CN103532891B - 接收机及直流估计方法和装置、直流消除方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种接收机及直流估计方法和装置、直流消除方法和装置。所述直流估计方法包括：采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；统计提取出的数据中的正数个数和负数个数；基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值。本发明技术方案通过简单的运算从而对模数转换后的数字域进行残余直流的估计和消除。

Description

接收机及直流估计方法和装置、直流消除方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种接收机及直流估计方法和装置、直流消除方法和装置。

背景技术

随着无线通信技术的日益发展，无线传输技术应用越来越被各行各业所接受。3G无线监控系统，3G无线传输系统，3G无线音视频传输设备，无线移动图像传输系统等等，在越来越多的被大家所熟知。无线通信系统由传输媒体、发送设备和接收设备三部分组成，其中任何一项设备的性能都影响着整个系统的总体性能。接收机的性能的优劣直接影响着整个无线通信系统的最终接收效果。在目前的无线通信系统的接收设备中，一方面，由于无线通信系统中的发射端所发送到无线信道上的数据中存在着假直流（无线通信系统中发射端发送到无线信道上的数据累加的和并不等于0，我们称该无线通信系统发送的数据中存在着假直流），另一方面，接收机射频（RF）前端和模数（A/D）转换的算法特性都会给终端模数采样后的数据引入直流偏移的信号，如本振信号的自混频引起的时变动态漂移、由于电路元件的误差和失配所引起的直流工作点的漂移等，这两部分叠加的直流信号如果不能有效去除会影响接收机对数据的解调性能，使接收信噪比变低，甚至无法正确接收信号，尤其是对高阶调制解调如16QAM和64QAM的接收性能产生明显的恶化。

在无线通信系统中，现有的解决残余直流估计方案大都在射频部分进行了去直流的处理，但是仍然无法保证残余直流分量的大小能够满足高阶调制数据的解调要求。所以有必要在模数转换后的数字域进行残余直流的估计和消除。

传统的数字域残余直流估计方案中多采用有限长单位冲激响应（FIR，Finite Impulse Response）或者无限长单位冲激响应（IIR，Infinite ImpulseResponse）滤波器原理进行。基于FIR的处理方案容易引入相位偏移，而基于IIR的处理方案往往阶数较高，运算量大。对数据求平均方法得到直流估计值的方法也是传统方法中的一种，虽然不会引入相位偏移，运算量也小于FIR和IIR方法，但是，采用了高阶调制技术的数据样本的不对称分布会造成数据携带“假直流”；采用这几种传统方法都无法从直流估计值中去除数据部分携带的“假直流”而出现直流估计值误差大的问题。而直流估计值误差大同样会对高阶调制数据的在解调时候的性能产生明显的恶化影响。

公开号为US2008/0297206的美国专利申请中公开了一种增强型数据接收机，包括直流偏移估计电路，利用一个探测器来识别解调信号的转折点和测量这些转折点的信号级别。探测器还会丢弃小于某些阈值的信号值，计算平均每个相邻的最高和最低级别的信号输出，选择一个高、低和中值计算的平均估计直流偏置值。该发明是对接收机解调之后的信号进行直流偏移估计，但是没有考虑到由于接收机射频前端期间的和模数转换期间的算法特性会给终端模数采样后的数据引入直流信号。

发明内容

本发明技术方案要解决是现有技术的残余直流估计方案无法去除数据部分携带的假直流而导致直流估计值误差大的问题。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种直流估计的方法。包括：采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；统计提取出的数据中的正数个数和负数个数；基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值。

可选的，所采集的数据个数小于或等于一个时隙内的数据个数。

可选的，所述门限值为采集到的数据的绝对值的平均值与门限系数的乘积，所述门限系数的取值范围为[0，1/2]。

可选的，所述门限系数的取值为1/4。

可选的，所述假直流估计值根据下述公式计算：Dd=(P-Q)*V/M，其中，Dd为假直流估计值，P为所述正数个数，Q为所述负数个数，V为采集到的数据的绝对值的平均值，M为提取出的数据的个数。

可选的，所述假直流估计值根据下述公式计算：Dd=f(X)*(P-Q)*V/M，其中，Dd为假直流估计值，P为所述正数个数，Q为所述负数个数，V为采集到的数据的绝对值的平均值，M为提取出的数据的个数，X=(P-Q)/M，f(X)为置信度，所述置信度的取值范围为[0，1]。

可选的，所述直流估计值根据下述公式计算：DI=((V+)+(V-))/M-Dd，其中，V+为提取出的数据中的正数之和，V-为提取出的数据中的负数之和。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供了一种直流消除方法，包括：上述直流估计方法；将对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据减去所述直流估计值，以消除数据中的残余直流。

可选的，所述直流消除方法还包括：将所述直流估计值反馈至射频前端。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供了一种直流估计的装置，包括：采集单元，用于采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；提取单元，用于从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；统计单元，用于统计提取出的数据中的正数个数和负数个数；假直流估计单元，用于基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；假直流消除单元，用于从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供了一种直流消除装置，包括：所述的直流估计装置；残余直流消除单元，用于将对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据减去所述直流估计值，以消除该数据中的残余直流。

可选的，所述直流消除装置还包括：反馈单元，用于将所述直流估计值反馈至射频前端。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供了一种接收机，包括：射频前端、天线端口、模数转换单元和所述的直流消除装置。

上述技术方案利用接收到的数据中的正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，再从数据的平均值中消除假直流估计值，与现有的对数据求平均方法得到直流估计值相比，由于去除了数据携带的假直流，因而可以得到准确的直流估计值。与现有的滤波方法得到直流估计值相比，不需要滤波处理，通过简单的数据处理可以获得准确的直流估计值，因而不会引入相位偏移，运算复杂度也降低了，设计复杂度和硬件成本也由此降低。

因此，上述技术方案对接收机的射频和AD转换处理后的数据的残余直流进行了准确估计和消除，进而提高了接收机的解调性能。

附图说明

图1为本发明实施方式的直流估计方法的流程示意图；

图2为本发明实施方式的直流消除方法的流程示意图；

图3为本发明实施方式的直流估计装置的结构示意图；

图4为本发明实施方式的直流消除装置的结构示意图；

图5为本发明实施方式的接收机的结构示意图。

具体实施方式

现有的解决残余直流估计方案无法消除数据部分携带的假直流导致直流估计误差较大，因此，本发明实施方式提供一种直流估计方法，如图1所示，包括：

步骤S1，采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；

步骤S2，从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；

步骤S3，统计提取出的数据中的正数个数和负数个数；

步骤S4，基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；

步骤S5，从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值。

下面结合实施例和图1对本发明实施方式的直流估计方法进行详细说明。

首先执行步骤S1，采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据。接收机的RF前端和天线端口接收到的信号经A/D转换后得到接收数据，采集多个接收数据。其中，所采集的数据的个数可以小于或等于一个时隙内的数据个数，也可以小于或等于多个分配相同业务的时隙内的数据个数。采集的数据的个数会影响直流估计结果的精度，可以根据实际精度需求和处理性能确定采集的数据的个数。以TD-SCDMA系统为例，一个时隙内的数据个数为704个，可以采集704个数据，也可以采集704个数据中的一部分数据做直流估计。本实施例中，采集一个时隙内的704个数据，将所采集的704个数据放到集合A中。

接着执行步骤S2，从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据。在本实施例中，所述门限值根据采集到的数据自适应变化，具体地，先对所述集合A中的704个数据分别取绝对值，再求绝对值的平均值，即采集到的数据的绝对值的平均值V=Mean(abs(A))，再利用采集到的数据的绝对值的平均值V计算门限值Th=V*k，其中k为门限系数，取值范围是[0,1/2]，例如k=1/4。利用所述门限值Th，将集合A中绝对值大于或者等于门限值Th的数据放入集合B，集合B中的数据的个数为M。需要说明的是，在其他实施例中，所述门限值也可以是固定不变的，即可以根据实际经验预先设定一个门限值。

接着执行步骤S3，统计提取出的数据中的正数个数和负数个数。将所述集合B的M个数据中是正数的数据放入集合C中，是负数的数据放入集合D中，然后统计所述集合C中的正数的个数为P个，所述集合D中的负数的个数为Q个。

接着执行步骤S4，基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值。本实施例中，通过置信度加权的方式估计假直流，具体地，按照公式Dd=f(X)*(P-Q)*V/M计算出假直流估计值，其中，Dd为假直流估计值，P为所述正数个数，Q为所述负数个数，V为采集到的704个数据的绝对值的平均值，M为提取出的绝对值大于或者等于门限值的数据的个数，X为所述正数个数P与负数个数Q之差再除以M，即X=(P-Q)/M，f(X)为置信度，所述置信度的取值范围为[0，1]。

从理论上讲，X的最大值为1，最小值为-1；f(X)的最小值为0，表示完全不可信，f(X)最大值为1表示完全可信。当f(X)=0的时候，在原理上等效于，放弃对数据携带的假直流的估计，即假直流估计值为0。在实际实施时，f(X)可以是在[0，1]区间上单调递增、在[-1，0]区间上单调递减的线性函数，如f(X)=a|X|，其中，a>0；f(X)也可以是在[0，1]区间上单调递增、在[-1，0]区间上单调递减的的非线性函数，如 其中，a>0，c≠0。需要说明的是，在其他实施例中，计算假直流估计值也可以不采用置信度加权的方式，即根据公式Dd=(P-Q)*V/M计算假直流估计值。

接着执行步骤S5，从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值。按照公式DI=((V+)+(V-))/M-Dd计算得到直流估计值DI，其中，V+为提取出的数据中的正数之和，即所述集合C中的数据之和；V-为提取出的数据中的负数之和，即所述集合D中的数据之和。

基于上述直流估计方法，本发明实施方式还提供一种直流消除方法，如图2所示，包括：

上述的直流估计方法，请参考上述步骤S1至S5；

步骤S6，将对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据减去所述直流估计值，以消除数据中的残余直流。将步骤S1中从天线端口接收的信号进行模数转换后的数据和所述直流估计值DI输入减法器，从接收数据中减去直流估计值DI，从而达到消除数据中的直流分量的目的。

可选的，所述直流消除方法还包括：将所述直流估计值反馈至射频前端。所述直流估计值DI在接收机的RF前端中作为对接收信号的一个参考评估值，用于判决RF前端接收到的信号是否残余直流过大，如果过大，RF前端会进行去除的处理，去除处理可以采用现有的方法，由于不是本发明技术方案所涉及的在基带部分去直流的领域，所以在此不再展开说明。

对应于上述的直流估计方法，本发明实施方式还提供了一种直流估计装置，如图3所示，包括：采集单元11，用于采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；提取单元12，与采集单元11相连，用于从所述采集单元11采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；统计单元13，与提取单元12相连，用于统计所述提取单元12提取出的数据中的正数个数和负数个数；假直流估计单元14，与统计单元13相连，用于基于所述统计单元13统计得到的所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；假直流消除单元15，分别与提取单元12和假直流估计单元14相连，用于从所述提取单元12提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计单元14估计得到的所述假直流估计值，以得到直流估计值。

在具体实施例中，所述直流估计装置对从接收机收到并经过射频处理和A/D转换处理之后的数据进行直流估计时，由所述采集单元11采集A/D转换之后的数据，所采集的数据的个数M小于或等于一个时隙内的数据个数，采集到的数据存放于寄存器a（图3中未标出）中。提取单元12提取所述寄存器a中的数据中绝对值大于或者等于门限值Th的数据，存放于寄存器b（图3未标出）中；所述门限值Th=V*k，其中k为门限系数，取值范围可以是[0,1/2]，V为寄存器a中数据的绝对值的平均值，在本实施例中k=1/4。统计单元13用于统计寄存器b中的数据，提取数据中为正数的数据存放到寄存器b1（图3中未标出）中，提取数据中为负数的数据存放到寄存器b2（图3中未标出）中，然后统计寄存器b1中数据个数P和寄存器b2中数据个数Q。假直流估计单元14按照公式Dd=f(X)*(P-Q)*V/M估计出假直流的值，Dd就是计算所得的假直流估计值。假直流消除单元15从提取出的数据的平均值((V+)+(V-))/M中消除所述假直流估计值Dd，得到直流估计值DI。

在其他实施例中，假直流估计单元14也可以按照公式Dd=(P-Q)*V/M计算假直流估计值。上述公式中各参数的含义可参考上述直流估计方法中的具体说明，在此不再赘述。

对应于上述的直流估计装置，本发明实施方式还提供了一种直流消除装置。参考图4，在上述直流估计装置的具体实施结构的基础上，还包括：与所述假直流消除单元15相连的残余直流消除单元16，以去除数据中的残余直流。所述残余直流消除单元16将对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据减去上述直流估计装置输出的直流估计值DI，从而达到消除数据中的直流分量的目的，残余直流消除单元16可以由减法器实现。

可选的，所述直流消除装置还包括：反馈单元（图4中未标出），用于将所述直流估计值反馈至射频前端。将上述假直流消除单元15计算得出的直流估计值DI送到射频前端设备。

所述直流消除装置的具体处理过程可参考上述直流消除方法的具体实施方式，在此不再赘述。

基于上述的直流消除装置，本发明实施方式还提供一种接收机，参考图5，所述接收机包括：射频处理单元1、A/D转换单元2、滤波单元3、直流估计装置4和残余直流消除单元16。

所述的射频处理单元1包括：射频前端和天线端口。天线端口输出的模拟信号输送至A/D转换单元2。

A/D转换单元2将接收到的模拟信号转换成数字信号，并输出至直流估计装置4和残余直流消除单元16。

直流估计装置4和残余直流消除16的具体处理过程可参考上述实施方式所述，在此不再赘述。

残余直流消除单元16输出的数据送到滤波单元3进行频带选择和滤波，以执行后续的数据解调等处理。所述滤波单元3可以为FIR滤波器。

进一步，直流估计装置输出的直流估计值还可以反馈至射频处理单元（未在图5中标出）。将直流估计装置5计算所得到的直流估计值DI反馈到接收机的射频处理单元1的射频前端。

综上所述，上述技术方案对接收机的射频和AD转换处理后的数据的残余直流进行了准确估计和消除，进而提高了接收机的解调性能。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (15)

1.一种直流估计方法，其特征在于，包括：

采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；

从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；

统计提取出的数据中的正数个数和负数个数；

基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；

从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值，所述假直流估计值根据下述公式计算：Dd＝(P-Q)*V/M，或者所述假直流估计值根据下述公式计算：Dd＝f(X)*(P-Q)*V/M，其中，Dd为假直流估计值，P为所述正数个数，Q为所述负数个数，V为采集到的数据的绝对值的平均值，M为提取出的数据的个数，X＝(P-Q)/M，f(X)为置信度，所述置信度的取值范围为[0，1]。

2.如权利要求1所述的直流估计方法，其特征在于，所采集的数据个数小于或等于一个时隙内的数据个数。

3.如权利要求1所述的直流估计方法，其特征在于，所述门限值为采集到的数据的绝对值的平均值与门限系数的乘积，所述门限系数的取值范围为[0，1/2]。

4.如权利要求3所述的直流估计方法，其特征在于，所述门限系数的取值为1/4。

5.如权利要求1所述的直流估计方法，其特征在于，所述直流估计值根据下述公式计算：DI＝((V+)+(V-))/M-Dd，其中，V+为提取出的数据中的正数之和，V-为提取出的数据中的负数之和。

6.一种直流消除方法，其特征在于，包括：

权利要求1至5任一项所述的直流估计方法；

将对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据减去所述直流估计值，以消除数据中的残余直流。

7.如权利要求6所述的直流消除方法，其特征在于，还包括：将所述直流估计值反馈至射频前端。

8.一种直流估计装置，其特征在于，包括：

采集单元，用于采集对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据；

提取单元，用于从采集到的数据中提取绝对值大于或者等于门限值的数据；

统计单元，用于统计提取出的数据中的正数个数和负数个数；

假直流估计单元，用于基于所述正数个数和负数个数估计数据携带的假直流，以得到假直流估计值；

假直流消除单元，用于从提取出的数据的平均值中消除所述假直流估计值，以得到直流估计值，所述假直流估计值根据下述公式计算：Dd＝(P-Q)*V/M，或者所述假直流估计值根据下述公式计算：Dd＝f(X)*(P-Q)*V/M，其中，Dd为假直流估计值，P为所述正数个数，Q为所述负数个数，V为采集到的数据的绝对值的平均值，M为提取出的数据的个数，X＝(P-Q)/M，f(X)为置信度，所述置信度的取值范围为[0，1]。

9.如权利要求8所述的直流估计装置，其特征在于，所采集的数据个数小于或等于一个时隙内的数据个数。

10.如权利要求8所述的直流估计装置，其特征在于，所述门限值为采集到的数据的绝对值的平均值与门限系数的乘积，所述门限系数的取值范围为[0，1/2]。

11.如权利要求10所述的直流估计装置，其特征在于，所述门限系数的取值为1/4。

12.如权利要求8所述的直流估计装置，其特征在于，所述直流估计值根据下述公式计算：DI＝((V+)+(V-))/M-Dd，其中，V+为提取出的数据中的正数之和，V-为提取出的数据中的负数之和。

13.一种直流消除装置，其特征在于，包括：

权利要求8至12任一项所述的直流估计装置；

残余直流消除单元，用于将对天线端口接收的信号进行模数转换后的数据减去所述直流估计值，以消除该数据中的残余直流。

14.如权利要求13所述的直流消除装置，其特征在于，还包括：反馈单元，用于将所述直流估计值反馈至射频前端。

15.一种接收机，包括射频前端、天线端口和模数转换单元，其特征在于，还包括：权利要求13或14所述的直流消除装置。