《例会陈龙星.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《例会陈龙星.（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、WIFI环境下信道的检测与接入,CONTENTS,1,4,2,5,3,6,研究背景,结论,研究内容,下步工作,仿真结果,RESEARCH BACKGROUNDS,RESEARCH WORK,SIMULATION RESULTS,CONCLUSION,THE NEXT STEP OF WORK,存在的问题,EXISTING PROBLEM,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,信道接入的基本判定工作： 一、MAC层：(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)CSMA/CA-载波侦听多址接入与碰撞避免 二、物理
2、层：(Clear Channel Assessment )CCA-空闲信道评估,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,CSMA/CA,一、工作流程 1.送出数据前，监听媒体状态，等没有人使用媒体，维持一段时间后，才送出数据。由于每个设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会。 2.送出数据前，先送一段小小的请求传送报文(RTS : Request to Send)给目标端，等待目标端回应 CTS: Clear to Send 报文后，才开始传送。 利用RTS-CTS握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，不会被碰撞。 同时由於RTS-CTS封包都很小，让传送
3、的无效开销变小。 3.ACK的反馈进一步确定信道传输的可靠性。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,二、具体流程,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,CCA 产生背景,空闲信道评估技术是无线通信系统避免干扰的关键技术之一，尤其是对于工作在同信道干扰源较多，工作环境恶劣，为了保证传输质量，需要物理层提供准确的CCA检测结果给MAC层。否则极易出现传输的数据与其他无线通信系统发生冲突，影响系统的工作性能，浪费电量的情况。该技术会尽可能准确地判断出频段是否被占用，从而得到合理的结果上报给MAC层。物理层利用CCA技术判断信道是否空闲是为了辅助MAC层更好的进行
4、CSMA/CA-PCA。也就是说，如果信道被其他设备占用，允许系统传输退出而不必考虑采用该信道的通信协议。物理层运行CCA检测后根据信道实际空闲情况向MAC层上报BUSY/IDLE标志，由MAC层决定是否发送数据。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,CCA的主要评估方法：,现阶段主要有3种空闲信道评估方法: 1)能量检测(ED : Energy Detection )，判断信道中信号的能量，若信号能量低于某一个门限量，则认为信道空闲。 2)载波检测(CS: Carrier Sensing):判断无线信道的特征，这个特征主要包括两方面，即载波频率和扩频信号特征。 3)混合检
5、测(Hybrid Detection ):综合前面介绍的两种方法，同时检测信号的强度和特征，只有同时满足以上两点时，才认为信道被占用。,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,对于某个频段的信道是否已经被占用的问题，可以看成如下二元假设: 其中，Ho表示信道未被占用，H1表示信道被占用，x(t)为接收的待检测信号，s(t)为占用信道的信号，n(t)为噪声，N为采样点数。 空闲信道评估就是对接收信号进行一些处理，将得到的检测统计量T(t）与预先设定的判决门限值进行比较，如果检测统计量大于判决门限值，则认为信道被占用，否则认为信道空闲。判决准则如公式所示。,2,研究内容,RESER
6、CH WORK,能量检测算法,能量检测法是一种传统的、有效的信号检测方法，也是应用最广泛、实现最简单的空闲信道评估方法，可以应用于所有的无线通信系统而不需要知道信号的任何先验知识。在不知道待检测信号的相关信息的情况下，能量检测是一种最优的空闲信道评估方法。,能量检测算法是一种非相关的检测方法，只需对模拟信号进行积分(模拟域)或者对数字信号进行加和(数字域)，求得信号在特定时间内的能量，然后与预先设定的门限值进行比较做出判决即可获得检测结果。若大于门限值，则认为信号存在，否则，信号不存在。能量检测的检测统计量为：,2,研究内容,RESERCH WORK,判决准则有：,其中，预设的判决门限兄是采样
7、点数N和噪声方差 的函数，当SNR很小的时候，需要更多的采样点数进行检测，效果更好一些，其样点复杂度为o（1/ ）。,能量检测算法最大的优势为无需知道信号的先验知识，且实现简单。由于只对CCA检测时间内收到的信号进行检测，不需要设备一直进行CCA检测，使得设备可以进入睡眠模式，在MAC层要求物理层执行CCA时再唤醒，可以节省大量的能量。,2,研究内容,RESERCH WORK,载波检测,载波检测是一种相关检测，其原理为被检测信号要与系统已知信号具有相同的扩频方式或者调制方式，充分利用了已知信号的特点。如果已经知道待检测信号的特征，那么载波检测算法由于利用了信号的已知特性，检测的可靠性会很高。
8、载波检测通过利用待检测信号的已知信息，如前导码、同步码字、扩频码、训练序列等来实现与待检信号在频域和时域上的同步，从而进行空闲信道的检测。 载波检测的检测统计量为：,2,研究内容,RESERCH WORK,判决准则为：,其中预设的判决门限是采样点数N和噪声方差 的函数。同能量检测一样，采样点数也要满足最小的要求，当信噪比时SNR1时，载波检测的采样点复杂度为o（1/SNR）。,但是不同的无线通信系统，PPDU的结构不同，扩频、调制方式不同，所以载波检测的具体实现方法不同。本文以IEEE 802.15.4针对的ZigBee为例来介绍载波检测中的前导码检测和匹配滤波器检测。,2,研究内容,RESE
9、RCH WORK,根据ZigBee帧结构的特点，ZigBee物理层使用的载波检测算法分为两种，前导码检测和匹配滤波器检测。图3-1为ZigBee的PPDU结构。前导码部分由4个字节组成，每4个bit映射为一个符号，所以共有8个符号。每个符号均用同一个PN序列进行扩频，根据这个特点可以用来进行前导码检测。数据部分长度可变，每个符号从16个固定正交的PN序列中随机挑选一个进行扩频，根据这个特点可以用来进行匹配滤波器检测，当信号存在时，可以最大限度获得增益。,2,研究内容,RESERCH WORK,前导码检测： 由上图可知，ZigBee的前导码由8个相同的PN。序列进行扩频，前导码检测即将接收信号与
10、已知的PNo序列进行相关。当接收信号不是前导码的起始部分时，说明接收信号与PNa序列存在着偏移。因此，依次循环移位PNo序列，再与接收信号进行相关，当两者正好对齐时，已知信号增益最大，所得结果值也最大。将检测统计量与预先设定的门限值进行比较。若大于门限值，则认为信道被占用，否则，信道空闲。前导码检测的框图如图：,2,研究内容,RESERCH WORK,与能量检测相比，前导码检测在检测可靠性方面有很大优势。利用前导码的已知扩频码，获得了已知信号的增益，前导码检测的可靠性高，在信道条件比较恶劣的情况下也能获得很好的检测效果。 但是由于前导码检测用固定的PNo序列进行扩频，在检测前需要接收信号与接收
11、机获得码同步，若检测时的信号不是前导码部分，则检测会出错。所以要求设备要一直在工作状态，进行前导码检测。这将非常费电，对于耗电量低的设备来说是不适用的。,2,研究内容,RESERCH WORK,匹配滤波器检测,由于ZigBee数据包的数据部分，每个符号随机选择16个正交PN序列里的一个进行扩频。也就是说，ZigBee的数据包里的任意一个符号肯定是由16个固定的PN序列里的一个扩频而来。因此匹配滤波器需要用分别对应16个PN序列的滤波器，其检测框图如图：,5,存在问题,EXISTING PROBLEM,匹配滤波器检测框图包括16个正交接收机，Q路的匹配滤波器，分别对应一个扩频码PN;每一路包括两
12、个分别匹配I路和其中i =1, 2.16。 因为接收端已有相关器，所以匹配滤波器算法不会增加接收端的实现复杂度，但是匹配滤波器的要同时运行16个匹配滤波器会消耗很大的能量。优点是充分利用了已知信号的特点，检测性能高，可以检测数据包的任何位置，不用像前导码检测一样要一直开着设备，可以进入睡眠模式。缺点是即使可以进入睡眠模式，但是工作时同时运行16个匹配滤波器会消耗很大的能量，不适用于对能量有严格要求的系统。,综上分析，我们可以得出一下结论：,6,下步工作,FUTURE WORK,6,下步工作,FUTURE WORK,新的问题： 1）不同场景下，用不同的CCA评估方法，在5G小蜂窝(概念不清)环境下，一般采用能量检测。去调整CCA的阈值有助于提高系统吞吐量，但要根据什么去调整呢，e.g 地理位置、结合功率控制等？ 2）LTE-u是一个wifi与LTE共存的环境，通常认为此环境下任要进行信道检测，但现行的CCA并不能完全照搬，借助LAA、LBT、对空白子帧ABS的运用以及功率控制的结合。 3）主要研究点放在LTE-u下的信道检测，结合已有技术整合出更优化的信道检测与接入。,谢 谢,THANKS TO,
