CN1385018A - 使用两级直流偏移校正、同步和信道估计的无线接收机 - Google Patents

Abstract

公开了一种直接转换接收机,其中直流偏移被估计于两步。一个粗略的直流估计被执行,估计从接收序列中消除。然后,为了估计突发中的同步位置而执行一个粗略的同步。随后,一个粗略的信道估计和一个更精确的直流估计同时执行,并且精确的直流估计值被消除。最后,一个精确的同步和信道估计被执行,并且精确的信道估计被馈给均衡器,该均衡器在消除精确的直流成分估计后作用于所接收的信号。

Description

使用两级直流偏移校正、同步和信道估计的无线接收机

发明技术领域

本发明涉及一种无线接收机，特别地涉及使用在一种数字时分多址接入(TDMA)通信系统，如GSM蜂窝无线电话系统的无线接收机。

发明技术背景

在一种数字无线通信系统的发射机中，信息比特被映射到调制载波信号的波形。在接收机，发射比特序列通过解调接收信号得以恢复。

一种接收机电路通常有效的设计是直接转换，或零差无线接收机，其中接收载频信号直接下变频到基带，不使用任何中间频率。这种结构可以在成本、大小和电流消耗方面比较有效。

一个可能会出现在直接转换接收机中的问题是由直流偏移引起的失真。直流偏移可能会在发射机的基带或无线部分中出现，或者更普通的，在接收机电路的基带或无线部分中出现。更明确地，在接收机中导致直流偏移的主要原因是：晶体管与信号路径不匹配；本地振荡器信号泄漏到接收信号中并在混频器中自下变频到直流；还有大的邻信道干扰信号泄漏到本地振荡器并自下变频到直流。

作为这些起源的结果，直流偏移信号实际上可以比信息信号的大小大数个dB。因而显然直流偏移必须在数据能够被满意恢复之前消除。

在数字TDMA接收机的解调过程中的一个重要部分是同步。同步的目的是捕捉在接收信号突发中的码元的位置。这可以通过在突发中发射一个被称为训练序列的特定信号图样来实现。训练序列对接收机来说是已知的。然后，为了捕捉同步位置，接收机可以在接收信号和已知的训练序列之间执行相关。在系统中使用的训练序列被以这样一种方式来设计，所述方式使当接收突发是过滤后的发射码元加上白噪声时同步性能被最优化。

因而，一个接收的无线信号经过下变频，低通滤波，并在无线接收机前端电路采样。正如已知的，采样信号y(t)可以被表达为：

y(t)＝h(0)u(t)+h(1)u(t-1)+...+h(L)u(t-L)+e(t)

    ＝HU(t)+e(t)

式中H＝[h(0)，...，h(L)]是一个代表无线信道的复值矢量，U(t)＝[u(t)，...，u(t-L)]是一个复值，代表在时间t，t-1，...t-L点的发射码元。信号e(t)假设为白噪声。

采样信号y(t)然后提供给一个同步单元，在该单元中为了捕捉同步位置，对接收突发和训练序列做相关。根据已捕捉的同步位置，然后信道估计单元估计定义无线信道的系数H。估计后的信道然后提供给均衡器解码接收到的数据。

总之，在准备解调的信号中存在直流成分的情况下，标准同步过程将不再是最优的，从而接收机接收信号的误码率可能会恶化。

发明内容

本发明涉及一种同步过程，该过程在当接收信号含有直流偏移时提供可以接受的性能。

更明确的，根据本发明，直流偏移成分用两级来估计。

在本发明的优选实施方案中，一个粗略的直流估计被执行，并且估计被从接收序列中被消除。然后，为了估计突发中的同步位置，一个粗略的同步被执行。随后，一个粗略的信道估计和一个更精确的直流估计同时执行，并且精确的直流估计被消除。最后，一个精确的同步和信道估计被执行，精确的信道估计馈给均衡器，该均衡器在消除直流成分的精确估计后，作用于接收信号。

附图说明

图1是根据本发明的第一个接收机的示意框图。

图2是根据本发明的第二个接收机的示意框图。

图3是根据本发明的第三个接收机的示意框图。

图4是根据本发明的第四个接收机的示意框图。

优选实施方案详细描述

图1是根据本发明的一个无线接收机的框图。通过天线2接收的无线信号在直接转换无线接收机前端电路4中下变频，低通滤波和采样。

数字传输情况下的采样信号y(t)可以根据下式被描述：

x(t)＝y(t)+DC

    ＝h(0)u(t)+h(1)u(t-1)+...+h(L)u(t-L)+DC+e(t)

    ＝HU(t)+DC+e(t)

式中H＝[h(0)，...，h(L)]是一个代表无线信道的复值矢量，U(t)＝[u(t)，...，u(t-L)]是一个复值，代表在时间t，t-1，...t-L点的发射码元。信号e(t)假设为白噪声。DC代表由无线发射机和无线接收机产生的未知直流成分。信号y(t)馈给存储器6，同时也馈给第一个直流估计单元8，该单元通过突发或突发的一部分的平均值进行粗略的直流估计。即： $\widehat{\mathrm{DC}}=\frac{1}{N}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}x\left(k\right)$

N是平均计算的信号数。粗略的直流估计然后在加法器10从信号y(t)中减去，给出一个新的信号 $\hat{y}\left(t\right)=x\left(t\right)-\widehat{\mathrm{DC}}$

注意，取平均值是在有限数量的码元上进行的，意味着是有偏直流估计，即 $\widehat{\mathrm{DC}}=\mathrm{DC}-R_{\mathrm{DC}}.$

其中R_DC是残余直流成分。注意R_DC是码元依赖的，并突发与突发不同。使用延长的取平均值，理想的是对无限数量的突发取平均，将对直流成分提供更好的估计。但由于直流成分在突发之间不同使得这是不可能的。因而，信号

可以被写作 $\hat{y}\left(t\right)=y\left(t\right)+R_{\mathrm{DC}}=\mathrm{HU}\left(t\right)+R_{\mathrm{DC}}+e\left(t\right)$

信号 然后馈给第一个同步单元12，该单元为了捕捉粗略的同步位置而对接收突发和训练序列(TS)做相关。计算出的粗略同步位置然后馈给第一个信道估计单元14，该单元用于同时估计无线信道和残余直流偏移，即系数H和R_DC。这可以通过使用标准最小二乘方估计技术得到，通过延长信道模型以包含一个直流抽头。然后估计的残余直流成分 从信道估计单元输出并在第二个加法器16中从 中减去，给出一个新的信号 这个信号可以被假设写作： $\hat{\hat{y}}\left(t\right)=h\left(0\right)u\left(t\right)+h\left(l\right)u(t-1)+\·\·\·+h\left(L\right)u(t-L)+e\left(t\right)=\mathrm{HU}\left(t\right)+e\left(t\right)$

信号

然后馈给第二个同步单元18，该单元为了捕捉更好的同步位置而对接收突发和训练序列(TS)做相关。同步位置然后馈给第二个信道估计单元20，该单元采用与上述相同方法估计无线信道，即系数H。然后估计信道 和信号

一起馈给均衡器22用于以后的处理。

图2给出本发明的一个替代实施方案。

当信号质量比较好时，通过额外的同步和信道估计可以得到性能增益。因而，为了节省电流，例如为在移动电话中提供更长的待机时间和通话时间，可以决定是否执行第二步同步和信道估计。图2中的电路对应于图1中的电路的部件被以相同的数字给出。在图2的电路中，第一次直流估计、同步和信道估计如前面准备。估计信道滤波器抽头和信号质量测量，如信噪比的估计(

)一起，从第一个信道估计单元14馈到控制单元28，该单元用于决定是否执行第二次同步和信道估计。如果SNR高于门限值，就执行第二次同步和信道估计。否则它们不被执行。如果这样，则第二次同步和信道估计如上述执行。如果不是，则信号 和信道估计 馈给均衡器22来解码数据。

图3给出本发明的另一个替代实施方案。

在一些蜂窝系统中，相位偏移，即相位在发射信号间的漂移，被引入到发射信号中。为了发射机结构的易于实现而引入相位偏移。作为例子，新的蜂窝系统EDGE(GSM增强数据速率改进)使用发射码元间67.5°相位漂移(相位偏移)的8-PSK调制。为了在接收机补偿这个相位漂移，接收信号必须被解旋转(de-rotate)。不过，一个含有直流成分的信号的解旋转给出一个含有旋转直流成分的信号。

图3给出这种解决的合适的接收机。再一次，图3中的电路对应于图1中的电路的部件被以相同的数字给出。在图3中的电路，第一次粗略的直流估计和直流减去如上述执行。然后信号

在解旋转器32中解旋转一个对应于在发射机中引入的偏移(θ)的相位漂移(-θ)。然后从解旋转器32中输出的

馈给用于估计同步位置的同步单元12。然后位置馈给信道估计单元14，该单元用于考虑直流成分的旋转操作，估计信道滤波器抽头和残余直流成分。这里再一次使用标准最小二乘方估计技术。残余直流偏移估计输出到旋转单元34，该单元提供对残余直流成分的适当的旋转，并且它被从信号

中减去，给出信号

对信号

的进一步处理依照上述执行。

更进一步，在这种情况下可以加一个控制单元决定是否执行第二次同步和信道估计。如对图2参考的描述。

图4给出本发明的另一个替代实施方案。

使用直接转换接收机时，一个临近干扰当斜升(ramp up)它的信号时会导致直流阶跃。如果位于训练序列中，则这个直流阶跃有可能会或可能不会降低同步性能。图4中的电路对应于图1中的电路的部件被以相同的数字给出。图4电路允许将这种直流阶跃的影响降到最小。

首先信号

如前面通过对突发上的接收采样取平均值计算得出。然后采样在一个微分器42被差分，即计算 并传给用于估计第一次同步位置的同步单元12。使用差分是为了在作第一次同步的时候降低直流阶跃的影响。然后同步位置和未差分采样

一起馈给信道估计单元44。此刻信道估计单元估计信道滤波抽头和残余直流成分，并考虑直流阶跃。也就是说，估计模型是 $\hat{y}=\mathrm{HU}+\mathrm{DC}+{\mathrm{\α}}^{*}{S}_{\mathrm{DC}}\left(k\right),$ 其中a是未知阶跃电平，阶跃信号S_DC(k)包含k-1个连续的0和M-K个连续的1，M是训练序列的码元数。因为直流阶跃的位置K未知，所以必须采取方法来：

1.假设直流阶跃发生在训练序列中间，或者

2.使用差分法中的信息，将给出直流阶跃位置的峰值，或者

3.估计训练序列中所有可能的位置k。使在估计模型中使用这些不同的位置的错误最小。也就是，对训练序列中的每一个位置k，估计模型 $\hat{y}-\mathrm{HU}+\mathrm{DC}+S_{\mathrm{DC}}\left(k\right).$ 计算不同的接收码元， $\mathrm{Err}\left(k\right)=\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{y}_l-{\hat{y}}_l\left(k\right),$ 寻找k使Power[Err(k)]最小。

这可以再一次通过使用标准最小二乘方估计技术完成。残余直流偏移的估计与估计的直流阶跃和它相关的位置一起从信号 中减去，给出一个信号 对信号

的进一步处理如上述描述完成。

再一次，在这种情况下可以加一个如图2给出的控制单元决定是否执行第二次同步和信道估计。更进一步，在调制中的相位偏移的情况下，如图3参考中描述的解旋转技术也可以用于这种情况。最后，为了对付直流阶跃，上述方法还可以不需要差分单元而完成，意味着第一次同步对普通信号完成。

这样描述了存在直流偏移成分情况下改善同步的无线接收机。

Claims (16)

1.一种无线接收机，包含：

一个前端电路，用于对接收信号采样，以产生包含直流偏移的采样接收信号；

一个第一偏移估计电路，用于从采样接收信号中产生直流偏移的第一估计；

一个第一个减法器，用于从采样接收信号中减去直流偏移的第一估计而产生第一估计的采样信号；

一个第一同步检测电路，用于估计第一估计的采样信号的同步位置；

一个第一信道估计器，用于根据估计的同步位置而产生第一信道估计；

一个第二偏移估计电路，用于在估计同步位置之后，从第一估计的采样信号中产生直流偏移的第二估计，和

一个第二个减法器，用于使用第一估计的采样信号估计和直流偏移的第二估计而产生第二估计的采样信号。

2.权利要求1的无线接收机，其中第一估计的采样信号包括残余直流偏移，第二偏移估计电路产生一个残余直流偏移估计，第二个减法器通过从第一估计的采样信号中减去残余直流偏移估计而产生第二估计的采样信号。

3.权利要求1的无线接收机，还包含：

一个第二同步检测电路，用于估计第二估计的采样信号的同步位置；

一个第二信道估计器，用于根据第二估计的同步位置而产生第二信道估计；和

一个均衡器，用于根据第二次信道估计来处理第二估计的采样信号。

4.权利要求3的无线接收机，还包含：

一个控制单元，用于根据一个信号质量的估计来决定是否向第二同步检测电路和第二个信号估计器施加信号。

5.权利要求4的无线接收机，其中第一信道估计器估计信号质量，并且控制单元决定仅当估计信号质量超过门限值时，才将信号施加给第二同步检测电路和第二信道估计器。

6.权利要求4的无线接收机，其中如果控制单元决定不施加信号给第二同步检测电路和第二信道估计器，则均衡器使用第一信道估计来处理第二估计的采样信号。

7.权利要求1的无线接收机，还包含：

一个解旋转器，用于对第一估计的采样信号施加负旋转，和

一个旋转器，用于对直流偏移的第二估计施加旋转。

8.权利要求1的无线接收机，还包含：

一个微分器，用于在将其应用到第一同步电路之前，对第一估计的采样信号计算差分值，以及

一个阶跃估计器，用于估计接收信号中直流阶跃的大小，

其中第二个减法器从第一估计的采样信号中减去直流阶跃大小的估计。

9.一种处理接收信号的方法，包含：

对接收信号采样，以产生含有直流偏移的采样接收信号；

从采样接收信号中产生直流偏移的第一估计；

从采样接收信号中减去直流偏移的第一估计以产生第一估计的采样信号；

估计第一估计的采样信号的同步位置；

根据估计的同步位置来产生第一信道估计；

估计同步位置后从第一估计的采样信号中产生直流偏移的第二估计；以及

使用第一估计的采样信号估计和直流偏移的第二估计来产生第二估计的采样信号。

10.权利要求9的方法，其中第一估计的采样信号包含一个残余直流偏移，包含产生残余直流偏移的估计，并且从第一估计的采样信号中减去残余直流偏移的估计而产生第二估计的采样信号。

11.权利要求9的方法，还包含：

估计第二估计的采样信号的同步位置；

根据第二估计的同步位置来产生第二信道估计；和

根据第二信道估计而在均衡器中处理第二估计的采样信号。

12.权利要求11的方法，还包含：

根据信号质量的估计来决定是否估计第二估计的采样信号的同步位置并产生第二信道估计。

13.权利要求12的方法，包含估计信号质量，并仅当估计的信号质量超过一个门限值时才决定估计第二估计的采样信号的同步位置，并产生第二信道估计。

14.权利要求12的方法，包含如果决定不估计第二估计的采样信号的同步位置或不产生第二信道估计，则：

根据第一信道估计而在均衡器中处理第二估计的采样信号。

15.权利要求9的方法，还包含：

对第一估计的采样信号施加负旋转；和

对直流偏移的第二估计施加旋转。

16.权利要求9的方法，还包含：

在将其应用到第一同步电路之前，计算第一估计的采样信号的差分值；

估计接收信号中的直流阶跃的大小，和

从第一估计的采样信号中减去直流阶跃大小的估计。

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