專利名稱：一種802.11基帶處理器中異常信號處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)領(lǐng)域，也可以應(yīng)用到其它無線通信系統(tǒng)中，作為一種靈活實(shí)用的異常信號檢測以及處理方法，特別適用于用硬件實(shí)現(xiàn)幀聚合功能的高吞吐率的無線局域網(wǎng)網(wǎng)卡和接入點(diǎn)芯片的實(shí)現(xiàn)中。
背景技術(shù)：
在802. 11系列標(biāo)準(zhǔn)中，媒體訪問控制(MAC)子層采用載波偵聽多址接入/沖突避免(CarrierSense Multiple Access with Collision Avoidance 即 CSMA/CA)機(jī)制作為媒介訪問的控制機(jī)制，并輔助以RTS(Request to Send)以及CTS(Clear to Send)交互巾貞來清空傳輸區(qū)域。CSMA/CA訪問是由分布式協(xié)調(diào)功能控制，是一種主要的無線媒介訪問的控制方式。
在有線的物理鏈路能確保發(fā)射的信號能夠分發(fā)給每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因此可以使用CSMA/CD方式。但是在無線網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)行沖突檢測是不可能的。因?yàn)闊o線收發(fā)器操作在半雙工模式，所以站點(diǎn)無法在發(fā)射信息的同時偵聽媒介的使用情況，因此802. 11協(xié)議采用了待沖突避免方式的載波偵聽多路接入?yún)f(xié)議(CSMA/CA)。CSMA/CA在無線局域網(wǎng)中的實(shí)現(xiàn)原理如下首先偵聽媒介是否空閑，判斷當(dāng)前是否有其他站點(diǎn)還在發(fā)送數(shù)據(jù)，CSMA/CA分布算法要求媒介上相鄰兩幀之間必須有一個最小的時間間隔；若媒介空閑，它就可以發(fā)送；若偵聽到媒介忙，則站點(diǎn)必須延遲，到當(dāng)前傳輸結(jié)束之后，再任選一個隨機(jī)退避時間，檢測在這段時間間隔內(nèi)媒介是否仍忙，若空閑，則發(fā)送數(shù)據(jù)；否則繼續(xù)退避。當(dāng)一個站點(diǎn)在一次發(fā)送成功后還想發(fā)送下一幀，也必須進(jìn)行退避。之所以進(jìn)行退避，是因?yàn)槊浇樵趧偨Y(jié)束傳輸后，有可能多個站點(diǎn)均要發(fā)送數(shù)據(jù)，若不進(jìn)行退避，則發(fā)生碰撞的可能性極大。碰撞概率的大小取決于退避算法的好壞。在無線局域網(wǎng)中，發(fā)送方不可能檢測到媒介中是否發(fā)生碰撞。因此，發(fā)送和接收雙方需要一種確認(rèn)機(jī)制來判斷傳輸是否正確；即發(fā)送方在發(fā)送一幀后，等待接收方返回的ACK幀，若沒有收到ACK幀，則認(rèn)為接收方?jīng)]有正確接收，那再經(jīng)過一段時間的退避以后，重新發(fā)送該中貞。正是由于碰撞或者信道質(zhì)量的原因?qū)е?，接收機(jī)會出現(xiàn)以下情況1、由于檢測到一個錯誤的幀，導(dǎo)致接收機(jī)浪費(fèi)了一些無謂的功耗；2、當(dāng)接收機(jī)將一幀的長度檢測出錯時，導(dǎo)致接收機(jī)錯過了最佳的發(fā)送時機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種高效實(shí)用的異常能量檢測機(jī)制，并結(jié)合無線局域網(wǎng)實(shí)際工作原理給出了對于異常能量的處理方法和裝置。由于無線局域網(wǎng)卡芯片中，兩個基礎(chǔ)站點(diǎn)可能同時進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的發(fā)送導(dǎo)致碰撞，或者發(fā)送中由于被環(huán)境或其它信號源干擾，致使接收機(jī)無法正確解調(diào)出幀的長度，抑或一段時間的持續(xù)感染致使接收機(jī)無法正確對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解調(diào)，從而導(dǎo)致接收機(jī)毫無效率進(jìn)行工作。其中解調(diào)中信號的持續(xù)過大或過小都是這些原因的具體表現(xiàn)，因此通過僅僅通過判斷信號一段時間內(nèi)能量值的水平就可以有效降低接收機(jī)的誤工作，提高接收的工作效率。該方法直接在時域進(jìn)行能量累計(jì)和計(jì)算，無需通過傅里葉變換將信號轉(zhuǎn)換到頻域，再進(jìn)行功率譜的計(jì)算，極大降低了計(jì)算復(fù)雜程度，從而也降低了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的成本，所述接收機(jī)按照如下步驟從信號中獲取能量值，做出異常能量規(guī)避，降低接收機(jī)功耗，提高接收機(jī)性能(I)根據(jù)一段時間間隔內(nèi)的連續(xù)采樣點(diǎn)的能量值求和，生成一個連續(xù)點(diǎn)能量值之和，其中所述能量和相當(dāng)于這一段時間內(nèi)平均能量；
Ol Pwtiq (n) = ^ (I^i + Q^i)· i=0(2)根據(jù)所述能量和與預(yù)先設(shè)定的大/小能量閾值(MX_PWrthreslTOld/MIN_Pwrthreshold)進(jìn)行對比，其中所述大/小能量判決閾值為一個預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；(3)當(dāng) Pwr IQ > MAX_Pwrthreshold 持續(xù)一段時間，或當(dāng) Pwr IQ < MIN_Pwrthreshold 持續(xù)一段時間，則判斷信號異常，其中所述持續(xù)一段時間為一個預(yù)先設(shè)定的常數(shù)。(4)當(dāng)判斷為異常信號后，復(fù)位對當(dāng)前幀體的判斷或解調(diào)，接收機(jī)等待一段時間后，重新進(jìn)入幀頭判斷狀態(tài)，其中所述等待一段時間為一個預(yù)先設(shè)定的常數(shù)。用于無線局域網(wǎng)芯片的異常信號處理裝置包括復(fù)信號求和單元，將ADC送過來的I/Q信號(復(fù)信號)分別進(jìn)行平方運(yùn)算，而后將兩個平方數(shù)進(jìn)行求和，以獲取該采樣點(diǎn)的信號能量；連續(xù)時間能量求和單元，用于根據(jù)一段時間間隔內(nèi)的連續(xù)采樣點(diǎn)所求得的正交能量之和生成一個連續(xù)時間段內(nèi)的能量之和，其中所述能量之和等同于這一段時間的平均能量;異常信號判決單元，將前述所得到到一段時間間隔內(nèi)的采樣點(diǎn)能量之和與預(yù)先設(shè)定能量閾值進(jìn)行比較，如果大于最大閾值或小于最小閾值持續(xù)一段時間，則可認(rèn)為該段時間段內(nèi)能量異常，已不足以讓接收機(jī)解調(diào)出正確信息；異常信號處理單元，當(dāng)判斷為異常信號以后，將接收進(jìn)行復(fù)位，不再進(jìn)行后續(xù)錯誤信號的解調(diào)，降低整體功耗，同時可以讓無線網(wǎng)卡芯片重新進(jìn)入信道競爭狀態(tài)，以提高傳輸效率。在本發(fā)明的方法和裝置中，計(jì)算時域的連續(xù)若干個點(diǎn)能量之和生成一個一段時間內(nèi)的平均能量，與現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算功率譜而后再進(jìn)行閾值判斷而言，極大簡化了接受機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和系統(tǒng)開銷，同時由于判斷是根據(jù)一段時間連續(xù)判斷，濾除了信號本身的波動和干擾，降低了誤判概率，因此一種有效且經(jīng)濟(jì)的方案。


圖I是異常信號處理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式RF (射頻前端)將從天線上接收的信號進(jìn)行下變頻處理，分成I/Q兩路差分信號送入ADC中，ADC經(jīng)過采樣將I/Q兩路差分模擬信號轉(zhuǎn)換成為I/Q兩路數(shù)字信號，而后基帶中的求和模塊實(shí)時計(jì)算連續(xù)m個點(diǎn)的能量之和并進(jìn)行判斷，當(dāng)異常能量持續(xù)一段時間后，啟動異常處理流程。具體如下RF將空中信號下變頻為連續(xù)復(fù)信號I (t) +j*Q (t)，而后ADC將其進(jìn)行采樣得到離散的復(fù)信號I[n]+j*Q[n]，如圖I中從RF到求和模塊之間的步驟。求和模塊將ADC送來的復(fù)信號分別進(jìn)行平方，再將平方后的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和獲取該采樣點(diǎn)信號的能量平方和RMS2_IQ[η]。求和模塊將數(shù)據(jù)送到一個延遲單元中，其將每一個單采樣點(diǎn)的能量平方和進(jìn)行m個點(diǎn)的延遲RMS2_IQ[n-m]，延遲后的數(shù)據(jù)送到連續(xù)求和單元中，進(jìn)行求和運(yùn)算。能量求和單元首先求出當(dāng)前I/Q兩路信號的能量之和，然后將求出的當(dāng)前能量加上一拍累積的信號能量，最后減去延遲單元送出的延遲了 m拍的I/Q能量之和，即SUM_IQ[n]為從當(dāng)前點(diǎn)I/Q信號的開始往前數(shù)m個延遲I/Q信號共m個點(diǎn)信號能量之和。能量判決單元對連續(xù)能量求和單元送來數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，當(dāng)該值在一個預(yù)設(shè)時間段內(nèi)持續(xù)大于MAX_Pwrth^h()ld或小于MIN_PWrthMsh()ld，則判定該信號為能量異常信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)警信號以通知異常信號處理單元。異常信號處理單元獲知信號異常預(yù)警以后，立即復(fù)位與當(dāng)前解調(diào)相關(guān)的所有模塊，并保持接收機(jī)在一段預(yù)設(shè)時間內(nèi)不再工作，渡過該段時間后，釋放復(fù)位信號使接收機(jī)重 新進(jìn)入幀頭判斷狀態(tài)，進(jìn)行新幀頭的判斷，并讓發(fā)送機(jī)處于同時處于信道競爭狀態(tài)。本發(fā)明提供了一套用于無線局域網(wǎng)芯片進(jìn)行異常信號檢測、判斷及處理的方法，其可采用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件實(shí)現(xiàn)，抑或采用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種802. 11基帶處理器中信號處理方法，直接獲取一段時間內(nèi)的信號能量，通過判斷信號一段時間內(nèi)能量值的水平進(jìn)行相應(yīng)的信號處理，其特征在于步驟如下 (1)對信號進(jìn)行離散化處理，并實(shí)時計(jì)算一段時間間隔內(nèi)的連續(xù)離散采樣點(diǎn)能量值數(shù)據(jù)之和，獲取這段時間間隔內(nèi)的連續(xù)離散采樣點(diǎn)信號平均能量； (2)將信號平均能量和與預(yù)先設(shè)定的大能量閾值、小能量閾值進(jìn)行比較，其中所述大能量閾值、小能量閾值為一個預(yù)先設(shè)定的常數(shù)； (3)當(dāng)信號平均能量在一個預(yù)設(shè)時間段內(nèi)持續(xù)小于預(yù)先設(shè)定的大能量閾值且大于預(yù)先設(shè)定的小能量閾值，啟動信號接收相關(guān)操作； (4)當(dāng)信號平均能量在一個預(yù)設(shè)時間段內(nèi)持續(xù)大于預(yù)先設(shè)定的大能量閾值或小于預(yù)先設(shè)定的小能量閾值，則判斷信號異常； (5)當(dāng)判斷信號異常后，復(fù)位對當(dāng)前信號的接收相關(guān)操作，恢復(fù)到初始狀態(tài)，重新進(jìn)入判斷信號能量值狀態(tài)。
2.—種802. 11基帶處理器中異常信號處理裝置，其特征在于該裝置包括ADC模塊、求和模塊、延遲單元、連續(xù)求和單元、異常能量判決單元、異常信號處理單元，其中 ADC模塊將連續(xù)復(fù)信號進(jìn)行采樣得到離散的復(fù)信號； 求和模塊將ADC模塊送來的復(fù)信號進(jìn)行平方，再將平方后的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和獲取該采樣點(diǎn)信號的能量平方和，并送到延遲單元中； 延遲單元將每個采樣點(diǎn)的能量平方和進(jìn)行延遲，延遲后的能量平方和數(shù)據(jù)送到連續(xù)求和單元中，進(jìn)行求和運(yùn)算； 連續(xù)求和單元將當(dāng)前能量平方和數(shù)據(jù)加上前一拍累積的信號能量，然后減去經(jīng)過延遲單元送來的延遲了的復(fù)信號能量的值，得到信號能量之和； 異常能量判決單元對連續(xù)求和單元送來的信號能量之和進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，當(dāng)該值在一個預(yù)設(shè)時間段內(nèi)持續(xù)大于預(yù)先設(shè)定的大能量閾值或小于預(yù)先設(shè)定的小能量閾值，則判定該信號為能量異常信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)警信號以通知異常信號處理單元； 異常信號處理單元獲知預(yù)警信號以后，立即復(fù)位與當(dāng)前解調(diào)相關(guān)的所有操作，并保持接收機(jī)在一段預(yù)設(shè)時間內(nèi)不再工作，渡過該段時間后，釋放復(fù)位信號使接收機(jī)重新進(jìn)入幀頭判斷狀態(tài)，進(jìn)行新幀頭的判斷，并讓發(fā)送機(jī)處于同時處于信道競爭狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易且能夠顯著降低基帶對異常能量的誤判，提高基帶處理性能的方法，內(nèi)容包括信號能量檢測，異常能量判斷以及基帶針對異常能量的處理方式。通過對信號能量值的計(jì)算判斷該信號是否屬于正常信號，進(jìn)而保護(hù)正常的信號傳輸、中斷異常的信號傳輸。本發(fā)明以常用的能量檢測算法為基礎(chǔ)，配以適當(dāng)?shù)呐袛鄼C(jī)制，以極小資源開銷，簡單的實(shí)現(xiàn)方式，在信號解調(diào)同時能夠迅速判斷信號狀態(tài)并予以處理，降低基帶處理器的誤判率，從而提高基帶處理性能。
文檔編號H04W24/00GK102958078SQ20111025554
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者潘杰, 廖峰, 鄒錦芝, 鄔泳 申請人:北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司