CN103475430B - 一种快速响应的功率检测方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种快速响应的功率检测方法

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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：

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。

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1/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，输出为权利要求书1所述的方程式：

y(n)＝a*x(n)+(1-a)*y(n-1)

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。

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 ImpulseResponse）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。

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 ImpulseResponse）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。

等式1所述的一阶差分方程即可实现简单的低通滤波功能：

y(n)＝a*x(n)+(1-a)*y(n-1)

                         .......................(1)

其中a为一可调参数（小于1），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1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。

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。

附图说明

图1是取N点平均等效的FIR滤波器结构；

图2是等效FIR滤波器的幅度-频率响应；

图3是等式1所对应的硬件实现；

图4是等式1所对应IIR滤波器的幅度-频率响应；

图5是等式1的单位阶跃响应；

图6是对等式1的改进的实现方式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

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。

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。

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。

图3是等式1所对应的硬件实现。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，所得结果即为滤波输出。从该图可以看出，本发明只需要2次乘法和1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。

下面对本发明原理进行数学分析。对等式1两边进行Z变换，得

Y(z)＝a*X(z)+Z^-1(1-a)*Y(z)

                           .......................(2)

可得该滤波器的传输函数为

$H\left(z\right)=\frac{Y\left(z\right)}{X\left(z\right)}=\frac{a*z}{z-(1-a)}...\left(3\right)$

令z＝e^jω，代入等式3可得该滤波器的频率响应为

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{a*e^{\mathrm{j\ω}}}{e^{\mathrm{jw}}-(1-a)}...\left(4\right)$

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。

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。

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。

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。

在运算开始的前1/a个采样点时，开关断开，此时的输出

y(n)＝a*x(n)+y(n-1)

                   .......................(5)

此时的计算结果相当于输出了1/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1的标准形式。

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(n)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。

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。

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。

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。

Claims (1)

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(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；

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1/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)+(1-a)*y(n-1)；

在开关断开的时候，使用比较大的a值，a值取0.1；开关闭合后，使用比较小的a值，a值取0.01。