CN113364479B - 一种直流偏置的消除方法、接收机及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流偏置的消除方法、接收机及通信设备，该方法包括将预设频率集分成多个频率段；获取每个频率段对应的第一直流偏置值，并在接收第一信号的过程中对第一信号进行处理，以得到第二信号；将第一直流偏置值与第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置。通过上述方式，本申请能够通过静态和动态相结合的方式来调整直流偏置值，可以有效地降低直流偏置，提高接收机性能。

Description

一种直流偏置的消除方法、接收机及通信设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种直流偏置的消除方法、接收机及通信设备。

背景技术

零中频接收机具有体积小、成本低、功耗低以及易集成等优值，零中频接收机已成为极具竞争力的一种接收机架构，但零中频接收机固有的直流泄漏问题成为限制其应用的障碍，直流泄漏会干扰有用信号，降低接收信噪比，致使接收系统的通信质量恶化，甚至造成通信中断，严重影响用户的正常使用。

本申请的发明人在长期研发中发现，现有消除直流偏置的技术以牺牲接收机的最小接收灵敏度和抗干扰能力或增加接收系统复杂度和成本为代价，以实现零中频接收机的正常工作；采用的方案主要有交流耦合和自校正补偿电路等方案，但交流耦合对直流偏置的抑制能力有限，不能将直流偏置有效地消除，降低了抗干扰能力，且交流耦合在滤除直流偏置的同时会滤除部分有用信号，恶化接收机的静态灵敏度；自校正补偿电路结构复杂、体积大、成本高，不利于小型化设计。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种直流偏置的消除方法、接收机及通信设备，能够通过静态和动态相结合的方式来调整直流偏置值，可以有效地降低直流偏置，提高接收机性能。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种直流偏置的消除方法，该方法包括将预设频率集分成多个频率段；获取每个频率段对应的第一直流偏置值，并在接收第一信号的过程中对第一信号进行处理，以得到第二信号；将第一直流偏置值与第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种接收机，该接收机包括：依次连接的天线、处理电路以及数字信号处理器，天线用于接收第一信号，处理电路用于对第一信号进行处理，以得到第二信号，数字信号处理器用于获取多个频率段对应的第一直流偏置值，将第一直流偏置值与第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置；其中，第一信号的频率为多个频率段中的一个频率，多个频率段组成预设频率集，数字信号处理器存储有频率段和第一直流偏置值之间的映射表。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种通信设备，该通信设备包括接收机，接收机用于接收射频信号，其中，接收机为上述的接收机。

通过上述方案，本申请的有益效果是：本申请将接收机对应的预设频率集分成多个频率段，并计算每个频率段对应的静态直流偏置值，然后通过滑窗平均法动态获取直接偏置值，以降低接收过程中外部干扰产生的动态直流偏置，通过静态和动态相结合的方式来调整直流偏置值，能够有效地降低直流偏置，提高接收机性能，且电路结构简单，容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的直流偏置的消除方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请提供的直流偏置的消除方法另一实施例的流程示意图；

图3是本申请提供的直流偏置的消除方法另一实施例中接收机的结构示意图；

图4是本申请提供的接收机一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的接收机一实施例中阻塞余量的对比示意图；

图6是本申请提供的接收机一实施例中误码率的对比示意图；

图7是本申请提供的通信设备一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1是本申请提供的直流偏置的消除方法一实施例的流程示意图，该方法包括：

步骤11：将预设频率集分成多个频率段。

该预设频率集可以为接收机的接收频段，可以将预设频率集分成多个互不交叠的频率段，频率段的宽度可以不同；例如，预设频率集为500～600MHz，将此预设频率集分成五个频率段：500～519MHz、520～536MHz、537～548MHz、549～567MHz以及568～600MHz。

步骤12：获取每个频率段对应的第一直流偏置值，并在接收第一信号的过程中对第一信号进行处理，以得到第二信号。

该第一信号可为模拟信号，第二信号为数字信号，第二信号可为两路正交的数字信号，可利用模数转换器将第一信号变换为第二信号，第一直流偏置值可为数字信号。

步骤13：将第一直流偏置值与第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置。

对于获取到的每个频率段对应的第一直流偏置值，可将其与第二信号相减，以降低直流偏置的影响。

本实施例将接收机对应的预设频率集分成多个频率段，并获取每个频率段对应的第一直流偏置值，即获取静态直流偏置值，在接收第一信号的过程中对第一信号进行处理得到第二信号，即获取动态直流偏置值，然后将第一直流偏置值与第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置，采用静态和动态相结合的方式来调整直流偏置值，可以能够有效地降低直流偏置，提高接收机的静态灵敏度和抗干扰能力。

参阅图2，图2是本申请提供的直流偏置的消除方法另一实施例的流程示意图，该方法包括：

步骤21：将预设频率集分成多个频率段。

步骤22：获取预设时间内每个频率段对应的多个第二直流偏置值。

对于同一频率段，获取预设时间内不同的时隙对应的直流偏置值，从而得到同一频率段对应的多个第二直流偏置值。

步骤23：对多个第二直流偏置值进行求和平均，并将平均值作为第一直流偏置值。

对每个频率段内获取到的多个第二直流偏置值进行求和平均，从而得到每个频率段对应的平均直流偏置值，并将其作为第一直流偏置值。预设时间设可以为2^m个时隙(m为正整数)，例如，预设时间包括4个时隙，在每个时隙分别测量得到对应的第二直流偏置值，假设第1个时隙对应的第二直流偏置值为1000(十进制)，第2个时隙对应的第二直流偏置值为1100，第3个时隙对应的第二直流偏置值为1048，第四个时隙对应的第二直流偏置值为1300，则该频率段对应的第一直流偏置值为(1000+1100+1050+1300)/4＝1112。

步骤24：判断是否统计完每个频率段所对应的第一直流偏置值。

为了降低每个频率段对应的直流偏置，对于频率集中每个频率段都可获取其对应的第一直流偏置值；具体地，判断是否统计完每个频率段所对应的第一直流偏置值，若未统计完每个频率段所对应的第一直流偏置值，则继续执行获取第一直流偏置值的操作，获取未统计的频率段对应的第一直流偏置值；若已经统计完所有频率段对应的第一直流偏置值，则可准备接收射频信号。

进一步地，在接收第一信号的过程中可对第一信号进行滤波、放大、下变频处理，以得到第四信号；在一具体的实施例中，如图3所示，可利用天线31接收第一信号，然后利用滤波器32滤除第一信号中夹杂的干扰信号，滤波器32可为高通滤波器(HPF，High PassFilter)；再使用第一放大器33对滤波器32输出的信号进行放大，第一放大器33可为低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)；将第一放大器33输出的信号分别经两个混频器34处理，混频器34可将第一放大器33输出的信号与本地振荡信号进行混频，输入两个混频器34的两个本地振荡信号相互正交，且本地振荡信号的频率与第一信号的频率相同，从而得到模拟基带信号，即第四信号；还可利用第二放大器35对第四信号进行放大，第二放大器35可为可编程增益放大器(PGA，Pmgrammable Gain Amplifier)；最后利用模数转换器36(ADC，Analog-to-Digital Converter)对第二放大器35输出的信号进行模数转换，从而可得到第二信号；其中，第一信号为射频信号，第四信号为对射频信号进行零中频变换后得到的信号，第四信号的频率小于第一信号的频率。

例如，第一放大器33输出的信号为Asin(Wt)，W为射频信号的频率，t为时间，本地振荡信号可由振荡器(图中未示出)产生，该振荡器可为压控振荡器，两个本地振荡信号分别为sin(W_L0t)和cos(W_L0t)，W_L0为振荡信号的频率，则经过混频器34处理后得到的信号分别为0.5*A*[cos(W-W_L0)t-cos(W+W_L0)t]和0.5*A*[sin(W+W_L0)t-sin(W-W_L0)t]，由于频率W和W_L0的频率相同，从而得到模拟基带信号，为了滤除混频器34输出的信号中的无用信号，可利用滤波器(图中未示出)进行滤除，从而得到无干扰信号的模拟基带信号。

步骤25：将第二信号与第一直流偏置值相减，以降低接收过程中产生的直流偏置，得到第三信号。

在一具体的实施例中，建立频率段与第一直流偏置值之间的映射表；在接收机接收到第一信号时，根据映射表获取第一信号的频率对应的第一直流偏置值。该第一直流偏置值为静态直流偏置值，可利用第一直流偏置值对第二信号进行校准，以降低直流偏置的影响，得到第三信号，该第三信号为数字信号；在接收机开始接收射频信号时，可根据接收机当前状态，实时调整直流偏置值。

进一步地，数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)37存储有频率段与第一直流偏置值之间的映射表，在接收机实际开始接收第一信号时，数字信号处理器37将搜索映射表中的数据，判断是否存储有与第一信号的频率相匹配的第一直流偏置值，若有搜索到相匹配的第一直流偏置值，则数字信号处理器37将第二信号与第一直流偏置值进行相减。

例如，频率段分别为400～405MHz、410～415MHz以及420～425MHz，它们对应的第一直流偏置值分别为1000、1100以及1048，这些数据可被存储在数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)37中，以便于在接收机准备接收与映射表中频率相同的射频信号时，可直接调用此数据，降低直流偏置值。

在利用第一直流偏置值对第二信号的校准过程中，可关闭接收机的射频前端电路，避免外部信号对校准进行干扰，该射频前端电路包括天线31、滤波器32、第一放大器33、混频器34、第二放大器35以及模数转换器36。

步骤26：对第三信号进行滤波处理，以获取多个采样值。

为了动态调整直流偏置，可对第三信号进行信道滤波，得到多个数字采样值。

步骤27：利用滑窗平均法对多个采样值进行处理，以得到每个采样值对应的第三直流偏置值。

对于采样得到的多个采样值的采样值，获取包含采样值的滑窗内采样值的平均值，并将其作为第三直流偏置值，即滑窗包括多个采样值，且其包括需计算直流偏置值的那个采样值；在一具体的实施例中，可采用以下公式计算每个采样值对应的第三直流偏置值：

其中，Offset(n)为每个采样值对应的第三直流偏置值，N为采样值的数量，Sample(k)为采样值，M为不参与直流偏置估算的采样值的数量，Win为滑窗的宽度，n为采样值的标号。

例如，滑窗的宽度Win为8，采样值的数量为16，不参与直流偏置估算的采样值的数量M为3，则有如下公式：

由上式可看出，第1～6个采样值对应的第三直流偏置值为

即第1～6个采样值对应的第三直流偏置值为第4～11个采样值的平均值；第7～12个采样值对应的第三直流偏置值为

即第n(7≤n≤12)个采样值对应的第三直流偏置值为第n-3～n+4个采样值的平均值；第13～16个采样值对应的第三直流偏置值为

即第13～16个采样值对应的第三直流偏置值为第9～16个采样值的平均值。

步骤28：将第三直流偏置值与第三信号相减。

对于每个采样值均获取到其对应的第三直流偏置值，可以将其与第三信号相减，从而进一步降低直流偏置的影响。

本实施例通过将接收频率集分成多个频率段来分别计算静态直流偏置补偿值，以解决不同频率段间静态直流偏置的差异性，提升补偿精度，并通过获取多个时隙的直流偏置值进行计算，提升可靠性；再利用滑窗平均法实时获取直流偏置值，消除接收过程中外部干扰产生的动态直流偏置，采用静态和动态相结合的方式来获取直流偏置值，以自动适应不同的应用场景，可更加准确和可靠地消除直流偏置，提高接收机的性能指标。

参阅图4，图4是本申请提供的接收机一实施例的结构示意图，该接收机包括：依次连接的天线41、处理电路42以及数字信号处理器43，天线41用于接收第一信号，处理电路42用于对第一信号进行处理，以得到第二信号，数字信号处理器43用于获取多个频率段对应的第一直流偏置值，将第一直流偏置值与第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置。

其中，第一信号的频率为多个频率段中的一个频率，多个频率段组成预设频率集，数字信号处理器43存储有频率段和第一直流偏置值之间的映射表，第一信号为模拟信号，第二信号为数字信号。

本实施例中的接收机可用于实现上述实施例中的直流偏置的消除方法，具体方法如上述实施例中所示，在此不再赘述。

在一具体的实施例中，处理电路42可包括滤波器421、第一放大器422、混频器423、第二放大器424以及模数转换器425。采用仿真软件得到图5和图6所示的阻塞指标对比以及静态误码率指标对比，从图5和图6的对比可以看出，相比现有技术，本申请所提供的接收机方案，在相同的目标频率F0下，阻塞余量更大，且在相同的信号强度下，静态误码率更低。

本实施例利用直流偏置的消除方法可消除直流偏置，生成有利于解调和解码的平稳基带信号，消除了直流偏置对接收机指标恶化的影响，可简化电路设计、降低成本，在不增加成本的条件下，显著的增强了零中频架构接收机消除直流偏置的能力，提高了接收机的静态灵敏度和抗干扰能力。

参阅图7，图7是本申请提供的通信设备一实施例的结构示意图，该通信设备70包括接收机71，接收机71用于接收射频信号，其中，接收机71为上述实施例中的接收机，接收机71的具体结构可以为上述实施例中所示，在此不再赘述，通信设备70可以为对讲机。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种直流偏置的消除方法，其特征在于，包括：

将预设频率集分成多个频率段；

获取每个所述频率段对应的第一直流偏置值，并在接收第一信号的过程中对所述第一信号进行处理，以得到第二信号；

将所述第一直流偏置值与所述第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置，得到第三信号；

对所述第三信号进行滤波处理，以获取多个采样值；

利用滑窗平均法对多个所述采样值进行处理，以得到每个所述采样值对应的第三直流偏置值；

将所述第三直流偏置值与所述第三信号相减；

其中，所述第一信号为模拟信号，所述第二信号和所述第三信号均为数字信号。

2.根据权利要求1所述直流偏置的消除方法，其特征在于，所述获取每个所述频率段对应的第一直流偏置值的步骤，包括：

获取预设时间内每个所述频率段对应的多个第二直流偏置值；

对所述多个第二直流偏置值进行求和平均，并将平均值作为所述第一直流偏置值。

3.根据权利要求1所述直流偏置的消除方法，其特征在于，所述在接收第一信号的过程中对所述第一信号进行处理，以得到第二信号的步骤之前，包括：

判断是否统计完每个所述频率段所对应的所述第一直流偏置值；

若否，则获取未统计的所述频率段对应的所述第一直流偏置值。

4.根据权利要求1所述直流偏置的消除方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立所述频率段与所述第一直流偏置值之间的映射表；

在接收到所述第一信号时，根据所述映射表获取所述第一信号的频率对应的所述第一直流偏置值。

5.根据权利要求4所述直流偏置的消除方法，其特征在于，所述在接收第一信号的过程中对所述第一信号进行处理，以得到第二信号的步骤，包括：

对所述第一信号进行滤波、放大、下变频处理，以得到第四信号；

对所述第四信号进行模数转换，以得到所述第二信号；

其中，所述第一信号为射频信号，所述第四信号的频率小于所述第一信号的频率。

6.根据权利要求1所述直流偏置的消除方法，其特征在于，所述利用滑窗平均法对多个所述采样值进行处理，以得到每个所述采样值对应的第三直流偏置值的步骤，包括：

获取包含所述采样值的滑窗内所述采样值的平均值，并将其作为所述第三直流偏置值。

7.根据权利要求6所述直流偏置的消除方法，其特征在于，

采用以下公式计算每个所述采样值对应的所述第三直流偏置值：

其中，Offset(n)为每个所述采样值对应的所述第三直流偏置值，N为采样值的数量，Sample(k)为所述采样值，M为不参与直流偏置估算的采样值的数量，Win为滑窗的宽度，n为所述采样值的标号。

8.一种接收机，其特征在于，包括：依次连接的天线、处理电路以及数字信号处理器，所述天线用于接收第一信号，所述处理电路用于对所述第一信号进行处理，以得到第二信号，所述数字信号处理器用于获取多个频率段对应的第一直流偏置值，将所述第一直流偏置值与所述第二信号相减，以降低接收过程中产生的直流偏置，得到第三信号；对所述第三信号进行滤波处理，以获取多个采样值；利用滑窗平均法对多个所述采样值进行处理，以得到每个所述采样值对应的第三直流偏置值；将所述第三直流偏置值与所述第三信号相减；

其中，所述第一信号的频率为所述多个频率段中的一个频率，所述多个频率段组成预设频率集，所述数字信号处理器存储有所述频率段和所述第一直流偏置值之间的映射表；所述第一信号为模拟信号，所述第二信号和所述第三信号均为数字信号。

9.一种通信设备，其特征在于，包括接收机，所述接收机用于接收射频信号，其中，所述接收机为权利要求8中所述的接收机。

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