CN101594346B - 用于802.11n设备的空闲信道评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种802.11n设备工作在40MHz带宽下实现空闲信道评估(CCA)的方法与装置。该装置由两组独立的检测装置构成。为了获取上边带20MHz带宽的空闲信道评估，该装置将信号输入一个希尔伯特变换器，将变换器的输出与原信号合成解析信号。对解析信号进行能量检测或下变频后进行载波检测，得到上边带20Mhz带宽的空闲信道评估。同样为获取下边带20MHz带宽的空闲信道评估，将采样信号取共轭后输入另一组同样的检测装置而得到。

Description

用于802.11n设备的空闲信道评估方法

技术领域：

本发明属于无线通信领域，涉及无线局域网通信。具体的说涉及802.11n设备在工作于40MHz带宽模式下，对空闲信道评估(Clear Channel Assessment)的方法。

背景技术：

802.11系列协议的媒体访问控制(MAC)子层采用载波侦听多址接入/冲突避免(CarrierSense Multiple Access with Collision Avoidance即CSMA/CA)机制作为媒介访问机制，并且以RTS/CTS消息交换机制作为辅助的媒介访问方式。

CSMA/CA协议的工作流程是：一个WLAN站点需要在无线网络中传送数据，如果它没有探测到网络中正在传送数据，则附加等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果无线网络中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。接收端的站点如果收到发送端送出的完整的数据则回传一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被发送端收到，则本次数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，数据报就在发送端等待一段时间后被重传。

网络设备使用空闲信道评估(Clear Channel Assessment CCA)装置来决定信道是否空闲，该方法通过检测能量或检测信号相关特性或者两者的结合方式来完成。802.11a/b/g设备都是工作在20MHz带宽的信道上。而在802.11n协议中，允许设备同时占用两个20MHz的信道一共40MHz宽度的带宽来传递数据。协议要求，当接收机把工作信道宽度设置为40MHz时，分别在主信道与第二信道上提供空闲信道评估(CCA)指示。由于在采样的40MHz复基带信号中，两个边带信道上的信号混合在一起，因此原有的能量检测或载波检测方式均无法正常实现空闲信道评估(CCA)指示。

发明内容：

为了实现在40MHz带宽下的空闲信道评估(CCA)，需要将40MHz带宽信号分离为两个独立的上下边带20Mhz带宽信号。在40MHz的复基带信号中，上下20MHz的边带信号位于其频谱的正负半轴。本发明采用希尔伯特(Hilbert)变换方法生成解析信号，来滤除一半频率轴的信号频谱，从而实现上下边带20MHz信号的提取。

希尔伯特(Hilbert)变换的原理如下：

给定一个输入信号x_r(t)，其对应的频谱为X_r(ω)。将其输入Hilbert滤波器(Hilbert变换系统)后，对应输出信号x_ht(t)，其对应的频谱为X_ht(ω)，参见图1。

其中有：x_ht(t)＝x_r(t)*h(t)，X_ht(ω)＝X_r(ω)·H(ω)

H(ω)具有如下性质：

$H\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\begin{array}{}\left\{\begin{array}{cc}-j& \mathrm{\&omega;}>0\\ +j& \mathrm{\&omega;}<0\end{array}\right.\end{array}$

如果构造解析信号x_analytic(t)＝x_r(t)+jx_ht(t)

那么它对应的频谱X_analytic(ω)＝X_r(ω)+j·X_ht(ω)＝X_r(ω)·(1+jH(ω))仅存在于正半轴平面。

首先得到采样的复基带信号。对于上边带检测，将复信号I(n)+j·Q(n)输入图2所示模块。复基带信号通过希尔伯特变换并旋转90度后，叠加上原信号，生成该信号的解析信号。对解析信号可以直接采用能量检测(ED)方式或者下变频10MHz后采用载波检测(CS)方式来实现单独20MHz信道下的空闲信道评估(CCA)。

对于下边带20MHz信道的检测，可将复基带信号取共轭，将其镜像对称变换到正频率而实现。将共轭复信号I(n)-j·Q(n)通过图2所示模块下半部分，从而得到下边带20MHz信道下的空闲信道评估(CCA)。

附图说明：

图1是Hilbert变换符号定义的示意图

图2是上下边带20MHz信道的空闲信道评估(CCA)结构图

图3是上边带20MHz信道的CCA检测具体实现结构

图4是全频段AWGN信号通过Hilbert滤波方法生成解析信号的频谱图

具体实施方式：

下面参照附图，给出具体的40Mhz带宽下的空闲信道评估实施描述。

其中Hilbert变换采用Hilbert滤波器来实现。具体滤波器的系数如下：

-7 0 -11 0 -24 0 -80 0 80 0 24 0 11 0 7

对于上边带检测，将采样后的复信号I(n)+j·Q(n)采样后进行如图3所示的处理步骤。由于通过15阶Hilbert滤波器将产生延迟，因此将原信号延迟7个节拍后，与滤波器输出旋转90度的结果合成解析信号。对于解析信号，计算相邻8点复基带信号的能量平方和P_IQ(n)，与阈值P_threshold进行比较，判断信道上是否空闲。公式中n代表当前采样时刻，n-i代表当前采样之前的0~7个采样时刻(i从0到7)。I(n-i)，Q(n-i)表示第n-i时刻的采样波形。

$P_{\mathrm{IQ}}\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{7}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}^2(n-i)Q^2(n-i)$

如果P_IQ(n)≥P_threshold，那么认为信道不空闲；如果P_IQ(n)＜P_threshold，认为信道上空闲。

对于下边带检测，将基带采样后的复共轭信号I(n)-j·Q(n)通过图3所示模块来判断信道是否空闲。

如图4所示，40MHz全频段AWGN信号通过上述希尔伯特变换结构输出的解析信号的频谱图。从频谱图中可以看出该系统滤除负半频率轴信号能量的效果。

本发明的最大优点在于该方法可以实时实现对于40MHz带宽信道中上下边带的信道空闲评估(CCA)。该方法适用于在802.11n电路与设备中实现实时信道空闲评估(CCA)。

这里描述的模块以及单元既可以采用硬件实现，也可以采用软件实现，或软硬件的组合方式来实现。本发明并不局限于上述实施例，本领域内普通技术人员应理解的是可在本发明范围内做各种形式和细节上的改变。

Claims (3)

1.用于802.11n设备的空闲信道评估方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)将接收到的基带信号采样，成离散的复基带信号；

(2)将复基带信号通过希尔伯特变换装置后，旋转90度；

(3)将原信号延迟后与步骤(2)得到的信号叠加，得到解析信号；

(4)将解析信号通过能量检测或下变频后通过载波检测得到独立的上边带20MHz信道的空闲信道评估输出；

(5)将复基带信号取共轭后的信号经过上述(2)-(4)步骤，得到独立的下边带20MHz信道的CCA检测输出。

2.如权利要求1所述的用于802.11n设备的空闲信道评估方法，其特征在于，其包含两组相同的空闲信道评估装置，一组输入复基带信号，进行上边带20MHz信道的空闲信道评估；另一组输入复基带信号的共轭信号，进行下边带20MHz信道的空闲信道评估。

3.如权利要求1所述的用于802.11n设备的空闲信道评估方法，其特征在于，通过能量检测即多点信号平方和与阈值比较的方法获取空闲信道评估结果，或者通过将信号下变频10MHz后采用载波检测方法得到相关峰值与阈值比较获取空闲信道评估结果。

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