无线通信网络中的时钟自同步方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线通信网络中的时钟自同步方法，应用于无线通信领域需要进行时钟同步的网络系统，特别是无线自组织网络系统。
【背景技术】
[0002]无线通信网络根据节点访问信道的方式不同可以分为同步网络和异步网络，同步网络相对于异步网络，拥有频谱利用率高、系统容量大和高实时性等优点，因此得到了广泛的应用。
[0003]时钟同步是同步无线通信网络的重要基础，是无线信号正确接收、时分多址接入、功率控制、同步跳频等功能的核心技术之一。无线通信网络中各节点拥有独立的硬件时钟，硬件时钟通过晶体振荡器和计数器来进行计时，由于制作工艺、外界环境、硬件老化等原因，各节点硬件时钟的晶体振荡器的频率之间存在差异，因此完成节点时钟之间的频率同步是网络节点之间时间同步的重要保障。
[0004]现有技术中一类是依赖外部时钟源来完成无线通信网络节点间的时间同步。比如利用GPS、北斗等卫星授时系统进行无线通信网络的时间同步，在节点中集成相应的时标信号接收装置，无线通信网络中的各个节点独立的与卫星授时系统的时间进行同步，以完成整网的时间同步。
[0005]利用IEEE1588(网络测控系统精准时钟同步协议)授时进行无线通信网络的时间同步，需要在网络外接稳定的时钟源，逐级完成无线通信网络的时间同步。
[0006]利用GPS、北斗等卫星授时系统进行无线通信网络的时间同步方案，需要在网络节点中集成时标信号接收设备，增加网络节点的成本，并且当卫星授时信号受到干扰或者在信号强度较弱的场景下，网络同步精度不能保证。
[0007]利用IEEE1588(网络测控系统精准时钟同步协议)授时进行无线通信网络的时间同步方案，需要外接稳定的时钟源，增加无线通信网络的成本及实现难度，同时此种方案需要稳定可靠的时钟传输网络才能保证时间同步的稳定性，对于无线通信网络而言难以实现。
[0008]另一类是通过在无线通信网络的节点间建立层级关系，逐级的完成时间同步。此种时间同步方案通过选择时钟跟踪源节点，当前节点只与选择的跟踪源节点进行时间同步。
[0009]当无线通信网络中节点之间的频率偏差较大时，导致节点间低阶调制也无法正常通信，此时节点无法接收到时钟跟踪节点的时间同步信息，因此不能保证无线通信网络时间同步的顺利完成。并且节点之间的频率差会导致时钟计时速度的差异，影响时间同步精度。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种无线通信网络时钟同步方法及相关装置，以解决现有时间同步方法中因无线通信网络中节点时钟之间频率差较大导致无法正确解析无线信号以及频率差引起的时间同步精度不高的问题。
[0011]按照本发明提供的技术方案，所述的无线通信网络中的时钟自同步方法为:网络节点之间不存在跟踪同步关系，各节点按照自身的频度发送各自的同步序列，所有节点检测并且解析相邻节点发送的同步序列，接收节点根据同步序列的相关性能够估计得到与发送节点之间的频率差，并且按照以下方法完成本地时钟频率的校准:
[0012]节点检测并且解析得到相邻节点发送的同步序列后，根据同步序列的相关性能够估计得到与发送节点之间的频率差，如果频率差小于预定的门限值，则不对本地时钟频率进行调整；否则，根据发送节点的时钟频率，将本地时钟频率向上或者向下调整Delta，使调整后本节点与发送节点之间的频率差减小，经过一段时间的调整后，整网中的时钟频率将保持在一定的频率差范围之内；所述的Delta为预设的频率调整值或者基于频率差计算出来的频率调整值。
[0013]所述的同步序列用于节点检测无线信号，接收节点根据同步序列的相关性能够估计得到与发送节点之间的频率差。该同步序列应该具有良好的相关性，易于节点正确解析；并且在固定的频域位置上发送，便于节点的快速检测。
[0014]所述的频率差范围需要能够支持节点之间正确解析最基本信道的无线信号。
[0015]使用本发明所述方法的无线通信网络在无外部时钟源的场景下仍能保持网络中时钟之间的相对同步，保证网络的互联互通，该方法的优点是:
[0016]I)不需要在网络节点中集成额外的接收装置，可以节约网络节点的成本；
[0017]2)不依赖卫星授时系统，避免因使用场景和信号干扰引起的问题；
[0018]3)不依赖于外接时钟源，降低实现成本和复杂度；
[0019]4)自同步协议完全依赖节点间正常的数据传递，不依赖于额外的时钟传输网络。
【附图说明】
[0020]图1是无线通信网络拓扑结构。其中连线表示节点之间的无线信号相互覆盖；(t，f)表示节点的时间和频率。
[0021]图2是网络节点的结构示意图。
[0022]图3是分布式频率同步处理流程。
[0023]图4是分布式频率同步示例。图中显示节点k-Ι已选定时钟跟踪源表示各节点的频率。
[0024]图5是选源跟踪处理流程。
[0025]图6是时钟跟踪源选择处理流程。
[0026]图7是选源跟踪同步示例。图中显示节点k-Ι已入网。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图及具体实施案例对本发明的技术方案进行说明。
[0028]本发明提出了一种无线通信网络的时钟自同步方法，利用该方法可在无线通信网络无外接时钟源时，能够实现网络时钟的同步，保持网络正常连通。
[0029]本发明中，节点发送的无线信号的覆盖范围之内的其他节点称为该节点的相邻节点。其中，所述的节点包括但不仅限于中继节点、基站设备、移动终端等无线通信装置。
[0030]本发明中，时钟同步包括频率同步和时间同步。
[0031]本发明是在现有无线通信网络时间同步方法的基础上提出了一种分布式频率校准的时钟同步方法。网络节点之间不存在跟踪同步关系，所有节点根据相邻节点发送的同步序列进行频率同步。
[0032]无线通信网络中各个节点按照自身的频度发送各自的同步序列。所有节点检测并且解析相邻节点发送的同步序列，接收节点根据同步序列的相关性估计得到与发送节点之间的频率差，并且按照预设的方法完成本地时钟的频率校准。
[0033]其中，所述的同步序列用于节点检测无线信号，接收节点根据同步序列的相关性可以估计得到与发送节点之间的频率差，并不限制具体的实现方式。该同步序列应该具有良好的相关性，易于节点正确解析；并且在固定的频域位置上发送，便于节点的快速检测。
[0034]所述的按照预设的方法完成本地时钟频率的校准是指:节点检测并解析得到相邻节点发送的同步序列后，根据同步序列估计得到与发送节点之间的频率差，如果频率差小于预定的门限值，则不对本地时钟频率进行调整；否则，根据发送节点的时钟频率，将本地时钟频率向上或者向下调整Delta，调整后本节点与发送节点之间的频率差减小，即实现节点之间的频率同步，经过一段时间的调整后，整网中的时钟频率将保持在一定的频率差范围之内。Delta为预设的频率调整值或者基于频率差计算出来的频率调整值。
[0035]其中，所述的频率差范围需要能够支持节点之间正确解析最基本信道的无线信号。
[0036]在所述的分布式频率同步的基础上进行时间同步调整，可以保证节点之间能够正确接收到时间同步信息，并且保证节点之间的时钟计时速度差较小，提高时间同步的稳定性。
[0037]如图1所示，为无线通信网络拓扑结构，本发明将以该拓扑结构为例进行详细说明，但并不局限于此。
[0038]节点发送的无线信号覆盖范围之内的其他节点，称为该节点的相邻节点，图中用连线表示节点之间的相邻关系。相邻节点之间可以互相收发数据，非相邻节点之间则不能互相收发。例如，图中节点I的相邻节点有节点2和节点4，而节点3不是节点I的相邻节点。
[0039]图2所示为本实施例中节点设备的结构。节点设备结构仅为对本实施案例进行解析和说明，并不对本发明构成约束。节点设备至少由天线、同步序列处理模块、频率同步模块、时间同步模块、跟踪管理模块构成。
[0040]其中，节点采用全向天线，节点可以向任意方向发送和可以从任意方向接收无线信号。节点的天线类型仅为对本实施案例进行解释和说明，也可以使用定向天线等其他类型的天线设备，并不对本发明构成约束。
[0041]同步序列处理模块用于生成节点需要发送的同步序列和检测相邻节点发送的同步序列。
[0042]频率同步模块用于频率同步
[0043]时间同步模块用于时间同步。
[0044]跟踪管理模块用于时钟跟踪源的选择及时钟同步控制。
[0045]图3所示为分布式频率同步的处理流程:
[0046]I)节点以自身的频度发送各自的同步序列。
[0047]2)节点在接收时隙持续检测相邻节点发送的同步序列，解析检测到的同步序列并且根据同步序列的相关性估计得到与发送节点之间的频率差。
[0048]3)比较本地时钟频率和发送节点的时钟频率，如果频率差