用于檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的窄帶干擾的方法
【專利摘要】一種方法通過(guò)首先對(duì)樣本的各個(gè)塊進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生經(jīng)閾值處理的樣本來(lái)檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的窄帶干擾。樣本是從信道中的無(wú)線信號(hào)的頻譜獲得的經(jīng)歸一化的頻率振幅。對(duì)經(jīng)閾值處理的樣本的各個(gè)塊求和以產(chǎn)生各個(gè)塊的經(jīng)閾值處理的值。然后，對(duì)經(jīng)閾值處理的值進(jìn)行自相關(guān)以確定無(wú)線信號(hào)的帶寬是否與窄帶干擾一致。
【專利說(shuō)明】
用于檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的窄帶干擾的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體涉及檢測(cè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的干擾，更具體地涉及檢測(cè)窄帶干擾。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中，需要檢測(cè)無(wú)線發(fā)射機(jī)的頻譜占用和空間方向。這是尤其 重要的，因?yàn)閃LAN通常使用未管制的頻帶(例如2.4G Hz)，在該頻帶中許多裝置可以同時(shí)工 作。
[0003] 例如，許多裝置(諸如無(wú)繩電話、汽車報(bào)警器、嬰兒監(jiān)測(cè)器、視頻發(fā)送器、無(wú)線揚(yáng)聲 器、照相機(jī)、游戲控制器(Xbox和Wii)和Zigbee、無(wú)線保真(WiFi)和藍(lán)牙裝置)使用2.4GHz頻 率，總稱為AGN的根據(jù)Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)802.1 la、802.1 Ig和802.1 In設(shè)計(jì)的裝置以與此相同的頻率 工作。這會(huì)顯著降低速度，或有時(shí)完全遮斷存在干擾的Wi-Fi信號(hào)。
[0004] 公知的是，微波爐(麗0)在該頻帶中發(fā)出射頻，其干擾正常工作。WLAN裝置(接入點(diǎn) 或客戶終端)主要借助多址接入控制(MAC)協(xié)議的操作，具有檢測(cè)和避免來(lái)自其他WLAN裝置 的干擾的能力。然而，在非WLAN裝置(諸如MW0)的情況下，沒(méi)有協(xié)調(diào)未管制無(wú)線頻譜使用的 方法。由此，來(lái)自非WLAN裝置(諸如MffO)的干擾使性能劣化。
[0005] 在沒(méi)有在跨越系統(tǒng)(WLAN和非WLAN)協(xié)調(diào)頻譜使用的能力的情況下，一些方法使 WLAN系統(tǒng)適應(yīng)干擾的存在。例如，響應(yīng)于當(dāng)前工作信道上的干擾信號(hào)的檢測(cè)，改變WLAN的操 作信道，或相應(yīng)地變更數(shù)據(jù)速率或編碼方案。無(wú)論如何，WLAN裝置都需要能夠檢測(cè)干擾信號(hào) 的存在并對(duì)應(yīng)地做出響應(yīng)。
[0006] 優(yōu)選的是使用現(xiàn)有的商用WLAN硬件來(lái)執(zhí)行干擾的檢測(cè)，以最小化成本。幸運(yùn)地，一 些WLAN硬件確實(shí)提供對(duì)可用于干擾檢測(cè)的一些信號(hào)物理層數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。
[0007] 例如，Qualcomm Atheros 9280 AGN WLAN芯片組提供對(duì)所接收的信號(hào)的原始快速 傅里葉變換(FFT)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。具體地，芯片可以提供通常用于數(shù)據(jù)解調(diào)的各FFT盒(bin)中 的所接收信號(hào)的振幅。由此，裝置提供所接收信號(hào)的頻率譜的粗略估計(jì)。
[0008] 稱為Airshark的一種系統(tǒng)使用Atheros WLAN硬件來(lái)進(jìn)行各種非WiFi裝置的被動(dòng) 檢測(cè)（Rayanchu等人，"Airshark: detecting non-WiFi RF devices using commodity WiFi hardware^Proceedings of the 2011 ACM SIGC0MM conference on Internet measurement conference.ACM，2011)D然而，該系統(tǒng)為了檢測(cè)目的要求由硬件對(duì)信道近于 連續(xù)掃描。因此，該系統(tǒng)無(wú)法作為發(fā)送用戶數(shù)據(jù)的常規(guī)正常WLAN裝置使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種用于在諸如WiFi和WLAN的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)窄帶 干擾的方法。具體地，期望使用市售的WiFi和WLAN裝置的功能，以使得能夠檢測(cè)微波爐干 擾。
[0010] 檢測(cè)處理不頻繁掃描無(wú)線信道，使得不影響正常用戶通信。對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理，使得在掃描的同時(shí)僅單個(gè)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中來(lái)代表存在于信道中的信號(hào)的帶寬。由此， 干擾檢測(cè)處理使用最小量的存儲(chǔ)器來(lái)用于存儲(chǔ)表征干擾信號(hào)的數(shù)據(jù)，諸如FFT振幅數(shù)據(jù)。 [0011]值的進(jìn)一步處理可以產(chǎn)生干擾信號(hào)的占空比的估計(jì)，以在估計(jì)出的占空比落入期 望范圍內(nèi)時(shí)，將信號(hào)分類為源于窄帶干涉體(諸如微波爐)或具有已知0N/0FF周期性的類似 干涉體。
[0012] 作為優(yōu)點(diǎn)，該方法使用容易從具有提供粗略信號(hào)頻譜測(cè)量結(jié)果的能力的商用無(wú)線 硬件獲得的數(shù)據(jù)。粗略的意思是頻譜測(cè)量的保真性在測(cè)量頻譜的頻率數(shù)量和測(cè)量不頻繁進(jìn) 行這兩方面受到限制。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是作為時(shí)間和頻率的函數(shù)的微波爐干擾信號(hào)的曲線圖；
[0014] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的從信號(hào)樣本提取數(shù)據(jù)的示意圖；
[0015] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于檢測(cè)干擾的方法；以及
[0016] 圖4是由本發(fā)明的實(shí)施方式使用的求和運(yùn)算的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017 ]本發(fā)明的實(shí)施方式提供用于檢測(cè)WLAN中的未管制裝置(例如，麗0)所發(fā)出的窄帶 干擾的方法。
[0018] 信道頻譜圖
[0019] 圖1是通過(guò)掃描信道獲得的無(wú)線信道中的射頻(RF)信號(hào)的頻譜圖。該頻譜圖示出 了隨時(shí)間（以毫秒為單位)獲取的信道的頻率譜的振幅。該頻譜圖示出了由MWO產(chǎn)生的信號(hào) 101和一些較弱的WiFi信號(hào)102 JWO信號(hào)101遍及多個(gè)頻率并且干擾以至擾亂WLAN裝置的正 常工作。
[0020] 干擾可以依賴于諸如裝置特性、環(huán)境（例如建筑物內(nèi)的位置)等的多種因素而變 化。然而，本發(fā)明可靠地檢測(cè)干擾的帶寬和周期性，以識(shí)別來(lái)源。
[0021] 圖1示出了帶寬比較窄并且僅占用幾百千赫茲。該圖還示出了當(dāng)MWO連接到交流電 (AC)時(shí)，發(fā)出不連續(xù)，具有大約8ms的活動(dòng)時(shí)段和非活動(dòng)時(shí)段。AC僅在AC電力周期的正半部 分或負(fù)半部分期間產(chǎn)生微波。例如，如果AC電力網(wǎng)的頻率是標(biāo)稱60Hz，則0N/0FF周期是1 / 60HzSl6.6ms。
[0022 ]使用關(guān)于MWO干擾的窄帶本質(zhì)和周期性的觀察，本發(fā)明僅使用商用WLAN裝置的有 限頻譜報(bào)告能力可以檢測(cè)干擾。
[0023]我們假定WLAN裝置提供頻譜樣本，即，關(guān)于基于802.110FDM的系統(tǒng)的各個(gè)子載波 中接收的信號(hào)功率的信息。例如，廣泛使用的Qualcomm Atheros AR9280 AGN無(wú)線網(wǎng)卡可以 提供關(guān)于56個(gè)OFDM子載波的信息。在各個(gè)20MHz信道中，子載波間隔312.5KHz，并且承載數(shù) 據(jù)的信號(hào)在這些子載波中的56個(gè)子載波上發(fā)送。另外8個(gè)子載波不被使用并且充當(dāng)保護(hù)頻 帶。由無(wú)線網(wǎng)卡產(chǎn)生的各個(gè)頻譜樣本(FFT)包括56個(gè)子載波(FFT盒）中接收的功率，56個(gè)子 載波對(duì)應(yīng)于頻譜的17.5MHz (56*0.3125MHz)部分。
[0024] 信號(hào)處理
[0025] 如圖2所示，本發(fā)明的方法檢測(cè)具有預(yù)定周期性的窄帶干擾。圖2示出了為進(jìn)一步 處理而采樣的所接收信號(hào)201。該信號(hào)201描繪了復(fù)基帶信號(hào)的實(shí)部或虛部（同相分量或正 交分量(I，Q信號(hào)））的樣本。本發(fā)明假定對(duì)于所接收信號(hào)的每M個(gè)樣本，選擇六十四個(gè)樣本的 塊Xj,n 202(j = l，2,…，64)202,用于進(jìn)一步的處理。換言之，M指示提取樣本的塊的頻率或 等同地是連續(xù)干擾掃描之間的時(shí)間段。如可以看到的，信號(hào)被相對(duì)不頻繁地采樣，并且因 此，不過(guò)度影響裝置的正常工作。即，WLAN裝置可以正常地用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并且僅不 頻繁地，可以用于關(guān)于干擾掃描信道。
[0026]檢測(cè)方法
[0027]圖3示出了本發(fā)明的干擾檢測(cè)方法的若干步驟，其使用求和函數(shù)f(.)來(lái)檢測(cè)峰值。 本方法可以在處理器350中執(zhí)行。塊X^n 202從所接收的信號(hào)201提取301。這種塊通常如上 所述從商用WLAN裝置351可獲得。
[0028] FFT 302應(yīng)用于該塊，并且FFT樣本的振幅被歸一化303,使得振幅之和為1。
[0029]第η矢量(塊）的第j元素是Xj,n。本發(fā)明通過(guò)針對(duì)j = l，...，64經(jīng)歸一化的FFT值Xj,n 與閾值Xthreshc1It^O 1進(jìn)行比較304，以產(chǎn)生經(jīng)閾值化的值y (η )，來(lái)產(chǎn)生針對(duì)第η塊的單個(gè)值。
[0030] 加圖4所沄.通教f D加下忒熄女干閾佶的振幅求和
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]閾值401可以根據(jù)WLAN裝置的噪聲基底來(lái)設(shè)置，該噪聲基底也容易可獲得，且還根 據(jù)干擾信號(hào)的帶寬來(lái)設(shè)置。例如，對(duì)于非常窄的頻帶信號(hào)，閾值可以被設(shè)置為比較大的值。 [0035]經(jīng)閾值化的值y(n)指示信號(hào)的帶寬。如果帶寬比較寬，則值在歸一化之后變小，使 得值中的僅小部分大于該閾值。
[0036]然而，如果帶寬窄，則峰值在歸一化之后比閾值大得多，這導(dǎo)致大的經(jīng)閾值處理的 y (η)值。換言之，F(xiàn)FT塊Xj,"被壓縮為單個(gè)經(jīng)閾值處理的值y (η)。值存儲(chǔ)在緩沖器306中。緩沖 器用于確定307值的序列的自相關(guān)r(m)=E[y(n)y(n+m)]，其中，E[.]是期望值。
[0037]本發(fā)明對(duì)r(n)的最大值，即，峰值，進(jìn)行定位308。雖然在r(0)處r(n)具有最大值， 但本發(fā)明定位在存在干擾時(shí)期望其中存在附加峰值的函數(shù)r(n)的特定區(qū)間。該區(qū)間依賴于 M值，該M值針對(duì)周期性掃描和頻率譜、AC功率的頻率和WLAN接收器的帶寬的報(bào)告而選擇。具 體地，本發(fā)明在以下位置期望r(n)的峰值
[0038]
[0039] 其中，BW是WLAN接收器帶寬，并且ACf是AC電頻率。通常，對(duì)于WLAN信道，BW是 20MHz。對(duì)于在北美工作的MW0，ACf是60Hz。假定M=640并且使用上述BW和ACf的典型值，我們 計(jì)算T n=542.53(樣本）。
[0040]由此，本發(fā)明期望r(n)的峰值出現(xiàn)在樣本542或543處。在針對(duì)η>Τη確定了r(n)之 后，本發(fā)明僅需要對(duì)Tn附近的區(qū)域中峰值的位置進(jìn)行確認(rèn)。如果存在峰值(309中是），則峰 值與例如來(lái)自MffO的窄帶干擾一致，否則則不一致。
[0041]可以使用其他處理310來(lái)確定干擾的周期性，例如，對(duì)于用AC工作的微波爐為I/ 60Hz或16.6ms，并且對(duì)其他類型的干擾信號(hào)311進(jìn)行分類。
[0042] 如上所述的方法可以用于檢測(cè)MWO干擾的存在，并且僅依賴于容易從商用WLAN硬 件獲得的頻譜數(shù)據(jù)，并需要最小的存儲(chǔ)量，即，針對(duì)每個(gè)頻譜掃描的僅單個(gè)值，和簡(jiǎn)單處理。 還注意到雖然已經(jīng)從MWO干擾的角度描述了本發(fā)明，但方法還可以用于檢測(cè)具有窄帶并且 展示出0N/0FF周期性的任何形式的干擾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的窄帶干擾的方法，該方法包括W下步驟： 對(duì)樣本的各個(gè)塊進(jìn)行闊值處理W產(chǎn)生經(jīng)闊值處理的樣本，其中，所述樣本是從信道中 的無(wú)線信號(hào)的頻譜獲得的經(jīng)歸一化的頻率振幅； 對(duì)所述經(jīng)闊值處理的樣本的各個(gè)塊求和，W產(chǎn)生各個(gè)塊的經(jīng)闊值處理的值；W及 對(duì)所述經(jīng)闊值處理的值進(jìn)行自相關(guān)，W確定所述無(wú)線信號(hào)的帶寬是否與窄帶干擾一 致，其中，上述步驟在處理器中執(zhí)行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述頻譜是未管制的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述干擾由微波爐發(fā)出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括： 確定干擾的周期性，W表征造成所述干擾的裝置的類型。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述歸一化之前對(duì)所述樣本施加快速傅里葉變 換。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的求和根據(jù)下式產(chǎn)生所述經(jīng)闊值處理的值其中，j是塊n中的樣本自 并且運(yùn)算符(X) +由W下式子 定義7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述處理器包含在無(wú)線裝置中，并且所述闊值是 根據(jù)裝置的噪聲基底來(lái)設(shè)置的。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括： 在緩存器中存儲(chǔ)所述經(jīng)闊值處理的值來(lái)進(jìn)行所述自相關(guān)。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述自相關(guān)是根據(jù)下式獲得的 r(m)=E[y(n)y(n+m)] 其中，E [.]是期望值，并且m表示對(duì)所述自相關(guān)進(jìn)行評(píng)估的延遲。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，周期性地取得所述塊。
【文檔編號(hào)】H04B1/71GK105917588SQ201480073077
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年12月18日
【發(fā)明人】菲利普·奧爾利克, 翁志遠(yuǎn), 金耕進(jìn)
【申請(qǐng)人】三菱電機(jī)株式會(huì)社