信道忙闲状态评估方法、装置和电子设备

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别地，涉及一种信道忙闲状态评估方法、装置和电子设备。

背景技术

“先听后说”(Listen Before Talk，LBT)是在基于竞争的无线通信中广泛使用的机制，通信设备在发送数据之前先侦听当前信道的无线环境，以评估当前信号的忙闲状态，如果信道处于忙碌状态，则等待信道空闲之后再发送，以避免信道使用冲突。

载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access/CollisionAvoidance，CSMA/CA)是无线局域网采用的一种先听后说机制。通信设备在发送数据前需进行空闲信道评估(Clear Channel Assessment，CCA)，若信道空闲，通信设备可进行信道竞争，竞争到信道后发送数据，若信道忙，则需等待信道转为空闲才可继续发送流程。例如，在802.11协议的CCA机制中，以信道中存在的信号能量大于CCA检测门限，或是在信道中检测到有符合本协议的特定信号存在，认为当前信道忙。

当无线局域网工作在非授权频段时，在有限的可用频谱内，为数不多的信道往往被多个设备同时占用。通信设备在对当前信道进行空闲信道评估时，需要接收空口信号，而空口信号中不可避免的会包含其他信道的信号。在其他信道的信号能量较大时，易使接收机的射频模拟电路出现饱和失真，产生的非线性产物会泄漏到当前信道。如果泄漏信号的能量大于CCA检测门限，则即使在空口当前信道为空闲时，也会导致CCA结果为当前信道忙碌，进而延迟发送，降低了网络的吞吐率。

下面以802.11b协议的空口信号为例，说明其他信道存在强信号时对当前信道影响。在图1所示的场景中，当前信道为空闲，但是与当前信道间隔40MHz的相邻信道存在很强的信号。图1示出了采用零中频接收机对空口信号进行变频后得到的信号频谱示意图，从该图可以看出，由于射频模拟电路饱和失真产生的非线性产物泄露到当前信道，导致当前信道带宽内出现很强的信号。对于变频后得到的信号，其中的相邻信道的信号可通过低通滤波的方式消除影响，但对于泄露到当前信道的射频模拟电路非线性产物则无法处理，从而对空闲信道评估结果产生前述不利影响。

发明内容

本申请的一个目的在于当其他信道存在能量较大的信号时，提供一种降低当前信道忙闲状态评估虚警概率的方法。

本申请的一个方面，提供了一种信道忙闲状态评估方法，其包括：在第一时间区间内采用第一增益接收空口信号，得到第一数字信号；基于所述第一数字信号进行第一空闲信道评估，得到第一空闲信道评估结果；响应于所述第一空闲信道评估结果为信道忙碌，在第二时间区间内采用第二增益接收空口信号，得到第二数字信号，其中，所述第二增益小于所述第一增益；判断所述第一数字信号是否存在饱和失真；响应于所述第一数字信号存在饱和失真，基于所述第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以所述第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

在一些实施例中，判断所述第一数字信号是否存在饱和失真包括：判断信号强度变化值和增益调整值之差的绝对值是否超过预设门限，其中，所述信号强度变化值为所述第一数字信号的信号强度与所述第二数字信号的信号强度之差，所述增益调整值为所述第一增益与所述第二增益之差；响应于所述信号强度变化值和所述增益调整值之差的绝对值超过预设门限，确认所述第一数字信号存在饱和失真。

在一些实施例中，所述方法还包括：响应于所述信号强度变化值和所述增益调整值之差的绝对值未超过预设门限，确认所述第一数字信号不存在饱和失真；以所述第一空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

在一些实施例中，基于所述第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以所述第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果包括：若所述第一空闲信道评估结果基于能量检测方式触发，则比较所述第二信号强度与第二能量检测门限的大小；响应于所述第二信号强度大于所述第二能量检测门限，则判定信道状态为忙碌，否则判定信道状态为空闲。

在一些实施例中，所述第一空闲信道评估使用第一能量检测门限进行能量检测，所述第二能量检测门限大于或等于第一能量检测门限与所述增益调整值之差，所述增益调整值为所述第一增益与所述第二增益之差。

在一些实施例中，基于所述第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以所述第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果包括：若所述第一空闲信道评估结果基于载波侦听方式触发，则采用载波侦听方式检测所述第二数字信号中是否包含第二序列；响应于检测到所述第二序列，则判定信道状态为忙碌，否则判定信道状态为空闲。

在一些实施例中，所述第一空闲信道评估使用第一序列进行载波侦听，所述第一序列的长度大于或等于所述第二序列的长度。

在一些实施例中，在采用第二增益接收空口信号之前，所述方法还包括：基于所述第一数字信号的信号强度，确定增益降低值；将所述第一增益减去所述增益降低值，得到所述第二增益。

在一些实施例中，所述第一时间区间的长度大于所述第二时间区间的长度。

本申请的另一个方面，提供了一种信道忙闲状态评估装置，其包括：接收单元，其被配置为在第一时间区间内采用第一增益接收空口信号，并输出第一数字信号，以及在第一空闲信道评估结果为信道忙碌时，在第二时间区间内采用第二增益接收空口信号，得到第二数字信号，其中，所述第二增益小于所述第一增益；第一空闲信道评估单元，其被配置为基于所述第一数字信号进行第一空闲信道评估，输出所述第一空闲信道评估结果；增益调整单元，其被配置为响应于所述第一空闲信道评估结果为信道忙碌，设置所述接收单元在所述第二时间区间内以所述第二增益接收空口信号；饱和失真判断单元，其被配置为判断所述第一数字信号是否存在饱和失真；以及第二空闲信道评估单元，其被配置为响应于所述第一数字信号存在饱和失真，基于所述第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以所述第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

本申请的另一个方面，提供了一种电子设备，其包括：接收机、存储器和处理器，其中所述接收机被配置为在所述处理器的控制下接收空口信号，并得到数字信号；所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令使得所述处理器执行以下步骤：控制所述接收机在第一时间区间采用第一增益接收空口信号，得到第一数字信号；基于所述第一数字信号进行第一空闲信道评估，得到第一空闲信道评估结果；响应于所述第一空闲信道评估结果为信道忙碌，控制所述接收机在第二时间区间采用第二增益接收空口信号，得到第二数字信号；判断所述第一数字信号是否存在饱和失真；响应于所述第一数字信号存在饱和失真，基于所述第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以所述第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1示出了当前信道为空闲，但是与当前信道间隔40MHz的相邻信道存在很强的信号的场景下，接收机对空口信号进行变频后得到的信号频谱示意图；

图2示出了一种常见的零中频接收机的模块框图；

图3示出了本公开的实施例的一种信道忙闲状态评估方法100的示意图；

图4示出了本公开的信道忙闲状态评估方法100中涉及的主要步骤的时间分配示意图；

图5本公开的信道忙闲状态评估方法100中步骤150的一种实施例；

图6示出了本公开的实施例的一种信道忙闲状态评估装置200的示例性的结构框图；

图7示出了信道忙闲状态评估装置200的饱和失真判断单元240的一种示例性的结构框图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。

空闲信道评估(CCA)主要有两种方式，即能量检测方式和载波侦听方式。其中，能量检测方式通过判断接收信号的强度是否超过能量检测门限，如果超过能量检测门限，则判定信道状态为忙碌，否则判定信道状态为空闲。载波侦听方式通过判断接收信号中是否包含特定信号特征，如果包含符合本协议的特定信号特征，则判断信道状态为忙碌，否则判断信道状态为空闲。载波侦听方式中的特定信号特征，可以是特定载波，或者特定信号序列，或者其他特征，取决于不同的系统要求以及接收机的具体实现，本公开不对载波侦听的具体方式进行限制。无线通信设备可以使用上述两种方式的其中一种进行CCA，也可以同时使用两种方式进行CCA。当同时使用两种CCA方式时，通常情况下，只要任何一种方式判定信道状态为忙碌，则判定信道状态为忙碌。

无论是能量检测方式还是载波侦听方式，均可以通过在一定的时间区间内接收空口信号，然后基于该时间区间内接收到的信号进行CCA，用于空闲信道评估的时间区间的长度亦取决于系统要求和通信设备的具体实现。通常情况下，通信设备需要在协议规定的CCA时间窗内完成空闲信道评估。

图2示出了通信设备常采用的一种零中频接收机的模块框图，图中Antenna为天线，LNA(Low Noise Amplifier)为低噪声放大器，用于对空口信号进行放大，可以通过设置LNA的增益对LNA的放大倍数进行调节；LO(Local Oscillator)为本振，用于产生本地振荡信号，本地振荡信号和对其进行90°移相信号分别与LNA输出信号进行混频，得到两路信号，分别为同相(In-phase)和正交(Quadrature)信号，图中

下面结合附图，对本公开的信道忙闲状态评估方法进行说明。

图3示出了本公开的实施例的一种信道忙闲状态评估方法100的示意图，方法100可用于采用CCA机制的各种通信设备中。图4示出了本公开的信道忙闲状态评估方法100中涉及的主要步骤的时间分配示意图。如图3所示，方法100包括以下步骤。

在步骤110中，通信设备在第一时间区间内采用第一增益接收空口信号，得到第一数字信号。

由于空口信号的强度是不确定的，在CCA期间，为减少射频模拟电路噪声的影响，通信设备的接收机一般会将射频模拟电路的增益设置为较高的值。以图2所示的零中频接收机为例，射频模拟电路的增益即为LNA的增益。为表述方便起见，除特别说明外，本公开中所说的接收机的增益，指该接收机的射频模拟电路的增益。

根据本公开，通信设备在启动CCA时，其射频模拟电路使用第一增益G

在步骤120中，通信设备基于第一数字信号进行第一空闲信道评估，得到第一空闲信道评估结果。

得到第一数字信号后，通信设备基于第一数字信号进行第一CCA。第一CCA可以采用能量检测方式或载波侦听方式，也可以同时采用两种方式。在同时采用两种方式时，只要任何一种方式判定信道状态为忙碌，则判定信道状态为忙碌，因此，可以降低信道忙碌时漏检的概率。

如果第一空闲信道评估结果为信道空闲，则说明当前信道空闲，也不存在因其他信道中的信号导致接收机饱和的情况，故此时可以直接判定信道状态为空闲，并根据协议规定执行信道状态为空闲时相应的操作。

然而，在第一空闲信道评估结果为信道忙碌的情况下，根据本公开中关于背景技术的描述，在一些情况下，即使当前信道实际为空闲，但当其他信道存在能量较大的信号时，通信设备的接收机的射频模拟电路容易出现饱和失真，由此产生的非线性信号泄露到当前信道，无法通过低通滤波器滤除，此时也可能导致第一CCA结果为信道忙碌。很显然，在这种情况下，第一CCA结果为虚警。如果直接将第一CCA结果作为信道状态结果，则会降低信道的使用率。因此，根据本公开，在第一空闲信道评估结果为信道忙碌的情况下，进一步执行步骤130。

在步骤130中，通信设备响应于第一空闲信道评估结果为信道忙碌，在第二时间区间内采用第二增益接收空口信号，得到第二数字信号。

在该步骤中，若第一CCA结果为信道忙碌，则将射频模拟电路的增益调整为第二增益G

在一些实施例中，第二增益G

在另外一些实施例中，考虑到ADC的动态范围有限，输入ADC的信号功率应设置到合适的范围。可以基于第一数字信号的信号强度，确定增益降低值，然后将第一增益G

在步骤140中，通信设备判断第一数字信号是否存在饱和失真。

通信设备接收机的增益较高时，如果空口信号的功率很强，则容易导致接收机的射频模拟电路出现饱和失真，从而导致接收机输出的数字信号出现饱和失真。如果饱和失真是当前信道存在信号所导致的，这时一般不会对CCA产生很大的影响，因为基于能量检测方式的CCA通常可以判定此时信道状态为忙碌。但是，如果是其他信道存在较强的信号，而当前信道实际是空闲的，这种情况下射频模拟电路的饱和失真，也可能导致CCA误判为信道忙碌，产生虚警。尽管数字信号的饱和失真可能因射频模拟电路的饱和所导致，也有可能因ADC输入信号超出ADC量程范围导致，但对于后者，可以通过将PGA的增益设置为合适的值来减轻。因此，通过判断第一数字信号是否存在饱和失真，可以在一定程度上反映第一CCA结果是否可靠。

判断第一数字信号是否存在饱和失真，可以根据需要采取不同的方法实现，本公开不限定具体的实现方式。

例如，在一些实施例中，可以设置预定的饱和阈值，通过判断第一数字信号的幅度是否超过饱和阈值，或者超过饱和阈值的采样点数占全部采样点数的比例是否超过预设比例等方式，判断第一数字信号是否存在饱和失真。

在另外一些实施例中，可以通过判断信号强度变化值和增益调整值之差的绝对值是否超过预设门限来判断第一数字信号的幅度是否存在饱和失真。其中，信号强度变化值为第一数字信号的信号强度与第二数字信号的信号强度之差，增益调整值为第一增益与第二增益之差。信号强度反映了该信号的功率大小，可以利用信号的采样值进行估计。

为表述方便起见，本公开中的信号强度和增益均用分贝(dB)表示，第一数字信号和第二数字信号的信号强度分别表示为RSSI

其中，I

对于理想的接收机而言，如果输入信号功率保持不变，调整接收机的增益，则接收信号的强度亦随着增益同步变化，且接收机增益的变化量，与接收信号强度的变化量存在一一对应。如果接收信号强度和增益均采用分贝表示，若信号强度变化值ΔRSSI和增益调整值ΔG之差的绝对值|ΔRSSI–ΔG|不超过预设门限δ，则可以认为第一数字信号未发生饱和。否则，可以认为第一数字信号发生饱和失真。

本领域技术人员可以理解，信号强度和增益也可以不使用分贝来表示，此时，对运算符作相应的调整即可。

该步骤执行完成后，根据判断结果，如果判定第一数字信号存在饱和失真，则执行步骤150；否则，说明第一空闲信道评估结果可靠度较高，则可以第一空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

在步骤150中，基于第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

步骤150可以进一步分解为以下步骤151到153，如图5所示。

在步骤151中，判断第一空闲信道评估结果的触发方式。

第一CCA可以采用能量检测方式或者载波侦听方式的一种或两种。本公开中，第一空闲信道评估结果的触发方式，指得到第一CCA结果对应的CCA方式。如果两种方式同时采用，则可以任意选择一种CCA方式，或者以较早输出结果的CCA方式作为第一CCA的触发方式。

若第一CCA由能量检测方式触发，则执行步骤152；若第一CCA由载波侦听方式触发，则执行步骤153。

在步骤152中，比较第二信号强度与第二能量检测门限的大小，基于比较结果判定信道状态。

若第二信号强度RSSI

需要指出的是，第一信号强度RSSI

而第二能量检测门限γ

在一些实施例中，为了提高信道忙碌的检测概率，第二能量检测门限γ

在一些实施例中，为了降低信道忙碌的虚警概率，第二能量检测门限γ

在步骤153中，采用载波侦听方式检测第二数字信号中是否包含第二序列，基于检测结果判定信道状态。

若检测到第二数字信号中包含第二序列，则判定信道状态为忙碌，否则判定信道状态为空闲。

现有技术中，可以通过检测接收信号中是否包含特征序列进行CCA，该特征序列为其他设备发送的信号中包含的序列，其通常可以根据通信设备使用的通信协议来确定。另外，如图4所示，通信协议通常要求在规定的CCA时间窗内完成CCA，而根据本公开的方法，协议规定的CCA时间窗包括第一CCA时间窗和第二CCA时间窗，因此，本公开中，第一CCA时间窗和第二CCA时间窗均小于通信协议规定的CCA时间窗，或小于使用该通信协议的传统接收机的CCA时间。本公开中，在第一CCA时间窗以第一序列作为特征序列进行CCA，在第二CCA时间窗以第二序列作为特征序列进行CCA。第一序列和第二序列可以为传统接收机使用的特征序列的一部分，例如，可以将传统接收机使用的特征序列的前一部分作为第一序列，剩余的后一部分作为第二序列。

第一序列的长度和第二序列的长度可以根据第一CCA时间窗和第二CCA时间窗的长度合理确定。在一些实施例中，第一序列的长度可以大于或等于第二序列的长度。在另外一些实施例中，第一序列的长度可以小于第二序列的长度。

需要指出的是，上述步骤152和153是独立的，这两个步骤在执行时间上并无先后顺序，执行哪个步骤取决于第一CCA的触发方式。任一步骤执行完成后，均可输出信道忙闲状态判定结果。

方法100执行完成后，可以得到信道忙闲状态评估结果。如果评估结果为信道忙碌，则通信设备执行信道状态为忙碌时相应的操作，否则执行信道状态为空闲时相应的操作。根据信道忙闲状态执行相应的操作，可以采用与现有技术接收机相同的实现方法，故不再赘述。

本公开还提供了一种信道忙闲状态评估装置，图6为本公开的实施例的一种信道忙闲状态评估装置200的示例性的结构框图，装置200可用于实现本公开的信道忙闲状态评估方法100。如图6所示，装置200包括接收单元210，第一CCA单元220，增益调整单元230，饱和失真判断单元240和第二CCA单元250。下面结合附图，对装置200各单元的结构，以及工作过程进行简要说明，进一步的细节，可以参考信道忙闲状态评估方法100的说明。

其中，接收单元210被配置为在第一时间区间内采用第一增益接收空口信号，并输出第一数字信号，以及在第二时间区间内采用第二增益接收空口信号，得到第二数字信号，其中，所述第二增益小于所述第一增益。

第一CCA单元220被配置为基于第一数字信号进行第一空闲信道评估，输出第一空闲信道评估结果。

增益调整单元230被配置为响应于第一空闲信道评估结果为信道忙碌，设置接收单元210在第二时间区间内以第二增益接收空口信号。

饱和失真判断单元240被配置为判断第一数字信号是否存在饱和失真，并输出判断结果。

图7示出了饱和失真判断单元240的一种示例性的结构框图。如图7所示，饱和失真判断单元240包括信号强度变化值计算模块241，增益调整值计算模块242，信号强度变化值和增益调整值之差计算模块243和门限比较模块244。

其中，信号强度变化值计算模块241被配置为计算第一数字信号的信号强度与第二数字信号的信号强度之差，得到信号强度变化值。

增益调整值计算模块242被配置为计算第一增益和第二增益之差，得到增益调整值。

信号强度变化值和增益调整值之差计算模块243用于计算信号强度变化值与增益调整值之差的绝对值。

门限比较模块244被配置为比较信号强度变化值和增益调整值之差的绝对值是否超过预设门限，如果未超过门限，则确认第一数字信号不存在饱和失真；否则，如果超过门限，则确认第一数字信号存在饱和失真。

第二CCA单元250被配置为响应于第一数字信号存在饱和失真，基于第二数字信号进行第二空闲信道评估，并以第二空闲信道评估结果作为信道忙闲状态判定结果。

本公开还提供了一种电子设备，其包括接收机、存储器和处理器，该电子设备可用于实现前述信道忙闲状态评估方法100。其中，接收机被配置为在所述处理器的控制下接收空口信号，并得到数字信号；存储器用于存储可被处理器执行的指令，当该指令被处理器执行时，可以执行信道忙闲状态评估方法100的各步骤的操作。

本技术领域的一般技术人员可以通过阅读说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措辞“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。