一種用於實施無線電接收機中dc偏移補償的方法和設備的製作方法
2023-04-27 22:26:11 4
專利名稱：一種用於實施無線電接收機中dc偏移補償的方法和設備的製作方法
背景本發明一般涉及一種用於在無線電接收機接收信號時補償DC偏移的方法和設備。更具體而言，本發明提出一種按DC偏移估算和信道估算分離的方式補償在無線電接收機中引入的DC偏移的方法和設備，用以在信道估算器和均衡器中補償由所發送的符號引起的DC偏移估算中的偏差。
在數字通信系統中，由要發送的數字數據對載波信號的調製產生發送信號。該數字數據通常用脈衝串發送，每個脈衝串由許多數據位組成。當所發送的信號被接收到時，信號需要解調以便恢復該數據。
無線電接收機結構通常採用直接變換(也就是，零拍)接收機來實施對接收到信號的解調。該一個在載波頻率上工作的本地振蕩器用於將接收到的信號下混頻，以產生同相(I)和正交(Q)的基帶信號。直接變換接收機在成本和電流消耗方面是非常有效率的。直接變換接收機的機能是直接將輸入載波下變換為基帶，既有I分量又有Q分量，而不使用任何IF頻率。然而，直接變換接收機也有缺點。例如，可將DC偏移引入到接收信號的DC電平上。DC偏移主要由三個來源引起的(1)信號電路中電晶體的失配；(2)本地振蕩器信號洩漏並通過混頻器自下變換到DC；和(3)大的近信道幹擾洩漏到本地振蕩器中並自下變換到DC。結果，從發射機接收到的信號也被畸變，從而導致不準確的數據解碼。此外，該DC偏移可大於信息信號幾個分貝(dB)，需要對該DC偏移補償，以便能夠在解碼器中恢復所發送的數據。
用於補償DC偏移的最簡單和直接的方法是估算接收脈衝串的平均值，從該接收信號中減去此估值，然後將該信號送到解碼器。然而，由於用於估算DC偏移的數據的有限數量，此估值引入了偏差的DC偏移。該偏差的DC偏移可以是如此之大，以致當信號噪聲比增加時，接收機的位差錯率並不減小。結果，該偏差的DC偏移將確定在接收機內與數據組合的噪聲最低限度數量(也就是，噪聲底)。
而且，因為所發送的數據是未知的，在它被供給解碼器以前補償信號中偏差的DC偏移是不可能的，除非接收到大量的數據(其中偏差的DC偏移將被減至零)或者所發送的符號和信道都是已知的。克服這個問題的一種方法是在解碼器中補償該DC電平。然而，雖然這樣做解決了偏差的DC偏移問題，但解碼器中的動態過程將太大，因為DC偏移電平可能大於接收信號幾個分貝(dB)。當同時估算無線電信道和DC偏移時，因為在信道參數和DC分量之間幅值的差別，也碰到數值上的問題。因此，需要將用於平均值估算和信道估算的任務分離，並且同時補償由所發送的序列引入的偏差的DC偏移的一種方法和設備。
概述為了解決在通常的DC偏移補償技術中所遇到的問題，本發明提供了將平均值估算和信道估算分離的能力和補償由所發送的序列引入的偏差的DC偏移的能力。
依據本發明的一種示範性實施方案，公開了可以補償接收機中DC偏移的方法和設備，它們是通過在接收機上接收所發送的信號脈衝串；將信號脈衝串下變換為一組基帶分量值；在該組基帶分量值中找出一個已知的訓練序列；利用該已知的訓練序列估算DC偏移值；從基帶分量值組中減去DC偏移值以獲得第二基帶分量值組；利用第二基帶分量值組實施信道估算和輸出一個信道模型和一個偏差的DC偏移值，利用第二組基帶信號、所估算的信道模型及偏差的DC偏移值實施對第二組基帶分量值的均衡。
另外，依據本發明的另一種示範性實施方案，公開了可以補償接收機中DC偏移的方法和設備，其中接收的DC電平不是恆定的，通過確定接收信號內的至少一個DC臺階值的位置並根據已知的訓練序列及該至少一個DC臺階值的位置實施DC估算。
附圖通過結合附圖閱讀以下的詳述，將更容易理解與本發明有關的各種特徵，目的和優點，其中，同樣的標號是指同樣的部件，和其中
圖1是一種可應用在蜂窩通信系統內的零拍接收機的簡圖；圖2是依據本發明的一種示範性實施方案的一種DC偏移補償設備的方框圖；圖3是根據本發明的一種示範性實施方案的一種負責改變DC偏移的DC偏移補償設備的方框圖4是依據本發明的一種示範性實施方案，一種偏移變化檢測單元的方框圖；和圖5A，5B和5C是依據本發明的一種示範性實施方案，在數據序列期間和一種典型的TDMA脈衝串的訓練序列期間產生的典型的TDMA脈衝串和DC臺階的簡圖。
詳述現在將參考附圖描述本發明，在其中示出本發明的各種示範性實施方案。然而，本發明可被用許多不同的形式實施，不應該被解釋為限於所示的特定的實施方案。例如，雖然本發明是在利用零拍接收機的時分多址(TDMA)環境中進行描述的，也可以應用在其他的接入環境中和利用其他類型的接收機，在其中任何類型的信道估算器和均衡方法可被用於數字通信中。
圖1示出一種通常的零拍接收機100，可被應用在移動通信系統內接收數據脈衝串。如圖1中所示，天線105接收數據脈衝串並將接收到的脈衝串發送到第一濾波器110。第一濾波器110可以是一種帶通濾波器，被設計成只通過所希望的頻段(例如，GSM頻段)。被濾波以後，信號被發送到第一放大器120。第一放大器可以是一個低噪聲放大器。然後信號被通過各自的第一和第二混頻器130和160下變換為基帶的同相(I)和正交相位(Q)的信號。第一和第二混頻器130和160每個由一個本地振蕩器175控制。本地振蕩器175的第一輸出被連到第一混頻器130的輸出，本地振蕩器175的第二輸出，與第一輸出具有相同的頻率和90度相移，被連到第二混頻器160。本地振蕩器175被設置成所要信號的載波頻率。
從第一和第二混頻器130和160輸出的信號被分別地發送到濾波器140和170。濾波器140和170可以是為了除去來自基帶I和Q信號的瞬變信號而應用的低通濾波器。已濾波的同相和正交信號分別被A/D轉換器150和180數位化。接著模數轉換器150和180被發送到各自的濾波器155和165。濾波器155和165的輸出被發送到信號處理器190供信號處理和恢復所發送的信息。
圖2示出一種依據本發明的示範性實施方案的DC偏移補償設備200的方框圖。DC偏移補償設備200位於圖1的信號處理器190中，並用於補償由接收機引入的DC偏移。
在時間i上，由一個脈衝串中B個數據組成的輸入基帶信號yi，可被寫成如下yi＝yi+m，i＝1，2，...，B，(1)其中yi是所希望的信息序列，Ii+jOi，和m是未知的DC偏移。在時間i上的信息序列可被寫成如下yi＝HTU+ei，i＝1，2，...，B，(2)其中H＝[ho，hl，…，HL]T是一種L+1個抽頭的無線電信道模型，U＝[di，di-1，…，di-L]是一個所發送的符號的向量，ei表示噪聲。接收到的信號yi被存儲在緩存器210中，其中同相和正交量可被分開存儲。接收到的信號yi也被發送到同步單元220。通過將接收到的數據流與已知包括在脈衝串中的訓練序列diTS相關可以確定同步信息。在確定同步信息過程中，同步單元220找出在訓練序列和接收到的信號之間的最佳匹配，並確定在表示訓練序列的脈衝串中接收到的樣本的位置。
除了確定以後由信道估算器使用的同步信息外，同步單元220發送接收到的值到DC估算單元260。在DC估算單元260，通過使用被確定為訓練序列的接收數據實施對 的估算，訓練序列位於由訓練序列產生的接收數據中，也就是，依據下式產生估值 m^=1Nj=1Ny-j:TS,------(3)]]>其中，yjTS是由前導符號(假定在每個脈衝串中有N+L個前導符號)產生的第j個接收信號。換句話說，通過使用來自脈衝串中訓練序列的N個前導符號實施對DC偏移的估算。通過將 展開，該估值可被寫成如下m^=1Nj=1Ny~j:TS]]>=1Nj=1Nyj:TS+m-----(4)]]>=m+1Nj=1N(HTUj:TS+ej:TS),]]>其中UjTS＝[djTS，...，dj-LTS]T是只由前導符號djTS(也就是已知數據)組成的長度為L+1的第j個向量。
如上所討論過的那樣，偏差的DC偏移值是由調製引入的，這個值加到 的估值中。偏差的DC偏移值被確定如下RDC=1Nj=1NHTUj:TS=HTU-TS.------(5)]]>偏差的DC偏移值，RDC，還不可能被算出，因為信道H仍然是未知的。然而，UTS是已知的，因為它是基於已知的訓練序列。通過在相加器230上從存儲在緩存器210中的接收到的輸入序列減去在DC偏移估算單元260中所確定的所估計的平均值，得到以下的結果y^i=y-i-m^=yi-HTU-TS-1Nj=1NejTS,-----(6)]]>＝HTUi+ei-HTUTS-eTS，i＝1，...，B.
信號 與在同步單元220中所確定的同步信息一道送到信道估算器240，其中 被用於估算信道， 可被寫成如下y^j:TS=HTUj:TS+ej-HTU-TS-e-TS]]>＝HT(UjTS-UTS)+ej-eTS，j＝1，...，N. (7)正如從等式(7)可見，在信道估算器中使用以下的模型是可能的y^^j:TS=HT(Uj:TS-U-TS).-----(8)]]>在依據本發明的一種示範性實施方案的信道估算器240中所使用的模型和經典的信道模型之間的差別在於使用輸入序列UjTS-UTS替代UjTS，從而補償由調製引入的偏差的DC偏移。而且，注意到，這將是能夠實施的最佳補償，因為在無噪的情況下(也就是，Var(ei)＝0)等式(7)和(8)是完全匹配的，因而當Var(ei)→0時，指明 因此，在無噪的情況下，可以獲得完善的信道估算。
然後在信道估算器240中所得到的信道估算被送到均衡器250。均衡器可以是任何類型的，例如，一種MLSE均衡器。MLSE均衡器對所有可能發送的數據序列假設一個接收信號，在將這些信號中每一個與實際的接收信號比較以後，選擇所假設的具有最大發送概率的數據序列。在均衡器中所使用的度量包括項 被最小化的度量為l=k=1N(y^k+R^DC-H^TUk)2.-------(9)]]>其中N是脈衝串中信息符號的數目。正如可從(7)和(9)看到的那樣，通過包括如等式(9)中所示的附加項 對於不帶DC分量的信號，在均衡器250中所使用的度量將與通常在經典的MLSE均衡器中所使用的度量相同。因此，通過使用以上展示的信道估算器240和均衡器250，DC偏移分量將不確定接收機中的最小噪聲量(也就是，噪聲的底值)。
依據本發明的另一種示範性實施方案，補償可被實施以適應接收信號DC電平中的幅度變化(DC臺階)。當，例如，一個強的附近的幹擾使其輸出信號斜升時，在接收信號中可產生DC臺階。在圖3中所示的DC偏移補償設備300中，接收到的脈衝串的基帶信號被存儲在緩存器210中，也被發送到同步單元220。同步單元220將接收到的數據脈衝串內的訓練序列定位並將這種同步信息供給信道估算器240。數據序列值被送到偏移變化檢測單元310。該變化檢測單元310確定在接收到的數據脈衝串內DC偏移中的變化已在何處發生。
如圖4中所示，偏移變化檢測單元310可以包括，例如，一個微分器410和一個閾值檢測器420。微分器410和閾值檢測器420串聯工作以確定在接收到的數據脈衝串DC電平中的任何臺階變化。微分器410將接收到的信號微分(例如，令Xi＝yi-yi-1)。接著，閾值檢測器420確定是否｜Xi｜/Pow(yi)＞α，其中Pow(yi)是yi所估計的功率，α是一個預先規定的閾值。在閾值檢測器420中確定所估計的功率。預先規定的閾值是一個根據特定的應用選取的峰值電壓值。如果，例如，對於一種應用，接收機需要高精度，則閾值將很小。如果｜Xi｜/Pow(yi)＞α，則DC臺階被確定在位置i發生。另一種方案是，信號Xi可能是被低通濾波而不是由微分器微分。在預先確定的閾值被比較以前進行。
現在返回圖3，接收到的序列yi與位置信息(也就是，找到DC臺階的時刻)一道都送到DC偏移估算器260，估算(n+1)DC偏移， (其中n是在脈衝串中檢測到DC變化的數目)。所估算的DC偏移 其中k＝1，…，n+1，被送到一個控制單元320。控制單元320保證同步地從接收到的脈衝串yi減去DC偏移估值。
圖5A示出一種包含被所發送的數據圍繞的訓練序列的典型數據脈衝串。如果在接收脈衝串期間或所發送的訓練序列期間至少一個DC臺階不發生，按以上關於圖2所描述的方式估算DC偏移。然而，如果DC臺階500發生在如圖5B(與圖5A比較時)中所示的脈衝串中的數據序列上，實施一種粗略的補償。對於DC臺階500左邊的信號，按以上關於圖2所描述的方式實施補償。然而，為了補償圖5B中DC臺階500右邊的DC偏移，估算DC偏移如下m^2=1B-i0+1k=i0By~k------(10)]]>其中B是脈衝串中位的數目。然後DC偏移估值被從接收到的信號中減去，如下所示y^i=y~i-m^2,i=i0,...,B.------(11)]]>
在估算時因為沒有已知的信號(也就是，訓練序列)可被使用，這種計算對於這部分接收到的信號將導致一種未被補償的偏差的DC偏移。在圖5C中所示的另一個例子中，如果DC臺階發生在訓練序列內的某處，對DC臺階510左邊的DC偏移被按以下等式估算m^1=1N1-1k=1N1-1yk:TS-----(12)]]>其中N1是DC臺階發生處數據中的點。對DC臺階510右邊的DC電平被按以下等式估算m^2=1N-N1+1k=N1Nyk:TS-------(13)]]>其中N是脈衝串中訓練序列的末端。因此，每半個脈衝串被獨立地處理，按以上對於每半個脈衝串 所描述的相同方法確定校正值，並被減去，對於每個脈衝串的殘餘DC被在信道估算器240和均衡器250中補償。
在這種情況下，信道估算器240中所用的模型如下所示y^^j:TS=HT(Uj:TS-U-j:TS),j=1,...,N-------(14)]]>其中 是從時間1到N1-1的訓練序列的平均值向量， N是從時間N1到N的訓練序列的平均值向量。
雖然通過它的優選實施方案描述了本發明，本領域的技術人員將認識到本發明並不限於在此所描述和展示的特定的實施方案。在此所示和所描述的方案以外的不同的實施方案和改進以及許多變型，修改和等效的方案將是明顯的，或者將合乎情理地通過前面的技術說明和附圖而提出並不偏離本發明的範圍的實質內容。
權利要求
1.一種用於補償接收機中DC偏移的方法包括以下步驟在所述的接收機上接收所發送的信號脈衝串；將所述的信號脈衝串下變換為一組基帶分量值；在該組基帶分量值中找出已知的訓練序列；利用所述的已知訓練序列估算DC偏移值；從所述的基帶分量值組中減去所述的DC偏移值，獲得第二組基帶分量值；利用所述的第二基帶分量值組實施信息估算，輸出一個信道模型和一個偏差的DC偏移值，和利用所述的第二組基帶信號，所述的被估算的信道模型和所述的偏差的DC偏移值實施對所述的第二組基帶分量值的均衡。
2.如權利要求1的方法，其中所述的第一組基帶分量值是數位化信號。
3.如權利要求1的方法，其中所述的基帶分量值是所述的接收信號的同相和正交分量。
4.如權利要求1的方法，其中所述的已知訓練序列包括L+N個前導(pilot)值，依據以下的等式實施所述的DC偏移值的估算m^=1Nj=1Ny~j:TS]]>其中 是L+1個前導符號中第j個向量。
5.如權利要求1的方法，其中所述的偏差的DC偏移值被按以下的等式確定RDC=1Nj=1NHTUj:TS=HTU-TS]]>其中H是一個信道模型，U是一個參照的訓練序列。
6.如權利要求1的方法，在所述的尋找步驟以後，還包括以下步驟確定所述的接收到的基帶信號內至少一個DC臺階值的位置。
7.如權利要求6的方法，其中所述的確定步驟還包括將所述的基帶分量值微分；和確定是否所述微分的基帶分量值超過預先確定的閾值值。
8.如權利要求6的方法，其中所述的減法步驟還包括控制從所述的接收信號減去所述的DC偏移估值，以保證在所估算的DC偏移值和所述的基帶分量組之間的數據同步。
9.如權利要求6的方法，其中如果在所述的發送序列的訓練序列內發生所述的DC臺階，在受所述的DC臺階影響的接收到的消息的一部分上和在不受所述的DC臺階影響的消息的部分上獨立地實施估算步驟。
10.如權利要求6的方法，其中如果在所述的接收到的脈衝串的訓練序列上不發生所述的DC臺階，在DC臺階上所述的DC偏移值的估算按以下等式實施m^2=1B-i0+1k=i0By~k]]>其中B是數據的數量，io是所確定的DC臺階的時間，
11.一種用於補償接收機中DC偏移的設備包括用於在所述的接收機上接收所發送的信號脈衝串的裝置；用於將所述的信號脈衝串下變換為一組基帶分量值的裝置；用於將基帶分量值組中已知的訓練序列定位的裝置；用於利用所述的已知的訓練序列估算DC偏移值的裝置；用於從所述的基帶分量值組減去所述的DC偏移值，以獲得第二組基帶分量值的裝置；用於利用所述的第二基帶分量值組實施信道估算並輸出一個信道模型和一個偏差的DC偏移值的裝置，和用於利用所述的第二組基帶信號，所述的所估算的信道模型和所述的偏差的DC偏移值實施對所述的第二組基帶分量值的均衡。
12.如權利要求11的設備，其中所述的第一組基帶信號分量是數位訊號。
13.如權利要求11的設備，其中所述的基帶分量值組是所述的接收信號的同相和正交分量。
14.如權利要求11的設備，其中所述的已知的訓練序列包括L+N個前導值，DC偏移值估算被按以下的等式實施m^=1Nj=1Ny~j:TS,]]>其中， 是L+1個前導符號的第j個向量。
15.如權利要求11的設備，其中所述的偏差的DC偏移值被按以下的等式確定RDC=1Nj=1NHTUj:TS=HTU-TS]]>其中H是一個信道模型，U是一個參照的訓練序列。
16.如權利要求11的設備，還包括用於確定在所述的接收到的基帶信號內至少一個DC臺階值的位置。
17.如權利要求16的設備，其中所述的用於確定的裝置還包括用於將所述的基帶分量值微分的裝置；和用於確定是否所述的已微分的基帶分量值超過預先確定的閾值值的裝置。
18.如權利要求16的設備，還包括用於控制從所述的接收到的信號中減去所述的DC偏移估值以保證在所估計的DC偏移值和所述的基帶分量組之間數據同步的裝置。
19.如權利要求16的設備，其中如果所述的DC臺階發生在所述的所發送的序列的訓練序列內，在受DC臺階影響的一部分接收到的消息上和不受DC臺階影響的消息部分上獨立地實施估算步驟。
20.如權利要求16的設備，其中如果所述的DC臺階不發生在所述的接收到的脈衝串的訓練序列上，所述的在DC臺階上DC偏移值估算被按以下等式實施m^2=1B-i0+1k=i0By~k]]>其中B是數據數量，io是所確定的DC臺階的時間。
全文摘要
為了增加無線電接收機內DC偏移補償的精度和保證這樣的補償不損害接收機內解碼器的動態過程,本發明分開地實施平均值估算和信道估算。此外,由於為了實施平均值估算使用的訓練序列引起的偏差的DC偏移值可在信道估算器和均衡器中被校正。
文檔編號H04L27/22GK1372743SQ00812387
公開日2002年10月2日 申請日期2000年6月21日 優先權日1999年7月2日
發明者N·斯滕斯特倫, B·林多夫, N·庫倫多夫 申請人:艾利森電話股份有限公司