CN105281851A - 无线射频接收机灵敏度快速检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够快速检测无线射频接收机灵敏度的测量方法及装置。利用改进的算法快速检测出在目标误包率下的接收信号功率，进而得到接收机的灵敏度，并且根据概率计算方法得到在一定置信系数条件下每次测量误包率所需检测的数据包数量，从而极大较少了单次测量的测量时间。本发明的优点在于：极大简化现有测量接收机灵敏度方法的计算，进而提高检测人员的检测效率；优化检测方法，既保证准确率又提高工业测试领域的工作效率、降低生产成本。

Description

无线射频接收机灵敏度快速检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种灵敏度快速检测方法及装置，尤其涉及一种无线射频接收机灵敏度快速检测方法及装置。本发明属于无线射频通信、电子测量、自动控制检测或其他相关领域。

背景技术

接收机是手机、笔记本电脑及各种无线设备的基础部件。无线设备在研发和生产过程必须经过各种性能检测，其中包括接收机灵敏度检测。接收机的灵敏度时常靠检测误包率来确定。误包率是指信号在被接收机接收后，出错的数据包数量与总传输数据包数量的比值，常以百分比的形式表示。接收机灵敏度的确定是十分必要且重要的，尤其是在现代数字通信系统中。由于模拟器件之间的差异性影响，相同型号无线接收机的灵敏度之间也会存在很大的差异性。在接收机灵敏度检测中，为得到测量单个无线接收机的灵敏度，检测人员往往需要从某一接收功率开始检测误包率，并连续改变接收机接收功率值直至检测结果满足目标误包率，获得实际的灵敏度。同时，每次需检测大量数据包以获得可靠的误包率估计值。此时整个检测过程是繁琐且重复性的，包含大量不必要的检测。这种连续改变接收端接收功率的检测方法具有很大的工作量，降低了检测人员的工作效率。在工业生产中需要的是简化检测次数，以缩短每件接收机的检测时间，提高检测人员的检测效率。

发明内容

为了克服上述所提到的由于大量不必要的检测次数而导致的检测效率低下的问题，本发明提供一种实现快速检测无线射频接收机灵敏度的方法及装置。

本发明的技术方案一方面提供一种无线射频接收机灵敏度快速检测方法，该方法包括以下步骤：设置检测范围，使所述检测范围内对应接收功率的误包率估计范围包含目标误包率；基于检测范围，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量；缩窄/搜索检测范围，根据误包率估计值检测结果来决定接收功率的能够变化的调整量，进而决定下一次缩窄/搜索检测范围时的接收功率；如果检测的误包率估计值与目标误包率的差的绝对值少于一精度阈值，则将所述估计误包率对应的接收功率作为所述无线射频接收机的灵敏度。

作为对所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法的改进，其中，设置检测范围的步骤包括：基于无线射频接收机的误包率随接收机的接收功率增大而呈现出单调变化的趋势，获取检测范围的接收功率的上限值和下限值所分别对应的误包率上限值和下限值；确定目标误包率出于获取的误包率上限值和下限值之间。

作为对所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法的进一步改进，其中，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：在检测范围内迭代选取或调整接收功率，直至检测得到的与选取或调整的接收功率对应的误包率估计值与目标误包率的差值的绝对值少于一逼近阈值。

优选地，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：在迭代过程中随机地选取接收功率，并且通过当前检测的误包率估计值及其与目标误包率的差值来调整随机选取的接收功率向目标接收功率的收敛速度。

优选地，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：在迭代过程中采用二分法和/或指数调整量函数，根据之前选取的接收功率计算下一次选取或调整的接收功率。

优选地，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：在检测范围内，利用至少两个接收功率值和对应检测的误包率拟合得到误包率-接收功率曲线函数，利用拟合得到的误包率-接收功率曲线函数和目标误包率来计算接收功率估计值，利用计算的接收功率估计值来检测误包率估计值，结合新检测的误包率估计值以更新所述误包率-接收功率曲线函数并再次计算接收功率估计值，依次迭代，直到检测的误包率估计值与目标误包率的差值的绝对值少于一逼近阈值。

作为对所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法的进一步改进，其中，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量的步骤包括：在检测范围内测试多个接收功率，并检测所述多个接收功率下的误包率，拟合出误包率-接收功率曲线；利用拟合出的误包率-接收功率曲线，在考虑运用二分法逐步逼近目标误包率的情况下，得到所需检测数据包的个数与目标误包率对应的、检测为正确的概率之间的数学对应关系。最终获得与目标误包率对应的、并且达到预设的检测正确的概率的所需的检测数据包的数量。

作为对所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法的进一步改进，其中，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量的步骤包括：在检测范围内测试多个接收功率，并检测所述多个接收功率下的误包率，拟合出误包率-接收功率曲线，即得到任一接收功率下的对应误包率估计值；根据估计出的当前接收功率下的误包率及预先要求的目标置信水平，即可计算出当前接收功率下的最佳发包数量。

作为对所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法的进一步改进，其中，在缩窄/搜索检测范围的过程中：在检测范围内采用固定的所需的检测数据包的数量；或者根据选取或调整的接收功率来实时调整的所需的检测数据包的数量。

本发明另一方面提供一种无线射频接收机灵敏度快速检测装置。所述装置包括处理器和计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质储存指令，用于促使处理器执行如下步骤：设置检测范围，使所述检测范围内对应接收功率的误包率估计范围包含目标误包率；基于检测范围，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量；缩窄/搜索检测范围，根据误包率估计值检测结果来决定接收功率的能够变化的调整量，进而决定下一次缩窄/搜索检测范围时的接收功率；如果检测的误包率估计值与目标误包率的差的绝对值少于一精度阈值，则将所述估计误包率对应的接收功率作为所述无线射频接收机的灵敏度。

进一步，所述无线射频接收机灵敏度快速检测装置中储存的指令还可以促使处理器执行上述检测方法中的任意步骤。

本发明的有益效果为：利用优选的迭代逼近算法快速检测出在目标误包率下的接收信号功率，进而得到接收机的灵敏度，缩窄了检测范围；根据概率计算方法得到在一定置信水平条件下每次测量误包率所需检测的数据包数量，从而极大地减少了发包数量和节省了大量的测量时间；在保证检测准确率的条件下，提高检测人员的检测效率，又能提高工业测试领域的工作效率、降低生产成本。

附图说明

本领域技术人员将理解，下述附图仅用于说明意向而并非旨在以任何方式限制本发明的范围，其中：

图1是根据本发明实施例的接收功率搜索示意图；

图2所示为根据本发明实施例的误包率测量值、误包率真值、接收功率和目标点的图示；

图3所示为根据本发明实施例的通过迭代逼近目标误包率以计算接收功率的流程图；

图4所示为根据本发明另一实施例的依据误包率与接收功率之间单调性进行接收功率调整以计算接收功率的流程图；

图5所示为根据本发明实施例的计算检测包的发包数量的流程图；

图6所示为根据本发明另一实施例的计算检测包的发包数量的流程图；

图7所示为根据本发明实施例的检测包发包数量与检测正确概率之间的曲线图；

图8所示为根据本发明实施例的无线射频接收机灵敏度快速检测的系统模型示意图。

具体实施方式

根据本发明的无线射频接收机灵敏度快速检测方法包括的步骤为：设置检测范围，使所述检测范围内对应接收功率的误包率估计范围包含目标误包率；通过搜索机制缩窄检测范围以及通过发包数量设定机制选取检测误包率时的发包数量；利用满足一定条件下逼近目标误包率的估计误包率，检测出接收功率作为所述无线射频接收机的灵敏度。下面通过多个实施例对设置检测范围、搜索机制和发包数量设定机制进行详细描述。

1、设置检测范围

在大多数无线通信设备模块中，接收端设备的误包率与接收机的接收功率的函数关系曲线，均具有单调递减的规律。对于不同类型设备的接收机，误包率和接收功率之间的具体函数关系曲线会有不同，但有相同的单调趋势。示例性的误包率-接收功率曲线如图1和2的曲线所示。在一个实施例中，基于无线射频接收机的误包率随接收机的接收功率增大而呈现出单调变化的趋势，获取检测范围的接收功率的上限值和下限值所分别对应的误包率上限值和下限值，由此设置检测范围。

2、搜索机制

根据本发明的搜索机制的主要实施方式是根据初估结果，计算得到调整量，从而得到下一个估计的灵敏度(或接收功率)。每一次搜索，接收机的接收功率会进行调整，且调整量可变，即根据已有的检测数据的结果决定每一次的接收功率调整量，由新的接收功率调整量和此时的接收功率值来决定下一次搜索中采用的接收功率值。图1示出了变调整量搜索示意图。

调整量根据所用的参考信息情况不同，可以有下列计算方法。

方法一随机逼近法

测量接收机误包率时，测量值可以看作均值是给定接受功率的误包率的随机变量，也就是说，误包率测量值和接收功率是具有相关性的两个随机变量，其中目标误包率-灵敏度点是所求的目标点。图2示出了误包率测量值、误包率真值、接收功率和目标点的图示。其中接收功率为power，目标误包率为p(图中设p＝10％)，误包率真值表达式为PER(power)，误包率测量值也就是误包率估计值为待求接收机灵敏度假设为power*(即p＝10％处的接收功率)。

设第K次检测的接收功率为power_K，第K-1次检测的接收功率为power_K-1，则接收机灵敏度power*可以通过下式估计依次逼近求出

其中，a_K-1是满足严格控制收敛速度限制条件的系数。

通过增加检测次数，可以不断修订接收功率，从而使得误包率估计值逐步逼近我们的目标值p，直到为止，此时的接收功率即为接收机灵敏度。ε1是精确度，由产品要求确定。并且在迭代计算过程中即使会由于随机波动造成错误的修订方向，但是最后这种错误不会无限延续下去，必定在一定的时候被修正回正确的方向，而且误差越大，得到修正的可能性也就越大，从而达到快速收敛，即减少了检测次数。

方法二基于曲线拟合的迭代逼近法

测量m(m≥2)个接收功率上的误包率拟合出来得到函数用此函数去推断目标点，从而得到灵敏度的初步估计值。再用此估计值检测误包率，得到新的测量信息。结合新的检测数据，更新曲线拟合函数，并再次推断目标点。依次迭代，最终得到接收机的灵敏度。参照图3的计算流程图，该方法的具体计算步骤如下：

步骤1：测m(m≥2)个接收功率上的误包率，且每次测试使用足够多的数据包，以期得到准确的误包率。利用曲线拟合法得到误包率-接收功率曲线

步骤2：计算下式，

其中表示函数的一阶导函数。即可得到接收机灵敏度的第一次估值power_m+1；调整接收机接收功率值，令其为power_m+1，可以测得此时的误包率估计值

步骤3：判断灵敏度估计值的误包率是否满足如果不满足，则令m＝m+1，并返回Step1；如果满足，则此功率power_m+1即为接收机灵敏度。

方法三预设调整量函数

接收端设备的误包率总是随接收机的接收功率增大而呈现出单调递减的总趋势，仅依据此单调性，在无需额外考察接收机的误包率-接收功率曲线特征时，每次搜索结束后，接收功率新的调整量或下一次搜索中采用的接收功率值可采用某一表达式计算得出，表达式中的变量与前一次或前几次采用的接收功率值或功率调整量有关。这一表达式可以依据二分法原理得到，即下一次搜索中采用的接收功率值是上两次有用功率值的中值；表达式也可以是某一指数函数，即接收功率新的调整量与调整次数之间存在指数关系等等。图4描述了仅依据单调性进行接收功率调整的流程图。

二分法计算步骤如下：

(1)取两个接收功率power_up和power_low，使得

(2)令如果则令power_low＝power_mid；反之，令power_up＝power_mid；

(3)重复此处步骤(2)直至或|power_up-power_low|<ε2，其中ε1和ε2均为精确度，一般取决于生产商的要求。

指数函数计算步骤：

(1)设调整量函数为delta_K＝αa^-βK其中α，β，a均为参数，K表示检测次数；

(2)接收功率为power_K＝power_K-1+delta_K-1；

(3)重复此处步骤(2)直至

3、发包数量设定机制

发包数量的设定可由两种不同机制决定，二者的结论均可使误包率满足一定的概率要求(例如95％的置信水平)。机制一：根据误包率-接收功率曲线，得到适用于一定功率范围的且满足一定概率要求的发包数量，此发包数量是一固定值。图5示出了该机制的计算方法流程图。机制二：根据误包率概率分布情况，建立数学模型，结合我们的算法，得到满足一定误包率置信水平的发包数量，此发包数量会根据接收功率的不同而进行调整，且调整结果是由数据计算得到的。图6示出了该机制的计算方法流程图。

在一些实施例中，在检测范围内采用固定的所需的检测数据包的数量，或者根据选取或调整的接收功率来实时调整的所需的检测数据包的数量。由此，可以设定固定或可变发包数量，并且在具体的实施例中发包数量计算方法如下。

发包数量固定的计算方法

首先检测多个功率得到相应误包率，运用曲线拟合法预估接收端设备的误包率曲线，利用该曲线信息，在考虑运用二分法逐步逼近目标误包率的情况下，得到所需检测数据包的个数与目标误包率对应的、检测为正确的概率之间的数学对应关系。

根据二分法特性，可以得到检测正确的概率计算表达式。设每次检测发包数量为N_i，p_i为的概率值，Pc为检测正确的概率，其他参数表示与上文相同。

采用二分法时，假设功率上限为power_up，功率下限为power_low，则此时最多检测次数为其中ε2表示精确度，同3中方法三里介绍的二分法计算步骤中的ε2相同。

$Pc=\underset{i=1}{\overset{L}{\&Pi;}}{p}_i$

计算步骤如下所示：

步骤1：首先设置N＝100，利用上述方程式组，可以得到Pc(N＝100)；

步骤2：然后设置N＝200，利用上述方程组，可以得到Pc(N＝200)；

步骤3：类比step1和step2，不断增加N的值，直至N＝10000；

步骤4：利用曲线拟合或插值法，得到Pc-N曲线(横坐标为N，纵坐标为Pc)；

步骤5：根据生产要求确定Pc(例如Pc>75％时，认为此时的N值可以接受)，根据Pc-N图，可以得到满足要求的最小N值。

图7示出了如何利用Pc-N曲线得到最小测包数的示意图。随着数据包数量的增大，误包率的检测正确概率(Pc)也会随之增大，因此可以求得要达到某一正确概率时所需发包数量的最小值，此最小值即为检测设置值。

发包数量可变的计算方法

大多情况下误包率符合二项分布，且由中心极限定理可知，其统计特性可以近似为正态分布。依据算法，可以得到发包数量与置信水平、误包率之间的数学对应关系(采用不同类型的二项式置信区间，具体对应关系表达式会有所不同，但彼此之间相差不大)。为得到每次搜索时所应采用的发包数量，首先要选取多个接收功率进行检测得到相应误包率(此时检测数据包数量应选较大值，以得到较精确的误包率估计值)。然后依据这些数据点，采用曲线拟合法或插值法等，得到误包率-接收功率曲线图，即得到任一接收功率下的对应误包率估计值。根据估计出的当前接收功率下的误包率及预先要求的目标置信水平，即可确定出当前接收功率下的最佳发包数量。具体计算方法如下：

假设采用双侧置信区间，例如Agresti-Coull(AC)类型的置信区间，则其区间长度为2Δ，则发包数量：

如果选择95％的置信水平，则α＝0.05，且参数Δ的计算可以有两种选择，(1)或(2)Δ＝ω₀/2为常数。

图8所示为根据本发明实施例的无线射频接收机灵敏度快速检测的系统模型示意图。发射机经过传输媒介向接收机发送检测数据。在测试过程中，测试平台中的检测装置可以调整接收机的接收功率、误包率的检测发包数量和输出计算的灵敏度检测结果。

根据某些的实施要求，本发明的实施方案可进行硬件实施或软件实施。可使用其上存储有电可读控制信号的数字储存介质来进行，所述数字存储介质与可编程的计算机系统协作(或者能够与其协作)从而执行相应的方法。在一个实施例中，根据本发明的检测装置可以包括处理器和计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质储存指令，用于促使处理器执行上述的根据本发明的方法及计算步骤。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

设置检测范围，使所述检测范围内对应接收功率的误包率估计范围包含目标误包率；

基于检测范围，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量；

缩窄/搜索检测范围，根据误包率估计值检测结果来决定接收功率的能够变化的调整量，进而决定下一次缩窄/搜索检测范围时的接收功率；

如果检测的误包率估计值与目标误包率的差的绝对值少于一精度阈值，则将所述估计误包率对应的接收功率作为所述无线射频接收机的灵敏度。

2.根据权利要求1所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，设置检测范围的步骤包括：

基于无线射频接收机的误包率随接收机的接收功率增大而呈现出单调变化的趋势，获取检测范围的接收功率的上限值和下限值所分别对应的误包率上限值和下限值；

确定目标误包率出于获取的误包率上限值和下限值之间。

3.根据权利要求1所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：

在检测范围内迭代选取或调整接收功率，直至检测得到的与选取或调整的接收功率对应的误包率估计值与目标误包率的差值的绝对值少于一逼近阈值。

4.根据权利要求3所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：

在迭代过程中随机地选取接收功率，并且通过当前检测的误包率估计值及其与目标误包率的差值来调整随机选取的接收功率向目标接收功率的收敛速度。

5.根据权利要求3所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：

在迭代过程中采用二分法和/或指数调整量函数，根据之前选取的接收功率计算下一次选取或调整的接收功率。

6.根据权利要求1或3所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，缩窄/搜索检测范围的步骤包括：

在检测范围内，利用至少两个接收功率值和对应检测的误包率拟合得到误包率-接收功率曲线函数，利用拟合得到的误包率-接收功率曲线函数和目标误包率来计算接收功率估计值，利用计算的接收功率估计值来检测误包率估计值，结合新检测的误包率估计值以更新所述误包率-接收功率曲线函数并再次计算接收功率估计值，依次迭代，直到检测的误包率估计值与目标误包率的差值的绝对值少于一逼近阈值。

7.根据权利要求1所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量的步骤包括：

在检测范围内测试多个接收功率，并检测所述多个接收功率下的误包率，拟合出误包率-接收功率曲线；

利用拟合出的误包率-接收功率曲线，在考虑运用二分法逐步逼近目标误包率的情况下，得到所需检测数据包的个数与目标误包率对应的、检测为正确的概率之间的数学对应关系；

获取与目标误包率对应的、并且达到预设的检测正确的概率的所需的检测数据包的数量。

8.根据权利要求1所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量的步骤包括：

在检测范围内测试多个接收功率，并检测所述多个接收功率下的误包率，拟合出误包率-接收功率曲线；

利用拟合出的误包率-接收功率曲线，计算得到任一接收功率下的对应误包率估计值；

根据估计出的当前接收功率下的误包率及预先要求的目标置信水平，计算出当前接收功率下的最佳发包数量。

9.根据权利要求1所述的无线射频接收机灵敏度快速检测方法，其中，在缩窄/搜索检测范围的过程中：

在检测范围内采用固定的所需的检测数据包的数量；或者

根据选取或调整的接收功率来实时调整的所需的检测数据包的数量。

10.一种无线射频接收机灵敏度快速检测装置，其特征在于所述装置包括处理器和计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质储存指令，用于促使处理器执行如下步骤：

设置检测范围，使所述检测范围内对应接收功率的误包率估计范围包含目标误包率；

基于检测范围，在置信水平条件下确定检测误包率所需的检测数据包的数量；

缩窄/搜索检测范围，根据误包率估计值检测结果来决定接收功率的能够变化的调整量，进而决定下一次缩窄/搜索检测范围时的接收功率；

如果检测的误包率估计值与目标误包率的差的绝对值少于一精度阈值，则将所述估计误包率对应的接收功率作为所述无线射频接收机的灵敏度。