CN103581081B - 接收机及直流信息的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种接收机及直流信息的校准方法，该接收机包括前馈模块、反馈模块、估计模块和校准模块，其中，反馈模块，用于获得接收机的直流误差值，判断其是否大于直流估计门限，若大于，则确定估计模块处于捕获状态，向估计模块发送第一控制信号；若小于，则确定估计模块处于跟踪状态，向估计模块发送第二控制信号；估计模块，用于根据接收的第一控制信号获得第一、第二增益因子，根据第一、第二增益因子，前馈和反馈直流估计值联合获得直流信息；或者，根据第二控制信号获得第三、第四增益因子，根据第三、第四增益因子，前馈和反馈直流估计值联合获得直流信息。本发明不需要大量的数据进行参数估计，且能够获得较快的直流捕获和跟踪性能。

Description

接收机及直流信息的校准方法
技术领域
本发明涉及微波传输技术，尤其涉及一种接收机及直流信息的校准方法。
背景技术
在一般的通信系统中，由于模拟器件本身性能的非理想特性，以及温度湿度等外围环境对模拟器件的影响，会产生直流偏移、幅度失真等非线性失真现象，这些对于接收机的灵敏度、信号解调产生较大的影响。接收端通常会对数据进行直流消除减少这种失真带来的干扰。
现有的接收端直流偏置消除的主要有三种方法：一种是完全在模拟域进行估计和补偿；一种是利用离散数据域估计直流，将该信息反馈到模拟端进行模拟器件调节；另一种是在数字域进行偏置估计和补偿。由于模拟器件的非理想特性，第一种方案直流偏置消除不会很彻底，但是在模拟域进行调节可以有效地减少直流偏置；第二种需要一个完成数字信号到模拟信号的转换器，成本相对较高；第三种方案，完全在数字域进行估计和补偿，成本较低。在微波传输系统中，在模拟板级采用第一种方案进行直流偏置优化，在数字域采用第三种方案进行直流偏置估计和消除。
通常在数字域进行直流估计的方法有前馈方法和反馈方法。前馈方案中利用数据估算直接估计直流信息；而在反馈方案中，利用估计直流残余间接估计出来直流信息。前馈方案的优点是直接衡量直流信息，缺点是需要大量数据进行较为准确的参数估计，且一直存在一个估计误差；反馈方案的优点是可以利用较小数据进行参数估计，但是反馈环系数不能根据实际需要进行调整，在直流捕获速度以及性能方面很难达到一个折中的选择，特别是直流变化时，需要较长的时间才能重新捕获直流。
发明内容
本发明实施例提供了一种接收机及直流信息的校准方法，以克服现有数字域采用前馈方法和反馈方法进行直流估计存在的需要的数据量大、直流捕获速度以及性能差的缺陷。
本发明实施例提供了一种接收机，该接收机包括：
前馈模块，用于向估计模块输出前馈直流估计值；
反馈模块，用于获得所述接收机的直流误差值，判断所述直流误差值是否大于直流估计门限，若大于，则确定所述估计模块处于捕获状态，向所述估计模块发送第一控制信号；若小于，则确定所述估计模块处于跟踪状态，向所述估计模块发送第二控制信号；以及向所述估计模块输出反馈直流估计值；
所述估计模块，用于接收所述反馈模块发送的第一控制信号后，获得第一增益因子和第二增益因子，并根据所述第一增益因子、所述第二增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，并向校准模块发送所述直流信息；或者，接收所述反馈模块发送的第二控制信号后，获得第三增益因子和第四增益因子，并根据所述第三增益因子、所述第四增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，并向校准模块发送所述直流信息；
所述校准模块，用于接收所述估计模块发送的直流信息，根据所述直流信息进行直流校准。
优选地，所述估计模块，具体用于采用如下公式联合获得直流信息：
DC_value_correct＝Kf·DC_value_feedback+Ke·DC_value_FEC；
其中，DC_value_correct为所述直流信息，DC_value_FEC所述前馈直流估计值，所述DC_value_feedback为所述反馈直流估计值，Kf为所述第一增益因子或所述第三增益因子，Ke为所述第二增益因子或所述第四增益因子。
优选地，当所述Kf为所述第一增益因子，所述Ke为所述第二增益因子时，所述Kf大于所述Ke；或者，当所述Kf为所述第三增益因子，所述Ke为所述第四增益因子时，所述Kf小于所述Ke。
优选地，所述估计模块，具体用于采用递归(IIR)滤波器使用如下公式获得所述反馈直流估计值：
DC_value_feedback＝β·DC_value_feedback+(1-β)·DC_error_value；
其中，β为所述IIR滤波器的系数，DC_error_value为所述直流误差值。
优选地，当所述Kf为所述第三增益因子，所述Ke为所述第四增益因子时，所述估计模块，还用于根据所述前馈直流估计值的抖动量动态调整所述β。
本发明实施例还提供了一种直流信息的校准方法，该方法包括：
接收机获得自己的直流误差值，判断所述直流误差值是否大于直流估计门限；
若大于所述直流估计门限，则确定自己处于捕获状态，根据获得的第一增益因子、第二增益因子、前馈直流估计值和反馈直流估计值联合获得直流信息，根据所述直流信息进行直流校准；
若小于所述直流估计门限，则确定自己处于跟踪状态，根据获得的第三增益因子、第四增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，根据所述直流信息进行直流校准。
优选地，所述接收机采用以下公式联合获得直流信息：
DC_value_correct＝Kf·DC_value_feedback+Ke·DC_value_FEC；
其中，DC_value_correct为所述直流信息，DC_value_FEC为所述前馈直流估计值，所述DC_value_feedback为所述反馈直流估计值，Kf为所述第一增益因子或所述第三增益因子，Ke为所述第二增益因子或所述第四增益因子。
优选地，当所述Kf为所述第一增益因子，所述Ke为所述第二增益因子时，所述Kf大于所述Ke；或者，当所述Kf为所述第三增益因子，所述Ke为所述第四增益因子时，所述Kf小于所述Ke。
优选地，所述接收机采用递归(IIR)滤波器使用如下公式获得所述反馈直流估计值：
DC_value_feedback＝β·DC_value_feedback+(1-β)·DC_error_value；
其中，β为所述IIR滤波器的系数，DC_error_value为所述直流误差值。
优选地，当所述Kf为所述第三增益因子，所述Ke为所述第四增益因子时，所述方法还包括：根据所述前馈直流估计值的抖动量动态调整所述β。
采用本发明实施例，不需要大量的数据进行参数估计，且能够获得较快的直流捕获和跟踪性能，进而获得捕获速度和性能的折中。
附图说明
图1为本发明接收机实施例的结构示意图；
图2为本发明直流信息的校准方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，为本发明接收机实施例的结构示意图，该接收机包括前馈模块11、反馈模块12、估计模块13和校准模块14，其中：
前馈模块，用于向估计模块输出前馈直流估计值；
反馈模块，用于获得所述接收机的直流误差值，判断所述直流误差值是否大于直流估计门限，若大于，则确定所述估计模块处于捕获状态，向所述估计模块发送第一控制信号；若小于，则确定所述估计模块处于跟踪状态；向所述估计模块发送第二控制信号；以及向所述估计模块输出反馈直流估计值；
所述估计模块，用于接收所述反馈模块发送的第一控制信号后，获得第一增益因子和第二增益因子，并根据所述第一增益因子、所述第二增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，并向校准模块发送所述直流信息；或者，接收所述反馈模块发送的第二控制信号后，获得第三增益因子和第四增益因子，并根据所述第三增益因子、所述第四增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，并向校准模块发送所述直流信息；
所述校准模块，用于接收所述估计模块发送的直流信息，根据所述直流信息进行直流校准。
基于图1所示结构的接收机进行直流信息的校准过程如图2所示，该过程包括以下步骤：
步骤201、反馈模块利用DC_error_value＜P信息判断目前估计模块所处的状态，DC_error_value＞P表示当前处于捕获状态；DC_error_value＜P表示当前处于跟踪状态，其中，DC_error_value表示估计出来的直流误差值，P表示直流估计门限，大于该门限认为处于捕获状态，小于该门限说明处于跟踪状态；
步骤202、在捕获状态，前馈模块估算的直流估计值DC_value_FEC与反馈环路的直流值DC_value_feedback，联合起来控制进入直流校准模块的直流信息DC_value_correct，包括但不限于如下模式的联合控制：
DC_value_correct＝Kf·DC_value_feedback+Ke·DC_value_FEC(0-1)
其中，Kf与Ke表示反馈直流估计值与前馈估计值所占的比重或者增益因子；通常，在捕获状态下Kf所占比例大于Ke；前馈直流信息的估计采用计算平均值的方式，如下公式进行估算：
DC_value_FEC＝∑Rx(i)/N，i＝1，2，3...N (0-2)
其中，Rx(i)，i＝1，2，3...N表示收端AD输出的数据，N表示进行前馈直流估计的数据数目；
而反馈直流信息的估计采用递归(IIR)滤波器实现，采用的公式如下：
DC_value_feedback＝β·DC_value_feedback+(1-β)·DC_error_value(0-3)
此时，β为IIR滤波器的系数，该值为一固定值；
直流误差值由下面公式表达：
DC_error_value＝∑Rx_clearDC(m)/M，m＝1，2，3...M (0-4)
其中，Rx_clearDC(m)，m＝1，2，3...M表示反馈估计的输入，经过直流校准后的数据，M表示进行反馈直流误差估计的数据数目；
步骤203、在跟踪状态下，此时可以采用如下方案：
首先，可采用如下公式联合起来控制进入直流校准模块的直流信息DC_value_correct：
DC_value_correct＝Kf·DC_value_feedback+Ke·DC_value_FEC (0-5)
此时，Kf所占比例小于Ke；另外，Kf与Ke为预先保存在接收机内的经验值；
进一步地，可以利用前馈直流估计信息DC_value_FEC的抖动量ΔDC_value，动态地控制DC_value_feedback计算公式中的环路滤波器系数β，当ΔDC_value朝一个方向出现变化时(包括但不限于)，可以适当调整β的值，可以根据实际的性能测试结果，建立一张在跟踪状态下ΔDC_value与环路滤波器系数β对应表，在ΔDC_value发生变化时，查表获取最佳的环路滤波器系数β；这样更好地跟踪链路中直流信息的抖动；
需要说明的是，在捕获状态时，可以认为ΔDC_value不参与β的修改，即维持β值不变。
总之，采用上述结构的接收机可达到如下有益效果：
1)利用DC_error_value作为估计模块状态的判决标志；在捕获状态，利用前馈信息与反馈获得的信息一起捕获直流特征，可以更快地捕获直流信息；在跟踪状态，利用前馈信息的变化量ΔDC_value衡量跟踪状态的直流的抖动，动态调整反馈环路的系数，更好更快地跟踪直流状态及直流可能出现的波动；在跟踪状态，直流平稳的情况下，反馈环路的系数恒定，根据均方误差最小原则，最终使得链路直流误差估计逼近理想值；
2)相对于之前采用前馈方案，要达到一定的参数估算精度，公式(1-2)中的N需要足够大，而在新方案中对N的需求可以适当降低到估计误差小于P/2即可；而且能够使得估计的误差尽可能的小。
本发明实施例还提供了一种直流信息的校准方法，该方法包括：
步骤一、接收机获得自己的直流误差值，判断所述直流误差值是否大于直流估计门限；
步骤二、若大于所述直流估计门限，则确定自己处于捕获状态，根据获得的第一增益因子、第二增益因子、前馈直流估计值和反馈直流估计值联合获得直流信息，根据所述直流信息进行直流校准；
该步骤中，该接收机可采用上述公式(1-1)获得直流信息；此时，第一增益因子大于第二增益因子；
步骤三、若小于所述直流估计门限，则确定自己处于跟踪状态，根据获得的第三增益因子、第四增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息；根据所述直流信息进行直流校准。
该步骤中，该接收机可采用上述公式(1-5)获得直流信息，此时第三增益因子小于第四增益因子。
另外，获得所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值的方法可参见公式(1-2)和(1-3)，进一步地，还可以根据所述前馈直流估计值的抖动量动态调整所述β。
上述直流信息的校准方法，确定自己所处的状态，在捕获状态时，利用前馈信息与反馈获得的信息一起加快捕获直流特征；在跟踪状态，利用前馈信息的抖动亮动态调整反馈环路的系数，更好更快地跟踪直流状态；在跟踪状态，直流平稳的情况下，反馈环路的系数恒定，根据均方误差最小原则，最终使得链路直流误差估计逼近理想值；且不需要大量的数据进行参数估计。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种接收机，其特征在于，该接收机包括：
前馈模块，用于向估计模块输出前馈直流估计值；
反馈模块，用于获得所述接收机的直流误差值，判断所述直流误差值是否大于直流估计门限，若大于，则确定所述估计模块处于捕获状态，向所述估计模块发送第一控制信号；若小于，则确定所述估计模块处于跟踪状态，向所述估计模块发送第二控制信号；以及向所述估计模块输出反馈直流估计值；
所述估计模块，用于接收所述反馈模块发送的第一控制信号后，获得第一增益因子和第二增益因子，并根据所述第一增益因子、所述第二增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，并向校准模块发送所述直流信息；或者，接收所述反馈模块发送的第二控制信号后，获得第三增益因子和第四增益因子，并根据所述第三增益因子、所述第四增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，并向校准模块发送所述直流信息；其中，所述第一增益因子大于所述第二增益因子，所述第三增益因子小于所述第四增益因子；
所述校准模块，用于接收所述估计模块发送的直流信息，根据所述直流信息进行直流校准。
2.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于：
所述估计模块，具体用于采用如下公式联合获得直流信息：
DC_value_correct＝Kf·DC_value_feedback+Ke·DC_value_FEC；
其中，DC_value_correct为所述直流信息，DC_value_FEC所述前馈直流估计值，所述DC_value_feedback为所述反馈直流估计值，Kf为所述第一增益因子或所述第三增益因子，Ke为所述第二增益因子或所述第四增益因子。
3.根据权利要求2所述的接收机，其特征在于：
所述估计模块，具体用于采用递归(IIR)滤波器使用如下公式获得所述反馈直流估计值：
DC_value_feedback＝β·DC_value_feedback+(1-β)·DC_error_value；
其中，β为所述IIR滤波器的系数，DC_error_value为所述直流误差值。
4.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于：
当所述Kf为所述第三增益因子，所述Ke为所述第四增益因子时，所述估计模块，还用于根据所述前馈直流估计值的抖动量动态调整所述β。
5.一种直流信息的校准方法，其特征在于，该方法包括：
接收机获得自己的直流误差值，判断所述直流误差值是否大于直流估计门限；
若大于所述直流估计门限，则确定自己处于捕获状态，根据获得的第一增益因子、第二增益因子、前馈直流估计值和反馈直流估计值联合获得直流信息，根据所述直流信息进行直流校准；其中，所述第一增益因子大于所述第二增益因子；
若小于所述直流估计门限，则确定自己处于跟踪状态，根据获得的第三增益因子、第四增益因子、所述前馈直流估计值和所述反馈直流估计值联合获得直流信息，根据所述直流信息进行直流校准；其中，所述第三增益因子小于所述第四增益因子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述接收机采用以下公式联合获得直流信息：
DC_value_correct＝Kf·DC_value_feedback+Ke·DC_value_FEC；
其中，DC_value_correct为所述直流信息，DC_value_FEC为所述前馈直流估计值，所述DC_value_feedback为所述反馈直流估计值，Kf为所述第一增益因子或所述第三增益因子，Ke为所述第二增益因子或所述第四增益因子。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述接收机采用递归(IIR)滤波器使用如下公式获得所述反馈直流估计值：
DC_value_feedback＝β·DC_value_feedback+(1-β)·DC_error_value；
其中，β为所述IIR滤波器的系数，DC_error_value为所述直流误差值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
当所述Kf为所述第三增益因子，所述Ke为所述第四增益因子时，所述方法还包括：
根据所述前馈直流估计值的抖动量动态调整所述β。
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