一种接收信号强度指示的检测方法

文档序号:7645619
专利名称:一种接收信号强度指示的检测方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域,尤其涉及一种在频域上接收信号强度指示的检测方法。
背景技术
为保证通信质量和越区切换,实现动态频率选择或系统功率控制功能,无线通信接收机一般要求移动终端报告接收信号强度指示(Received SignalStrength Indication,RSSI),以便系统作出正确的选择和决定。因此移动终端所报告的RSSI是否准确,直接关系到整个通信系统的性能。
RSSI在时域和频域上都可以用功率谱或平均功率表示。现有的接收信号强度指示的检测方法原理图,如图1所示,输入信号IF与本振(由锁相环PLL构成)混频,产生相位差为π/2的正交I、Q信号,由低通滤波器LPF滤除多余频段,取I、Q信号的平方值之和后,利用公式Σk=1N[I2(k)+Q2(k)]N]]>对I、Q信号的平方值之和取平均值,可得该低通滤波器LPF所在频段范围的时域上的平均功率,所述平均功率可表示RSSI。在RSSI的检测过程中,输入信号一般为中频信号。
现有的检测方法的不足之处在于由于低通滤波器的频带范围有限,如需对若干不同频段进行信号强度指示的检测,则需要对本振进行频繁的异频点切换,而每一次切换都需要重新进行调谐;另外,在混频后,还必须使用低通滤波器LPF对I、Q信号进行低通滤波,滤除低通频带范围以外的信号,这都将极大地增加系统的功耗和成本。

发明内容
有鉴于此,本发明提供一种在频域上接收信号强度指示的检测方法。这种方法只需要调整功率谱观察范围,不需对本振频繁切换和设计低通滤波器,即能同时检测多个信道的信号强度指示,从而极大地减少了系统的功耗和成本。
本发明是通过以下技术方案实现的,包括如下步骤A、将输入信号与本振混频;B、通过窗口选择器截取一段混频后的基带数据;C、将截取的数据做自协方差运算,构造自协方差矩阵;D、对自协方差运算结果进行功率谱估计。
进一步地,所述输入信号是中频信号。
进一步地,所述窗口选择器是N个寄存器,其中,N是自然数。
进一步地,所述自协方差矩阵是r(0)r(1)r(2)......r(p)r*(1)r(0)r(1)......r(p-1)......r*(p)r*(p-1)r*(p-2)......r(0),]]>其中,P是自回归模型的阶数。
进一步地,所述步骤D具体包括
D1、计算模型函数中的参数,构建模型函数;D2、对模型函数在频域观察区间上进行积分运算。
D3、对积分运算结果除以频域观察区间,求得该观察区间上的平均功率。
较佳地,所述模型函数是自回归模型函数。
进一步地,所述自回归模型的阶数是n,其中,n是自然数。
较佳地,所述自回归模型的阶数是8。
进一步地,所述频域观察区间是0到2π的任一区间。
现有的RSSI检测方法和本发明的RSSI检测方法所测得的平均功率值近似。以输入函数H(ejw)=b(1)+b(2)e-jw+···+b(n+1)e-jw(n)a(1)+a(2)e-jw+···+a(m+1)e-jw(m)]]>为例,使用上述两种方法得到的归一化平均功率值参见表1。表1为现有的RSSI检测方法和本发明的RSSI检测方法的结果比对表。

表1如表1所示,将0~2π区间分为10段,分别为0~π/5、π/5~2π/5、2π/5~3π/5、3π/5~4π/5、4π/5~π、π~6π/5、6π/5~7π/5、7π/5~8π/5、8π/5~9π/5和9π/5~2π。用现有的RSSI检测方法和本发明的检测方法分别对某一输入信号H(ejw)在10段区间内积分并除以积分区间。积分并除以积分区间后的值即为该区间的平均功率。
对比上述积分值可知,现有的RSSI检测方法和本发明的方法求得的归一化平均功率相近似。而本发明在频域上对RSSI进行检测,只需调整功率谱观察范围,也即积分区间,不需对本振频繁切换和设计低通滤波器,即能同时检测多个信道的信号强度指示,从而极大地减少了系统的功耗和成本。


图1是现有的RSSI检测方法的原理图;图2是本发明的RSSI检测方法的原理图;图3是真实功率谱与作20次4阶AR功率谱估计的均值的比较图;图4是真实功率谱与作20次8阶AR功率谱估计的均值的比较图;图5是本发明的具体实施原理图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
在频域上估计输入的随机信号的功率谱,需要运用维纳-辛钦定理。首先对该原理进行介绍假设有一随机信号x(n),所述信号的自协方差序列定义为R(k)=E{x(n)x*(n-k)}当k=0时,R(0)=E{|x(n)|2},此为信号x(n)在时域上的平均功率。
由维纳-辛钦定理可知
p(ω)=Σn=-∞+∞R(k)e-jωk,]]>p(ω)是功率谱密度;由上式可得R(k)=12π∫2πP(ω)ejωkdω]]>当k=0时,R(0)=12π∫2πP(ω)dω]]>(公式1)此为信号x(n)在频域上的平均功率。
通过以上的分析可知,对于随机信号,需要先求自协方差;将自协方差函数从时域变换到频域,得到功率谱密度;然后在所观察的频域区间对功率谱密度积分并除以区间宽度,即可得随机信号在该频域区间的平均功率。
图2是本发明方法的原理图,如图2所示输入信号IF和由锁相环构成的本振的输出信号经由混频器混频;窗口选择器截取一段混频后的基带数据后做自协方差运算;然后根据公式1,对运算结果进行功率谱估计。在RSSI的检测过程中,输入信号一般为中频信号,但本发明的方法不限于中频信号。
上述功率谱估计可通过多种模型完成,其中,自回归模型的估计效果最精确。自回归模型(AR,Auto-Regressive Model)是一种平稳随机过程的参数模型,通过对AR模型函数积分,计算可得输入信号的功率谱。用AR模型得到的信号功率谱分辨率高、处理简单、功率谱平滑。
AR模型函数是Pz(ejw)=σ2|1+Σk=1Pake-jwk|2]]>(公式2)公式2中,Pz(ejw)也即是功率谱密度,所需的参数为a1~ap和σ2,其中,P为AR模型的阶数,σ为噪声方差。
在作自协方差运算后,可以得到P+1阶自协方差矩阵R
R=r(0)r(1)r(2)......r(p)r*(1)r(0)r(1)......r(p-1)......r*(p)r*(p-1)r*(p-2)......r(0)]]>然后由Yule-Walker方程r(0)r(1)...r(p)r*r(0)...r(p-1).........r*(p)r*(p-1)...r(0)1a1...ap=σ20...0]]>可得a1~ap和σ2的值。将求得的a1~ap和σ2代入公式2,对Pz(ejw)的w在
中的任一区间上积分,并除以积分长度,即可得信号在该区间的平均功率。
AR模型的阶数是任意的,当然,阶数越大,功率谱估计越精确,但计算量也随之越复杂。以下将AR模型的阶数分别设为4阶和8阶,分别对4阶模型和8阶模型作20次功率谱估计,取平均值,再与真实的功率谱进行分析比较。图3是真实功率谱与作20次4阶AR功率谱估计的均值的比较图。图4是真实功率谱与作20次8阶AR功率谱估计的均值的比较图。其中,X轴是归一化频率,0.5对应π;Y轴是功率谱密度,可代表功率谱。由图3、图4可知,采用AR模型作功率谱估计,能够得到与真实功率谱比较符合的估计结果,8阶AR模型的功率谱估计比4阶模型的结果精确。大于8阶的AR模型的精确度更高,但由于计算的复杂度也随之增加,而8阶模型已能较精确地实现相应功能,故较佳地,采用8阶AR模型实现功率谱估计。
本发明的实施原理图如图5所示,需说明的是,输入信号和本振的输出信号混频在本发明中是必需的,但在图5中未图示,图5的具体实施过程是从窗口选择器开始的,具体如下所述步骤1、通过窗口选择器截取输入信号的N个数据;
在本实施例中,窗口选择器Z-1是寄存器,用于选择性地寄存X(n)的数据。在第一个时钟,寄存器1寄存X(1);在第二个时钟,寄存器2寄存X(1),寄存器1寄存X(2);在第三个时钟,寄存器3寄存X(1),寄存器2寄存X(2),寄存器1寄存X(3);以此类推,寄存的数据依次向后一寄存器移动,在第N个时钟,寄存器N寄存X(1),寄存器2寄存X(N-1),寄存器1寄存X(N)。由此,可以得到N个输入信号X(n)的数据。其中,上述N是任一自然数。在本实施例中,N取值为512。
步骤2、对接收的信号求自协方差,构造自协方差矩阵R=r(0)r(1)r(2)......r(p)r*(1)r(0)r(1)......r(p-1)......r*(p)r*(p-1)r*(p-2)......r(0);]]>在本实施例中,图5中的A框表示的是求自协方差的过程。在每一时钟,将寄存器1~N中的数据分别取共轭后,分别与X(1)~X(N)相乘,将上述乘积经加法器相加得到自协方差,再寄存于新的P个寄存器中。其中,P是AR模型的阶数。如为8阶AR模型,则P=8。当求得自协方差r(0)~r(p),则可以构造自协方差矩阵R=r(0)r(1)r(2)......r(p)r*(1)r(0)r(1)......r(p-1)......r*(p)r*(p-1)r*(p-2)......r(0).]]>步骤3、计算AR参数模型中的参数,构建8阶AR模型;在本实施例中,通过自协方差矩阵R求得a1~a8和σ2,从而构建Pz(ejw)=σ2|1+Σk=18ake-jwk|2]]>模型。
步骤4、对8阶AR模型在频域观察区间wn=[w1 w2]上积分并除以区间宽度,求得wn=[w1 w2]区间的平均功率;在本实施例中,wn=[w1 w2]是
中的任一区间。
由以上步骤,即可得到输入信号X(n)的功率谱估计,也即RSSI值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种在频域上接收信号强度指示的检测方法,包括以下步骤A、将输入信号与本振混频;B、通过窗口选择器截取一段混频后的基带数据;C、将截取的数据做自协方差运算,构造自协方差矩阵;D、对自协方差运算结果进行功率谱估计。
2.如权利要求1所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述输入信号是中频信号。
3.如权利要求1所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述窗口选择器是N个寄存器,其中,N是自然数。
4.如权利要求1所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述自协方差矩阵是r(0)r(1)r(2)......r(p)r*(1)r(0)r(1)......r(p-1)......r*(p)r*(p-1)r*(p-2)......r(0),]]>其中,P是自回归模型的阶数。
5.如权利要求1所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述步骤D具体包括D1、计算模型函数中的参数,构建模型函数;D2、对模型函数在频域观察区间上进行积分运算;D3、对积分运算结果除以频域观察区间,求得该观察区间上的平均功率。
6.如权利要求5所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述模型函数是自回归模型函数。
7.如权利要求6所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述自回归模型的阶数是n,其中,n是自然数。
8.如权利要求7所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述n是8。
9.如权利要求5所述的接收信号强度指示的检测方法,其特征在于,所述频域观察区间是0到2π的任一区间。
全文摘要
本发明公开了一种在频域上接收信号强度指示的检测方法,包括以下步骤A)将输入信号与本振混频;B)通过窗口选择器截取一段混频后的基带数据;C)将截取的数据做自协方差运算,构造自协方差矩阵;D)对自协方差运算结果进行功率谱估计。本发明只需要调整功率谱观察范围,不需对本振频繁切换和设计低通滤波器,即能同时检测多个信道的信号强度指示,从而极大地减少了系统的功耗和成本。
文档编号H04Q7/38GK101026600SQ200710036528
公开日2007年8月29日 申请日期2007年1月17日 优先权日2007年1月17日
发明者林森凌, 王立宁, 刘志 申请人:鼎芯通讯(上海)有限公司
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