CN102281218A - 直流偏移消除系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种直流偏移消除系统及其方法。本发明中，并行使用一个有限响应低通滤波器和一个无限响应高通滤波器，有限响应低通滤波器用来估计接收信号x(n)中直流偏移的大小，然后根据估计的结果来直接调整无限响应高通滤波器的记忆(即{y(n-k)，k＝1，…，K}的取值)，以减弱无限响应高通滤波器的记忆效应。使得无限响应高通滤波器消除直流偏移所需的时间能独立于直流偏移的大小，并且在缩短消除直流偏移所需时间的同时保留接收信号中更多的低频成分。

Description

直流偏移消除系统及其方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及直流偏移的消除技术。

背景技术

由于通信接收机所接收到的信号中混杂有直流偏移，因此在目前的现有技术中，通常会利用数字滤波器对接收信号进行直流偏移的消除。

比如说，使用一个无限响应高通滤波器来消除直流偏移。然而，由于滤波器的截止频率越高，对接收信号中的低频成分损害将会越大，而截止频率越低，消除直流偏移所需的时间就会越长。也就是说，提高高通滤波器的截止频率可以缩短消除直流偏移所需的时间，但却会损伤接收信号中的低频成分。降低高通滤波器的截止频率可以保留接收信号中更多的低频成分，但却会增加消除直流偏移所需的时间。

另外，也可以并行使用两个具有相同阶数的无限响应高通滤波器(一个具有较高的截止频率，另一个具有较低的截止频率)来消除直流偏移。具有较高截止频率的高通滤波器可在短时间内消除直流偏移。在直流偏移被消除后，切换至具有较低截止频率的高通滤波器，可以保留接收信号中更多的低频成分。然而，该方案存在以下问题：

(1)消除直流偏移所需的时间决定于直流偏移的大小。当直流偏移很大时，消除直流偏移需要较长的时间。

(2)由具有较高截止频率的高通滤波器切换至具有较低截止频率的高通滤波器时，会引入一个新的直流偏移。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流偏移消除系统及其方法，使得消除直流偏移所需的时间能独立于直流偏移的大小，并且在缩短消除直流偏移所需时间的同时保留接收信号中更多的低频成分。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种直流偏移消除系统，包含：有限响应低通滤波器、无限响应高通滤波器、寄存器调整模块；

其中，所述有限响应低通滤波器与所述寄存器调整模块相连接；所述有限响应低通滤波器将接收信号中的直流偏移的估计值D’输出给所述寄存器调整模块；

所述寄存器调整模块与所述无限响应高通滤波器相连接，所述寄存器调整模块将根据所述D’调整的所述无限响应高通滤波器的记忆，输出给所述无限响应高通滤波器，供该无限响应高通滤波器根据所述调整后的记忆对接收信号进行直流偏移消除。

本发明的实施方式还提供了一种直流偏移消除方法，包括以下步骤：

利用有限响应低通滤波器对接收信号中的直流偏移进行估计，得到直流偏移的估计值D’；

根据所述D’对用于进行直流偏移消除的无限响应高通滤波器的记忆进行调整；

所述无限响应高通滤波器根据所述调整后的记忆对接收信号进行直流偏移消除。

本发明实施方式相对于现有技术而言，并行使用一个有限响应低通滤波器和一个无限响应滤波器，有限响应低通滤波器用来估计接收信号x(n)中直流偏移的大小，然后根据估计的结果来直接调整无限响应滤波器的记忆(即{y(n-k)，k＝1，...，K}的取值)，以减弱无限响应高通滤波器的记忆效应。由于有限响应低通滤波器对直流偏移D的估计误差值只与用于直流偏移估计的采用点数N的大小和不含直流偏移的接收信号s(n)的统计特性有关，而与实际直流偏移D的大小无关。因此，消除直流偏移所需的时间独立于直流偏移的大小。而且，通过对有限响应低通滤波器和寄存器调整模块的利用，不但可以减弱无限响应高通滤波器的记忆效应，而且接收信号中包含的残留直流偏移从Dh_T(n)减小到(D-D′)h_T(n)，因此与现有技术方案相比，在缩短消除直流偏移所需时间的同时，保留了接收信号中更多的低频成分，也不会引入新的直流偏移。

另外，为了识别直流偏移的跳变，直流偏移消除系统还包含：直流偏移估计值存储模块和比较模块。直流偏移估计值存储模块与有限响应低通滤波器相连接，有限响应低通滤波器将估计的D’输出给直流偏移估计值存储模块进行存储。在得到D的估计值D’后，有限响应低通滤波器将继续工作，当两个相邻的估计结果的差值大于设定的阈值时，比较模块确认直流偏移发生跳变，触发有限响应低通滤波器和无限响应高通滤波器清零重启，以消除跳变了的直流偏移，进一步保证了直流偏移的消除稳定性，使得本发明也可用于消除跳变的直流偏移。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的直流偏移消除系统；

图2是根据本发明第二实施方式的直流偏移消除系统；

图3是根据本发明第三实施方式的直流偏移消除方法。

具体实施方式

本发明的第一实施方式涉及一种直流偏移消除系统，该直流偏移消除系统包含：有限响应低通滤波器、无限响应高通滤波器、寄存器调整模块。

具体如图1所示，有限响应低通滤波器根据接收信号的N个采样点，对接收信号中的直流偏移进行估计。该有限响应低通滤波器与寄存器调整模块相连接，将接收信号中的直流偏移的估计值D’输出给寄存器调整模块。

寄存器调整模块与无限响应高通滤波器相连接，寄存器调整模块将根据直流偏移的估计值D’调整的无限响应高通滤波器的记忆，输出给无限响应高通滤波器，供该无限响应高通滤波器根据调整后的记忆对接收信号进行直流偏移消除。

具体地说，无限响应高通滤波器的数学表达式是：

$y\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}b\left(m\right)x(n-m)-\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}a\left(k\right)y(n-k)$

其中，x(n)是含有直流偏移的接收信号，y(n)是消除了直流偏移的接收信号，b(m)和a(k)是无限响应高通滤波器的系数，并且

x(n)＝0及y(n)＝0，M和K是无限响应高通滤波器的两个参数，决定了无限响应高通滤波器的性能和复杂度，这两个参数的选择有标准通用方法，在此不再赘述。另外，{y(n-k)，k＝1，...，K}可以被看作是此无限响应高通滤波器的记忆。为了保留接收信号中更多的低频成分，应降低此滤波器的截止频率。但是，此滤波器的截止频率越低，其记忆效应就越强，消除直流偏移所需的时间就越强。

因此，在本实施方式中，并行使用一个有限响应低通滤波器和一个无限响应高通滤波器来消除直流偏移。先利用有限响应低通滤波器来估计x(n)中直流偏移的大小，然后根据估计的结果来直接调整{y(n-k)，k＝1，...，K}的取值以减弱无限响应高通滤波器的记忆效应。

由于当不含直流偏移的接收信号是s(n)，直流偏移是D，无限响应高通滤波器的冲激响应是h(n)时，无限响应高通滤波器的输出可表示为：

$y\left(n\right)=[s\left(n\right)+D]\⊗h\left(n\right)=s\left(n\right)\⊗h\left(n\right)+D{h}_T\left(n\right)$

其中，

代表卷积，

是无限响应高通滤波器的阶跃响应，是一个已知函数。因此，上式中的Dh_T(n)代表无限响应高通滤波器运行n个样点后的残留直流偏移。

而在本实施方式中，由于在开启无限响应高通滤波器的同时，并行开启一个有限响应低通滤波器用N个样点来估计D的值，表示为D’。因为h_T(n)是一个已知函数，根据D的大小，{y(N-k)，k＝1，...，K}的取值可调整如下：

y′(N-k)＝y(N-k)-D′h_T(N-k)

这样，对于任何n≥N的y(n)，其包含的残留直流偏移从Dh_T(n)减小到[D-D′]h_T(n)。

也就是说，有限响应低通滤波器在n＝N有一个输出D’。寄存器调整模块将这个输出乘以-h_T(N)，-h_T(N-1)，...，-h_T(N-k+1)后用于改变无限响应高通滤波器中寄存器的值(如图1所示)，从而使无限响应高通滤波器输出

中的直流偏移从Dh_T(n)减小到(D-D′)h_T(n)。图1中的

表示乘法器，表示加法器，无限响应高通滤波器和有限响应低通滤波器是与现有技术相同的标准通用滤波器，在此不再赘述。

不难发现，在本实施方式中，由于有限响应低通滤波器对直流偏移D的估计误差值只与用于直流偏移估计的采用点数N的大小和不含直流偏移的接收信号s(n)的统计特性有关，而与实际直流偏移D的大小无关。因此，消除直流偏移所需的时间独立于直流偏移的大小。而且，通过对有限响应低通滤波器和寄存器调整模块的利用，不但可以减弱无限响应高通滤波器的记忆效应，而且接收信号中包含的残留直流偏移从Dh_T(n)减小到(D-D′)h_T(n)，因此与现有技术方案相比，在缩短消除直流偏移所需时间的同时，保留了接收信号中更多的低频成分，也不会引入新的直流偏移。

本发明的第二实施方式涉及一种直流偏移消除系统。第二实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：为了识别直流偏移的跳变，在第二实施方式中，直流偏移消除系统还包含：直流偏移估计值存储模块和比较模块。

具体地说，直流偏移估计值存储模块(如寄存器)与有限响应低通滤波器相连接，在得到D的估计值D’后，有限响应低通滤波器继续工作，将根据N₁个采样点估计的D’输出给直流偏移估计值存储模块进行存储。比较模块与有限响应低通滤波器和直流偏移估计值存储模块相连接，有限响应低通滤波器将当前估计的D’输出给比较模块，直流偏移估计值存储模块将所存储的上一次估计的D’输出给比较模块，供比较模块对相邻两次估计的D’进行比较，如图2所示。

比较模块在相邻两次估计的D’的差值大于预置门限时，确认直流偏移发生跳变，向有限响应低通滤波器和无限响应高通滤波器输出信号，触发有限响应低通滤波器和无限响应高通滤波器清零重启，以消除跳变了的直流偏移。

由此可见，通过在得到D的估计值D’后，有限响应低通滤波器将继续工作，用N₁个样点来估计D的值。当两个相邻的估计结果的差值ΔD′大于设定的阈值T时，系统认定直流偏移发生跳变，有限响应低通滤波器和无限响应高通滤波器均被清零重启，N个样点后，直流偏移再次被减小到[D-D′]h_T(n)，进一步保证了直流偏移的消除稳定性，使得本发明也可用于消除跳变的直流偏移。

本发明第三实施方式涉及一种直流偏移消除方法。

具体流程如图3所示，在步骤310中，利用有限响应低通滤波器对接收信号中的直流偏移进行估计，得到直流偏移的估计值D’。具体地，有限响应低通滤波器根据接收信号的N个采样点，对接收信号中的直流偏移进行估计。

接着，在步骤320中，根据所估计的D’对用于进行直流偏移消除的无限响应高通滤波器的记忆进行调整。

具体地说，可通过以下方式对无限响应高通滤波器的记忆进行调整：

y′(N-k)＝y(N-k)-D′h_T(N-k)

其中，y(N-k)为无限响应高通滤波器的记忆，h_T(N-k)为所述无限响应高通滤波器的阶跃响应，是一个已知函数，y′(N-k)为调整后的记忆。在实际应用中，可以通过一个寄存器调整模块将有限响应低通滤波器所估计的D’对乘以-h_T(N)，-h_T(N-1)，...，-h_T(N-k+1)后用于改变无限响应高通滤波器中的记忆。

接着，在步骤330中，由无限响应高通滤波器根据调整后的记忆对接收信号进行直流偏移消除。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种直流偏移消除方法。第四实施方式在第三实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在第四实施方式中，为了识别直流偏移的跳变，在得到直流偏移的估计值D’后，还执行以下步骤：

有限响应低通滤波器继续工作，将根据N₁个采样点估计的D’存储在寄存器中。对相邻两次有限响应低通滤波器所估计的D’进行比较，如果相邻两次估计的D’的差值大于预置门限，确认直流偏移发生跳变，则将有限响应低通滤波器和无限响应高通滤波器进行清零重启，以消除跳变的直流偏移。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种直流偏移消除系统，其特征在于，包含：有限响应低通滤波器、无限响应高通滤波器、寄存器调整模块；

其中，所述有限响应低通滤波器与所述寄存器调整模块相连接；所述有限响应低通滤波器将接收信号中的直流偏移的估计值D’输出给所述寄存器调整模块；

所述寄存器调整模块与所述无限响应高通滤波器相连接，所述寄存器调整模块将根据所述D’调整的所述无限响应高通滤波器的记忆，输出给所述无限响应高通滤波器，供该无限响应高通滤波器根据所述调整后的记忆对接收信号进行直流偏移消除。

2.根据权利要求1所述的直流偏移消除系统，其特征在于，所述寄存器调整模块输出给所述无限响应高通滤波器的调整后的记忆y′(N-k)为：

y′(N-k)＝y(N-k)-D′h_T(N-k)；

其中，y(N-k)为所述无限响应高通滤波器的记忆，h_T(N-k)为所述无限响应高通滤波器的阶跃响应，是一个已知函数。

3.根据权利要求1或2所述的直流偏移消除系统，其特征在于，所述有限响应低通滤波器根据接收信号的N个采样点，对接收信号中的直流偏移进行估计。

4.根据权利要求3所述的直流偏移消除系统，其特征在于，所述直流偏移消除系统还包含：直流偏移估计值存储模块和比较模块；

其中，所述直流偏移估计值存储模块与所述有限响应低通滤波器相连接，在得到D的估计值D’后，有限响应低通滤波器继续工作，将根据N₁个采样点估计的D’输出给所述直流偏移估计值存储模块进行存储；

所述比较模块与所述有限响应低通滤波器和所述直流偏移估计值存储模块相连接，所述有限响应低通滤波器将当前估计的D’输出给所述比较模块，所述直流偏移估计值存储模块将所存储的上一次估计的D’输出给所述比较模块，供所述比较模块对相邻两次估计的D’进行比较；

所述比较模块在相邻两次估计的D’的差值大于预置门限时，确认直流偏移发生跳变，向所述有限响应低通滤波器和所述无限响应高通滤波器输出信号，触发所述有限响应低通滤波器和所述无限响应高通滤波器清零重启。

5.一种直流偏移消除方法，其特征在于，包含以下步骤：

利用有限响应低通滤波器对接收信号中的直流偏移进行估计，得到直流偏移的估计值D’；

根据所述D’对用于进行直流偏移消除的无限响应高通滤波器的记忆进行调整；

所述无限响应高通滤波器根据所述调整后的记忆对接收信号进行直流偏移消除。

6.根据权利要求5中所述的直流偏移消除方法，其特征在于，通过以下方式对所述无限响应高通滤波器的记忆进行调整：

y′(N-k)＝y(N-k)-D′h_T(N-k)

其中，y(N-k)为所述无限响应高通滤波器的记忆，h_T(N-k)为所述无限响应高通滤波器的阶跃响应，是一个已知函数，y′(N-k)为调整后的记忆。

7.根据权利要求5或6所述的直流偏移消除方法，其特征在于，所述有限响应低通滤波器根据接收信号的N个采样点，对接收信号中的直流偏移进行估计。

8.根据权利要求7所述的直流偏移消除方法，其特征在于，在得到直流偏移的估计值D’后，还包含以下步骤：

所述有限响应低通滤波器继续工作，将根据N₁个采样点估计的D’存储在寄存器中；

对相邻两次所述有限响应低通滤波器估计的D’进行比较；

如果相邻两次估计的D’的差值大于预置门限，确认直流偏移发生跳变，则将所述有限响应低通滤波器和所述无限响应高通滤波器进行清零重启。

Images