峰值检波原理

解析MassiveMIMO大规模天线原理——实现2.61Gbps峰值速率

在巴塞罗那举办的世界移动大会上，中兴通讯Pre5GFDDMassiveMIMO业务演示，采用8

部终端同时接入，实现单小区2.6Gbps峰值速率，频谱效率提升达到8倍。惊闻倍感吃惊，

有点措手不及，赶紧翻开资料补补课，于是一个不可救药的技术宅就写了一篇长文。

什么是MassiveMIMO？

MassiveMIMO就是在基站侧配置远多于现有的系统的大规模天线阵列的MU-MIMO，来同时服

务多个用户，也称为LargeScaleMIMO。

为什么我们需要MassiveMIMO？

先来复习一遍最基础的无线通信知识。假设基站与手机的距离为R，基站天线的发射功率为

Ptx，那么，手机天线接收到的信号功率Prx是多少呢？

在自由空间中，信号强度与距离的平方成反比衰减，最简单的公式是这样的...

这个公式告诉我们，基站与手机的距离增大到2倍，手机接收信号强度将衰减4倍。

不过，实际上手机接收到的信号强度还受频率（波长λ）、发射天线增益（Gtx）和接收天

线增益（Grx）的影响。譬如频率，从2G到4G，以至5G，移动通信使用的频段越来越高（波

长越短），信号覆盖距离也越短。

因此，一个更完整的公式是这样的...

根据这个公式，想一想，如何才能提高手机接收信号强度呢？

答案是：

①增加发射功率Ptx

②缩短手机与基站间的距离R

③增加波长（使用低频段）

④增大接收天线增益⑤增大发射天线增益

你会选择哪些选项呢？对于①②③，由于受客观条件限制，只能是理论上的美好想象。我们

不能无限增大功率，缩短基站与手机的距离意味着建站花钱，低频段资源是有限的。

只剩下增大天线增益了！

也许我们可以对单天线进行改良设计，不过企图用这种方法来补偿因高频段和距离导致的信

号衰减犹如杯水车薪。

唯一的办法是增加天线数量！想象一下，一大堆天线同时发力，多束信号叠加，不但提升增益，还可降低单天线发射功率，

峰值检测电路(二)

1．基本得峰值检测电路

本实验以峰值检测器为例, 说明可利用反馈环改进非线性得方法。

峰值检测器就是用来检测交流电压峰值得电路, 最简单得峰值检测器依据半波整流原理构成电路。如实图4、１所示, 交流电源在正半周得一段时间内,

通过二极管对电容充电， 使电容上得电压逐渐趋近于峰值电压。只要 RC 足够大,可以认为其输出得直流电压数值上十分接近于交流电压得峰值。

图4、1 简单峰值检测电路

这种简单电路得工作过程就是, 在交流电压得每一周期中, 可分为电容充电与放电两个过程。在交流电压得作用下, 在正半周得峰值附近一段时间内,

通过二极管对电容 C 充电,而在其它时段电容 C 上得电压将对电阻 R 放电。当然,当外界交流电压刚接上时,需要经历多个周期, 多次充电, 才能使输出电压接近峰值。但就是， 困难在于二极管就是非线性元(器）件， 它得特性曲线如实图4、2所示。当交流电压较小时,检测得得直流电压往往偏离其峰值较多。

图4、2 二极管特性曲线

这里得泄放电阻Ｒ，就是指与 C 并联得电阻、下一级得输入电阻、二极管得反向漏电阻、以及电容及电路板得漏电等效电阻。不难想到， 放电就是不能完全避免得。同时, 适当得放电也就是必要得。特别就是当输入电压变小时, 通过放电才能使输出电压再次对应于输入电压得峰值。实际上, 检测器得输出电压大小与峰值电压得差别与泄放电流有关。仅当泄放电流可不计时, 输出电压才可认为就是输入电压得峰值。用于检测仪器中得峰值检测器要求有较高得精度。检测仪器通常 R 值很大,且允许当输入交流电压取去后可有较长得时间检波输出才恢复到零。可以用较小得电容，从而使峰值电压建立得时间较短。

本实验得目得, 在于研究如何用运算放大器改进峰值检测器, 进一步了解运算放大器之应用。

２.峰值检测电路得改进

为了避免次级输入电阻得影响, 可在检测器得输出端加一级跟随器(高输入阻抗）作为隔离级(实图4、3)。

I

江苏科技大学

本 科 毕 业 设 计（论文）

学 院 电子信息学院

专 业 电子信息科学与技术

学生姓名 胡 宁

班级学号 **********

指导教师 郑 威

二零一三年六月

I

江苏科技大学本科毕业论文

基于Labview的波峰检测方法设计

Design Of Peak Detection Method

Based On Labview 江苏科技大学本科毕业设计（论文）

I 摘 要

Labview中文意思是实验室虚拟仪器集成环境，是美国国家仪器公司的开发产品。Labview使用的编程语言一般被称为G语言，G语言是用图标表示函数，连线表示数据的流向，采用的是数据流编程语言方式来执行，程序框图中节点与节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。

本论文就是通过使用Labview这个虚拟仪器平台来设计并实现检测波形峰值的过程。峰值检测方法主要有阈值法、差值法、带通滤波法、小波法等，本实验实现的是小波法来检测信号的波峰值。在我个人来看，小波法较其他方法更灵活，它可以通过构造不同的小波母函数来确定检测不同频段的信号，并且对于弱信号的峰值检测也是比较实用的。

在本实验中，运用小波法检测出了信号的峰值点，通过分析可得出相应结论，信号峰值的检测本来就比较难测，检测方法不是万能的，小波法也是，它有自身的缺点，它的准确度取决于构造母小波函数的中心频率fc的取值，并且检测到的峰值也不一定斗志信号实际的峰值点。因此，后续必须在已测到的峰值点附近比较搜索实际的信号峰值点。

关键词:Labview；峰值检测方法；小波法 江苏科技大学本科毕业设计（论文）

II Abstract

Labview ,Chinese mean Laboratory Virtual Instrumentation integrated environm-ent, is the development of National Instruments products. Labview programming la-nguage used language commonly referred to as G, G language function is represent-edby an icon, the connection means that the flow of data, using data flow progra-mming language way to perform, on the block diagram nodes and determine the fl-ow of data between nodes the program's execution order.

一、前言

峰值检测电路（PKD，Peak Detector）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出Vo = Vpeak，为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。

峰值检测电路在AGC（自动增益控制）电路和传感器最值求取电路中广泛应用，自己平时一般作为程控增益放大器倍数选择的判断依据。有的同学喜欢用AD637等有效值芯片作为程控增益放大器的判据，主要是因为集成的方便，但个人认为是不合理的，因为有效值和信号的正负峰值并没有必然联系；其次，实际应用中这类芯片太贵了。当然，像电子设计竞赛是可以的，因为测试信号总是正弦波，方波等。（本文参加了TI公司的博文比赛，觉得还行的话，希望大家帮顶一下、回复一个，谢谢大家，我会更努力的：-）

二、峰值检测电路原理

顾名思义，峰值检测器（PKD，Peak Detector）（本文默认以正峰值检测为例）就是要对信号的峰值进行采集并保持。其效果如下如（MS画图工具绘制）：

根据这样的要求，我们可以用一个二极管和电容器组成最简单的峰值检测器。如下图（TINA TI 7.0绘制）：

这时候我们可以选择用面包板搭一个电路，接上信号源示波器观察结果，但在这之前利用仿真软件TINA TI进行简单验证会节省很多时间。通过简单仿真（输入正弦信号5kHz,2Vpp），我们发现仅仅一个二极管和电容器组成的峰值检测器可以工作，但性能并不是很理想，对1nF的电容器，100ms后达到稳定的峰值，误差达10%。而且，由于没有输入输出的缓冲，在实际应用中，电容器中的电荷会被其他部分电路负载消耗，造成峰值检测器无法保持信号峰值电压。

既然要改进，首先要分析不足。上图检测的误差主要来自与二极管的正向导通电压降，因此我们可以用模电书上说的“超级二极管”代替简单二极管（TINA TI 7.0绘制）：

从仿真结果来看，同等测试条件下，检测误差大大减小。但我们知道，超级二极管有一个缺点，就是Vi从负电压变成正电压的过程中，为了闭合有二极管的负反馈回路，运放要结束负饱和状态，输出电压要从负饱和电压值一直到（Vi+V二极管）。这个过程需要花费时间，如果在这个过程，输入发生变化，输出就会出现失真。