CN102511126B - 相差补偿装置与相差补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种相差补偿装置(300、400)，其包括第一相差补偿器(305)和位于所述第一相差补偿器(305)下游的第二相差补偿器(200)。所述第一相差补偿器(305)用于根据接收信号的值和预定导频值来获取接收信号的第一估计相差按照所述第一估计相差移位接收信号的相位，并将经过相移的接收信号提供给所述第二相差补偿器(200)。第二相差补偿器(200)包括一个延时元件(210)，用于延迟经过相移的接收信号；一个相差估计器(100)，用于提供经过相移的接收信号的第二估计相差以及一个移相器(220)，用于按照所述第二估计相差移位延迟后的经过相移的接收信号的相位。相差估计器(100)包括一个双削波器(110)，用于将经过相移的接收信号的值映射到映射值；一个共轭器(120)，用于共轭映射值或经过相移的接收信号的值，以获取共轭输出值和未处理输出值；一个乘法器(130)，用于将共轭器(120)的共轭输出值和未处理输出值相乘，以获取差别值；以及一个鉴相器(140)，用于确定差别值的相位，以获取第二估计相差

Description

相差补偿装置与相差补偿方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及接收信号的相差补偿。

背景技术

在数据通信系统中，从发射机传输至接收机的信号通常是按照各种不同调制方案中的一种调制的。如果接收机中的解调器需要恢复接收信号的载波，则可能需要考虑发射机本地振荡器与接收机本地振荡器之间的频率失真。例如，接收机可能会估计并减少振荡器的频率失真和相位噪声，以改进接收信号的复原效率。

为了估计并减少损伤和噪音，可采用各种各样的数字技术。例如，传输过程中可以在数据符号间插入已知符号，用于在接收器端估计相位和频率误差。例如，这类已知符号称为导频符号。然而，如果(举例来说)振荡器受到增大的相位噪声的影响，这类技术的性能就会削减。此外，如果使用高阶调制码型，这类技术的性能可能不足。为了改进所述技术的性能，可增加导频符号的数量。但这会降低频谱效率。

另一种可能的技术采用闭环电路，其可包括一个锁相环，以改善对数字符号的估计。然而，这种闭环电路在较大相位噪声的情况下，会发生性能衰落。

发明内容

本发明的目标在于，提供一种补偿接收信号相差的有效思路。

该目标通过独立权利要求的特征来实现。从独立权利要求很容易了解其他实施例。

本发明基于一种可以有效确定接收信号相差的判决引导前馈结构。例如，值(尤其是接收信号的复数值)可以映射到映射值，例如正交幅度调制QAM之类的调制方案复数星座点。如果接收信号存在相差，则接收信号的值和映射值不同，通过两者可以得到相差的相关信息。通过(举例来说)复数乘法，将值与映射值相结合，从而估计出相差或从结合结果中提取相差。估计的相差可用于校正或补偿接收信号。

根据第一个方面，本发明涉及一种相差补偿装置，用于补偿接收信号相差。相差补偿装置包括第一相差补偿器和位于所述第一相差补偿器下游的第二误差补偿器。第一相差补偿器用于根据接收信号的值和预定导频值获取接收信号的第一估计相差，以按照所述第一估计误差移位接收信号的相位，并向所述第二相差补偿器提供经过相移的接收信号。第二相差补偿器包括一个延时元件，用于延迟经过相移的接收信号；一个相差估计器，用于提供经过相移的接收信号的第二估计相差；和一个移相器，用于按照所述第二估计相差移位延迟后的经过相移的接收信号的相位。相差估计器包括一个双削波器，用于将经过相移的接收信号的值映射到映射值；一个共轭器，用于共轭映射值或经过相移的接收信号的值，以获取共轭输出值和未处理输出值；一个乘法器，用于将共轭器的共轭输出值和未处理输出值相乘，以获取差别值；以及一个鉴相器，用于确定差别值的相位，以获取第二估计相差。

因此，根据本发明的第一个方面，在相差补偿装置中，第二相差补偿器(举例来说)与第一相差补偿器串联。例如，接收信号的相差首先通过旋转接收信号来补偿，更具体地，按照第一估计相差补偿接收信号的值，随后按照相差估计器的第二估计相差旋转。第二相差补偿器的相差估计在第一相差补偿器的相移输出信号上执行。

在共轭器中，在剩余值未发生变化时，执行一个值的复共轭。如果接收信号的值的相位等于映射值的相位，那么乘算的结果(称为差别值)是无虚部实数。因此，鉴相器可以确定零相差。但是，如果接收信号的值的相位与映射值的相位不同，则乘算得出的差别值将具有虚部。接收信号的相差，尤其是瞬时相差，可通过计算差别值的相位来确定。因此可以轻松确定第二相差。

这种相差补偿装置可以校正或至少可以部分地接收信号的相差，以(举例来说)更好地测定接收信号中的数据符号。通过使用本发明第一个方面的相差估计器，可以有效估计第二相差。通过移相器可以旋转接收信号(尤其在复平面旋转)，以补偿相差。第二相差补偿器亦可称为前馈相差补偿器。

根据第一个方面的第一个实施方式，本发明涉及一种相差补偿装置，其中，相差估计器还包括一个滤波器，用于对鉴相器的输出值进行滤波，以获取估计相差。因此，鉴相器之前的输出值可以加权，以获取估计相差。

滤波器可(举例来说)包括一个低通滤波器。因此，输出值的点状移位可以在估计相差中实现平均。滤波器可(举例来说)包括一个移动平均滤波器。使用移动平均滤波器，可以计算之前不同输出值的均值，以获取估计相差，其中所述之前输出值可有不同加权。根据某些实施方式，针对鉴相器的多个输出值，滤波器可包括多个相同的权重，。在这些实例中，估计相差相当于之前输出值的均值。滤波器可实施为有限脉冲响应FIR滤波器。

根据第一个方面的第二个实施方式，本发明涉及一种相差补偿装置，其中，移相器包括一个复数乘法器，用于将经过相移的延时的接收信号的值乘以误差值，所述误差值通过第二估计相差的复指数函数确定。例如，误差值可根据公式计算得出，其中，是时间t时的第二估计相差瞬时值。

根据第一个方面的第三个实施方式，本发明涉及一种相差补偿装置，其还用于使延时元件的延时适应相差估计器的处理时间。例如，延时元件的延时可选择为，延迟接收信号，直到估计出接收信号瞬时值的第二相差。

根据第一个方面的第四个实施方式，本发明涉及一种相差补偿装置，其中，第一相差补偿器用于根据接收信号的值和给定时间的预定导频值来确定相差值，并通过在相差值间做内插来获取第一估计相差。例如，接收信号可包括一个或多个预定导频符号和若干净荷数据符号。净荷符号在接收信号中传输时，第一相差补偿器的估计相差可按照在导频符号在接收信号中传输时确定的相差值间插值来插补。插值可以是(举例来说)线性插值或高阶插值。

根据第一个方面的第五个实施方式，本发明涉及一种相差补偿装置，其包括一个位于第二相差补偿器下游的又一双削波器，用于将又一双削波器输入的信号值映射到又一双削波器输出的映射值；以及一个反馈相差补偿器。反馈相差补偿器用于根据又一双削波器输入的值和又一双削波器输出的映射值间的差值来获取反馈相差，并按照反馈相差来移位接收信号的相位，以获取又一双削波器输入的信号。相应地，又一双削波器的映射误差在反馈路径中估计，以确定相差(即反馈相差)，用于在将接收信号提供给又一双削波器前旋转信号。

反馈相差补偿器的反馈部分可(举例来说)基于锁相环PLL方案，其中，PLL的相位信息用于补偿接收信号。反馈相差补偿器可(举例来说)包括一个检相器和一个具有不同值的环路滤波器，用以获取反馈相差。环路滤波器的输出可提供给压控振荡器VCO，该振荡器可充当积分器或数字电路中的累加器。VCO的输出可以是用作反馈相差的相位值。

根据第一个方面的第六个实施方式，本发明涉及一种相差补偿装置，其包括另一相差补偿器，与第二相差补偿器形成串联。所述另一相差补偿器包括另一相差估计器，如前所述，其用于第二相差补偿器的相差估计器。相应地，接收信号的相差可以在几个阶段(即第一相差补偿器、第二相差补偿器和另一相差补偿器)内减少。

另一相差补偿器可(举例来说)包括一个延时元件，用于延迟另一相差补偿器的输入信号；所述另一相差估计器，用于提供所述输入信号的另一估计相位；以及一个移相器，用于按照另一估计相差来移位延时输入信号的相位。

相应地，另一相差补偿器可包括另一双削波器，用于将所述输入信号的值映射到映射值；另一共轭器，用于共轭映射值或所述输入信号值，以获取另一共轭输出值和另一未处理输出值；另一乘法器，用于将另一共轭器的另一共轭输出值和另一未处理输出值相乘，以获取另一差别值；以及另一鉴相器，用于确定另一差别值的相位，以获取另一估计相差。

根据第二个方面，本发明涉及一种相差补偿方法，用于补偿接收信号相差。在相差补偿方法中，根据接收信号的值和预定导频值获取接收信号的第一估计相差，并按照所述第一估计误差移位接收信号的相位。此外，将经过相移的接收信号的值映射到映射值。将一个映射值与经过相移的接收信号的值相结合，以获取共轭输出值和未处理输出值。将共轭输出值和未处理输出值相乘以获取差别值。确定差别值的相位，以获取第二估计相差。经过相移的接收信号被延迟。延迟后的经过相移的接收信号的相位按照第二估计相差移位。

根据第二个方面的一些实施方式，获取估计相差包括滤光差别值。此外，本发明第二个方面的实施方式由第一个方面的各种实施方式产生。

下文将结合以下附图对本发明的其他实施例进行阐述，其中：

图1是根据一个实施方式的相差估计器示意图；

图2是根据一个实施方式的相差补偿器示意图；

图3是根据一个实施方式的相差补偿装置示意图；

图4是根据一个实施方式的相差补偿装置示意图；

图5是根据一个实施方式的细节反馈相差补偿器示意图；

图6是根据一个实施方式的相差补偿装置示意图。

附图说明

图1是相差估计器100的一个实施方式的示意图。相差估计器100包括双削波器110，其连接至相差估计器的输入端和共轭器120，该共轭器的输入端连接至双削波器110的输出端和相差估计器的输入端。共轭器120包括个共轭部件121，用于执行输入信号的复共轭。共轭器120的输出端连接至复数乘法器130。复数乘法器130的一个输出端与鉴相器140共轭，该鉴相器具有位于下游的滤波器150。

双削波器110用于将输入的接收信号的值映射到输出的映射值。接收信号可以是数字采样和下变频射频信号，可由调制符号组成，例如，由正交幅度调制QAM符号组成。

例如，双削波器110比较带有若干阈值的接收信号并根据比较结果执行到映射值的映射。例如，双削波器110在复平面执行二维运算，以将接收信号的一个值映射到调制方案的一个预定星座点。

具有映射值的双削波器110输出信号和具有未处理值的未处理接收信号被提供给共轭器120，其针对两个输入信号中的一个执行复共轭。在图1所示的实施方式中，映射值通过共轭元件121形成共轭，而接收信号仍未处理。然而，根据其他实施方式，也可执行接收信号的共轭，不处理双削波器110的输出信号。

共轭器120的输出值，即共轭输出值和未处理输出值被提供给乘法器130，以执行复数乘法，其产生的差别值被提供给鉴相器140。鉴相器140确定差别值的复相例如根据以下方程式得出

其中，H是乘法器130提供的复数差别值。

相位值被提供给滤波器150，以获取接收信号的估计相差滤波器150可以是移动平均滤波器，如具有低通传递函数的FIR滤波器。滤波器150的滤波长度可以约为十个滤波抽头。这种FIR滤波器的系数均可以相等，以实现相位值的标准均值，或FIR滤波器可具有适合理想滤波器传递函数的系数。可以轻松实现等权滤波。例如，可以将最后N个相位值相加，再除以N，以得到估计相差

根据一些实施方式，相差估计器100中可以省去滤波器150。相应地，相位值可直接用作估计相差

图2是相差补偿器200的一个实施方式的示意图，该相差补偿器包括延时元件210、移相器220和图1所示实施方式中的相差估计器100。在相差补偿器200中，接收信号被提供给延时元件210，以延迟接收信号。接收信号进一步被提供给相差估计器100，也称前馈相差估计器FFPE，以得到接收信号的估计相差移相器220用于按照估计相差移位延时接收信号的相位，即延时元件210的输出，以补充接收信号的相差。例如，移相器220包括一个复数乘法器，用于将延迟后的接收信号的值乘以误差值。误差值可通过估计相差的复指数函数确定，如其中，是估计相差的瞬时值。

图3是相差补偿装置300的一个实施方式的示意图，其包括图2所示的相差补偿器200和位于所述相差补偿器200上游的又一相差补偿器305。又一相差补偿器305包括延时元件310、移相器320和基于导频符号的相差估计器330。基于导频符号的相差估计器PSPE 330包括导频符号误差计算PSEC部件340和导频符号误差插值PSEI部件350。导频符号误差计算部件340可以检测接收信号中的预定导频符号(这些符号按照净荷符号间的给定时间插在接收信号中)并计算接收信号的值与预定导频信号的值之间的相位偏移。例如，在给定时间内，计算的相差值被提供给基于导频符号的相差插值器350。插值器350执行接收信号中没有导频符号时相差值间的插入。因此，插值器350计算出相差的时变估计值，并将其提供给功能类似或等同于移相器220的移相器320。相应地，被延时元件310延迟的接收信号按照估计相差移相或旋转，并被提供给第一相差补偿器200。

图4是相差补偿装置400的又一实施方式的示意图，其(举例来说)基于图3所示的装置300。图4所示的装置还包括位于移相器220下游的又一双削波器410。又一双削波器410的输入和又一双削波器410的输出被提供给求差部件420，其与反馈相差估计器FBPE 430耦合。更具体地，求差部件420的输出与反馈相差估计器的输入431耦合。反馈相差估计器430的输出432与求和部件440耦合，该求和部件的输出与移相器220耦合。

又一双削波器410的功能类似于双削波器的功能110，即，将双削波器410输入的值映射到双削波器410输出的映射值，其(举例来说)根据阈值数执行。求差部件420计算输入值与映射值间的差值，并将其提供给反馈相差估计器430，其(举例来说)基于PLL方案。反馈相位值连同相差估计器100的估计相差一起提供给求和部件440。移相器220根据这两个相差值与的总和执行接收信号的旋转。部件420和430是反馈相差补偿器的一部分，其可进一步改进上述相差补偿的性能。

如图5所示，反馈相差估计器320可包括检相器510、连接至检相器510输出口的环路滤波器520和由环路滤波器520的输出控制的VCO 530。更具体地，VCO 530输出的相位值可用作反馈相差该反馈相差用于移相器220中的相移基础。

根据一些实施方式，图2或图3所示的相差补偿器200可替换或扩展为两个或多个相互串联的相同或类似补偿器。

例如，图6显示了相差补偿装置的一个实施方式，其中，相差补偿器200与又一相差补偿器610串联，也可能与另一相差补偿器620串联。相差补偿器610、620可与相差补偿器200相同或类似。更具体地，相差补偿器610、620可包括相差估计器630、640，用于执行与相差估计器100相同的功能。相应地，相差估计器630提供另一估计相差相差估计器640仍提供另一相差估计对于相差的补偿，补偿器610、620包括延时元件650、660和移相器670、680。

通过串联若干类似相差补偿器，尤其是与前馈相差估计器串联，可以从补偿器级至补偿器级降低接收信号的剩余相差。

根据一些实施方式，在相差补偿器200的实施方式中，两个或多个相差补偿器的串联可与图3中串联上游的基于导频符号的相差补偿器和图4中串联下游的反馈相位补偿器相结合。

然而，在不同实施方式中，基于导频符号的相差补偿器与级联判决引导前馈相差补偿器相结合可以提供足够的性能。

所述装置可用于不同射频接收机或光接收机。

Claims (10)

1.用于补偿接收信号相差的相差补偿装置（300、400），所述相差补偿装置（300、400）包括第一相差补偿器(305)和位于所述第一相差补偿器(305)下游的第二相差补偿器(200)，其中，所述第一相差补偿器(305)用于根据所述接收信号的值和预定导频值来获取所述接收信号的第一估计相差按照所述第一估计相差移位接收信号的相位，并将所述经过相移的接收信号提供给所述第二相差补偿器(200)；其中所述第一相差补偿器(305)包括导频符号误差计算部件（340）、插值器（350）、第一延时元件（310）和第一移相器（320），所述导频符号误差计算部件（340）用于计算接收信号的值与预定导频信号的值之间的相差值，并在给定时间内，将所述相差值提供给插值器（350），所述插值器（350）用于通过在相差值间做内插来获取所述第一估计相差计算出所述第一估计相差的时变估计值，并将所述时变估计值提供给所述第一移相器（320），所述第一延时元件（310）用于对接收信号进行延时处理，所述第一移相器（320）用于根据所述第一估计相差的时变估计值对经过延时处理的接收信号进行移相；

其中所述第二相差补偿器(200)包括：

一个延时元件(210)，用于延迟所述经过相移的接收信号；

一个相差估计器(100)，用于提供所述经过相移的接收信号的第二估计相差以及

一个移相器(220)，用于按照所述第二估计相差移位所述延迟后的经过相移的接收信号的相位；其中所述相差估计器(100)包括：

一个双削波器(110)，用于将所述经过相移的接收信号的值映射到映射值；

一个共轭器(120)，用于共轭所述映射值和所述经过相移的接收信号的值中的其中之一，以获取共轭输出值和未处理输出值；

一个乘法器(130)，用于将所述共轭器(120)的所述共轭输出值和所述未处理输出值相乘，以获取差别值；以及

一个鉴相器(140)，用于确定所述差别值的相位，以获取所述第二估计相差其中，所述相差估计器(100)还包括一个滤波器(150)，用于滤光所述鉴相器(140)的输出值以获取第二估计相差

2.根据权利要求1所述的相差补偿装置（300、400），

其中，所述滤波器（150）是低通滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的相差补偿装置（300、400），

其中所述滤波器(150)包括，针对所述鉴相器(140)的所述多个输出值的，多个相同的权重。

4.根据权利要求1所述的相差补偿装置（300、400），

其中所述移相器(220)包括一个复数乘法器，用于将所述经过相移的延迟后的接收信号的值乘以误差值，所述误差值通过所述第二估计相差的复指数函数确定。

5.根据权利要求1所述的相差补偿装置（300、400），

还用于使所述延时元件(210)的延时适应于所述相差估计器(100)的处理时间。

6.根据权利要求1所述的相差补偿装置(300、400)，

包括一个位于所述第二相差补偿器(200)下游的又一双削波器(410)，用于将所述又一双削波器(410)输入的信号值映射到所述又一双削波器(410)输出的映射值，且还包括反馈相差补偿器(420、430)，用于：

根据所述又一双削波器(410)所述输入的所述值和所述又一双削波器(410)所述输出的所述映射值间的差值来获取反馈相差；以及

按照所述反馈相差来移位所述接收信号的相位，以获取所述又一双削波器(410)所述输入的所述信号。

7.根据权利要求6所述的相差补偿装置（300、400)，

其中所述反馈相差补偿器（420、430）包括一个检相器(510)和一个具有不同值的环路滤波器(520)，用以获取所述反馈相差。

8.根据权利要求1所述的相差补偿装置（300、400），

包括另一相差补偿器（610、620），与所述第二相差补偿器(200)形成串联，所述另一相差补偿器（610、620）包括另一相差估计器（630、640），所述另一相差估计器（630、640）与所述相差估计器(100)相同。

9.根据权利要求8所述的相差补偿装置（300、400），

其中所述另一相差补偿器（610、620）包括：

一个延时元件，用于延迟所述另一相差补偿器（610、620）的输入信号；

所述另一相差估计器（630、640），用于提供所述输入信号的另一估计相差 以及

一个移相器(220)，用于按照所述另一估计相差来移位延时输入信号的相位。

10.根据权利要求9所述的相差补偿装置（300、400），

其中所述另一相差估计器（630、640）包括：

另一双削波器，用于将所述输入信号的值映射到映射值；

另一共轭器，用于共轭所述映射值和所述输入信号的值其中之一，以获取另一共轭输出值和另一未处理输出值；

另一乘法器，用于将所述另一共轭器的所述另一共轭输出值和所述另一未处理输出值相乘，以获取另一差别值；以及

另一鉴相器(140)，用于确定所述另一差别值的相位，以获取所述另一估计相差