一种快速响应的功率检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种快速响应的功率检测方法，该方法的步骤如下：输入信号经过下变频，A/D转换后进行数字功率检测。数字功率检测使用下述的一阶差分方程：y(n)=a*x(n)+(1-a)*y(n-1)，输入信号x(n)与参数a相乘，再加上输出信号y(n)延时一个采样点y(n-1)与1-a的乘积，所得结果即为功率检测输出，其中a为可调参数，a的值越小，计算结果越精确，收敛速度越慢。本发明有益的效果是：使用本发明，可以实时的输出当前信号的平均功率，仅需要两次乘法运算和一次加法运算，计算量少，成本低。
【专利说明】一种快速响应的功率检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字信号的功率检测领域，是一种快速响应的功率检测方法。
【背景技术】
[0002]移动通信设备如直放站、RRU, DAS (Distribute Antenna System)等系统中有很多功能都需要检测输入和输出功率，如ALC (Auto Level Control，自动电平控制)、发射功率检测、驻波比检测等。现有的功率检测方法主要有模拟检波和数字信号功率检测两种方法。
[0003]采用模拟检波电路实现功率检测存在以下问题:需要耦合器、检波器、A/D转换器、CPU等硬件单元，电路结构复杂，成本高；检测精度不高；需要CPU配合，响应比较慢等。
[0004]专利【CN101184312A】提出了一种数字信号功率检测的方法。该方法通过对信号进行A/D转换，数字滤波后通过求平均得出数字功率(dBFs)，然后根据电路参数对应到模拟信号功率dBm。但该方法通过对多个采样点的信号功率取平均值，所得结果精度取决于所计算的采样点数，点数越多，所得结果越精确，但运算量更大，计算时间更长。
【发明内容】
[0005]本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种快速响应的功率检测方法，并且大大减小了所需的计算量。
[0006]本发明解决其技术问题采用的技术方案:这种快速响应的功率检测方法，该方法的步骤如下:输入信号经过下变频，A/D转换后进行数字功率检测。数字功率检测使用下述的一阶差分方程:
[0007]y (n) =a*x (n) + (1-a) *y (n-1)
[0008]输入信号X (n)与参数a相乘,再加上输出信号y (n)延时一个米样点y (η_1)与Ι-a的乘积，所得结果即为功率检测输出，其中a为可调参数，a的值越小，计算结果越精确，收敛速度越慢。
[0009]所述的功率检测方法的硬件实现，使用IIR滤波器的形式；为了提高收敛速率，对其进行改进。具体实现方式为增加一个硬件开关，在计算的前Ι/a个采样点，开关断开，输出为:
[0010]y (n) =a*x (n) +y (n-1)
[0011]1/a个采样点过后，开关闭合，输出为权利要求书I所述的方程式:
[0012]y (n)=a*x(n) + (1-a)*y (n-1)
[0013]为了进一步提高收敛速率，在开关断开的时候，使用比较大的a值；开关闭合后，使用比较小的a值，以提高计算精度。
[0014]本发明的原理如下:对多个采样点的信号功率取平均值，可以将其等效为一个FIR (Finite Impulse Response)滤波器,其抽头数为计算的信号点数N,每个抽头的权值为1/N。该滤波器的幅频响应为一个低通滤波器，N越大，滤波器的带宽越窄，所得的结果越精确。
[0015]根据上文所述，数字功率检测可以等效为一个带宽很窄的低通滤波器。因为IIR(Infinite Impulse Response)滤波器比FIR有更高的效率,更少的计算量,所以考虑采用递归的IIR滤波器来实现等效的功率检测功能。
[0016]等式I所述的一阶差分方程即可实现简单的低通滤波功能:
[0017]y (n) =a*x (η) + (l~a) *y (n-1).....................(I)
[0018]其中a为一可调参数(小于I )，下文所述的数学分析表明，a越小，滤波器的带宽越窄，计算的结果越精确，但收敛越慢。为了解决收敛速度慢的问题，本发明对等式I进行了改进，通过增加一个开关，大大提高了收敛速率，同时保证了计算精度。
[0019]本发明有益的效果是:使用本发明，可以实时的输出当前信号的平均功率，仅需要两次乘法运算和一次加法运算,计算量少,成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是取N点平均等效的FIR滤波器结构；
[0021]图2是等效FIR滤波器的幅度-频率响应；
[0022]图3是等式I所对应的硬件实现；
[0023]图4是等式I所对应IIR滤波器的幅度-频率响应；
[0024]图5是等式I的单位阶跃响应；
[0025]图6是对等式I的改进的实现方式。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0027]为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
[0028]图1是取N点平均等效的FIR滤波器结构。取N点平均运算可以等效为N抽头的FIR滤波器，每抽头的权值为1/N。
[0029]图2是图1所述FIR滤波器N=50，100和200时的幅度-频率响应，横轴表示归一化角频率，纵轴表示幅度。随着N的增大，滤波器的带宽逐渐减小，带外抑制逐渐变大。因此，取平均操作等效为低通滤波，计算的点数N越大，所得的结果越精确。
[0030]图3是等式I所对应的硬件实现。输入信号X (η)与参数a相乘，再加上输出信号y(n)延时一个采样点y(n-l)与l_a的乘积，所得结果即为滤波输出。从该图可以看出，本发明只需要2次乘法和I次加法即可完成，相比上文所述的FIR结构，大大减小了运算量。
[0031]下面对本发明原理进行数学分析。对等式I两边进行Z变换，得
[0032]Y (z) =a*X (z) +T2 (1-a) *Y (ζ).....................(2)
[0033]可得该滤波器的传输函数为
[0034]
Hf \ Y('/-)a*ζ
iz) = J^j =。
[0035]令ζ= θ.'代入等式3可得该滤波器的频率响应为[0037]图4是根据等式4得出的IIR滤波器的幅度-频率响应，分别为a=0.01, 0.02和
0.05时的响应。可以看出，本发明的滤波器响应与上文所述的取平均FIR滤波器基本相同，并且随着参数a的减小，滤波器带宽变窄，所得的计算结果越精确。
[0038]但是，如果参数a选择得太小，虽然可以得到很精确的结果，但收敛时间太慢，在某些需要快速响应(如ALC)的应用场景下，可能不符合要求。
[0039]图5是该IIR滤波器的单位阶跃响应，分别为a=0.01, 0.02和0.05时的响应。可以看出，a越小,收敛时间越慢。
[0040]为了克服上述问题，本发明对图3所述的硬件电路进行了改进，如图6所示。
[0041]在运算开始的前Ι/a个采样点时，开关断开，此时的输出
[0042]y (n) =a*x (n) +y (n-1).....................(5)
[0043]此时的计算结果相当于输出了 Ι/a个采样点的平均值，收敛速度大大提高。此后将开关关闭，变为等式I的标准形式。
[0044]为了进一步提高收敛速度，在开关断开时，可以采用较大的a值，如0.1，经过10个采样点的计算，输出y (η)为前10个点的平均值，此后开关闭合，采用较小的a值，以保证计
算精度。
[0045]按照上文所述的改进后，本发明即保证了计算的精度，又可以提供快速的响应。
[0046]综上所述，使用本发明提供的功率检测方法，相比传统的取平均方法，响应更加迅速，同时运算量大大减小，节省了实现的成本，提高了性能。
[0047]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种快速响应的功率检测方法，其特征在于:该方法的步骤如下:输入信号经过下变频，A/D转换后进行数字功率检测，数字功率检测使用下述的一阶差分方程:
y(n) =a*x(η) + (l_a)*y (n_l) 输入信号X (n)与参数a相乘,再加上输出信号y (n)延时一个米样点y (η_1)与l_a的乘积，所得结果即为功率检测输出，其中a为可调参数，a的值越小，计算结果越精确，收敛速度越慢。
2.根据权利要求1所述的快速响应的功率检测方法，其特征在于:所述的功率检测方法的硬件实现，使用IIR滤波器的形式；增加一个硬件开关，在计算的前Ι/a个采样点，开关断开，输出为:
y (n)+a*x(n)+y (n-1)； 1/a个采样点过后,开关闭合,输出方程式为:y (n)=a*x(n) + (l_a)*y (n-Ι)。
3.根据权利要求2所述的快速响应的功率检测方法，其特征在于:在开关断开的时候，使用比较大的a值；开关闭合后 ，使用比较小的a值。
【文档编号】H04W52/04GK103475430SQ201310318278
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】陈青松, 李鑫, 徐锡强 申请人:三维通信股份有限公司