CN101010921B - 接收信号中的直流偏移的估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的方案。使用该信道的冲激响应估计来建模该传送的脉冲串的已知或恢复部分在通过所述信道时将被如何影响。然后将传送的脉冲串的建模的部分与该接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出在接收信号脉冲串中存在的直流偏移。

Description

接收信号中的直流偏移的估计方法和装置

技术领域

本发明涉及推导接收信号脉冲串中的直流偏移的装置及方法。 

背景技术

众所周知，在GSM/GPRS/EGPRS通信系统中，移动台从基站接收到的，或基站从移动台接收到的信号，会在其传播中被各种畸变所破坏。在这些畸变中，最严重之一的即多径传播，其中接收的信号会被来自环境中的例如建筑物等大型物体的多重反射所破坏，这些反射伴随着不同的延迟被接收。所受到的延迟的范围与被传送的单个数字码元被传送的持续时间相比是显著的，并且必须提供补偿或“均衡”这种畸变的手段。这通常是通过在每个传送的脉冲串的中心插入一个已知的“训练序列”来实现的。由于该序列是已知信号，所以传播路径可以被表征，接下来通过已知的均衡技术进行补偿。 

被引入接收信号的另一种畸变是直流偏移。其可能因几种原因而产生。例如，现在大部分接收机是采用直接转换，其中接收到的带通射频信号通过在信道频率标称地乘以正交本地振荡器信号来转换为绕零频率折叠的正交表示。所采用的模拟乘法器很少是理想的，并会呈现直流误差，并且该直流误差还可能随信号电平和温度而改变。并且，任何泄漏至射频信号路径中的本地振荡器信号均会转换为直流偏移。此外，直流偏移还会因接收信号的非线性畸变而产生。 

直流偏移对GSM/GPRS/EGPRS系统中的信号解调器具有严重影响，所以必须被消除。这可以通过在模数转换前进行模拟信号处理在一定程度上加以实现。 

EGPRS(增强型通用分组无线业务)是GSM/GPRS移动通信系统为获得更高速率的传送的一种进化。其引入了几种改进来提高使用原本用于常规GSM传送的相同频谱的频谱效率，其中之一是作为在GSM/GPRS中使用的GMSK调制的补充引入3π/8偏移8PSK调制方案。在理想状况下(无噪声或其它传送人为影响)，8PSK最多可以提供GMSK调制三倍的数据速率。但是，3π/8偏移8PSK比常规GMSK对噪声、频率偏移及外加的直流偏移更为敏感。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种推导接收信号中的直流偏移的方法，使在有需要时能被消除或抑制该偏移。 

根据一个方面，本发明提供了一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的装置，其中该接收信号脉冲串对应于一传送信号脉冲串，并且该装置包括：用于均衡作为该接收脉冲串的部分或基本全部的第一信号以产生均衡信号的均衡装置；使用所述信道的冲激响应估计来生成建模该均衡信号在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替该传送信号脉冲串相应部分的建模装置；以及用于将该测试信号与该接收信号脉冲串相应部分相比较以推导出在该接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定装置。 

本发明还包括了一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的方法，其中该接收信号脉冲串对应于一已知包含训练序列的传送信号脉冲串，并且该方法包括：使用所述信道的冲激响应估计来生成建模该训练序列的副本在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替该传送信号脉冲串的相应部分的建模步骤；以及将该测试信号与该接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定步骤。 

在某些实施例中，该传送信号脉冲串包含一训练序列，并且该第一信号为该接收信号脉冲串的一部分，该部分对应于该传送脉冲串中从训练序列延伸至该接收信号脉冲串一端的部分。 

在某些实施例中，该传送信号脉冲串包含一训练序列，并且该第一信号具有一为该接收信号脉冲串的一部分的第一部分，接收信号脉冲串的该部分对应于该传送脉冲串中从训练序列延伸至该接收信号脉冲串一端的第一部分，该第一信号还具有一为该接收信号脉冲串的一部分的第二部分，接收信号脉冲串的该部分对应于该传送脉冲串中从训练序列延伸至该接收信号脉冲串另一端的第一部分。 

在某些实施例中，该传送信号脉冲串包含一训练序列，并且该第一信号为该接收信号脉冲串中对应于该训练序列的部分。 

根据另一方面，本发明还提供了一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的装置，其中该接收信号脉冲串对应于已知包含一训练序列的传送信号脉冲串，并且该装置包括：使用所述信道的冲激响应估计来生成建模该训练序列的复本在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替该传送信号脉冲串的相应部分的建模装置；以及用于将该测试信号与该接收信号脉冲串的相应部分相比 较以推导出接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定装置。 

本发明还涉及一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的方法，其中该接收信号脉冲串对应于已知包含一训练序列的传送信号脉冲串，并且该方法包括：使用所述信道的冲激响应估计来生成建模该训练序列的复本在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替该传送信号脉冲串相应部分的建模步骤；以及将该测试信号与该接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定步骤。 

在某些实施例中，一旦推导出该直流偏移，即将其从接收信号脉冲串的全部或部分中去除，接下来对结果所得的信号进行均衡。 

根据本发明的用于直流估计与抑制的例程可在在硬件中实现，或作为由适当的数据处理硬件执行的软件来实现。这些例程可以实现在例如无线通信网络的基站或在这样的网络中使用的电话内。 

附图说明

仅作为示例，参照附图将本发明的特定实施例说明如下，其中： 

图1示出为EGPRS通信信道定义的一般脉冲串结构； 

图2以流程图形式说明本发明的一个实施例，其中该均衡过程被分为两个“半脉冲串”； 

图3给出本发明另一个实施例的流程图，其中该直流偏移估计是从位于训练序列周围的M个码元推导出的； 

图4给出本发明另一个实施例的流程图，其中该直流偏移估计是从代表训练序列的码元推导出的；以及 

图5根据本发明的适于主宿直流偏移估计方案的接收机架构。 

具体实施方式

图1所示为EGPRS脉冲串的一般构造。如图所示，该脉冲串结构在其一端具有几个保护码元10。该结构的剩余部分在其中心具有一个均衡器训练序列12，并在其每一端具有一些尾码元。在每一组尾码元与训练序列之间是一组编码码元14、16。这些编码码元将搬运EGPRS脉冲串的信息净荷，因而以下称这些码元为“净荷码元”，并且其码元段14、16称为“净荷段”。 

请考虑符合图1的结构的EGPRS脉冲串x将要通过信道传送至接收机、并且 在接收机处该脉冲串是作为因直接频率转换缺陷等而包含直流偏移的信号y被获取的情形。 

该传送脉冲串x可以被表示为向量x＝(x₀，x₁，...，x_N-1)^T，其中N为该脉冲串中码元的个数，x₀，x₁等是脉冲串中单独的码元。该信道可以被视为具有冲激响应向量h＝(h₀，h₁，...，h_L-1)^T，其中L为信道长度。假定该直流偏移在获得信号y所花的时间里是保持恒定的，则直流偏移可以被表示为恒定的向量m＝(m，m，...，m)^T。在此框架内，该接收信号y也可以被表示为： 

y＝(y₀，y₁，...，y_N-L)^T＝Xh+m     (1) 

其中X为矩阵： 

令向量x′表示传送信号x的近似，并令矩阵X′表示矩阵X的其码元被向量x′中的等价值替换后的版本。在该情景中，向量m中m值的最佳可能直流估计(在最小二乘法意义上)为m′，并且由向量m′中码元的平均值给出，向量m′由下式给出： 

m′＝y-X′h    (3) 

因此，为推导出值m′，必须首先推导出近似x′。故信号y相继经模拟域直流偏移补偿和均衡，从而产生的均衡脉冲串为向量x′，接着向量x′与向量h联合地应用(本领域技术人员很容易了解测量信道冲激响应的方案)于式(3)来得出向量m′，进而得出值m′。 

直流分量的估计m′接着可以用于根据以下等式生成接收信号y的求精形式y′： 

y′＝y-m″    (4) 

其中m″为恒定向量(m′，m′，...，m′)^T。 

然后可以用其结果将正确地表示传送信号x的较大的似然性来均衡信号y′。 

在一个实施例中，均衡可以在“半脉冲串”中进行处理。请参照图1，“左半脉冲串”可以定义为由接收到的第一个码元一直到训练码元的末端并包含该结尾，“右半脉冲串”可以定义为从训练码元的始端一直到脉冲串的最后一个接收码元(但当然需除开保护码元)。图2示出所提出的基于“半脉冲串”处理的DC补偿 的处理方法。 

第一“半脉冲串”(可以为左半脉冲串或右半脉冲串)在步骤S1中如常均衡。这些均衡的码元在步骤S2中用于通过式(3)来估计直流偏移。接下来，在步骤S3中，第二“半脉冲串”通过式(4)进行补偿。然后在步骤S4中，经补偿的第二“半脉冲串”被均衡。原则上，可对整个脉冲串应用改进后的偏移估计，并且也可以重新均衡第一“半脉冲串”。然而，这将花费更多的处理精力，并且在实践中，可以通过仅将修正应用于半个脉冲串(如图2)来达到合理的折衷。 

一个替换实施例将焦点放在一组M个净荷码元上，它们中的M/2个位于紧靠训练序列之前，剩下的M/2个位于紧接训练序列之后。由于在均衡中用到的时变信道冲激响应的估计是从训练码元推导出的(传播路径是时变的，尤其是对移动中的接收机来说，因此紧靠训练序列之前及之后的码元往往均衡性能更好)，故与训练序列邻近的码元比其它码元具有更低的误差概率(在大多数情况下)。因此，接收脉冲串中的直流分量可以利用净荷段中最接近训练序列的部分来估计。例如，在每一净荷段中最接近训练脉冲串的10个码元可以被使用(这意味着M＝20)。图3给出本实施例一个例子的流程图。 

在步骤S5中，训练序列周围的M个码元被均衡。在步骤S6中，该M个经均衡的码元被放入式(3)中以计算接下来将要用于式(4)以生成经补偿信号y′的直流偏移m′。在步骤S7中，剩下的净荷码元(即那些不在于步骤S5中被均衡的该组M个码元中)使用信号y′作为基础来均衡。或者可使步骤S7的均衡重新开始(忽略已被均衡的M个码元)。同样，步骤S7的实现中的选择是基于性能和处理时间之间的平衡。 

可执行直流偏移的估计而不必首先均衡接收信号脉冲串的部分或全部。以下将结合图4对这种实施例加以说明。 

该接收信号脉冲串以IQ格式提供，并且在I和Q分支的每一个上执行初始直流补偿过程401。对于每一分支，该过程包括：对I或根据情况也可以对Q码元分量的流进行平均以估计直流偏移，接着从I或根据情况也可以从Q流的码元分量减去该偏移。结果所得的IQ格式信号随后在步骤402中用以估计接收信号脉冲串到达前所穿过的信道的冲激响应。对本领域技术人员而言显而易见的是，还有许多不同的方法可以被用来估计信道的冲激响应(CIR)。 

CIR估计的一种可能实现是通过将经初始直流补偿的接收脉冲串与已知由接收脉冲串使用的训练序列的码元的相关。或者也可以在最小二乘意义上执行经初始 直流补偿的接收脉冲串对训练序列的码元的线性拟合。 

一旦推导出了CIR，就在过程403中将其用以过滤训练码元序列。结果得到的信号接下来在步骤404中被用以推导残余直流偏移的估计。过程404中所执行的估计，是通过在逐码元基础上计算训练码元的经过滤序列与经初始直流补偿的接收脉冲串的相应部分之差的平均来实现。步骤404中执行的计算对应于式(3)的实现。然后在实现式(4)的过程405中从接收信号中移除残余直流偏移估计m″，以生成该脉冲串的接下来可以接受均衡的版本。 

如本文件介绍部分所述，前述的根据本发明的用于估计及抑制直流偏移的例程，可以实现在例如无线通信网络的基站或在这样的网络中使用的移动电话上。图5示出可以代表能实现本发明的移动电话、基站或其它类似接收机的一般结构。接收机501包括：用于获取无线信号的天线502，射频部503，模数转换(ADC)部504，数据处理器505以及存储器506。实际上该接收机还将包括许多别的元件，但在此仅示出与说明本发明的实现相关的必要元件。 

在天线502处接收到的信号在射频部503被下变频并放大。这些信号再由模数转换部504转换为数字信号并传送至处理器505。处理器505依靠存储器506根据需要来提供信号值及其它数据的存储来执行提取和利用所获取的信号的信息净荷必要的操作。处理器505采用根据本发明的前述例程来进行直流偏移估计与抑制，如图2、3及4中所述。 

Claims (10)

1.一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的装置，其中所述接收信号脉冲串对应于一传送信号脉冲串，并且所述装置包括：用于均衡作为所述接收脉冲串的部分或全部的第一信号以生成均衡的信号的均衡装置，所述第一信号在进行均衡之前经模拟域直流偏移补偿；使用所述信道的冲激响应估计来生成建模所述均衡的信号在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替所述传送信号脉冲串的相应部分的建模装置；以及用于将所述测试信号与所述接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出所述接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定装置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传送信号脉冲串包含一训练序列，并且所述第一信号为所述接收信号脉冲串的一部分，所述接收信号脉冲串的所述部分对应于所述传送脉冲串中从所述训练序列延伸至所述接收信号脉冲串一端的部分。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传送信号脉冲串包含一训练序列，并且所述第一信号具有一为所述接收信号脉冲串一部分的第一部分，所述接收信号脉冲串的所述部分对应于所述传送信号脉冲串中从所述训练序列延伸至所述接收信号脉冲串一端，并且所述第一信号还具有一为所述接收信号脉冲串的一部分的第二部分，所述接收信号脉冲串的所述部分对应于所述传送信号脉冲串中从所述训练序列延伸至所述接收信号脉冲串另一端。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传送信号脉冲串包含一训练序列，并且所述第一信号为所述接收信号脉冲串中对应于所述训练序列的部分。

5.一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的装置，其中所述接收信号脉冲串对应于已知包含一训练序列的传送信号脉冲串，并且所述装置包括：使用所述信道的冲激响应估计来生成建模所述训练序列在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替所述传送信号脉冲串的相应部分的建模装置；以及用于将所述测试信号与所述接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出所述接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定装置，

其中所述接收信号脉冲串中训练序列的部分相继经模拟域直流偏移补偿和均衡。

6.一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的方法，其中所述接收信号脉冲串对应于一传送信号脉冲串，并且所述方法包括：均衡作为所述接收脉冲串的部分或全部的第一信号以生成均衡的信号的均衡步骤，其中所述第一信号在进行均衡之前经模拟域直流偏移补偿；使用所述信道的冲激响应估计来生成建模所述均衡的信号在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替所述传送信号脉冲串中的相应部分的建模步骤；以及将所述测试信号与所述接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出所述接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传送信号脉冲串包含一训练序列，并且所述第一信号为所述接收信号脉冲串的一部分，所述接收信号脉冲串的所述部分对应于所述传送脉冲串中从所述训练序列延伸至所述接收信号脉冲串一端的部分。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传送信号脉冲串包含一训练序列，并且所述第一信号具有一为所述接收信号脉冲串的一部分的第一部分，所述接收信号脉冲串的所述部分对应于所述传送信号脉冲串中从所述训练序列延伸至所述接收信号脉冲串一端，并且所述第一信号还具有一为所述接收信号脉冲串的一部分的第二部分，所述接收信号脉冲串的所述部分对应于所述传送信号脉冲串中从所述训练序列延伸至所述接收信号脉冲串的另一端。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传送信号脉冲串包含一训练序列，并且所述第一信号为所述接收信号脉冲串中对应于所述训练序列的一部分。

10.一种推导通过特定信道获得的接收信号脉冲串中的直流偏移的方法，其中所述接收信号脉冲串对应于已知包含一训练序列的传送信号脉冲串，并且所述方法包括：使用所述信道的冲激响应估计来生成建模所述训练序列在通过所述信道时将被如何影响的测试信号以代替所述传送信号脉冲串的相应部分的建模步骤，以及将所述测试信号与所述接收信号脉冲串的相应部分相比较以推导出在所述接收信号脉冲串中存在的直流偏移的评定步骤，

其中所述接收信号脉冲串中训练序列的部分相继经模拟域直流偏移补偿和均衡。

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