CN101621810A - 接收信号强度指示探测器和校准接收信号强度指示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收信号强度指示探测器，其包括：放大和整流模块，用于将接收到的有着信号功率水平的射频信号转变为直流信号，并输出一对应于信号功率水平的指示值；校准电路，用于根据信号功率水平的最大值测量指示值的最大值，并根据偏置因子使所述指示值偏置，所述偏置因子是基于被接收的信号强度指示的测量的最大指示值、期望的最大指示值、期望的指示阈值和期望的功率范围计算出来的。本发明还公开了一种校准接收信号强度指示探测器的方法。本发明通过计算偏置因子来使测量的指示值偏置，以减弱环境或进程对测量的影响，使指示值与实际数值更符合。

Description

接收信号强度指示探测器和校准接收信号强度指示的方法

技术领域

本发明涉及一种与无线设备相关的接收信号强度指示探测器，本发明还涉及一种校准接收信号强度指示的方法。

背景技术

接收信号强度指示(RSSI，received signal strength indicator)提供无线设备上的射频(RF，radio frequency)信号的接收功率水平的信息。无线设备能根据接收信号强度指示决定是否继续或终止操作，还能调整放大器的增益和/或各种各样内部元件的频率带宽。

图1为现有技术中用于测量接收信号强度指示的整流器10的示意图。如图所示，整流器10包括电容14，和与其相连接的偏置电阻16、二极管18和低通滤波器20。电容14、二极管18和低通滤波器20一起将接收到的射频信号12转变成低频信号，然后低频信号的包络功率水平提供测量的接收信号强度指示22。

然而，接收信号强度指示的测量容易受到环境或进程的影响。工作温度，内部元件内制造工艺不匹配或别的因素都可以引起测量的接收信号强度指示失真。例如，当接收信号有足够强度时，测量的接收信号强度指示可以错误的显示信号水平不足。这样的错误可以引起无线设备的故障。

常规的调整接收信号强度指示失真的技术包括用电阻调整整流器，例如通过调整偏置电阻16的阻值。但是，因为不同电阻必须单个的形成或者放在各个芯片上，故用电阻调整即费事又费钱。且用电阻调整仅在一个特定的运行状态下影响测量的接收信号强度指示，故效果不好。因此，期望一种有效的在接收信号强度指示测量中调整失真的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种接收信号强度指示探测器，其能有效的校准接收信号强度指示。本发明还提供一种校准接收信号强度指示的方法。

为解决上述技术问题，本发明的接收信号强度指示探测器，包括：

放大和整流模块，用于将接收到的有着信号功率水平的射频信号转变为直流信号，并输出一对应于信号功率水平的指示值；

校准电路，用于根据信号功率水平的最大值测量指示值的最大值，并根据偏置因子使所述指示值偏置，所述偏置因子是基于被接收的信号强度指示的测量的最大指示值、期望的最大指示值、期望的指示阈值和期望的的功率范围计算出来的。

本发明的另一接收信号指示探测器，包括：

放大和整流模块，用于将接收到的射频信号转变为直流信号，所述直流信号为相应于所述接收到的射频信号的指示值；

校准电路，用于得到一个差分数值，所述差分数值代表与最大射频功率下预期的指示值的偏离，并用电源偏置所述指示值以减少与预期指示值的偏离。

本发明还给出了校准接收信号强度指示探测器的方法，该方法包括：

接收信号强度指示探测器在最大射频信号下测量最大的接收信号强度指示；

根据所述测量的最大接收信号强度指示计算偏置因子；以及

根据所计算的偏置因子，偏置接收信号强度指示探测器的输出。

本发明的接收信号强度指示探测器，通过校准电路，根据信号功率水平的最大值测量指示值的最大值等参数计算偏置因子，后根据偏置因子调节可调整电流源，使所述指示值偏置至更符合实际的数值，以此来减弱测量过程中环境和进程对测量值的影响。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有技术中用于测量接收信号强度指示的整流器的示意图；

图2为本发明的接收信号强度指示探测器的一具体实施例示意图；

图3为图2中接收信号强度指示的探测器的校准电路具体实施示意图；

图4为本发明的具体实施例中接收信号强度指示和信号功率的关系示意图；

图5为本发明的校准接收信号强度指示的方法流程图。

具体实施方式

下面介绍本发明的校准接收信号强度指示的装置和方法的具体实施方式。为了简短和清楚起见，几个熟知的经常和射频通信系统联系在一起的结构或过程，在以下的描述中不再提及。同样地，本发明的其他实施方式可能与在这个段落中描述的具有不同的结构，元件或进程。因此，本领域的一般技术人员可以明白本发明可以有用另外的元件的实施例，或者本发明还有不用图2-5中显示和描述的元件的其他实施例。

接收信号强度指示测量装置

以下说明本发明的接收信号强度指示测量装置——接收信号强度指示探测器100的几个实施例(见图2-4)。具体地，图2为根据本发明地具体接收信号强度指示探测器100的示意图，图3为可用于接收信号强度指示探测器100中校准电路110地示意图，图4为图2和图3中接收信号强度指示探测器100的校准过程中接收信号强度指示和信号功率的关系图。接收信号强度指示探测器100能集成到蜂窝电话、无绳电话、无线网卡或其他适合的无线通信设备中。

如图2所示，接收信号强度指示探测器100包含多级放大和整流模块102(分别定义为第一级模块102a、第二级模块102b和第三级模块102c)。单个模块102包括放大器104(分别定义为第一放大器104a、第二放大器104b和第三放大器104c)，和连接到相应的放大器104的整流器106(分别定义为第一整流器106a、第二整流器106b和第三整流器106c)。放大器104可以为有着合适增益和工作带宽的晶体管型放大器。整流器106可为与图1中描述类似的常规元件。即使在图2中模块102为三个，在其它实施例中，接收信号强度指示探测器100可以包括一个、两个或任意多个数目的模块。

接收信号强度指示探测器100包括一个加法器108，用来将第一整流器106a、第二整流器106b和第三整流器106c的输出相加。相加后的输出值在下面被作为初始的接收信号强度指示。在某些实施例中，不同的信号(例如，初始的接收信号强度指示)可用电流来表示，而在其他实施例中，初始的接收信号强度指示可用电压或其它的量来表示。

接收信号强度指示探测器100还可包括一个低通滤波器116，连接与加法器108和偏置输出114。低通滤波器116，用于在校准接收信号强度指示时滤除高频信号和允许低频信号通过。在图2所示的实施例中，低通滤波器包括电阻113连接电容115的RC电路。在其他具体实施例中，低通滤波器116也可以包括一个LC电路或其他合适的电路。

接收信号强度指示探测器100另外包括校准电路110，其连接于加法器108的输出端。具体地，校准电路110包括校准输入，用来接收初始地接收信号强度指示；偏置输出114，用来在低通滤波器116前将偏置信号加到加法器108的输出中。

在图3所示的具体实施例中，校准电路110包括串联的比较模块120、计算模块122和可调整的电流源128。比较模块120和/或计算模块122能用专用集成电路(ASIC)来实现，就象一个软件模块和/或别的合适的硬件和/或软件逻辑元件。可调整的电流源128包括一电流镜电路和/或其它合适的电流放大电路。

比较模块120包括输入(Vinput)112，和参考信号(Vref)118。输入112为初始的接收信号强度指示和/或其他预期的信号。在具体实施例中，参考信号为接收信号强度指示探测器100的最大功率值。在别的实施例中，参考信号可以是其它预期的数值。

比较模块120，用来根据输入信号和参考信号得出一个差值信号Vdiff，计算公式如下：

V_diff＝V_ref-V_input

差值信号至少部分地反映了环境和/或过程在接收信号强度指示探测器100上的影响。比较模块120还包括一连接至计算模块122的比较输出121。在工作的时候，比较模块120提供差值信号给计算模块122。

计算模块122，用于至少部分基于来自比较模块的差值信号执行模拟或数字的计算，和/或逻辑运算，来至少部分地补偿了环境和/或过程的影响。计算模块122具体可以为模拟电路、数字电路或模拟电路和数字电路的组合。例如，计算模块122能使用数字分配器、乘法器、计算器和/或别的数字逻辑元件来实现。在别的具体实施例汇总，数字模块122也可以通过运算放大器、晶体管和/或其它模拟元件来实现。

图3所示的计算模块122包括一个用于传送阈值信号(Vthreshold)阈值输入124，和一个用于传送功率范围信号的范围输入(Vrange)126。在具体实施例中，阈值信号为接收信号强度指示探测器100显示足够功率的功率阈值数值，范围信号为一个预期的接收信号强度指示探测器100的功率范围。阈值信号和/或范围信号也可以为其它设定的数值。即使功率阈值信号和功率范围信号被显示作计算模块122的输入，在别的实施例中，计算模块122还可以包括存储有阈值信号和/或范围信号的内存(图中没有画出)。

计算模块122能用于计算一个控制信号，该控制信号通过输出123传送用于控制下面详细描述的可调整电流源128。在一具体实施例中，计算模块122根据差值信号、阈值信号和范围信号计算控制信号。在别的实施例中，控制信号也可以根据差值信号、阈值信号和范围信号的任意组合计算出。更进一步的实施例中，控制信号可以基于别的参数进行计算。

结合图2和图3，在校准过程中，计算模块122和可调整的电流源128首先复位；接下来，可调整电流源128不再输出偏置信号给偏置输出114，随后最大射频信号被应用于接受信号强度指示探测器100中，然后放大器104和整流器106将射频信号转变为低频信号，并测量该低频信号的包络功率，加法器108将所有来自整流器106的包络功率信号相加得到初始的接收信号强度指示。结果是，初始的接收信号强度指示代表没有偏置下对于接收信号强度探测器100估计最大功率水平。

然后，比较模块120比较输入信号和参考信号得出差分信号。因为偏置信号复位，输入信号等同于初始的接受信号强度指示。就像上述描述的那样，在某个具体实施例中，参考信号为接收信号强度探测器100的最大设定功率水平，差值信号代表接收信号强度探测器100的最大设定功率水平和最大估计功率水平之间的差值。

具体实施例中，在接收到差值信号后，计算模块122基于差分信号、阈值信号和范围信号按下式计算控制信号：

$V_{\mathrm{control}}=\frac{V_{\mathrm{threshold}}}{V_{\mathrm{range}}}\×V_{\mathrm{diff}}$

在其他实施例中，计算模块122还可以根据另外的和/或其它的参数计算控制信号。

之后，可调整的电流源128使用控制信号去调整它的输出，并根据控制信号提供偏置信号。在一个具体实施例中，偏置信号为偏置电流，通过下式计算得出：

$I_{\mathrm{bias}}=\frac{V_{\mathrm{control}}}{R}$

其中，R为低通滤波器116中的电阻113的阻值。根据图4作进一步的讨论，偏置信号能影响加法器108的输出负载，最终提供一个比传统设备更精确的接受信号强度指示的显示。

在一个具体实施例中，可选择地，校准电路122可用来在校准输入112上监控输入信号，并修改从可调整电流源128出来的偏置信号直到差分信号在一个预设的阈值之内，该阈值为一个预设的数值。在另一实施例中，计算过程能根据预先设定的次数重复，而不是根据输入信号的电流值。还有的实施例中，计算过程可根据其他条件重复或终止。

图4为根据图2和图3中讨论的校准过程的示意图。如图4所示，第一曲线202代表期望的接受信号强度指示与信号功率的关系，第二曲线204代表没有偏置条件下接受信号强度指示与信号功率的关系。就像从图4中看到的那样，在一个期望的功率阈值下，第二曲线204显示一第二接受信号强度指示水平210(RSSI₂)，该值小于由第一曲线202显示的第一接受信号强度指示208(RSSI₁)，结果是图2中的接收信号强度探测器100在信号功率水平是充足的情况下可能错误地显示信号功率水平是不充足的。

为了至少部分地补救上述运行的难点，可调整电流源128使加法器108(见图2)的输出负载偏置使得第二曲线204朝第一曲线202的方向(例如，朝上)偏移，就像第三曲线206代表的那样，朝向第一曲线202的偏移通常有等同于控制信号的偏移量。结果至少在第一接受信号强度指示208的附近，由第三曲线206显示的接受信号强度指示信号比由第二曲线204显示的接受信号强度指示信号更加接近地近似于由第一曲线202显示的接受信号强度指示信号。因此，提供一个更精确的接收功率水平指示值。

即使在上述讨论的接收信号强度探测器100是用来修改接受信号强度指示的对功率的曲线的偏移量Offset，在其它的实施例中，估计的接受信号强度指示对功率的曲线的斜率也是可以修改的。例如，单个的整流器106a-c(见图2)可在加法器108相加整流器106a-c的输出之前被连接到一个校准电路110。在进一步的实施例中，接受信号强度指示对功率的曲线的斜率和偏移量都可以被修改。

校准接收信号强度指示的方法

图5为与本发明的校准接收信号强度指示测量装置实施例一致的校准接收信号强度指示的方法300的流程图。即使描述使用在图2中的接受信号强度指示探测器100作为例子，校准接收信号强度指示的方法300也可应用于别的接收信号强度指示估计装置中。

在本发明的方法300中的第一步骤302包括：在接收信号强度指示探测器100接收一最大射频信号时，测量一最大接收信号强度指示V_{measured_RSSI}。在一具体实施例中，该最大接收信号强度指示可在模拟电路中使用一个或多个放大器104和整流器106级来测量(见图2)，接收信号强度指示的最大计算结果由一个直流信号表示。在别的实施例中，该最大接收信号强度指示可在数字电路中使用一个模数转换器来测量，接收信号强度指示的最大计算结果由有着确定位数(例如，8位)的编码表示。在更进一步的实施例中，最大的接收信号强度指示也可以通过其他的技术来测量，用任何预期的方式来表示。

本发明的方法300的另一步骤304包括：根据测量的最大接收信号强度指示计算偏置因子。在一具体实施例中，计算偏置因子为根据测量的最大接收信号强度指示、预期的最大接收信号强度指示V_{desires_RSSI}、预期的阈值V_threshold和预期的功率范围V_range按下式计算补偿因子Offset_Factor：

$\mathrm{Offset}\_\mathrm{Factor}=\frac{V_{\mathrm{threshold}}}{V_{\mathrm{range}}}\×(V_{\mathrm{desired}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\mathrm{measured}\_\mathrm{RSSI}})$

在某些实施例中，比例因子也可以用常数和/或其它参数进行调整。在别的实施例中，计算偏置因子为根据测量的最大接收信号强度指示、预期的最大接收信号强度指示V_{desired_RSSI}和最大接收信号强度指示探测器100的预期的最大功率水平V_{max_power}按下式计算斜率因子Slope_Factor：

$\mathrm{Slope}\_\mathrm{Factor}=\frac{V_{\mathrm{desired}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\max \_\mathrm{power}}}{V_{\mathrm{measured}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\max \_\mathrm{power}}}.$

本发明的方法中下一个步骤306包括：根据计算的偏置因子用一负载使接受信号强度指示探测器100的输出偏置。在具体实施中，如下式所示通过一个至少等同于在整个功率范围之内的补偿因子的数值，接收信号强度指示探测器100的输出V_{calibrated_RSSI}增加了：

V_{calibrated_RSSI}＝V_{Raw_RSSI}+Offset_Factor

在另一实施例中，如下式所示，通过一个至少等同于在整个功率范围之内的补偿因子的数值，接收信号强度指示探测器100的输出V_{calibrated_RSSI}减少了：

V_{calibrated_RSSI}＝V_{Raw_RSSI}-Offet_Factor

在进一步的实施例中，接收信号强度指示探测器100的输出通过斜率因子偏置，就如测量接收信号强度指示对功率的曲线的斜率充分地与预期的接收信号强度指示对功率的曲线相符，公式如下：

V_{calibrated_RSSI}＝V_{Raw_RSSI}×Slope_Factor。

Claims (10)

1、一种接收信号强度指示探测器，其特征在于，包括：

放大和整流模块，用于将接收到的有着信号功率水平的射频信号转变为直流信号，并输出一对应于信号功率水平的指示值；

校准电路，用于根据信号功率水平的最大值测量指示值的最大值，并根据偏置因子使所述指示值偏置，所述偏置因子是基于被接收的信号强度指示的测量的最大指示值、期望的最大指示值、期望的指示阈值和期望的的功率范围计算出来的。

2、按照权利要求1所述的接收信号强度指示探测器，其特征在于：

所述校准电路包括串联的比较器、计算电路和可调整电流源；

所述偏置因子包括补偿因子；

所述比较器用于根据公式V_diff＝V_{designed_RSSI}-V_{measured_RSSI}确定的差值，其中V_{designed_RSSI}为期望的最大指示值，V_{measured_RSSI}为测量的最大指示值，V_diff为差值；

所述计算电路用于根据公式 $\mathrm{Offset}\_\mathrm{Factor}=\frac{V_{\mathrm{threshold}}}{V_{\mathrm{range}}}\×V_{\mathrm{diff}}$ 计算补偿因子，其中V_threshold为期望的指示阈值，V_range为期望的功率范围；

所述可调整电流源用于采用补偿因子按如下公式偏置后续测量的初始指示值，

V_{calibrated_RSSI}＝V_{Raw_RSSI}+Offset_Factor或者

V_{calibrated_RSSI}＝V_{Raw_RSSI}-Offset_Factor

其中V_{calibrated_RSSI}为校准后的指示值，V_{Raw_RSSI}为初始的指示值。

3、按照权利要求1所述的接收信号强度指示探测器，其特征在于：所述校准电流包括串联的比较器、计算电路和可调整电流源；

所述偏置因子包括斜率因子；

所述计算电路用于根据公式 $\mathrm{Slope}\_\mathrm{Factor}=\frac{V_{\mathrm{designed}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\max \_\mathrm{power}}}{V_{\mathrm{measured}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\max \_\mathrm{power}}}$ 计算斜率因子，其中V_{designed_RSSI}为期望的最大指示值，V_{max_power}为期望的最大功率水平，V_{measured_RSSI}为测量的最大指示值，Slope_Factor为斜率因子；

所述可调整电流源用于采用斜率因子按如下公式V_{calibrated_RSSI}＝V_{Raw_RSSI}×Slope_Factor偏置后续测量的指示值，其中V_{calibrated_RSSI}为校准的指示值，V_{Raw_RSSI}为测量的指示值。

4、一种接收信号强度指示探测器，其特征在于，包括：

放大和整流模块，用于将接收到的射频信号转变为直流信号，所述直流信号为相应于所述接收到的射频信号的指示值；

校准电路，用于得到一个差值，所述差值与最大射频功率下预期的指示值的偏离，并用电源偏置所述指示值以减少与预期指示值的偏离。

5、一种校准接收信号强度指示探测器的方法，其特征在于，该方法包括：

接收信号强度指示探测器在最大射频信号下测量最大的接收信号强度指示；

根据所述测量的最大接收信号强度指示计算偏置因子；以及

根据所计算的偏置因子，偏置接收信号强度指示探测器的输出。

6、按照权利要求5所述的校准接收信号强度指示探测器的方法，其特征在于，所述计算偏置因子包括按下式计算偏移量：

$\mathrm{Offset}=\frac{V_{\mathrm{threshold}}}{V_{\mathrm{range}}}\×(V_{\mathrm{designed}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\mathrm{measured}\_\mathrm{RSSI}})$

其中Offset为偏移量，V_{measured_RSSI}为测量的最大接收信号强度指示，V_{designed_RSSI}为预期最大接收信号强度指示，V_threshold为预期的阈值，以及V_range为预期的功率范围。

7、按照权利要求5所述的校准接收信号强度指示探测器的方法，其特征在于，所述计算偏置因子为根据下式计算斜率偏置因子：

$\mathrm{Vlope}\_\mathrm{Bias}=\frac{V_{\mathrm{designed}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\max \_\mathrm{power}}}{V_{\mathrm{measured}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\max \_\mathrm{power}}}$

其中Slope_Bias为斜率偏置因子，V_{designed_RSSI}为预期的最大指示值，V_{max_powdr}为预期的最大功率水平，V_{measured_RSSI}为测量的最大指示值。

8、按照权利要求7所述的校准接收信号强度指示探测器的方法，其特征在于，所述偏置接收信号强度指示探测器的输出为用斜率偏置因子来偏置接受信号强度指示探测器的输出，使得测量的接受信号强度对功率的曲线斜率与预期的接收信号强度指示对功率的曲线斜率一致。

9、一种接收信号强度指示探测器，其特征在于：包含用于在接收信号强度指示探测器在最大射频信号下测量最大接收信号强度指示的装置；用于基于所测量的最大接收信号强度指示计算偏置因子和根据所计算的偏置因子偏置接收信号强度指示探测器输出的装置。

10、按照权利要求9所述的接收信号强度指示探测器，其特征在于：所述用于计算偏置因子的装置为根据下式计算偏移量：

$\mathrm{Offset}=\frac{V_{\mathrm{threshold}}}{V_{\mathrm{range}}}\×(V_{\mathrm{designed}\_\mathrm{RSSI}}-V_{\mathrm{measured}\_\mathrm{RSSI}})$

其中Offset为偏移量，V_{measured_RSSI}为测量的最大接收信号强度指示，V_{designed_RSSI}为预期的最大接收信号强度，V_threshold为预期的阈值，V_range为预期的功率范围。

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