1. 前言

引用参考链接 1

对于射频通信而言，非常重要的一个问题即是通信频道是否可用。这里所谓的可用是指信道是否拥挤，在规定的频谱带上是否有其他的信号正在传输，且能否和本设备要发送和接收的信号区分开来。由于射频通信的介质是空气，这点不同于现有的互联网通信，通过的是电缆等物理设备。但是要做一个稳定、可靠的通信，就必须做一个传输介质（信道）的判忙处理。

CC1101提供的信道检测机制之一就是信道空闲评估，CCA。用于检测编程指定的信道是否处于可用的状态。

CCA主要用于CC1101在信号发射之前进行的信道空闲评估，评估的内容包括：

1、信道的信号强度是否高于某一个阀值（如果信号强度低于这个阈值则认为信道是空闲的）；

2、是否有和本设备设置的同样频率特征的数据正在被接收；

这两部分内容既可以都作为信号空闲评估的判断内容，也可分开各自使用，取决于我们对CCA工作模式的设置

2. Code

a. CCA

在 Veins 中 CCA Threshold 设置大小为 -65 dBm。这部分实现并没有想的那么简单，下面一点点来看

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bool Decider80211p::cca(simtime_t_cref time, AirFrame* exclude)
{

    AirFrameVector airFrames;

    // collect all AirFrames that intersect with [start, end]
    getChannelInfo(time, time, airFrames);

    // In the reference implementation only centerFrequenvy - 5e6 (half bandwidth) is checked!
    // Although this is wrong, the same is done here to reproduce original results
    double minPower = phy->getNoiseFloorValue();
    bool isChannelIdle = minPower < ccaThreshold;
    if (airFrames.size() > 0) {
        size_t usedFreqIndex = airFrames.front()->getSignal().getSpectrum().indexOf(centerFrequency - 5e6);
        isChannelIdle = SignalUtils::isChannelPowerBelowThreshold(time, airFrames, usedFreqIndex, ccaThreshold - minPower, exclude);
    }

    return isChannelIdle;
}

首先，这个函数承接了一个判断，即 CCA 返回一个 bool 值告诉我们当前信道是否 idle，这个判断会触发后面 phy 向 Mac 发送 control msg 以便 mac layer 来获取信道状态。

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void Decider80211p::setChannelIdleStatus(bool isIdle)
{
    isChannelIdle = isIdle;
    if (isIdle)
        phy->sendControlMsgToMac(new cMessage("ChannelStatus", Mac80211pToPhy11pInterface::CHANNEL_IDLE));
    else
        phy->sendControlMsgToMac(new cMessage("ChannelStatus", Mac80211pToPhy11pInterface::CHANNEL_BUSY));
}

接着说 CCA 的实现，Line 7 读取了目前所有信道中所有 Start-End 之间经过此时刻的 frames，Veins 中还定义了一个专门的类用来处理 Channel 中的 Interaction。

之后在 11 和 12 行简单判断了下 noise 的强度是否会使得信道空闲误判，config 文件中指定为 0 。noise floor 中文解释是噪声基底，也称为 Display Average Noise Level(DANL)，代表接收信噪比为 0dB 时，接收机能够感知的最小信号强度。它是频谱灵敏度的表现，Nose Floor 越低表示频谱越能够辨识微弱的讯号。在这里 noiseFloorValue 为 0 表示基本所有的信号我们默认都可以辨识到。

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double noiseFloorValue = 0; ///< Catch-all for all factors negatively impacting SINR (e.g., thermal noise, noise figure, ...)

然后在 13~15 行开始正式判断当前信道实际信号强度是否低于阈值，注意这里 airFrames 变量是 list 类型，而 C++ 中 list 的 front() 函数的作用是返回其第一个元素的引用。于是第 14 行的作用只是获取第一个 frame 中 signal 的 half bandwidth 频率的 index。至于这里为什么是这样？看注释也没有理解，先默认这样的实现是合理的吧😂。

b. isChannelPowerBelowThreshold

当进入 isChannelPowerBelowThreshold 之后便需要统计信道中的 signal 来判断是否低于给定阈值。分成几个部分吧

  1. 统计所有有交互的报文
  2. 判断报文之和是否小于阈值；
  3. 提取出所有的信道模型后分别过滤下所有的 signal 然后重新看 powerLevelSum 是否小于阈值

显然如果第 2 步小于阈值的话那么第 3 步经过信道 filter 之后也肯定小于阈值。这里不理解的是为什么在每个 analogueModel 中如果满足条件就直接返回呢？而不是进行完所以的之后再返回呢。

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bool VEINS_API isChannelPowerBelowThreshold(simtime_t now, AirFrameVector& interfererFrames, size_t freqIndex, double threshold, AirFrame* exclude)
{
    if (interfererFrames.empty()) {
        // No interferers, so the channel interference is below any threshold
        return true;
    }

    // extract valid signals on the channel at the time of interest
    // TODO: possibly move this filtering outside of this function
    std::vector<Signal*> interferers;
    for (auto& interfererFrame : interfererFrames) {
        Signal* interferer = &interfererFrame->getSignal();
        if (interferer->getReceptionStart() <= now && interferer->getReceptionEnd() > now && interfererFrame != exclude) {
            interferers.push_back(interferer);
        }
    }

    // check once before applying analogModels
    if (powerLevelSumAtFrequencyIndex(interferers, freqIndex) < threshold) {
        return true;
    }

    // start applying analogue models
    auto analogueModelCount = interfererFrames.front()->getSignal().getAnalogueModelList()->size();
    for (auto signalPtr : interferers) {
        ASSERT(analogueModelCount == signalPtr->getAnalogueModelList()->size());
    }
    for (size_t analogueModelIndex = 0; analogueModelIndex < analogueModelCount; ++analogueModelIndex) {
        for (auto signalPtr : interferers) {
            signalPtr->applyAnalogueModel(analogueModelIndex);
        }
        if (powerLevelSumAtFrequencyIndex(interferers, freqIndex) < threshold) {
            return true;
        }
    }

    // After all attenuation is performed, there interference is still higher than the threshold
    ASSERT(powerLevelSumAtFrequencyIndex(interferers, freqIndex) >= threshold);
    return false;
}

Reference

  1. (109条消息) CC1101之信道空闲评估(CCA:Clear Channel Assessment)_YaHa201286的博客-CSDN博客