，与邻居节点进行通信，如对于图1如上提及的那样。此外，对于对等方式下节点之间的通信，全网格网络要求节点以非常高的功率进行传输，当节点相隔非常远而且产生较高的干扰时这可能并不总是可能的，因而优选较低的传输功率。因而，在许多情况下，如图1所示的无线网络的拓扑并不是全网格网络。网络中的两个装置(如电子装置100和102)并不一定在传输范围内，而是通过利用邻居节点进行通信，从而形成多跳(multi-hop)网络。

现有技术方法建议了在这种网络中采用分布式方式的时间同步。时间同步被定义为对本地时间单元进行对准(aligning)，以定义所有节点之间的共用时隙结构(common slot structure)。基本上，各个无线装置MS之间的时隙同步是有利的，因为它使得能够实现同步多播业务和协调多点(coordinated multipoint)(CoMP)方案。此外，干扰管理算法的设计可以变得简单，因为同步是协调(coordination)的基本形式。

图1所示的网络可以被视为毫微微小区的网络并且每个毫微微小区通常配备有具有较差时钟质量的廉价本地振荡器。来自宏小区的时钟信号可能难以进入，因而，根据已知的方法，在毫微微小区之间进行同步。然而，时钟发生器和通过它们提供的时钟内在地不完美，即，没有一个时钟能够保持完美的对时间和随时间的频率的跟踪。时钟发生器及其特性因此随时间变化，然而，当环境(例如，温度)条件变化时，它们的特性也波动。这导致时钟在时间和频率方面抖动，因而时钟需要定期再同步。在使用低质量时钟发生器的上述毫微微(femto)网络中该问题甚至更严重，低质量时钟发生器会比高质量时钟发生器的特性变化得更快。然而，需要提及的是，即使在高质量时钟发生器中，也没有完美的时钟。

在现有技术中，已经提议了各种形式的网络同步，它们通常依赖于架构的主控-从属类型(master-slave type)。主控时钟将其定时和频率指示给从属时钟。该解决方案需要主控时钟的非常高的时钟质量，然而，这易于导致单点故障，因为从属时钟完全依赖于主控时钟。

一种替代的已知方法是以去中央化方式执行同步。在这种情况下，每个节点根据检测到的邻居时钟来更新其时钟，接着又影响其邻居。因此，在这种方法中，需要设计导致网络的同步的本地更新规则。已经提出了去中央化网络同步方案。基于脉冲覆盖振荡器的理论，由Tyrrell，A.；Auer，G.and Bettstetter，C.an“Emergent SlotSynchronization in Wireless Networks”，IEEE Transactions on MobileComputing，2010，vol.9，pp.719-732描述并且在EP 1852998A1中描述的解决方案关注于时间同步。该已知的方法应用了一种在生物学上得到灵感的技术，以在无线网络中执行去中央化时隙同步。根据该已知的方法，每个节点保持相位函数φ_i(t)，其按给定频率φ_i(t)/dt＝1/T变化。当接收到分组时，基于检测到的分组的定时更新时钟的相位。然而，根据该方法，仅提供了时间同步，因而未解决所使用的振荡器的同样存在的频率偏移。

Ebner：A.；Rohling，H.；Halfmann，R.and Lott，M.“Synchronization in ad hoc networks based on UTRA TTD”ProceedingsIEEE International Symposium on Personal，Indoor and Mobile RadioCommunications(PIMRC)，2002描述了另一种已知的方案。该方法以UMTS车辆通信为目标，然而，它要求在执行频率同步任务之前首先执行时间同步。更具体来说，在第一个步骤中，使用GPS(GPS＝全球定位系统)执行粗糙或一次时间同步。之后，执行精细时间同步。仅当完成了对时间同步的这两个步骤时，才执行粗糙频率同步，接着执行精细的频率同步。然而，该方法要求在执行频率同步之前首先执行时间同步，因此，在未进行第一个步骤的情况下，该方法不能处理任何初始定时失配。此外，利用对于毫微微小区来说在室内不能提供的GPS来执行时间同步。此外，利用GPS方法就已经确保了微秒的时间同步精度，这也可以用于频率同步，因为GPs时钟非常精确，如Lewandowski，W.；Petit，G.and Thomas，C.“Precision and accuracy of GPS time transfer”IEEETransactions on Instrumentation and Measurement，1993，vol.42，pp.474-479所描述的。

对于图2，将更详细地说明如图1所示的去中央化网络中的失去频率同步(missing frequency synchronization)的问题。图2作为示例示出了如图1所示的网络的三个节点的传输时隙，即，节点1、节点2、节点3。自然，这种网络包括或多或少的节点并且图2的图是用于讨论这种网络中的失去频率同步的问题的示意图。在这些节点中，由时隙时钟φ_i(t)给出时隙的开始和持续时间。在接收到同步字时，节点内的时隙的开始时间(在开始时间，在所有节点中将φ_i(t)＝0设置到同一时间点)和时隙的持续时间由被定义为

的时钟发生器频率给出。在图2中，在时间t₀，在节点1、2以及3中的每一个处接收到同步字S。基于该同步字或同步信号S，对每个节点的时隙的开始进行再调整。例如，再5个时隙之后根据一个已知的标准定期接收同步字S，以再次再调整时隙的开始。这样，时间同步得到时间上的共用开始点，即，时间点t₀，在该时间点，在每个节点中第一个时隙开始。如上所述，时隙的持续时间由本地时钟发生器的频率给出。如可以看到的，节点1、2以及3分别具有T₁，T₂以及T₃的每个时隙的持续时间。然而，各个时钟发生器的频率并不同步，即，每个时钟发生器以其自己的频率工作，因而，如从图2可以看到的，节点1具有比节点2的时隙持续时间T₂长的第一时隙持续时间T₁，但是比节点3的时隙持续时间T₃短。因此，节点2的时隙首先在时间T₁结束。节点1的时隙其次在时间T₂结束。最长的时隙是节点3的时隙，在时间T₃最后结束。因此，在第一个时隙之后在接收到时间同步S之后，之后的时隙的开始时间不再对准，而是如可以看到的那样在时间上分散开，即，在节点2的第二个时隙的开始与节点1的第二个时隙的开始之间存在偏移t₂-t₁。而且，在节点2的第二个时隙的开始与节点3的第二个时隙的开始之间存在偏移t₃-t₁。最短的时隙，即，节点2的时隙，与最长的时隙，即，节点3的时隙之间的最大偏移由图2中的O₁表示。由于各个节点之间的这种偏移，随后的时隙的开始时间不再对准，因而在没有频率同步的情况下，时隙的分散开始随时间增大。这可以从图2看到，图2示出了在5个时隙之后，最短的时隙，即，节点2的时隙与最长的时隙，即，节点3的时隙之间的偏移。在图2中这被表示在O₂。可以看到，该偏移急剧增大。实际上，在该情况下，节点2已经处理了5个时隙，而节点3仅处理4个时隙。

发明内容

因此，在节点未频率同步的情况下，时隙长度变化，即，随后的时隙的开始随时间分散开。

本发明的一个目的是提供一种减小或避免无线网络中的节点的时隙之间的时隙长度变化的无线网络的改进同步方案。

该目的是通过根据权利要求1中的节点和根据权利要求11中的方法来实现的。

本发明实施例提供一种无线系统中的节点，所述无线系统使用传输/接收时隙在所述无线系统中的节点之间进行通信，所述节点包括：接收模块，所述接收模块被配置成从所述无线系统中的传输节点接收同步信号，并从所述同步信号得到在该节点中的时钟发生器与所述传输节点中的时钟发生器之间的时间偏移和频率偏移；

包括时钟发生器的时隙同步模块，所述时隙同步模块被配置成基于所得到的时间偏移和所得到的频率偏移来更新所述时钟发生器；以及

传输模块，被配置成传输数据；

其中所述时隙同步模块被配置成基于所得到的偏移来设定时隙的时隙开始并基于所得到的频率偏移来设定随后时隙的时隙开始。

本发明实施例提供了一种无线系统中的节点的时间和频率同步方法，所述无线系统使用传输/接收时隙在所述无线系统中的节点之间进行通信，所述方法包括：

在接收节点处从所述无线系统中的传输节点接收同步信号；

从所述同步信号得到在该接收节点中的时钟发生器与所述传输节点中的时钟发生器之间的时间偏移和频率偏移；以及

基于所得到的时间偏移和所得到的频率偏移来更新所述接收节点的时钟发生器，

其中基于所得到的时间偏移来设定时隙的时隙开始，并基于所得到的频率偏移来设定随后时隙的时隙开始。

根据实施例，时钟发生器包括数字振荡器，并且所述时隙同步模块被配置成通过更新所述时钟发生器来修改所述数字振荡器的时钟信号的相位。在这种实施例中，所述时钟同步模块可以进一步被配置成通过根据时间偏移而延迟增大相位，来修改所述数字振荡器的时钟信号的相位，以提供时间同步，并且根据所述频率偏移来改变相位的斜率，以提供频率同步。

根据本发明实施例，所述时隙同步模块可以被配置成基于所得到的时间偏移每预定多个时隙来设定时隙的时隙开始，并基于所得到的频率偏移来设定其他时隙的时隙开始。例如，根据标准或协议，可以每5个时隙进行时间同步，而在第一个时隙之后、在第二个时隙之后、在第三个时隙之后以及在第四个时隙之后进行频率同步。根据其他标准，可以使用不同数量的时隙，例如，该数量可以超过5个时隙或者少于5个时隙，例如，它可以在10到100之间。

根据其他实施例，所述接收模块可以被配置成基于所述同步信号中的与所述传输节点的时钟发生器有关的频率信息来得到频率偏移。

根据另一实施例，所述同步信号可以包括随后在所述节点处接收到的多个部分，并且其中所述接收模块然后被配置成从所述同步信号的随后部分得到频率偏移。所述同步信号可以是同步字，并且频率偏移可以是从在所述节点处接收到的两个随后同步字得到的。

根据本发明另一实施例，所述时隙同步模块可以被配置成通过利用校正项对所述时钟发生器的频率进行校正来更新所述时钟发生器，所述校正项是从已有的校正项和以频率偏移为输入的更新函数计算得到的，所述输入函数定义所述时钟发生器和无线系统要收敛到的频率。

根据本发明的实施例，还提供一种计算机程序产品，其在机器可读载体上存储程序代码，在无线系统的计算机或节点上被执行时，所述程序代码执行根据本发明的方法。

这样，本发明实施例提供了一种应对由于时钟随时间变化且随环境变化而变化的时钟不完美的方法，并且提供了一种本地振荡器的同步，其中通过基于本地频率偏移来更新时钟，以完全去中央化方式进行网络中的运行的本地时隙时钟的频率同步。这样，提供了一种无线网络中的去中央化频率时隙同步的方案，根据实施例，其尤其适合于毫微微小区网络，其中通过嗅宏小区网络的同步是不可能或者困难的。根据实施例的方法解决了确定时间时隙化传输的开始和结束的时隙时钟的频率同步的上述问题。描述了用于以去中央化方式实现频率同步的本地规则。根据本发明的实施例，基于接收到的信号(如同步信号)而计算出的频率偏移被用于更新内部时隙时钟的允许频率，而根据本发明实施例的方法，联合执行时隙时钟的时间和频率同步。

当与常规方法比较时，本发明的实施例提供了多个优点，例如：

-与时间同步同时(即，不是接连地)执行频率同步；

-不需要额外开销，因为用于时间同步的已有同步序列对于提供频率同步所需的信息来说也是足够的；

-执行频率同步减少了所要求的再同步的周期，因为时钟随时间更稳定；

-对于任何初始频率偏移，达到了同步；

-总体来说更快地达到同步，因为联合地完成时间和频率同步任务；

-与现有技术的上述方法相比，时间和频率同步都更快并且以更简单的方式执行；

以自动方式达到同步，并且不依赖于任何外部计时源。

本发明实施例的方法的其他优点是利用从链路级同步获得的频率偏移来执行频率时隙同步，以更新时钟。此外，以逐步长方式执行频率同步，因而不需要与传输有关的预定义协议。可以从任意函数选择任何形式的更新函数，同时仍然保证同步。在一个示例中，可以基于同步信号或同步字(sync word)的两个连续传输来进行时隙时钟的频率的测量。

附图说明

以下，参照附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了由多个无线装置MS形成的临时网络的示意表示；

图2是说明如图1所示的去中央化网络中的失去频率同步的问题的图；

图3说明了作为对象时钟漂移的不完美时钟t_i(t)的时间t的演变(时钟处理的斜率)和时钟噪声；

图4是无线网络中的节点的示意框图；

图5是示出15个时钟的本地频率随时间t的演变的图；以及

图6是示出根据本发明实施例的应用频率同步的结果的与图类似的图。

具体实施方式

在本发明实施例的以下描述中，相同或相似的要素被赋予相同的标号。

在详细描述本发明的实施例之前，参考图3，图3示出了作为对象时钟漂移的不完美时钟t_i(t)的时间t的演变(时钟处理的斜率)和时钟噪声。在图3中，理想的时间被表示为线104。如可以看到，对于理想的本地振荡器，本地振荡器的完美时钟在秒方面对应于期望的时间，例如，在5秒之后，时钟t_i(t)也表示5秒。然而，没有时钟是完美的，因为时钟计时偏移会破坏计时器，时钟漂移会破坏频率，这要求对振荡器进行定期同步。如从表示由于偏移和漂移而导致的不完美时间的线106可以看到的，期望的时间并不对应于由时钟表示的时间。例如，如在5秒之后从线104与106之间的比较看到的，振荡器将实际上表示13与14秒之间的时间，并且偏移会增加，如从与线104进行比较时的线106的较陡斜率看到的。在振荡器开始之后应当是15秒的时间实际上表示超过30秒的时间。本发明实施例通过联合时间和频率同步来避免这种时钟偏移和时钟漂移。时间同步调节时钟的值，在时隙同步的情况下，将时间分成等长的时隙，并且节点(如参照图2所描述的)在时隙开始和时隙结束上一致，其中使用同步字来同步时隙开始。频率同步调整时钟的斜率，以补偿时钟漂移。通过时间和频率同步的测度，调整本地振荡器的实际行为(见图3中的线106)，使得它匹配或者至少尽可能接近图3中的104处表示的理想行为。

图4是网络中的节点的示意框图，如图2所示的示例那样。在图2中，节点200可以是蜂窝电话网络的移动站，或者PDA装置或任何具有无线能力的其他电子装置。节点200包括用于在节点200与网络中的其他节点之间接收/发射信号的天线202。设置开关204(例如双工器)以将天线选择性地连接到接收模块206或传输模块208。开关204由经由控制线210接收的、时隙同步模块212所提供的信号来控制。接收模块206包括解调器214、解码器116以及同步字检测器218。传输模块208包括帧发生器220和调制器222。时隙同步模块212包括延迟元件224、本地振荡器226以及采样/保持电路228。

在接收模块206中，来自天线202的输入基带信号被传递到解调单元214，在解调单元214，对信号进行下变频、采样和匹配滤波。此外，将基带信号施加于同步字检测器218，同步字检测器218在基带信号中检测同步字(如果存在的话)，并从同步字得到传输节点与接收节点200之间的计时和频率偏移，所述计时偏移由

表示，频率偏移由

表示。将计时和频率偏移应用于解调器214，并将解调信号应用于解码器214，解码器214从接收到的信号解码出数据，并输出该数据，以供在图中未示出的其他节点元件中进一步处理。时隙同步模块212包括提供时隙时钟的本地振荡器226。基于检测到的时间和频率偏移和

对时隙时钟进行更新。不仅将由同步字检测器218检测到的频率偏移

应用于接收模块206的解调器214，而且将其应用于时隙同步模块212的本地振荡器226。不仅将由同步字检测器218检测到的计时偏移

提供给解调器214和接收模块206的解码器216，而且将其提供给时隙同步模块212的延迟元件224。对于时间同步，可以使用已知的规则，例如，类似于EP 1852998A1中描述的规则的规则。在应用时钟相位的离散增量之前，传输的开始会被延迟T秒。延迟元件224将延迟信号输出给本地振荡器226，本地振荡器226根据上述规则而被延迟，然后向采样/保持电路228发出信号，采样/保持电路228接收表示期望传输模式还是接收模式的进一步的输入信号。通过控制线Tx/Rx来施加该信号。来自采样/保持电路228的输出信号是线210上的控制信号，用于将开关204切换到接收模块206或传输模块208，从而将天线与相应的模块相连。以下将进一步详细描述频率同步的规则。基于由本地振荡器206提供的时隙时钟和来自节点的调度器的Tx/Rx信号，确定传输和接收时隙。

当数据可供传输时，传输模块208变得活动。传输模块208经由数据线接收数据信号，还经由同步字线接收同步字。该数据与同步字以帧单元220的形式被复用在一起，其中，根据本发明的实施例，对于网络中的所有节点，同步字是共用的，并且是由在节点的接收模块206中的同步字检测器218使用的同步字。一旦形成了传输帧，它就通过调制器单元222，在其中，它被调制和上变频，然后通过天线202被传输。

根据本发明实施例，已知的时隙同步方案(如EP 1852998A1中描述的方案)被扩展。根据本发明实施例，利用测得的频率偏移来更新由本地振荡器226提供的内部时隙时钟的运行频率，从而根据本发明实施例的方法，与时间同步一起联合执行频率同步。根据本发明实施例的方法，时隙振荡器226的频率被更新，并且根据本发明实施例，通过相位函数的一阶导数来描述振荡器的频率，其在理想情况下等于常数1/T，也称为额定频率f_n＝1/T。本地振荡器226所提供的内部时钟的漂移被表示为f_i(t)。该漂移破坏理想内部时钟，通过本发明实施例的方法，基于接收到的信号反复更新网络中所有节点的本地时钟，从而网络中的所有时钟与共用频率一致。在节点处在时刻t时通过天线202接收到分组时，通过校正项f_c，i(t)来更新振荡器频率，如下：

$f_i\left(t\right)=\frac{d{\mathrm{\φ}}_i\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=f_n+f_{d,i}\left(t\right)+f_{c,i}\left(t\right)$

其中：

：时钟i的频率

f_n：额定频率

f_d，i(t)：频率漂移

f_c，i(t)：频率校正

每次接收到分组时，对校正项f_c，i(t)进行更新，并基于估计的本地偏移来计算它：

$f_{c,i}\left(t^{+}\right)=f_{c,i}\left(t\right)+\mathrm{\γ}\·g\left({\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{ij}}\right)$

其中t⁺表示短时间瞬间，例如在于时间t接收到包括同步字的分组之后1μs的时间瞬间。自然，可以使用其他时间差，例如，该时间差可以在数字振荡器的递增步长的范围内，即，数字振荡器将时隙持续时间T分成多个步长，在100-1000的范围中。

因子γ是标量耦合因子，其对于所有节点来说可以相同，g是更新函数。可以使用更新函数g的不同形式，例如，可以应用简单的平均，例如使用一阶滤波器(g(x)＝x)，或者可以使用包括遗忘因子的更复杂的函数。使用平均函数会对先前得到的频率偏移中的所有或者一个子集进行平均，从而得到向着无线系统中的时钟发生器的平均频率的收敛。包括遗忘因子的函数仅考虑先前得到的频率偏移的一个子集。此外，基于该更新函数，网络中的节点收敛到所有振荡器的平均频率。在另一实施例中，更新函数可以是最小/最大函数，其为校正项的更新选择先前得到的频率偏移中的最小值或最大值。这会导致向着无线系统中具有最小频率或最大频率的时钟发生器的频率的快速收敛。

该标量函数的标量耦合因子被用于对更新函数进行加权，其中基于期望收敛时间或者基于无线系统的拓扑来选择标量函数或标量耦合因子。节点中使用的本地振荡器可以是如上所述的数字振荡器，并且时隙同步模块根据上述公式来确定时钟发生器的频率，并根据所确定的频率来设定时钟发生器的数字振荡器的相位信号的斜率。该标量因子γ具有0到1之间的值，并被选择成在快速收敛(γ接近1)与同步的稳定性(γ接近0)之间进行折中。

图5示出15个时钟的本地频率随时间t的演变的图。如可以看到的，由于本发明实施例的方法，本地振荡器的频率相当快地同步。

图6是类似于图2的图，然而，其中可以看到本发明实施例的方法的结果，即，频率同步。按与图2所示类似的方式，在时刻t₀，在节点1、2以及3处接收到同步字S。从该同步字得到时间偏移

和频率偏移

如图4所描述，根据一个实施例，在时间t₀，基于

至少时隙的开始时间被同步。根据实施例，在时间t₀，仅可以调整时隙的开始时间，然而，在其他实施例中，在时间t₀，也可以基于所得到的频率偏移来调整频率。根据布置有各个节点的无线网络的具体情况来设定是仅调整时隙的开始还是调整时隙的开始和持续时间(即，本地振荡器的频率)。在任一情况下，对于第一个时隙，假设持续时间T₁到T₃基本相同，从而三个第一时隙都在时间t₁结束。根据一个实施例，同样，在时间t₁，执行基于从同步字S得到的频率偏移的频率同步，从而确保随后时隙(各个第二时隙)的时隙长度对于所有三个节点也相同或者至少基本上相同。可以在每个时隙的结束/每个随后时隙的开始(即，时刻t₂，t₃，t₄以及t₅)时执行频率同步。然而，本发明实施例的方法并不限于该方案，相反，根据各个节点的具体情况和从振荡器的相应数据表获知的本地振荡器的质量，可以不必在图6中表示的每个时刻在每个节点1、2以及3中对本地振荡器的频率进行同步或更新。而且，仅仅每秒或者在每个第三时隙中(例如，在时刻t₂或时刻t₃)执行频率同步可能就足够了，只要依照规定的容限在各个节点中使用的振荡器的稳定性足以在所要求的时间内保持恒定时隙长度即可。此外，根据所使用的振荡器的质量和稳定性，可以对不同节点应用不同频率同步实例。例如，可以每个时刻t₁，t₂，t₃，t₄以及t₅关于频率对节点1进行更新，而仅每个第二时刻(即，在时刻t₂和t₄)对节点2进行更新。在这种情况下，假设下一时刻t₅所有节点都接收到新同步字S，在节点2中仅会调整对开始时间的设置，然而，在其中不会进行频率同步，因为根据本地振荡器的稳定性，认为仅在时刻t₆(即，在第一时隙之后，在接收到图6中的第二个同步字(未示出)之后)才有必要进行下一次频率同步。节点3可以包括甚至更可靠的本地振荡器，其要求仅在每个第三时隙之后(即，在时刻t₃)进行频率更新或频率同步。然后，以与对于节点2类似的方式，在接收到下一或随后的同步字时，仅会基于从同步字得到的信息设定在时刻t₅对下一时隙的开始的更新，而在该下一时隙之后(即，在时刻t₆)进行下一频率同步。

根据实施例，可以在节点内部动态地控制对于节点来说需要的频率同步的时刻，例如，通过在节点内部确定表示本地振荡器的漂移的测度，例如，通过规律地或者定期地比较频率，以确定其漂移，从而在当前时隙结束时超过了预定义阈值的情况下，执行根据频率偏移信息

的频率同步。在替换的实施例中，可以在每个节点中使用该动态方法，不提供预定义且固定的频率同步“更新间隔”，而是每个节点确定本地振荡器的漂移，并动态设定需要进行频率同步的相应时刻。

可以在接收节点中从同步字(例如，基于表示传输节点的频率的同步字内携带的信息)得出频率偏移信息。在知道同步字被发送的时间的情况下，接收节点可以确定其本地振荡器与传输节点的本地振荡器之间的频率偏移。作为替换方式，同步字可以包括表示传输节点的振荡器的频率的数据。此外，同步字可以包括两个部分或者可以接收两个同步字，从这两个连续的字得出时隙长度，从而可以确定频率偏移。

这样，如上讨论的本发明实施例的方法是有利的，因为它提供了多节点无线通信网络中每个时隙的可靠的开始时间，其中时隙具有基本恒定的持续时间，从而即使在传输/接收了预定多个时隙之后，即，在直到接收到下一同步字的间隔内，例如每秒，所有时隙都在基本相同的时刻结束，如图6所示。

尽管就设备的情况下描述了一些方面，但是显然这些方面也代表对相应方法的描述，其中模块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似的，就方法步骤的情况描述的方面也代表对应的模块或项目或对应设备的特征的描述。

根据某些实现方案要求，本发明实施例可以在硬件或软件中实现。可以使用数字存储介质来实现这些实现方案，例如，软盘、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器，在其上具有电子可读控制信号，这些信号与可编程计算机系统合作(或者能够合作)，从而执行相应的方法。

根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数字载体，这些信号能够与可编程计算机系统进行合作，从而执行在此描述的方法之一。

通常，可以将本发明实施例实现为具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码可操作以在计算机程序产品在计算机上允许时执行所述方法之一。所述程序代码例如可以被存储在机器可读载体上。

其他实施例包括用于执行在此描述的方法之一的存储在机器可读载体上的计算机程序。

换句话说，本发明的方法的一个实施例因此是具有用于当在计算机上运行时执行在此描述的方法之一的程序代码的计算机程序。

本发明的方法的还一实施例因此是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，包括在其上记录的用于执行在此描述的方法之一的计算机程序。

本发明的方法的还一实施例因此是表示用于执行在此描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。该数据流或信号序列例如可以被配置成通过数据通信连接(例如因特网)来传送。

还一实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑装置，其被配置成或适合于执行在此描述的方法之一。

还一实施例包括其上安装有用于执行在此描述的方法之一的计算机程序的计算机。

在一些实施例中，可以使用可编程逻辑装置(例如，现场可编程门阵列)来执行在此描述的方法的功能中的一些或所有功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器合作，以执行在此描述的方法之一。通常，优选地通过任何硬件设备来执行这些方法。

上述实施例对于本发明的原理来说仅仅是例示性的。应当理解，对于本领域技术人员，对在此描述的布置和详情的修改和变更是显见的。因此，应当仅由所附权利要求的范围来限定，而不受对在此的实施例的描述和说明而给出的具体详情的限定。

附图翻译

图2

node节点

time时间

slot时隙

图3

ideal time理想时间

clock with drift带有漂移的时钟

clock with drift and noise带有漂移和噪声的时钟

图4

reception接收

206解调

218同步字检测器

slot synchronization时隙同步

224延迟T

transmission传输

data数据

220形成帧

sync-word同步字

图6

node节点

time时间

slot时隙

Claims (16)

1.一种无线系统中的节点，所述无线系统使用传输/接收时隙在所述无线系统中的节点之间进行通信，所述节点包括：

接收模块，所述接收模块被配置成从所述无线系统中的传输节点接收同步信号，并从所述同步信号得到在该节点中的时钟发生器与所述传输节点中的时钟发生器之间的时间偏移和频率偏移；

包括时钟发生器的时隙同步模块，所述时隙同步模块被配置成基于所得到的时间偏移和所得到的频率偏移来更新所述时钟发生器；以及

传输模块，被配置成传输数据；

其中所述时隙同步模块被配置成基于所得到的偏移来设定时隙的时隙开始并基于所得到的频率偏移来设定随后时隙的时隙开始。

2.根据权利要求1所述的节点，其中所述时隙同步模块被配置成基于所得到的频率偏移针对一个或多个随后时隙来更新所述时钟发生器。

3.根据权利要求1所述的节点，其中在所述节点处以预定义时间间隔接收同步信号，

其中基于所得到的时间偏移更新在接收到所述同步信号之后的第一个时隙的开始，并且

其中基于所得到的频率偏移来设定在随后的同步信号之间的间隔中的至少一个时隙的开始。

4.根据权利要求3所述的节点，其中基于所得到的频率偏移来设定在随后的同步信号之间的间隔中的时隙的一个子集的每个时隙的开始。

5.根据权利要求3所述的节点，其中基于所得到的频率偏移进一步设定所述第一个时隙的开始。

6.根据权利要求1所述的节点，其中所述节点被配置成确定其时钟发生器的频率漂移，并基于所述频率漂移来确定需要基于所得到的频率偏移而设定时隙的开始的时隙间间隔。

7.根据权利要求1所述的节点，其中时钟发生器包括数字振荡器，并且其中所述时隙同步模块被配置成修改所述数字振荡器的时钟信号的相位以更新所述时钟发生器。

8.根据权利要求7所述的节点，其中所述时隙同步模块被配置成通过根据时间偏移而延迟增大相位，来修改所述数字振荡器的时钟信号的相位，以提供时间同步，并且根据所述频率偏移来改变相位的斜率，以提供频率同步。

9.根据权利要求1所述的节点，其中所述接收模块被配置成基于所述同步信号中的与所述传输节点的时钟发生器有关的频率信息来得到频率偏移。

10.根据权利要求1所述的节点，其中所述同步信号包括随后在所述节点处接收到的多个部分，并且其中所述接收模块被配置成从所述同步信号的随后部分或者从在所述节点处接收到的随后同步信号得到频率偏移。

11.根据权利要求1所述的节点，其中所述时隙同步模块被配置成通过利用校正项对所述时钟发生器的频率进行校正来更新所述时钟发生器，所述校正项是从已有的校正项和以频率偏移为输入的更新函数计算得到的，所述更新函数定义所述时钟发生器要收敛到的频率。

12.根据权利要求11所述的节点，其中所述更新函数是

最小/最大函数，其为了更新所述校正项而选择先前得到的频率偏移的最小频率偏移或最大频率偏移，从而得到向着所述无线系统中具有最小频率或最大频率的时钟发生器的频率的快速收敛，或者

平均函数，其对先前得到的频率偏移中的所有频率偏移或一个子集进行平均，从而得到向着所述无线系统中的时钟发生器的平均频率的收敛，或者

包括考虑先前得到的频率偏移的一个子集的遗忘因子的函数。

13.根据权利要求11所述的节点，其中所述时隙同步模块被配置成通过标量耦合因子对所述更新函数进行加权，所述标量耦合因子是基于期望收敛时间或者基于所述无线系统的拓扑而选择的。

14.根据权利要求13所述的节点，其中所述时隙同步模块被配置成根据以下公式确定时钟发生器的频率，并根据所确定的频率来设定时钟发生器的数字振荡器的相位信号的斜率：

$f_i\left(t\right)=\frac{d{\mathrm{\φ}}_i\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=f_n+f_{d,i}\left(t\right)+f_{c,i}\left(t\right)$ 其中：

：时钟i的频率

f_n：额定频率

f_d，i(t)：频率漂移

f_c，i(t)：频率校正

其中每次接收到同步信号时更新所述校正项，并基于估计的本地偏移来计算所述校正项：

$f_{c,i}\left(t^{+}\right)=f_{c,i}\left(t\right)+\mathrm{\γ}\·g\left({\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_{\mathrm{ij}}\right)$

其中t⁺表示在接收到所述同步字的时刻t之后的短时间瞬间，γ是标量耦合因子，并且是所述更新函数，

是所得到的频率偏移。

15.一种无线系统中的节点的时间和频率同步方法，所述无线系统使用传输/接收时隙在所述无线系统中的节点之间进行通信，所述方法包括：

在接收节点处从所述无线系统中的传输节点接收同步信号；

从所述同步信号得到在该接收节点中的时钟发生器与所述传输节点中的时钟发生器之间的时间偏移和频率偏移；以及

基于所得到的时间偏移和所得到的频率偏移来更新所述接收节点的时钟发生器，

其中基于所得到的时间偏移来设定时隙的时隙开始，并基于所得到的频率偏移来设定随后时隙的时隙开始。

16.一种包括存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，在无线系统的计算机或节点上被执行时，所述程序代码执行根据权利要求15所述的方法。

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