CN113498163A

CN113498163A - 用于使无线网络节点同步的方法和无线通信网络

Info

Publication number: CN113498163A
Application number: CN202110286630.XA
Authority: CN
Inventors: T·梅耶霍夫
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2041-03-17
Also published as: EP3883144A1; US11729730B2; EP3883144B1; CN113498163B; US20210297963A1

Abstract

用于使无线网络节点同步的方法和无线通信网络。一种用于使无线通信网络的无线网络节点同步的方法涉及所述无线通信网络的基站执行以下步骤：确定或获得干扰所述无线通信网络的FMCW射频信号的每单位时间频率含量的最大值；传输第一同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽中的第一同步序列；以及与所述第一同步帧同时地传输第二同步帧，所述第二同步帧包含第二无线通信频率带宽中的第二同步序列，所述第二无线通信频率带宽与所述第一无线通信频率带宽间隔开频谱距离，所述频谱距离大于或等于所述FMCW射频信号的每单位时间频率含量的所确定的最大值与所述第一同步序列和第二同步序列的持续时间的乘积。

Description

用于使无线网络节点同步的方法和无线通信网络

技术领域

本公开涉及用于使无线网络节点同步的方法，以及涉及无线通信网络的无线网络节点和特别是用于在由干扰性FMCW型无线电信号所覆盖的频率范围内建立无线通信的无线通信网络。

尽管可应用于任何种类的空中交通工具，但是将结合飞行器更详细的解释本发明和相应的潜在问题。在本公开的含义内，空中交通工具包括可以通过力经由空气推进和/或由气动力支撑的所有类型的交通工具。此外，所公开的方法、系统和设备可以被用于任何类型的无线网络中，并且可以针对航空电子领域之外的应用来实现，诸如在诸如船舶的海上交通工具、诸如汽车、卡车、火车的基于地面的交通工具和/或诸如建筑物、制造场所、公共场所或类似物的固定或准固定环境中实现。

背景技术

无线通信网络具有在可能必须与其他应用共享的频谱中的射频上通信的网络节点。这种其他应用例如可以是调频连续波（FMCW）雷达传感器。FMCW雷达传感器像简单的连续波雷达一样辐射连续传输功率，但在测量期间改变其工作频率。工作频率的改变发生在FMCW雷达传感器的专用无线电频谱上。

FMCW雷达传感器的频率调制被用于传输探测雷达信号，所述信号在频率方面周期性地增加或减少。当由FMCW雷达传感器接收到回波信号时，频率的改变引起时间延迟，该时间延迟表现为实际传输的信号与接收到的信号之间的相位或频率方面的差异。

无线通信网络节点通常通过在参与的网络节点之间传输同步信息来进行同步，以便成功解调接收信号并避免网络节点自身的通信信号之间的通信信号冲突。如果无线通信网络需要与一个或多个FMCW雷达传感器共享频谱，则网络节点可以另外地被同步，使得节点之间的通信不干扰FMCW雷达传感器的探测信号。

常规地，在这种无线通信网络中使用具有充当定时信标的恒定频率周期性脉冲的同步帧。然而，需要采取措施来避免干扰性FMCW雷达传感器的探测信号将在完全相同的时刻占据在其上传输定时信标的频率。如果那种情况频繁发生，则网络节点无法接收定时信标，从而面临脱离同步（move out of synchronization）的风险。

文档EP 3 182 771 A1中公开了克服此问题的现有技术方法，该文档教导使用任意定时同步信标。然而，存在对不依赖于干扰性FMCW型无线电信号的高度时间分辨知识的较不复杂的解决方案的需要。

发明内容

本发明的目的之一是改善无线数据传输系统中的同步，使得能够实现在易受FMCW型无线电信号的干扰的频率范围内的精确的定时和频率偏移估计，从而使得所述无线数据传输系统能够在存在干扰性FMCW型无线电信号的情况下进行通信。

根据本发明的第一方面，一种用于使无线通信网络的无线网络节点同步的方法涉及所述无线通信网络的发送网络节点执行以下步骤：确定或获得诸如例如FMCW雷达探测信号的干扰所述无线通信网络的至少一个调频连续波FMCW射频RF信号的每单位时间频率含量（frequency content）的最大值；传输第一同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽中的第一同步序列；以及在无线网络信号中与所述第一同步帧同时地传输至少一个第二同步帧，所述至少一个第二同步帧包含第二无线通信频率带宽中的第二同步序列，所述第二无线通信频率带宽与所述第一无线通信频率带宽间隔开频谱距离，所述频谱距离大于或等于所述至少一个FMCW RF信号的每单位时间频率含量的所确定的最大值与所述第一同步序列和第二同步序列的持续时间的乘积。然后，所述方法进一步涉及所述无线通信网络的至少一个接收无线网络节点执行以下步骤：接收包含所述第一同步帧和所述至少一个第二同步帧的所述无线通信信号；针对所述第一无线通信频率带宽中的所述第一同步帧和针对所述第二无线通信频率带宽中的所述至少一个第二同步帧，对所述无线通信信号进行滤波；对包含在接收到的且经滤波的第一同步帧和至少一个第二同步帧中的所述第一同步序列和至少一个第二同步序列应用相关函数，以确定第一定时度量和第二定时度量，所述第一定时度量和第二定时度量分别与所述第一同步序列和至少一个第二同步序列相关联；对所述第一定时度量和至少一个第二定时度量中的每个应用二元假设检验，以确定所述接收到的且经滤波的第一同步帧和至少一个第二同步帧是否已经受所述至少一个FMCW RF信号干扰；以及基于所应用的二元假设检验的结果选择用于使所述至少一个接收无线网络节点与所述发送无线网络节点同步的所述接收到的且经滤波的第一同步帧和所述至少一个第二同步帧中的至少一个，使得识别和选择不受所述至少一个FMCW RF信号干扰的同步帧。

根据本发明的第二方面，一种用于在受FMCW型无线电信号干扰的无线通信网络中使用的发送无线网络节点被配置成：确定或获得诸如例如FMCW雷达探测信号的干扰所述无线通信网络的至少一个调频连续波FMCW射频RF信号的每单位时间频率含量的最大值；传输第一同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽中的第一同步序列；以及在无线网络信号中与所述第一同步帧同时地传输至少一个第二同步帧，所述至少一个第二同步帧包含第二无线通信频率带宽中的第二同步序列，所述第二无线通信频率带宽与所述第一无线通信频率带宽间隔开频谱距离，所述频谱距离大于或等于所述至少一个FMCW RF信号的每单位时间频率含量的所确定的最大值与所述第一同步序列和第二同步序列的持续时间的乘积。

根据本发明的第三方面，一种用于在受FMCW型无线电信号干扰的无线通信网络中使用的无线网络节点被配置成：从所述无线通信网络中的发送无线网络节点接收无线通信信号，所述无线通信信号包含第一同步帧和与所述第一同步帧同时的至少一个第二同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽中的第一同步序列，并且所述至少一个第二同步帧包含第二无线通信频率带宽中的第二同步序列，所述第二无线通信频率带宽与所述第一无线通信频率带宽间隔开频谱距离，所述频谱距离大于或等于所述至少一个FMCWRF信号的每单位时间频率含量的所确定的最大值与所述第一同步序列和第二同步序列的持续时间的乘积；针对所述第一无线通信频率带宽中的所述第一同步帧和针对所述第二无线通信频率带宽中的所述至少一个第二同步帧，对所述无线通信信号进行滤波；对包含在接收到的且经滤波的第一同步帧和第二同步帧中的所述第一同步序列和第二同步序列应用相关函数，以确定第一定时度量和第二定时度量，所述第一定时度量和第二定时度量分别与所述第一同步序列和第二同步序列相关联；对所述第一定时度量和第二定时度量中的每个应用二元假设检验，以确定所述接收到的且经滤波的第一同步帧和第二同步帧是否已经受所述至少一个FMCW RF信号干扰；以及基于所应用的二元假设检验的结果选择用于使所述无线网络节点与所述发送无线网络节点同步的所述第一同步帧和所述至少一个第二同步帧中的至少一个，使得识别和选择不受所述至少一个FMCW RF信号干扰的同步帧。

根据本发明的第四方面，一种无线通信网络包括根据本发明的第三方面的至少一个无线网络节点，以及根据本发明的第二方面的至少一个无线网络节点。

根据本发明的第五方面，一种飞行器包括根据本发明的第四方面的无线通信网络。

本发明的一个思想是利用以下事实：可能干扰无线通信网络中的通信的FMCW型无线电信号每单位时间仅占据一定的有限频率范围内的频率。因此，如果同时传输的多个同步帧在频域中分散开足够远，则在最坏的情况下，FMCW型无线电信号将只能够干扰在其中传输同步帧的频率带宽之一。换句话说，在任何给定的时间点，在某个频率带宽处，将总是存在保持不受FMCW型无线电信号影响的同步帧。

为了确保FMCW型无线电信号不影响同时传输的同步帧中的多于一个同步帧，同步帧的持续时间和频率扩展需要与FMCW型无线电信号的最坏情况性质对准。因此，同时传输的同步帧将在不重叠的无线通信频率带宽上传输，所述不重叠的无线通信频率带宽间隔开预定的频谱距离，该预定的频谱距离的值取决于FMCW型无线电信号的每单位时间频率含量的最大值。如果每单位时间频率含量的该最大值较大，那么需要将频谱距离选择得较大，或者需要将同时传输的同步帧中的同步序列的持续时间选择得较短。

由于总是存在保持不受任何FMCW型无线电信号影响的至少一个同步帧，因此可以选择此同步帧用于在滤波后准确地确定定时和/或频率偏移。然后，这些确定的定时和/或频率偏移可以被用于调节接收到的无线通信信号。可以例如通过适当的检验来执行对未受影响的同步帧的选择，以确定FMCW型无线电信号是否在相应频率带宽中的同步帧的传输期间已经干扰。本发明的过程的一个优点是，即使FMCW型无线电信号最终对所传输的同步帧中的一些同步帧产生扰动或干扰，也可以始终保证适当的同步。

在本发明的第一方面至第四方面的一些实施例中，第一同步序列和第二同步序列可以是恒幅零自相关CAZAC波形。在其若干实施例中，所述第一同步序列和第二同步序列可以特别地是弗兰克-扎道夫-楚（Frank-Zadoff-Chu）序列、沃尔什-哈达玛（Walsh-Hadamard）码、巴克（Barker）序列、素数长度勒让德（prime length Legendre）序列或纽曼-霍夫曼（Neuman-Hoffmann）序列。

在本发明的第一方面和第三方面的一些实施例中，接收无线网络节点对第一同步序列和第二同步序列应用相关函数可以包括无线网络节点对第一同步序列和第二同步序列应用自相关函数。

在本发明的第一方面和第三方面的一些实施例中，使至少一个接收无线网络节点与发送无线网络节点同步可以包括接收无线网络节点确定定义至少一个所选同步帧的起始点的时间偏移。

在本发明的第一方面和第三方面的一些实施例中，选择第一同步帧和至少一个第二同步帧中的至少一个可以包括选择一组同步帧。在其若干实施例中，使至少一个接收无线网络节点与发送无线网络节点同步可以包括接收无线网络节点确定定义所述一组同步帧的起始点的一组时间偏移并确定所确定的一组时间偏移的平均时间偏移。

在本发明的第一方面和第三方面的一些实施例中，使至少一个接收无线网络节点与发送无线网络节点同步可以包括接收无线网络节点确定由发送无线网络节点传输的同步帧与至少一个接收无线网络节点处的接收到的同步帧之间的频率偏移。在其若干实施例中，使至少一个接收无线网络节点与发送无线网络节点同步可以包括接收无线网络节点确定一组频率偏移并确定所确定的一组频率偏移的平均频率偏移。

附图说明

现在将参考附图通过非限制性示例的方式描述本公开的实施例。将参考如所附图中描绘的示例性实施例更详细地解释本发明。

包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。本发明的其他实施例和本发明的许多的预期优点将容易理解，因为通过参考下面的详细描述所述实施例和优点变得更好理解。附图的元件不一定相对于彼此成比例。相似的附图标记表示对应的类似部分。

图1图示了根据本发明的一些实施例的具有受FMCW型无线电信号干扰的多个网络节点的无线通信网络。

图2A图示了FMCW雷达传感器探测信号的三角形波形的示例。

图2B图示了FMCW雷达传感器探测信号的锯齿波形的示例。

图2C图示了FMCW雷达传感器探测信号的步进频率波形的示例。

图3A图示了在存在干扰性FMCW雷达传感器探测信号的情况下无线通信网络中的无线网络节点的同步帧的时序图。

图3B图示了在存在多个干扰性FMCW射频信号的情况下无线通信网络中的无线网络节点的同步帧的时序图。

图4示意性地图示了要在如图1中所图示的无线通信网络中使用的接收无线网络节点的框图。

图5图示了根据本发明的一些实施例的具有无线通信网络的飞行器。

图6描绘了根据本发明的一些实施例的用于使无线网络节点同步的方法的流程图的框。

具体实施方式

某些实施例的以下描述呈现了特定实施例的各种描述。尽管本文中已经图示并描述了特定的实施例，但是本领域中的普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，多种替代的和/或等同的实现可以代替所示出和描述的特定实施例。一般来说，本申请旨在覆盖本文中所讨论的具体实施例的任何适配或变化。此外，将理解，某些实施例可以包括比图中所图示的更多的元件和/或图中所图示的元件的子集。进一步地，一些实施例可以合并来自两个或更多个图的特征的任何合适的组合。

图1图示了具有多个网络节点10的无线通信网络20。多个网络节点包括发送网络节点10a，为了清楚起见，在图1中仅示例性地描绘了其中的一个。发送网络节点10a可以例如是参与通信网络20的公共节点。发送网络节点10a也可能是特定的节点，诸如无线通信网络20的基站。多个网络节点还包括与发送网络节点10a无线通信的接收网络节点10b。网络节点10a和10b中的每个可以例如是航空电子设备、无线通信传感器、个人电子设备或能够无线通信的任何其他类型的设备。例如，可能的是：发送网络节点10a或者在特定情况下基站30的功能可以由多个网络节点10a和10b中的任何一个来接替。这种功能的转移可以例如有助于建立移动自组织网络（MANET）。MANET是仅用两个能够自组织连网的节点就可以在任何地方建立的自组织的和动态的网络，使得不一定需要集中式基础设施。

图1中描绘的无线通信网络20可以是在特定或多个特定频带中可操作的。例如，无线通信网络20可以被配置成在专用于无线航空电子设备内部通信（WAIC）的一个或多个频带中操作。这种频带可以例如在960 MHz与15.7 GHz之间的范围内。作为特定示例，无线通信网络20可以被配置成处理4.200 MHz与4.400 MHz之间的频率范围内的无线通信信号。当然，其他频率范围也可以适用于无线通信网络20。图1的无线通信网络20可以例如用于飞行器中，所述飞行器诸如图5中示例性地图示的飞行器A。

可以通过任何信道接入方法来促进不同网络节点10a与10b之间的通信，该信道接入方法使连接到同一传输介质的多于两个网络节点10能够通过共享传输介质的容量进行传输。这种信道接入方法的示例是频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、扩频多址（SSMA）、正交频分多址（OFDMA）和空分多址（SDMA）。

这种竞争设备的示例是FMCW雷达传感器，诸如例如图1中所描绘的FMCW雷达设备40。示例性FMCW雷达设备40可以例如发射探测信号P，该探测信号P干扰发送无线网络节点10a与接收无线网络节点10b中的一个或多个接收无线网络节点之间的通信信号C。图2A至图2C中图示了示例性FMCW雷达传感器探测信号。图2A图示了FMCW雷达传感器探测信号的三角形波形的示例，图2B图示了FMCW雷达传感器探测信号的锯齿波形的示例，并且图2C图示了FMCW雷达传感器探测信号的步进频率波形的示例。

在所述情况中的每一种情况下，FMCW雷达传感器探测信号的频率f随时间t和在一定的扫描带宽B_S内连续变化或至少逐步变化。FMCW雷达传感器探测信号的每单位时间频率含量R_S（即单位时间的持续时间期间的频率偏差量）由R_S = 2B_S/T_S给出，其中T_S是FMCW雷达传感器探测信号从扫描带宽范围B_S的一端到另一端的全扫描的持续时间的两倍。三角形波形和步进频率波形（图2A和图2C）可以包括一系列交替的上线性调频信号（up-chirps）和下线性调频信号，而具有锯齿波形的FMCW雷达传感器探测信号可以只包括上线性调频信号（见图2B）或只包括下线性调频信号。

图1的无线通信网络20的发送无线网络节点10a可以确定或以其他方式获得每个FMCW RF信号（诸如可能干扰无线通信网络20的FMCW雷达探测信号P）的此每单位时间频率含量R_S的最大值R_Smax。例如，发送无线网络节点10a可以在无线通信网络20附近收集关于FMCW雷达传感器（诸如图1的示例性设备40）的信息。在一些情况下，关于这种FMCW RF设备的信息可能是已经已知的并且在发送无线网络节点10a中进行了预先配置。基于此所确定的最大值R_Smax，发送无线网络节点10a可以同时发出不同无线通信频率带宽B_P中的至少两个同步帧。

图3A图示了基带中两个同时传输的同步帧的最简单的示例。第一同步帧包含第一同步序列S₁，并且第二同步帧包含第二同步序列S₂。两个不同且不重叠的无线通信频率带宽或范围B_P彼此间隔开频谱距离B_D。频谱距离B_D被选择为大于或等于每单位时间频率含量R_S的所确定的最大值R_Smax与第一同步序列S₁和第二同步序列S₂的持续时间T_P的乘积。可以选择适当长的无线通信频率带宽或范围B_P以发生适当的同步，并且第一同步序列S₁和第二同步序列S₂的持续时间T_P可以取决于所选同步算法。可以基于给定的持续时间T_P和所确定的最大值R_Smax来适配频谱距离B_D。

如可以从图3A中示例性地图示的FMCW RF信号P看出的那样，在第一同步序列S₁和第二同步序列S₂的持续时间T_P期间，FMCW RF信号P在最坏的情况下仅干扰同步序列S₁的频率范围内。使同步序列S₂不受FMCW RF信号P的影响。为了考虑FMCW RF信号P的每单位时间最大可能频率含量R_S而选择频谱距离B_D，确保了发送无线网络节点10a与任何接收无线网络节点10b之间的精确同步总是可能的，而不论是否存在干扰性FMCW RF信号P。

图3B图示了基带中的场景，其中由发送无线网络节点10a同时传输多于两个同步帧。示例性地，图3B描绘了四个同步帧S_i至S_i+3，该四个同步帧中的每个同步帧相对于其相邻同步帧间隔开全频谱距离B_D。同步帧的数量N可以多于或少于四个，并且在任何情况下都可以考虑N-1个数量的干扰性FMCW RF信号P，其中的三个FMCW RF信号P₁、P₂和P₃在图3B中示例性地图示。

如可以从图3B看出的那样，由于频谱距离B_D的选择，FMCW RF信号P₁、P₂和P₃在最坏的情况下各自只干扰一个同步帧。在所描绘的示例中，同步帧S_i至S_i+2受FMCW RF信号的影响，而第四同步帧S_i+3保持不受影响。因此，为了发送无线网络节点10a与接收无线网络节点10b之间的同步的目的，可以在图3B的场景中选择同步帧S_i+3。当然，应该清楚的是，随着时间的推移，FMCW RF信号P₁、P₂和P₃可能影响同步帧S_i至S_i+3的不同集合，并且对于同步帧S_i至S_i+3的每次同时传输，所述同步帧中的不同同步帧可以保持不受影响。

图4图示了用于在受FMCW型无线电信号干扰的无线通信网络20（诸如图1的无线通信网络20）中使用的无线网络节点10的接收器部分的示意性和简化框图。无线网络节点10包括用于接收传入无线通信信号R的输入多路复用器1。输入多路复用器1被耦接至下游滤波器组2。滤波器组2包括彼此平行布置的多个带通滤波器，该多个带通滤波器中的每个被配置成对不相交的频率带宽进行滤波。带通滤波器可以在其滤波器性质方面（特别是其通过频率范围方面）被动态地适配。带通滤波器可以被配置成抑制带通滤波器的分别预先配置或适配的通带外的频率分量。由输入多路复用器1向带通滤波器馈入传入无线通信信号R，并且所述带通滤波器被用于提取在无线通信信号R的同步帧中传输的同步序列。滤波器组2中的带通滤波器中的每个带通滤波器被用于提取对应于单独的无线通信频率带宽B_P的同步序列。

例如，滤波器组2中的带通滤波器中的第一带通滤波器被配置成对第一同步帧进行滤波，该第一同步帧包含第一无线通信频率带宽B_P中的第一同步序列S₁，并且滤波器组2中的带通滤波器中的第二带通滤波器被配置成对第二同步帧进行滤波，该第二同步帧在无线通信信号R中与第一同步帧同时传输，第二同步帧包含第二无线通信频率带宽B_P中的第二同步序列S₂。第一无线通信频率带宽和第二无线通信频率带宽B_P间隔开频谱距离B_D，该频谱距离B_D大于或等于FMCW RF信号P的每单位时间频率含量R_S的所确定的最大值R_Smax与第一同步序列S₁和第二同步序列S₂的持续时间T_P的乘积。对应地，滤波器组2中的带通滤波器的通过频率范围也可以被调节为间隔开频谱距离B_D。滤波器组2的部件被设计成使得同步序列S₁、S₂的信号分量被保留在频域中，并且任何其他信号分量或噪声在频域中被抑制。

通常，滤波器组2中的带通滤波器的数量可以对应于在传入无线通信信号R中发送的同步序列的数量i。

相关器组3中的多个相关器被耦接在滤波器组2中的多个带通滤波器中的每个带通滤波器的下游。相关器组3中的相关器各自从滤波器组2中的带通滤波器中的相应带通滤波器接收对应地经带通滤波的无线通信信号R_Fi。相关器组3中的相关器的数量可以等同地对应于在传入无线通信信号R中发送的同步序列的数量i，并且因此对应于滤波器组2中的带通滤波器的数量。相关器组3中的相关器各自被配置成对经带通滤波的无线通信信号R_Fi应用相关函数（诸如自相关函数）。如果经带通滤波的无线通信信号R_Fi中存在包含同步序列S₁、S₂的同步帧，则相关器将能够确定与经带通滤波的无线通信信号R_Fi中的同步帧的相应同步序列S_i相关联的定时度量Λ_i。

由相关器组3中的相关器确定的定时度量Λ_i指示同步帧的存在，因为对包含特别设计的同步序列的经带通滤波的无线通信信号R_Fi应用相关函数将在其中已经接收到同步序列的时间点产生特定形状的定时度量Λ_i。通常，当已经检测到同步序列时，相关器组3中的相关器将产生峰形或平台形定时度量Λ_i。

FMCW型无线电信号（诸如FMCW RF信号）——例如FMCW雷达传感器探测信号P_i——的干扰将改变定时度量Λ_i的性质。例如，在峰形定时度量Λ_i的情况下，如与从不受FMCW RF信号P_i的干扰影响的同步帧中导出的定时度量Λ_i的最大值相比，从受FMCW RF信号P_i的干扰影响的同步帧中导出的定时度量Λ_i的最大值将更小。这同样适用于峰均比或定时度量Λ_i的任何其他性质，使得将能够区分被认为适于形成同步的基础的那些无线通信频率带宽B_P和由于FMCW RF信号P_i的干扰而被认为不适于形成同步的基础的那些无线通信频率带宽B_P。通常，对定时度量Λ_i的那些性质中的任一个应用二元假设检验使得在不同的同步帧之间进行区分是可能的，使得识别不受至少一个FMCW RF信号P_i干扰的同步帧。

相关器组3中的相关器将基于其相关联的定时度量Λ_i和同步序列S_i进一步产生定时偏移∆t_i，以提供对同步帧内同步序列S_i的开始的估计。然后，将经带通滤波的无线通信信号R_Fi、定时度量Λ_i和定时偏移∆t_i从相关器组3中的每个相关器传递到耦接在相关器组3的下游的同步选择器4。

同步选择器4被用于对接收到的定时度量Λ_i中的每个应用二元假设检验，以确定接收到的同步帧是否已经受至少一个FMCW RF信号P_i干扰。二元假设检验将定时度量Λ_i和定时偏移∆t_i中的每个彼此相比较和/或与相应的基准值比较，使得同步选择器4能够选择一个或多个定时偏移∆t_j来形成被认为有资格使无线网络节点10与发送无线网络节点10a同步的一组同步帧R_Fj。换句话说，同步选择器4能够区分被认为适于形成同步的基础的那些无线通信频率带宽B_P和由于FMCW RF信号P_i的干扰而被认为不适于形成同步的基础的那些无线通信频率带宽B_P。

被识别为不受FMCW RF信号的干扰影响的同步帧R_Fj的数量j将至少为一——这是由于无线通信频率带宽B_P的构造间隔开对应的频谱距离B_D——但是小于或至多等于实际发送的同步帧R_Fi的数量i。

然后，对由同步选择器4选择的定时偏移∆t_j进行处理，以在定时偏移估计器5中导出单个定时偏移∆t。由定时偏移估计器5确定的定时偏移∆t定义由同步选择器4选择用于同步的同步帧的起始点。定时偏移估计器5可以例如挑选在二元假设检验中具有最佳结果的定时偏移∆t_j之一。替代性地，对于定时偏移估计器5而言，基于对已经通过同步选择器4中应用的二元假设检验的所有的定时偏移∆t_j求平均来计算定时偏移∆t的平均值是可能的。定时偏移估计器5还可以应用用于确定定时偏移∆t的任何其他算法，如与定时偏移∆t_j的各个估计相比，该算法能够提高定时偏移∆t的估计的准确度。

频率偏移估计器6被耦接在定时偏移估计器5的下游。频率偏移估计器6被配置成确定对由发送无线网络节点10a传输的同步帧与接收无线网络节点10b处的接收到的同步帧之间的频率偏移∆f的估计。频率偏移∆f例如可以是在接收器中用于下变频的本地振荡器信号与包含在接收到的信号中的载波信号不同步时频繁发生的载波频率偏移。这种不同步可能例如归因于发射器和接收器中的本地振荡器的频率不匹配，或者归因于当接收器相对于发射器移动时发生的多普勒效应。

频率偏移估计器6可以例如针对不受FMCW无线电类型信号的干扰影响的经带通滤波的无线通信信号R_Fj中的每个确定单独的估计，所述单独的估计然后通过求平均或适于如与经带通滤波的无线通信信号R_Fj中的每个的各个频率偏移估计相比增加了单个频率偏移∆f的估计的准确度的任何其他函数被组合成单个频率偏移∆f。替代性地，频率偏移估计器6可以例如根据同步帧中的同步序列S_i中的每个同步序列的性质利用为特定目的而构建的（purpose-built）方法适当地组合和处理包含在所有的经带通滤波的无线通信信号R_Fj中的信息。

频率偏移估计器6的具体实现可以取决于频率偏移∆f的期望的或要求的准确度。由频率偏移估计器6执行的频率偏移估计可以在通过如由定时偏移估计器5估计的定时偏移∆t校正的时间间隔中发生，在该时间间隔中接收到的信号R被假设为包含（一个或多个）同步帧。

用于使无线通信网络20内的无线通信同步的同步帧可以基于可以在发送器到接收器同步方法中利用的任何同步方案。

在同步帧内传输的同步序列可以根据期望的自相关和/或互相关性质来设计，以便能够精确地检测同步帧的开始并确定发射器与接收器之间的频率偏移。例如，可以使用恒幅零自相关波形（CAZAC）来实现同步序列。CAZAC序列是其中模量为一且异相周期性自相关等于零的周期性复值信号。这种CAZAC序列具有允许精确检测同步帧的开始的特别设计的自相关和互相关性质。此外，可以根据这种CAZAC序列来确定同步帧的在发射器与接收器之间的频率偏移。

这种CAZAC序列的示例是弗兰克-扎道夫-楚序列、沃尔什-哈达玛码、巴克序列、素数长度勒让德序列或纽曼-霍夫曼序列。同步序列可以通过任何合适的同步方案生成。包含同步序列的同步帧可以在携带数据的信号之前、之后或被嵌入携带数据的信号中。同步帧可以以固定的或可适配的周期来周期性地发出，或者在任意或随机选择的时隙处发出。

图6描绘了用于使无线网络节点（诸如例如如图1中所图示的无线通信网络20的无线网络节点10）同步的方法M的流程图的框。方法M可以例如使用如图1中示例性地图示的发送无线网络节点10a和如图4中示例性地图示的作为接收无线网络节点10a的无线网络节点10来实现。方法M可以例如被用于使无线通信的航空电子部件同步，所述航空电子部件诸如可能存在于如图5中示例性地描绘的飞行器A中的航空电子部件。

如图6中所示的方法M涉及将由发送无线网络节点10a（诸如例如无线通信网络20的基站）执行的方法步骤M1、M2a和M2b，而随后的步骤M3、M4、M5、M6和M7将在无线通信网络20的一个或多个接收无线网络节点10b中执行。发送无线网络节点10a和接收无线网络节点10b需要使其通信彼此同步。

在第一步骤M1中，确定或以其他方式获得（例如预先配置）干扰无线通信网络20的至少一个调频连续波FMCW射频信号（诸如FMCW雷达探测信号P）的每单位时间频率含量的最大值。FMCW RF信号P可以例如是锯齿图案、三角形图案或阶梯图案信号，对于该信号，其工作频率的变化的速度受上限限制，即对于给定的单位时间，FMCW RF信号P的工作频率变化不超过最大阈值。可以通过检测干扰性FMCW RF信号P并评估检测到的FMCW RF信号P的频率性质来测量此最大值。替代性地或另外地，对于在已知情况下通常出现的FMCW RF信号P，诸如例如对于事先已知其测距特性的已知FMCW雷达传感器，可能使用预先确定的最大值。还可能估计可能干扰FMCW RF信号P的最坏的情况并且——出于安全的原因——在这种最坏的情况假设下定义最大值。

在第二部分步骤M2a中，由第一无线通信频率带宽B_P中的发送无线网络节点10a传输包含第一同步序列S₁的第一同步帧。同时（即在同一时间），第三部分步骤M2b涉及传输至少一个第二同步帧，该至少一个第二同步帧包含第二无线通信频率带宽B_P中的第二同步序列S₂。如图3A和3B中示例性地图示的，第二无线通信频率带宽B_P与第一无线通信频率带宽B_P间隔开一定的频谱距离B_D，使得同步帧可以在要由无线通信网络20的接收无线网络节点10b接收的无线通信信号R中被发出。

此频谱距离B_D保证了干扰性FMCW RF信号P（在图3A中示例性示出）将——在最坏的情况下——在第一同步帧和第二同步帧的传输期间仅占据无线通信频率带宽之一。频谱距离B_D被选择为大于或等于至少一个FMCW RF信号P的每单位时间频率含量的所确定的最大值与第一同步序列S₁和第二同步序列S₂的持续时间T_P的乘积。

在第四步骤M3中，由无线通信网络20的至少一个接收无线网络节点10b接收第一同步帧和至少一个第二同步帧。在第五步骤M4中，针对第一无线通信频率带宽B_P中的第一同步帧和针对第二无线通信频率带宽B_P中的至少一个第二同步帧，对无线通信信号R进行滤波。对应获得的经滤波的无线通信信号R_Fi分别包含第一同步帧和至少一个第二同步帧。

然后，在第六步骤M5中，接收无线网络节点10b对包含在接收到的且经滤波的第一同步帧和第二同步帧中的第一同步序列S₁和第二同步序列S₂应用相关函数。此相关函数——例如自相关函数——允许接收无线网络节点10b确定分别与第一同步序列和第二同步序列相关联的第一定时度量和第二定时度量。定时度量通常产生峰形或平台形信号，该峰或平台与在其中处理接收到的无线通信信号R的时间窗内的同步序列的存在一致。

FMCW RF信号P的干扰将改变所确定的定时度量的性质。例如，在峰形定时度量的情况下，如与从不受FMCW雷达探测信号P的干扰影响的同步帧中导出的定时度量的最大值相比，从受FMCW RF信号P的干扰影响的同步帧中导出的定时度量的最大值将更小。

因此，接收无线网络节点10b将能够在第七步骤M6中对第一定时度量和第二定时度量中的每个应用二元假设检验，以便确定接收到的第一同步帧和第二同步帧是否已经受至少一个FMCW雷达探测信号P干扰。基于此二元假设检验的结果，接收无线网络节点10b能够在第八步骤M7中选择用于与发送无线网络节点10a同步的第一同步帧和至少一个第二同步帧中的至少一个。换句话说，接收无线网络节点10b将仅选择已经被检验为基本上不受FMCW RF信号P的干扰影响的用于与发送无线网络节点10a同步的那些同步帧。

在一些情况下，将只有单个同步帧不受FMCW RF信号P的干扰影响，而在其他情况下，多于一个同步帧可以不受FMCW雷达探测信号P的干扰影响。在后一种情况下，接收无线网络节点10a可以选择产生定义该组同步帧的起始点的一组时间偏移的一组至少两个同步帧。该组时间偏移可能须经归一化，以便针对所确定的该组时间偏移导出平均时间偏移。

使至少一个接收无线网络节点10b与发送无线网络节点10a同步可以包括确定定义至少一个所选同步帧的起始点的时间偏移和/或由发送无线网络节点10a传输的同步帧与至少一个接收无线网络节点10b处的接收到的同步帧之间的频率偏移。在只有单个同步帧被确定为不受FMCW型无线电信号的干扰影响的情况下，此单个同步帧被用于确定。产生定义该组同步帧的起始点的一组时间偏移的选定的一组至少两个同步帧还可以被用于确定由发送无线网络节点10a传输的同步帧与至少一个接收无线网络节点10b处的接收到的同步帧之间的频率偏移。频率偏移例如可以是在接收器中用于下变频的本地振荡器信号与包含在接收到的信号中的载波信号不同步时频繁发生的载波频率偏移。这种不同步可能例如归因于发射器和接收器中的本地振荡器的频率不匹配，或者归因于当接收器相对于发射器移动时发生的多普勒效应。

尽管本文中具体参考了飞行器中的无线通信网络，但是要理解，所公开的实施例可以被用于任何类型的无线通信网络。例如，本公开的范围内的无线通信网络可以被用于其他空中交通工具、诸如船舶的海上交通工具、诸如汽车、卡车、火车的基于地面的交通工具和/或诸如建筑物、制造场所、公共场所或类似物的固定或准固定环境中。本文中所讨论的原理和优点中的任何原理和优点都可以与RF电路系统相关联地实现，该RF电路系统被配置成处理从约30 kHz到300 GHz的范围内（诸如从约450 MHz到8.5 GHz的范围内）的信号。

在前面的详细描述中，出于简化本公开的目的，各种特征在一个或多个示例中被组合在一起。要理解，以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。其旨在覆盖所有替代性方案、修改、以及等同物。对于本领域技术人员来说，在审阅上述说明书时，许多其他示例将是显而易见的。特别地，针对系统和飞行器基础设施描述的实施例和构型可以相应地被应用于根据本发明的飞行器或航天器和根据本发明的方法，并且反之亦然。

选择和描述实施例以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，以由此使得本领域中的其他技术人员能够最好地利用本发明和具有如适合预期的特定用途的各种修改的各种实施例。在所附权利要求中和贯穿说明书，术语“包括（including）”和“其中（inwhich）”分别被用作相应术语“包括（comprising）”和“其中（wherein）”的简单英语等同物。此外，在当前情况下，“一”或“一个”不排除多个。

Claims

1.一种用于使无线通信网络（20）的无线网络节点（10）同步的方法（M），所述方法（M）包括：

通过所述无线通信网络（20）中的发送无线网络节点（10a）：

确定（M1）或获得干扰所述无线通信网络（20）的至少一个调频连续波FMCW射频信号（P）的每单位时间频率含量（R_S）的最大值（R_Smax）；

传输（M2a）第一同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽（B_P）中的第一同步序列（S₁）；以及

在无线通信信号（R）中与所述第一同步帧同时地传输（M2b）至少一个第二同步帧，所述至少一个第二同步帧包含至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）中的第二同步序列（S₂），所述至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）与所述第一无线通信频率带宽（B_P）间隔开，并且彼此之间间隔开频谱距离（B_D），所述频谱距离（B_D）大于或等于所述至少一个FMCW射频信号（P）的每单位时间频率含量（R_S）的所确定的最大值（R_Smax）与所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）的持续时间（T_P）的乘积；以及

通过所述无线通信网络（20）中的至少一个接收无线网络节点（10b）：

接收（M3）包含所述第一同步帧和所述至少一个第二同步帧的无线通信信号（R）；

针对所述第一无线通信频率带宽（B_P）中的所述第一同步帧和针对所述至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）中的所述至少一个第二同步帧，对所述无线通信信号（R）进行滤波（M4）；

对包含在接收到的第一同步帧和第二同步帧中的所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）应用（M5）相关函数，以确定第一定时度量和第二定时度量（Λ₁；Λ₂），所述第一定时度量和第二定时度量（Λ₁；Λ₂）分别与所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）相关联；

对所述第一定时度量和第二定时度量（Λ₁；Λ₂）中的每个应用（M6）二元假设检验，以确定所述接收到的第一同步帧和第二同步帧是否已经受至少一个FMCW射频信号（P）干扰；以及

基于所应用的二元假设检验的结果选择（M7）用于使所述至少一个接收无线网络节点（10b）与所述发送无线网络节点（10a）同步的经滤波的第一同步帧和至少一个第二经滤波的同步帧中的至少一个，使得识别和选择不受所述至少一个FMCW射频信号（P）干扰的同步帧。

2.如权利要求1所述的方法（M），其中，所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）是恒幅零自相关CAZAC波形。

3.如权利要求2所述的方法（M），其中，所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）是弗兰克-扎道夫-楚序列、沃尔什-哈达玛码、巴克序列、素数长度勒让德序列或纽曼-霍夫曼序列。

4.如权利要求1至3之一所述的方法（M），其中，对所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）应用（M4）所述相关函数包括对所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）应用自相关函数。

5.如权利要求1至4之一所述的方法（M），其中，使所述至少一个接收无线网络节点（10b）与所述发送无线网络节点（10a）同步包括确定定义所述至少一个所选同步帧的起始点的时间偏移。

6.如权利要求1至5之一所述的方法（M），其中，选择（M6）所述第一同步帧和所述至少一个第二同步帧中的至少一个包括选择一组同步帧，并且使所述至少一个接收无线网络节点（10b）与所述发送无线网络节点（10a）同步包括确定定义所述一组同步帧的起始点的一组时间偏移并确定所确定的一组时间偏移的平均时间偏移。

7.如权利要求1至6之一所述的方法（M），其中，使所述至少一个接收无线网络节点（10b）与所述发送无线网络节点（10a）同步包括确定所述发送无线网络节点（10a）和所述至少一个接收无线网络节点（10b）之间的频率偏移。

8.一种用于在受FMCW型无线电信号干扰的无线通信网络（20）中使用的无线网络节点（10a），所述无线网络节点（10a）被配置成：

确定或获得干扰所述无线通信网络（20）的至少一个调频连续波FMCW射频信号（P）的每单位时间频率含量（R_S）的最大值（R_Smax）；

传输第一同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽（B_P）中的第一同步序列（S₁）；以及

在无线通信信号（R）中与所述第一同步帧同时地传输至少一个第二同步帧，所述至少一个第二同步帧包含至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）中的第二同步序列（S₂），所述至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）与所述第一无线通信频率带宽（B_P）间隔开，并且彼此之间间隔开频谱距离（B_D），所述频谱距离（B_D）大于或等于所述至少一个FMCW雷达探测信号（P）的每单位时间频率含量（R_S）的所确定的最大值（R_Smax）与所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）的持续时间（T_P）的乘积。

9.如权利要求8所述的无线网络节点（10a），其中，所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）是弗兰克-扎道夫-楚序列、沃尔什-哈达玛码、巴克序列、素数长度勒让德序列或纽曼-霍夫曼序列。

10.一种用于在受FMCW型无线电信号干扰的无线通信网络（20）中使用的无线网络节点（10b），所述无线网络节点（10b）被配置成：

从所述无线通信网络（20）中的发送无线网络节点（10a）接收无线通信信号（R），所述无线通信信号（R）包含第一同步帧和与所述第一同步帧同时的至少一个第二同步帧，所述第一同步帧包含第一无线通信频率带宽（B_P）中的第一同步序列（S₁），并且所述至少一个第二同步帧包含至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）中的第二同步序列（S₂），所述至少一个第二无线通信频率带宽（B_P）与所述第一无线通信频率带宽（B_P）间隔开，并且彼此之间间隔开频谱距离（B_D），所述频谱距离（B_D）大于或等于所述至少一个FMCW射频信号（P）的每单位时间频率含量（R_S）的所确定的最大值（R_Smax）与所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）的持续时间（T_P）的乘积；

针对所述第一无线通信频率带宽（B_P）中的所述第一同步帧和针对所述第二无线通信频率带宽（B_P）中的所述至少一个第二同步帧，对所述无线通信信号（R）进行滤波；

对包含在接收到的且经滤波的第一同步帧和第二同步帧中的所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）应用相关函数，以确定第一定时度量和第二定时度量（Λ₁；Λ₂），所述第一定时度量和第二定时度量（Λ₁；Λ₂）分别与所述第一同步序列和第二同步序列（S₁；S₂）相关联；

对所述第一定时度量和第二定时度量（Λ₁；Λ₂）中的每个应用二元假设检验，以确定所述接收到的第一同步帧和第二同步帧是否已经受至少一个FMCW射频信号（P）干扰；以及

基于所应用的二元假设检验的结果选择用于使所述无线网络节点（10b）与所述发送无线网络节点（10a）同步的所述第一同步帧和所述至少一个第二同步帧中的至少一个，使得识别和选择不受所述至少一个FMCW射频信号（P）干扰的同步帧。

11.如权利要求10所述的无线网络节点（10b），其中，所述无线网络节点（10b）被配置成通过确定定义所述至少一个所选同步帧的起始点的时间偏移来与所述发送无线网络节点（10a）同步。

12.如权利要求10和11之一所述的无线网络节点（10b），其中，所述无线网络节点（10b）被配置成通过选择一组同步帧来选择所述第一同步帧和所述至少一个第二同步帧中的至少一个，并且通过确定定义所述一组同步帧的起始点的一组时间偏移并确定所确定的一组时间偏移的平均时间偏移来与所述发送无线网络节点（10a）同步。

13.如权利要求10至12之一所述的无线网络节点（10b），其中，所述无线网络节点（10b）被配置成通过确定所述发送无线网络节点（10a）与所述至少一个无线网络节点（10b）之间的频率偏移来与所述发送无线网络节点（10a）同步。

14.一种无线通信网络（20），包括：

根据权利要求10至13之一所述的至少一个无线网络节点（10b）；以及

根据权利要求8至9之一所述的至少一个无线网络节点（10a）。

15.一种飞行器，包括根据权利要求14所述的无线通信网络（20）。