提高WLAN前导码检测效率
前言
检测前导码可能是目前 802.11b/g WLAN 设计中耗电最多的任务。幸运的是,可以采用一种简单的检测方案,让设计人员在不同的功耗限制下进行前导码的检测。
802.11 WLAN 功能已成为大量消费类电子产品采用的主要技术,设计人员必须解决不同的功耗问题。由于 WLAN 设备只在约 3% 的时间中传输数据,因此 WLAN 设备在‘等待’WLAN 通信流量状态下的功耗就成为一种关键性参数。有鉴于此,设计人员在构建具备 802.11b/g 功能的架构时就必须特别注意前导码检测技术。
本文将讨论上述挑战,并谈谈设计 WLAN 前导码检测方法时遇到的各种问题与折中权衡。还将提供一种前导码检测方法,其可在不同的功耗限制条件下用于检测 WLAN 数据包,此外,针对系统设计人员如何根据 WLAN 设备的操作环境做出选择这一问题给出一些指导性意见。
前导码格式
在符合 802.11g 标准的 WLAN 设备中,基本有两种前导码：一个用于直接序列扩频 (DSSS) 模式,它由 802.11b 继承而来;另一个则用于正交频分复用 (OFDM)模式,它由 802.11a 继承而来。
DSSS 前导码是以11MHz的芯片速率传输的一系列 Barker-11序列。每个序列由伪随机序列输出进行调制(即按定义传输或根据输出逆向)。这是一个以时域为导向的描述。前导码的基本周期为1ms,如图1所示。
在频域中对 OFDM 前导码进行了描述。它由一系列音调 (tone) 组成,其频率为 1.25MHz 的倍数,且调整后的相位可生成带有小峰值与平均功率比的波形。这就在时域中形成一种每 0.8ms重复一次的模式。OFDM 前导码的基本周期时域如图 2所示。
WLAN 设备传输与跟随数据模式相关联的前导码。传统的 802.11b 数据模式(1、2、5.5 以及 11Mbit/s)以及可选的 802.11g 22Mbit/s 模式前面都有 DSSS 前导码。基于 802.11a 的数据模式(6、9、12、18、24、36、48和54Mbit/s)前面都有 OFDM 前导码。为了获得可用的最高吞吐量,接收设备必须在其开始抵达的4ms时间内检测上述前导码。检测到前导码后,检测确认信息必须传递给媒体接入控制器(MAC),以确保所有计划中的传输都被延迟,直到媒体空闲时才进行。媒体的状态由信道空闲评估 (CCA) 指针信号传递。这样,802.11 协议就能使传输过程中的冲突降低到最小限度。
前导码的使用
前导码最明显的用途就是显示 WLAN 数据包正在被发送。事实上,检测前导码是接收数据包的一个前提。如果未接到某个数据包,那么网络性能会受影响。有鉴于此,只要前导码存在,算法设计人员就要声明检测到数据包。
但是,如果虚假声明检测到数据包,也会影响网络性能,因为这会导致任何未决的传输发生不必要的延迟。虚假声明数据包检测还会造成另一结果,就是可能进行额外的信号处理,从而消耗更多功率。在处理过程中它还会造成丢失真正数据包的风险。
了解到这一点,算法设计人员就必须认真进行选择。设计人员即便在最坏的条件下也必须检测数据包,以增大设备的操作覆盖范围,此外,只要确定存在数据包,就必须声明检测到数据包,从而最大程度地降低功耗。
除了采用前导码检测数据包之外,还必须决定正在接收的是哪一类型的传输,从而选择适当的处理。WLAN 设备还需要依靠前导码校准(train)其某些接收机功能。就 OFDM 前导码的情况而言,WLAN 设备必须校准其自动增益控制 (AGC),如果启用多样性则还应选择适当的天线,此外还要大致估计传输与接收设备间的频率失调。OFDM校准序列在这部分可能还要进行
