CN102958078A - 一种802.11基带处理器中异常信号处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种结构简单、实现容易且能够显著降低基带对异常能量的误判，提高基带处理性能的方法，内容包括信号能量检测，异常能量判断以及基带针对异常能量的处理方式。通过对信号能量值的计算判断该信号是否属于正常信号，进而保护正常的信号传输、中断异常的信号传输。本发明以常用的能量检测算法为基础，配以适当的判断机制，以极小资源开销，简单的实现方式，在信号解调同时能够迅速判断信号状态并予以处理，降低基带处理器的误判率，从而提高基带处理性能。

Description

一种802.11基带处理器中异常信号处理方法和装置

技术领域

本发明涉及无线局域网领域，也可以应用到其它无线通信系统中，作为一种灵活实用的异常信号检测以及处理方法，特别适用于用硬件实现帧聚合功能的高吞吐率的无线局域网网卡和接入点芯片的实现中。

背景技术

在802.11系列标准中，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)机制作为媒介访问的控制机制，并辅助以RTS(Request to Send)以及CTS(Clear to Send)交互帧来清空传输区域。CSMA/CA访问是由分布式协调功能控制，是一种主要的无线媒介访问的控制方式。

在有线的物理链路能确保发射的信号能够分发给每个网络节点，因此可以使用CSMA/CD方式。但是在无线网络中，实行冲突检测是不可能的。因为无线收发器操作在半双工模式，所以站点无法在发射信息的同时侦听媒介的使用情况，因此802.11协议采用了待冲突避免方式的载波侦听多路接入协议(CSMA/CA)。

CSMA/CA在无线局域网中的实现原理如下：首先侦听媒介是否空闲，判断当前是否有其他站点还在发送数据，CSMA/CA分布算法要求媒介上相邻两帧之间必须有一个最小的时间间隔；若媒介空闲，它就可以发送；若侦听到媒介忙，则站点必须延迟，到当前传输结束之后，再任选一个随机退避时间，检测在这段时间间隔内媒介是否仍忙，若空闲，则发送数据；否则继续退避。当一个站点在一次发送成功后还想发送下一帧，也必须进行退避。之所以进行退避，是因为媒介在刚结束传输后，有可能多个站点均要发送数据，若不进行退避，则发生碰撞的可能性极大。碰撞概率的大小取决于退避算法的好坏。

在无线局域网中，发送方不可能检测到媒介中是否发生碰撞。因此，发送和接收双方需要一种确认机制来判断传输是否正确；即发送方在发送一帧后，等待接收方返回的ACK帧，若没有收到ACK帧，则认为接收方没有正确接收，那再经过一段时间的退避以后，重新发送该帧。

正是由于碰撞或者信道质量的原因导致，接收机会出现以下情况：1、由于检测到一个错误的帧，导致接收机浪费了一些无谓的功耗；2、当接收机将一帧的长度检测出错时，导致接收机错过了最佳的发送时机。

发明内容

本发明提出了一种高效实用的异常能量检测机制，并结合无线局域网实际工作原理给出了对于异常能量的处理方法和装置。

由于无线局域网卡芯片中，两个基础站点可能同时进行数据帧的发送导致碰撞，或者发送中由于被环境或其它信号源干扰，致使接收机无法正确解调出帧的长度，抑或一段时间的持续感染致使接收机无法正确对数据帧进行解调，从而导致接收机毫无效率进行工作。其中解调中信号的持续过大或过小都是这些原因的具体表现，因此通过仅仅通过判断信号一段时间内能量值的水平就可以有效降低接收机的误工作，提高接收的工作效率。

该方法直接在时域进行能量累计和计算，无需通过傅里叶变换将信号转换到频域，再进行功率谱的计算，极大降低了计算复杂程度，从而也降低了设计与实现的成本，所述接收机按照如下步骤从信号中获取能量值，做出异常能量规避，降低接收机功耗，提高接收机性能：

(1)根据一段时间间隔内的连续采样点的能量值求和，生成一个连续点能量值之和，其中所述能量和相当于这一段时间内平均能量；

${\mathrm{Pwr}}_{1Q}\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I_{n-i}^2+Q_{n-i}^2)$

(2)根据所述能量和与预先设定的大/小能量阈值(MAX_Pwr_threshold/MIN_Pwr_threshold)进行对比，其中所述大/小能量判决阈值为一个预先设定的常数；

(3)当Pwr _IQ＞MAX_Pwr_threshold持续一段时间，或当Pwr _IQ＜MIN_Pwr_threshold持续一段时间，则判断信号异常，其中所述持续一段时间为一个预先设定的常数。

(4)当判断为异常信号后，复位对当前帧体的判断或解调，接收机等待一段时间后，重新进入帧头判断状态，其中所述等待一段时间为一个预先设定的常数。

用于无线局域网芯片的异常信号处理装置包括：

复信号求和单元，将ADC送过来的I/Q信号(复信号)分别进行平方运算，而后将两个平方数进行求和，以获取该采样点的信号能量；

连续时间能量求和单元，用于根据一段时间间隔内的连续采样点所求得的正交能量之和生成一个连续时间段内的能量之和，其中所述能量之和等同于这一段时间的平均能量；

异常信号判决单元，将前述所得到到一段时间间隔内的采样点能量之和与预先设定能量阈值进行比较，如果大于最大阈值或小于最小阈值持续一段时间，则可认为该段时间段内能量异常，已不足以让接收机解调出正确信息；

异常信号处理单元，当判断为异常信号以后，将接收进行复位，不再进行后续错误信号的解调，降低整体功耗，同时可以让无线网卡芯片重新进入信道竞争状态，以提高传输效率。

在本发明的方法和装置中，计算时域的连续若干个点能量之和生成一个一段时间内的平均能量，与现有技术计算功率谱而后再进行阈值判断而言，极大简化了接受机设计的复杂程度和系统开销，同时由于判断是根据一段时间连续判断，滤除了信号本身的波动和干扰，降低了误判概率，因此一种有效且经济的方案。

附图说明

图1是异常信号处理结构图。

具体实施方式

RF(射频前端)将从天线上接收的信号进行下变频处理，分成I/Q两路差分信号送入ADC中，ADC经过采样将I/Q两路差分模拟信号转换成为I/Q两路数字信号，而后基带中的求和模块实时计算连续m个点的能量之和并进行判断，当异常能量持续一段时间后，启动异常处理流程。具体如下：

RF将空中信号下变频为连续复信号I(t)+j*Q(t)，而后ADC将其进行采样得到离散的复信号I[n]+j*Q[n]，如图1中从RF到求和模块之间的步骤。求和模块将ADC送来的复信号分别进行平方，再将平方后的数据进行求和获取该采样点信号的能量平方和RMS²_IQ[n]。求和模块将数据送到一个延迟单元中，其将每一个单采样点的能量平方和进行m个点的延迟RMS²_IQ[n-m]，延迟后的数据送到连续求和单元中，进行求和运算。能量求和单元首先求出当前I/Q两路信号的能量之和，然后将求出的当前能量加上一拍累积的信号能量，最后减去延迟单元送出的延迟了m拍的I/Q能量之和，即SUM_IQ[n]为从当前点I/Q信号的开始往前数m个延迟I/Q信号共m个点信号能量之和。能量判决单元对连续能量求和单元送来数据进行持续监控，当该值在一个预设时间段内持续大于MAX_Pwr_threshold或小于MIN_Pwr_threshold，则判定该信号为能量异常信号，并产生相应的预警信号以通知异常信号处理单元。异常信号处理单元获知信号异常预警以后，立即复位与当前解调相关的所有模块，并保持接收机在一段预设时间内不再工作，渡过该段时间后，释放复位信号使接收机重新进入帧头判断状态，进行新帧头的判断，并让发送机处于同时处于信道竞争状态。

本发明提供了一套用于无线局域网芯片进行异常信号检测、判断及处理的方法，其可采用硬件实现，也可以采用软件实现，抑或采用软硬件结合的方式实现。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种802.11基带处理器中信号处理方法，直接获取一段时间内的信号能量，通过判断信号一段时间内能量值的水平进行相应的信号处理，其特征在于步骤如下：

(1)对信号进行离散化处理，并实时计算一段时间间隔内的连续离散采样点能量值数据之和，获取这段时间间隔内的连续离散采样点信号平均能量；

(2)将信号平均能量和与预先设定的大能量阈值、小能量阈值进行比较，其中所述大能量阈值、小能量阈值为一个预先设定的常数；

(3)当信号平均能量在一个预设时间段内持续小于预先设定的大能量阈值且大于预先设定的小能量阈值，启动信号接收相关操作；

(4)当信号平均能量在一个预设时间段内持续大于预先设定的大能量阈值或小于预先设定的小能量阈值，则判断信号异常；

(5)当判断信号异常后，复位对当前信号的接收相关操作，恢复到初始状态，重新进入判断信号能量值状态。

2.一种802.11基带处理器中异常信号处理装置，其特征在于该装置包括ADC模块、求和模块、延迟单元、连续求和单元、异常能量判决单元、异常信号处理单元，其中：

ADC模块将连续复信号进行采样得到离散的复信号；

求和模块将ADC模块送来的复信号进行平方，再将平方后的数据进行求和获取该采样点信号的能量平方和，并送到延迟单元中；

延迟单元将每个采样点的能量平方和进行延迟，延迟后的能量平方和数据送到连续求和单元中，进行求和运算；

连续求和单元将当前能量平方和数据加上前一拍累积的信号能量，然后减去经过延迟单元送来的延迟了的复信号能量的值，得到信号能量之和；

异常能量判决单元对连续求和单元送来的信号能量之和进行持续监控，当该值在一个预设时间段内持续大于预先设定的大能量阈值或小于预先设定的小能量阈值，则判定该信号为能量异常信号，并产生相应的预警信号以通知异常信号处理单元；

异常信号处理单元获知预警信号以后，立即复位与当前解调相关的所有操作，并保持接收机在一段预设时间内不再工作，渡过该段时间后，释放复位信号使接收机重新进入帧头判断状态，进行新帧头的判断，并让发送机处于同时处于信道竞争状态。

Images