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  • 5G CCA (空闲信道评估)

    2021-04-02 13:14:28
    CCA (空闲信道评估) 空闲信道评估与能量有关 Clear Channel Assessment, 翻译为空闲信道评估。在无线通信系统中,当设置需要在某一频道上发送数据之前,首先在这个频道上进行接收,如果经过给定的时间,没有发现有...

    5G CCA (空闲信道评估)

    空闲信道评估与能量有关

    Clear Channel Assessment, 翻译为空闲信道评估。在无线通信系统中,当设置需要在某一频道上发送数据之前,首先在这个频道上进行接收,如果经过给定的时间,没有发现有其他设备在此频道上发送数据,则开始发送;如果发现有其他设备在发送数据,则随机避让一段时间后再次重试此过程。

    该方法能够有效地避免无线信道上的冲突,也叫做带有冲突避免的载频侦听多路访问 (Carrier Sense Multiple Access with Conflict Aviodance,CSMA/CA)

    LTE Unlicensed

    我们需要更广阔的频谱,还要充分利用所有的频谱类型——既包括授权频段,也包括非授权频段。一项重要解决方案就是LTE Unlicensed(非授权频段LTE),即通过多种技术聚合,将4G LTE的优势扩展至非授权频段。

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  • 首先建立了LTE-U与WiFi共存场景下的空闲信道评估(CCA)系统模型,随后提出了基于先听后说(LBT)的多时隙CCA方案。在此方案基础上,提出了4种数据融合算法,同时为降低判决复杂度引入了硬判决融合,并得到多时隙最优硬...
  • 感知导频信道评估系统设计与实现,张雷,冯志勇,随着各种无线接入技术的出现,无线异构网络共存和协作已成为无线通信技术重要的发展趋势。具有网络信息发送功能的感知导频信道
  • 为了提高ZigBee与Wi-Fi共存时的工作效率, 以ZigBee的吞吐量为评估标准, 对不同空闲信道评估模式对ZigBee与Wi-Fi共存的影响进行了研究。实验结果表明, 在不同的情况下选择合适的空闲信道评估模式能够提高ZigBee的性能...
  • 建立无线电链路和保持通信方面面临许多问题。比如无需无线频谱牌照许可的...使用SAF Spectrum Compact频谱仪进行通信频段空闲信道评估,排除目标频段中的其它射频来源,寻找可能的空闲信道。 需要使用的设备: SAF ...

    建立无线电链路和保持通信方面面临许多问题。比如无需无线频谱牌照许可的2.4 GHz无线发射器的干扰。物联网(IoT)推动了对低成本,易于实现的芯片组的需求,以实现无线连接。蓝牙、ZigBee和WiFi(802.11)等无线发射器的数量急剧增加。使用SAF Spectrum Compact频谱仪进行通信频段空闲信道评估,排除目标频段中的其它射频来源,寻找可能的空闲信道。
    在这里插入图片描述
    需要使用的设备:
    SAF Spectrum Compact频谱仪,手持喇叭天线,2.92mm电缆,指南针,水平仪工具,波导适配器。
    操作步骤step by step:
    1.距离塔楼一个合理的距离,使用指南针找到正确的方位角,并在第二个站点的方向上寻找环境中的某个物体,作为在塔中时的参考点。
    2.爬上基站塔。
    3.将 Spectrum Compact频谱仪使用线缆或波导适配器连接到天线或波导。
    4.打开 Spectrum Compact频谱仪。
    5.将天线或波导适配器指向所选方向。
    6.点击SPAN,然后选择 FULL SPAN。点击HOME。
    7.点击 SWEEP CONT(仅当按钮为灰色时)。
    8.检查是否过载
    a)如果图表上方有指示,请将SC去掉天线并添加衰减器。
    b)如果图表上方没有任何指示,请继续执行后续步骤。
    9.点击 FREQUENCY,点击 START并且使用键盘输入频率,想要观察的频率范围的下限(以MHz为单位),点击 ENTER。点击STOP并使用键盘输入频率,即想要观察的频率范围的上限。点击 ENTER,点击HOME。
    10.点击 SWEEP CONT(仅当按钮为灰色时)。
    11.点击 SAVE。
    12.检査两个极化。
    13.点击SAVE保存当前频谱扫描。
    14.点击 TOOLS,FILES1保存文件。点击VIEW,用↑和↓导航文件列表。
    15.选择具有首选极化的频谱曲线的文件,然后点击VIEW+。
    16.点击 POWER IN BAND,BW并使用键盘输入所需的通道带宽。点击ENTER。
    灰色条带可以放置在显示的频谱内的任何位置,方法是点击屏幕或点击条带并拖动它。通过使用灰色 POWER IN BAND区域作为标尺,找到所选极化中的空闲通道。
    17.点击两次BACK,然后选择具有相反极化的频谱曲线的文件。检查干扰。

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  • 空闲信道评估与能量检测相似,但其功能更加复杂,其目的是估计目标信道是否空 闲。空闲信道评估的方法主要有检测能量是否超过所设定的阈值(至少超过接收机灵敏 度 10db),或检测信道是否存在遵循 IEEE 802.15...
    空闲信道评估与能量检测相似,但其功能更加复杂,其目的是估计目标信道是否空


    闲。空闲信道评估的方法主要有检测能量是否超过所设定的阈值(至少超过接收机灵敏


    度 10db),或检测信道是否存在遵循 IEEE 802.15.4 的信号,如果检测能量超过所设定的


    阈值的信号,或符合 IEEE 802.15.4 标准的信号,就认为该信道繁忙。信道评估的检测


    时间持续8个符号时隙。物理层将所检测的结果通过所定义的原语发送给MAC层



    收发机状态设置


    IEEE 802.15.4 的收发机实际是半双工的,即不能同时进行信号发送和接收,因此收


    发机主要有发送、接收、收发机关闭等 3 种状态。IEEE 802.15.4 标准中规定,MAC 层


    通过原语直接控制物理层收发机的状态转变等操作,在 PLME-SET-TRX-STATE.request


    当中设置状态参数 status,可能的取值为 RX_ON(接收机打开)、TRX_OFF(接收机关


    闭)、FORCE_TRX_OFF(强制设置收发机关闭)、TX_ON(发射机打开)。然后物理层


    通过 PLME-SET-TRX-STATE.confirm 原语告诉 MAC 层目前的状态,SUCCESS 表示设


    置成功,RX_ON、TRX_ON 表示收发机原来已经跟所设置的状态一样。如果正在接收


    数据(检测到同步头)而又要设置收发机关闭,那么会等到数据都接收完了才会改变状


    态,而设置 FORCE_TRX_OFF 状态则不管收发机目前处于何种状态,都直接关闭收发


    机。

    MAC 层规定两种地址,一种是短地址,另一种是扩展地址。短地


    址是一个临时分配的地址,即设备加入到网络当中才会分配的地址,长度 16 比特,短


    地址在 MAC 层中用属性 macShortAddress 来记录。而扩展地址一般是一个长期固定的


    地址,设备出厂的时候就已经固化,用一个常数 aExtendedAddress 来表示,长度是 64


    比特。扩展地址是全球唯一的地址,可以唯一区分不同的设备,所以用扩展地址来通信


    没有什么别的问题,只是 16 字节的地址长度(源和目的两个地址各占 8 字节)相对于


    所携带在信息可能有点长,即使相对于127字节的物理层最大净荷也是一笔不小的开销。


    因此为了降低地址的开销,引入短地址来进行通信。

    IEEE802.15.4 物理层的功能是开启与关闭无线接收机、能量感知检测、检
    测接收数据包的链路质量指示、CCA 以及物理信道的选择和数据收发。其中,
    最主要的是 CCA,主要用以评估当前通信信道是否空闲,具体可分为三种评估
    模式:一是通过判定当前信道的能量值是否超过某一个阈值,若是,则报告当
    前信道繁忙,不是则为空闲;二是判断无线信号特征,若在信道中感知到具有
    IEEE802.15.4 调制和扩频特征的信号则报告信道忙;三是结合前两种评估模式,
    既检测信号的强度,也检测信号的特征,当且仅当二者的检测结果都为忙时才
    报告信道繁忙。

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  • 认知无线电中频谱管理是一项关键技术,空闲信道的检测对于频谱管理很重要。
  • 一、任务:在信道不空闲的时候,验证CC1100无线模块是否能在硬件上判 断信道忙,并阻碍芯片进入发送状态。该验证是为载波监听,冲突监测的信道复用方法做准备,验证其是否可行。 二、需进行的配置: 1、当用命令...
    一、任务:在信道不空闲的时候,验证CC1100无线模块是否能在硬件上判      断信道忙,并阻碍芯片进入发送状态。该验证是为载波监听,冲突监测的信道复用方法做准备,验证其是否可行。
    二、需进行的配置:
    1、当用命令滤波来使芯片进入TX状态时,进入是否成功取决于CCA 
    MODE的配置,CCA  MODE指示了那种情况可认为是信道空闲:

    CCA  MODE    信道空闲的标准
    00    总是空闲的
    01    接受信号强度低于门限值
    10    当前未接受报文
    11    接受信号强度低于门限值且当前未接收报文

    当满足信道空闲标准时,进入TX状态的命令滤波就是成功的,否则不成功。由于我们就是为了验证CCA是否有效,所以将其配置为00,即当接收信号强度高于门限值时,认为信道忙,且不能进入TX状态。
    另外,CCA  MODE的配置包含在MCSM1寄存器中。
    2、我们要判断CCA是否有效,就要在外部某引脚上检测电平状态,以判断信
    是否空闲。
         因此我们对I0CFG2进行配置,让GDO2引脚输出CS(carrier sense)信号 ,当接收信号强度高于门限时,GDO2为高电平;当接收信号强度低于门限时,GDO2为低电平。
         最终IOCFG2=0x0E
    3、我们要判断当信道不空闲时TX命令滤波是否成功,因此就要读状态机寄存
    器获取当前状态,判断是否进入了TX状态。但是读当前状态的时机与校准方式有关。
    例如,如果采用从IDLE进入TX或RX时校准,那么从IDLE进入TX不是
    即时的,而是至少需要809us的时间,所以我们使用TX命令滤波之后,就至少要等待800us在进行判断才是正确的时机。
       校准方式的配置包含在MCSM0寄存器中。
    4、当我们判断了当前芯片的状态之后,还要通过外部来了解当前状态。所以如果成功进入了TX状态,就让绿灯亮100ms;如果一直未进入TX状态,就让红灯亮100ms。
       
    三、在考虑到上面的几点配置之后,就开始测试了。
       让一个无线模块连续的发送载波,因此可以保证无线信道一直是部空闲的。
    让另外一个无线模块稍写自己编写的测试程序,来验证CCA是否有效。
    1、首先根据王耒的建议将RXOFF_MODE和TXOFF_MODE 配置为0x10,就是让TX和RX结束后,芯片都保持在TX状态。
    进行了上面的配置之后,发现CCA一直无效,即发现PIC的RB0引脚(与CC1100的GDO2引脚相连)一直为低电平。这就说明一直未探测到信道忙。
    所以就又重新阅读了DATASHEET发现其中提到,只有当前处于TX状态,而且信道不空闲的时候,TX命令滤波才会不成功,这是才明白,如果当前为IDLE或TX状态时,CCA是无效的,而且都会成功进入TX状态。
    2、将RXOFF_MODE和TXOFF_MODE 配置为0x11,就是让TX和RX结束后,芯片都保持在RX状态。
    这个时候就发现CCA有效,RB0脚为高电平,即说明CCA有效。但是碰到了一个问题:
    ①如果信道忙时,TX命令滤波不成功,红灯一直亮;如果信道空闲,TX命令滤波刚开始成功一会-绿灯亮,然后又不成功-红灯亮。
    ②如果一开始信道忙,RB0为高,指示正确;若信道变为空闲,RB0变低,指示正确。
    但是如果一开始信道空闲,RB0为低,指示正确;若信道变为不空闲,RB0不会变化,指示错误,只有重启才会变高。

    因此怀疑程序卡到了哪个地方,导致TX不正常,又想到可能是没有清TX_FIFO,导致其溢出。在程序里边加上清TX_FIFO后,程序正常。CCA可以有效的指示信道是否空闲,而且如果信道不空闲时,TX命令滤波不成功。

    四、结论:
    ①只有当前处于TX状态,而且信道不空闲的时候,TX命令滤波才会不成功;
    ②CCA可以有效的指示信道是否空闲,而且如果信道不空闲时,TX命令滤波不成功

     

    1、 空闲信道评估(Clear Channel Assessment,CCA):

        判断信道是否空闲。IEEE 802.15.4 物理层在碰撞避免机制中提供CCA的能力,即如果
    信道被其他设备占用,则允许传输退出而不必考虑采用该信道的通信协议。

        现主要有3种空闲信道评估模式:(1)判断信道的信号能量,若信号能量低于某一个门限量,则认为信道空闲;(2)判断无线信道的特征,这个特征主要包括两方面,即扩频信号和载波频率;(3)综合前两种模式,同时检测信号强度和信号特征,给出信道空闲判断。

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空空如也

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