CN1917380B - 一种接收机及其信号处理模块的直流偏置消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接收机领域，尤其涉及一种接收机及其信号处理模块的直流偏置消除方法，用以解决现有技术中存在不能简单准确地消除接收机中信号处理模块的直流偏置的问题。本发明技术方案中，控制模块监控逻辑信道在各个时隙的状态，将空闲时隙通知计算模块，并在空闲时隙切断信号处理模块的接收信号；计算模块根据信号处理模块在空闲时隙输出的采样信号计算信号处理模块的直流偏置值，并输出给偏置消除模块；偏置消除模块根据该直流偏置值消除后续各时隙信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。采用本发明技术方案，可以简单准确地消除信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。

Description

一种接收机及其信号处理模块的直流偏置消除方法

技术领域

本发明涉及接收机领域，尤其涉及一种接收机及其信号处理模块的直流偏置消除方法。

背景技术

超外差接收机以其优良性能和低成本的优势，在GSM(Global System forMobile Communication，全球移动通信系统)基站设备中使用很广。超外差接收机需要两级下变频，这种双下变频相对于单下变频放松了对滤波器的性能要求；由于第一级下变频降低了信号频率，使得中频处理完全可以使用数字和模拟混合的集成电路实现，成本上有很大优势。在中频信号模拟正交下变频过程中，如图1所示，由于利用混频器进行下变频而不可避免的引入了本振信号源提供的本振信号，而本振信号电平比接收信号电平都要大，所以这样就会产生较大的直流偏置，甚至掩盖了接收信号；还会由于电流漂移导致同相正交级相位不匹配，以至于信号星座图变形而生成直流偏置。这些直流偏置消除得是否完全，对接收机性能的影响很大。

目前，一种简单的直流偏置的消除方法是采用交流耦合，使用模拟技术——电容器。对于信号频谱没有多少直流能量的系统，这种方法不会降低接收机的性能。但是，该方法需要一个由信号带宽来确定大小的电容器，这使无线前端集成为ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)变得很困难；而且对于带有直流成分的信号使用这种方法去除直流偏置，会恶化接收信号，导致接收机性能的下降。

另一种直流偏置消除方法基于反馈平均减法技术。直流偏置的估计模块在基带信号模数转化器后面，通过求模数转化后基带信号的平均值，并使用多阶数字滤波器对平均值进行滤波，估计出直流偏置值，然后反馈直流偏置给数模转换器，数模转化器把数字直流偏置转化为模拟值，接收信号从模拟下变频器输出端口通过减法去除直流偏置。但是，采用该方法使接收机结构变得复杂，该方法需要信号平均电路、数字滤波电路、数模转化器和加法器；而且通过平均和滤波来估计和跟踪直流偏置，性能上无法及时准确估计直流偏置；由于需要反馈，导致直流偏置去除的响应速度变慢。

发明内容

本发明提供一种接收机及其信号处理模块的直流偏置消除方法，用以解决现有技术中存在不能简单准确地消除接收机中信号处理模块的直流偏置的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种接收机，包括信号处理模块，所述信号处理模块处理接收到的信号并输出采样信号，所述接收机还包括控制模块、计算模块和偏置消除模块，其中：

所述控制模块监控逻辑信道在各个时隙的状态，将空闲时隙通知所述计算模块，并在空闲时隙切断所述信号处理模块的接收信号；

所述计算模块根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值，并输出给所述偏置消除模块；

所述偏置消除模块根据所述直流偏置值消除后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：所述控制模块包括开关和控制单元，所述控制单元监控逻辑信道在各个时隙的状态，在发现空闲时隙后通知所述计算模块和所述开关；所述开关根据该通知在所述空闲时隙切断所述信号处理模块的接收信号。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：所述偏置消除模块包括：减法器，用于将所述信号处理模块输出的采样信号各个采样点的值减去所述直流偏置值，以消除所述采样信号的直流偏置。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：所述计算模块包括：

计算单元，根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值，并输出所述直流偏置值；

数字低通滤波器，根据计算单元在之前各空闲时隙计算出的直流偏置值对本次计算出的直流偏置值进行滤波后输出给所述偏置消除模块。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：并行存在两套相互连接的所述信号处理模块、计算模块和偏置消除模块。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：所述并行存在的两套信号处理模块、计算模块和偏置消除模块中：

第一信号处理模块包括第一混频器、第一本振信号源和第一模数转换器，其中所述第一混频器的输入端连接所述控制模块和所述第一本振信号源的输出端，所述第一混频器的输出端连接所述第一模数转换器的输入端，所述第一模数转换器的输出端连接第一计算模块和第一偏置消除模块的输入端；

第二信号处理模块包括第二混频器、第二本振信号源、90度相移器和第二模数转换器，其中所述第二本振信号源的输出端连接所述90度相移器的输入端，所述第二混频器的输入端连接所述90度相移器的输出端和所述控制模块的输出端，所述第二混频器的输出端连接所述第二模数转换器的输入端，所述第二模数转换器的输出端连接第二计算模块和第二偏置消除模块的输入端。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：

所述第一信号处理模块还包括所述第一混频器和所述第一模数转换器之间串联的第一可变增益放大器和第一低通滤波器；和/或

所述第二信号处理模块还包括所述第二混频器和所述第二模数转换器之间串联的第二可变增益放大器和第二低通滤波器。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：所述第一本振信号源和所述第二本振信号源单独设置或者合并设置。

进一步地，上述接收机还可具有以下特点：并行存在三套或三套以上相互连接的所述信号处理模块、计算模块和偏置消除模块。

本发明还提供了一种接收机中信号处理模块的直流偏置消除方法，包括以下步骤：

监控逻辑信道在各个时隙的状态，在空闲时隙切断所述信号处理模块的接收信号；

根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值；

根据所述直流偏置值消除后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值的方法为：对所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号各个采样点的值进行累加并平均得到所述信号处理模块的直流偏置值。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述根据所述直流偏置值消除后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号的直流偏置包括：将后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号各个采样点的值减去所述直流偏置值后再输出。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：根据通信协议监控逻辑信道在各个时隙的状态。

本发明有益效果如下：

采用本发明提供的技术方案，监控逻辑信道在各个时隙的状态，在空闲时隙切断信号处理模块的接收信号，并根据信号处理模块在空闲时隙输出的采样信号计算在空闲时隙信号处理模块的直流偏置值；在切断信号处理模块的接收信号后，信号处理模块在空闲时隙输出的采样信号就是所希望消除的直流偏置的采样。根据该空闲时隙得到的采样信号来计算直流偏置值，有计算效率高、计算结果准确、算法结构简单、实现成本低的优点。

本发明技术方案中根据上述直流偏置值消除后续各时隙信号处理模块输出的采样信号的直流偏置，可以简单准确地消除信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。

附图说明

图1为GSM超外差接收机中处理中频信号的电路结构框图；

图2为本发明消除接收机中信号处理模块直流偏置的流程图；

图3为本发明实施例中接收机中的信号处理模块、控制模块、计算模块和偏置消除模块的框图；

图4为本发明实施例中一套信号处理模块、计算模块和偏置消除模块的框图；

图5为本发明实例中第一信号处理模块示意图；

图6为本发明实例中第二信号处理模块的示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是，消除接收机中信号处理模块直流偏置的方法如图2所示，包括以下步骤：

步骤S101，监控逻辑信道在各个时隙的状态，在空闲时隙切断信号处理模块的接收信号；

步骤S102，根据信号处理模块在空闲时隙输出的采样信号计算信号处理模块的直流偏置值；

步骤S103，根据该直流偏置值消除后续各时隙信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。

本实施例的接收机中的信号处理模块及为了消除该信号处理模块的直流偏置而设置的控制模块100、计算模块和偏置消除模块的连接关系如图3所示，包括控制模块100以及N套(一套或多套)相互连接的信号处理模块、计算模块和偏置消除模块。

控制模块100监控逻辑信道在各个时隙的状态，将空闲时隙通知计算模块，并在空闲时隙切断信号处理模块的接收信号；

计算模块根据信号处理模块在空闲时隙输出的采样信号计算信号处理模块的直流偏置值，并输出给偏置消除模块；

偏置消除模块根据该直流偏置值消除后续各时隙信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。

可见，偏置消除模块对每个时隙接收到的信号处理模块输出的采样信号，都利用在该时隙之前最新一个空闲时隙计算模块计算得到的直流偏置值来消除其直流偏置；在当前空闲时隙，由于计算模块还没有输出计算得到的直流偏置值给偏置消除模块，因此，偏置消除模块根据之前一个空闲时隙计算模块计算得到的直流偏置值消除当前空闲时隙信号处理模块输出的采样信号的直流偏置。偏置消除模块在每个时隙都工作。

如图3所示，控制模块100包括控制单元101和开关102，控制单元101根据通信协议监控逻辑信道在各个时隙的状态，即根据当前收到的数据帧的帧号获知两个时隙之后将要接收到的数据帧的帧号，从而根据通信协议判断两个时隙之后将要接收到的数据帧是否为有效数据帧(在具体实施中，不限定具体提前几个时隙进行空闲时隙的判断)，当该数据帧为无效数据帧时，认为该时隙为空闲时隙，并提前一个时隙分别通知开关102和计算模块。

开关102根据控制单元101的通知在空闲时隙切断信号处理模块的接收信号，而在非空闲时隙，开关102将保证信号处理模块正常接收到通信信号。在本实施例的一个具体实现中，控制单元101提前一个时隙设置开关102中的一个标志，开关102查询该标志并在发现该标志被设置后切断信号处理模块在空闲时隙的接收信号，并清除该标志，在该空闲时隙后接通信号处理模块的接收信号。

可见，在开关102切断信号处理模块在空闲时隙的接收信号后，在该空闲时隙计算模块接收到的采样信号就是去除了接收信号的单纯直流偏置采样信号。

在存在多套相互连接的信号处理模块、计算模块和偏置消除模块时，其中的各相互连接的计算模块和偏置消除模块在结构和功能上都是相同的，以相互连接的第一信号处理模块201、第一计算模块401和第一偏置消除模块301为例，其结构和连接关系如图4所示，其中：

第一计算模块401根据控制模块100的通知，对第一信号处理模块201在空闲时隙输出的采样信号各个采样点的值进行累加并平均得到该空闲时隙第一信号处理模块201的直流偏置值，并输出给第一偏置消除模块301；

第一偏置消除模块301在本实施例中的具体实现是包括一个减法器，根据空闲时隙第一计算模块401输出的直流偏置值设置该减法器的参数，该减法器在后续时隙中收到第一信号处理模块201输出的采样信号时，将第一信号处理模块201输出的采样信号各个采样点的值减去该参数值，以消除第一信号处理模块201输出的采样信号的直流偏置。

由于第一计算模块401计算直流偏置的方法是个估计、逼近的过程，而直流偏置是缓慢时变的，因此，在资源允许的情况下，可以在第一计算模块401中增加一个数字低通滤波器，令第一计算模块401包括计算单元4011和数字低通滤波器4012，其中：

计算单元4011，根据第一信号处理模块201在空闲时隙输出的采样信号计算信号处理模块的直流偏置值，并输出该直流偏置值；

数字低通滤波器4012，根据计算单元4011在之前各空闲时隙计算出的直流偏置值对本次计算出的直流偏置值进行滤波后输出给第一偏置消除模块301。

在本发明的一个实例为GSM超外差接收机，在其接收到的信号经过第一级下变频之后降低了信号频率，使得对于第一级下变频后得到的中频信号的处理可以使用数字和模拟混合的集成电路实现，而在现有的对中频信号进行模拟正交下变频的过程中，不可避免的因为本振信号源提供的本振信号和接收信号的混频引入直流偏置，且由于本振信号电平比接收信号的电平都要大，所以产生的直流偏置会较大，甚至掩盖了接收信号，可见在本实例中，进行直流偏置消除是十分必要的。

本实例中的GSM超外差接收机在对中频信号进行处理时，包括两套相互连接的信号处理模块、计算模块和偏置消除模块，设该GSM超外差接收机包括的两套相互连接的信号处理模块、计算模块和偏置消除模块为图3所示的第一信号处理模块201、第一计算模块401和第一偏置消除模块301以及第二信号处理模块202、第二计算模块402和第二偏置消除模块302。

如图5所示，第一信号处理模块201包括第一本振信号源2011、第一混频器2012、第一可变增益放大器2013、第一低通滤波器2014和第一模数转换器2015，其中，第一混频器2012的输入端连接控制模块100和第一本振信号源2011的输出端，第一混频器2012的输出端连接第一可变增益放大器2013的输入端，第一可变增益放大器2013的输出端连接第一低通滤波器2014的输入端，第一低通滤波器2014的输出端连接第一模数转换器2015的输入端，第一模数转换器2015的输出端连接第一偏置消除模块301和第一计算模块401的输入端；

如图6所示，第二信号处理模块202包括第二本振信号源2021、90度相移器2022、第二混频器2023、第二可变增益放大器2024、第二低通滤波器2025和第二模数转换器2026，其中第二本振信号源2021的输出端连接90度相移器2022的输入端，第二混频器2023的输入端连接90度相移器2022的输出端和控制模块100的输出端，第二混频器2023的输出端连接第二可变增益放大器2024的输入端，第二可变增益放大器2024的输出端连接第二低通滤波器2025的输入端，第二低通滤波器2025的输出端连接第二模数转换器2026的输入端，第二模数转换器2026的输出端连接第二偏置消除模块302和第二计算模块402的输入端。

由于在信号处理模块中的可变增益放大器和低通滤波器因为其功能仅仅是使信号的质量更好更便于处理，因此在上述实例中，在第一信号处理模块201的具体实现中可以不存在第一可变增益放大器2013和第一低通滤波器2014，直接由第一混频器2012的输出端连接第一模数转换器2015的输入端；同理，在第二信号处理模块202的具体实现中可以不存在第二可变增益放大器2024和第二低通滤波器2025，直接由第二混频器2023的输出端连接第二模数转换器2026的输入端。

在上述第一信号处理模块201和第二信号处理模块202中的本振信号源可以是单独设置也可以是合并设置的。在合并设置第一信号处理模块201和第二信号处理模块202中的本振信号源时，第一信号处理模块201和第二信号处理模块202的具体实现的电路如图1所示。

在本实例的具体实现中，在非空闲时隙，第一混频器2012将第一本振信号源2011输出的本振信号和控制模块100输出的中频信号进行下变频并将处理后的信号输出给第一可变增益放大器2013，第一可变增益放大器2013对信号进行放大处理后输出给第一低通滤波器2014，第一低通滤波器2014滤除信号中的杂散后将信号输出给第一模数转换器2015，第一模数转换器2015把模拟信号转换为数字信号，并输出给第一偏置消除模块301和第一计算模块401；

在非空闲时隙，第二本振信号源2021输出本振信号给90度相移器2022，90度相移器2022对本振信号进行90度相移处理后输出给第二混频器2023，第二混频器2023将90度相移器2022输出的信号和控制模块100输出的中频信号进行下变频并将处理后的信号输出给第二可变增益放大器2024，第二可变增益放大器2024对信号进行放大处理后输出给第二低通滤波器2025，第二低通滤波器2025滤除信号中的杂散后将信号输出给第二模数转换器2026，第二模数转换器2026把模拟信号转换为数字信号，并输出给第二偏置消除模块302和第二计算模块402。

控制单元101利用GSM的TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)通信机制，监控各个TDMA时隙的状态，发现有空闲时隙出现，即该时隙接收的信号对GSM的所有业务没有任何意义时，通知开关102、第一计算模块401和第二计算模块402。

开关102根据控制单元101的通知在空闲时隙切断第一信号处理模块201和第二信号处理模块202的接收信号。

在空闲时隙，由于第一信号处理模块201和第二信号处理模块202的接收信号被切断了，其各自的理想本振信号也因为和接收信号的混频而消失，第一信号处理模块201和第二信号处理模块202的输出的是各自直流偏置的采样信号。

第一计算模块401和第二计算模块402根据控制单元101的通知分别在空闲时隙计算第一信号处理模块201和第二信号处理模块202的直流偏置值，并分别输出给第一偏置消除模块301和第二偏置消除模块302；

第一偏置消除模块301和第二偏置消除模块302分别根据第一计算模块401和第二计算模块402输出的第一信号处理模块201和第二信号处理模块202的直流偏置值，消除后续各时隙第一信号处理模块201和第二信号处理模块202输出的采样信号的直流偏置。

采用本实施例的技术方案，偏置消除模块用于消除信号处理模块输出采样信号的直流偏置值在每个空闲时隙都会被计算模块输出的直流偏置值更新，确保了该直流偏置值能够跟踪上实际情况，从而更好地消除信号处理模块的直流偏置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种接收机，包括信号处理模块，所述信号处理模块处理接收到的信号并输出采样信号，其特征在于，所述接收机还包括控制模块、计算模块和偏置消除模块，其中：

所述控制模块监控逻辑信道在各个时隙的状态，将空闲时隙通知所述计算模块，并在空闲时隙切断所述信号处理模块的接收信号；

所述计算模块根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值，并输出给所述偏置消除模块；所述偏置消除模块根据所述直流偏置值消除后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号的直流偏置；

所述偏置消除模块包括：减法器，用于将所述信号处理模块输出的采样信号各个采样点的值减去所述直流偏置值，以消除所述采样信号的直流偏置。

2.如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述控制模块包括开关和控制单元，所述控制单元监控逻辑信道在各个时隙的状态，在发现空闲时隙后通知所述计算模块和所述开关；所述开关根据该通知在所述空闲时隙切断所述信号处理模块的接收信号。

3.如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述计算模块包括：

计算单元，根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值，并输出所述直流偏置值；

数字低通滤波器，根据计算单元在之前各空闲时隙计算出的直流偏置值对本次计算出的直流偏置值进行滤波后输出给所述偏置消除模块。

4.如权利要求1、2、或3所述的接收机，其特征在于，并行存在两套相互连接的所述信号处理模块、计算模块和偏置消除模块。

5.如权利要求4所述的接收机，其特征在于，所述并行存在的两套信号处理模块、计算模块和偏置消除模块中：

第一信号处理模块包括第一混频器、第一本振信号源和第一模数转换器，其中所述第一混频器的输入端连接所述控制模块和所述第一本振信号源的输出端，所述第一混频器的输出端连接所述第一模数转换器的输入端，所述第一模数转换器的输出端连接第一计算模块和第一偏置消除模块的输入端；

第二信号处理模块包括第二混频器、第二本振信号源、90度相移器和第二模数转换器，其中所述第二本振信号源的输出端连接所述90度相移器的输入端，所述第二混频器的输入端连接所述90度相移器的输出端和所述控制模块的输出端，所述第二混频器的输出端连接所述第二模数转换器的输入端，所述第二模数转换器的输出端连接第二计算模块和第二偏置消除模块的输入端。

6.如权利要求5所述的接收机，其特征在于，

所述第一信号处理模块还包括所述第一混频器和所述第一模数转换器之间串联的第一可变增益放大器和第一低通滤波器；和/或

所述第二信号处理模块还包括所述第二混频器和所述第二模数转换器之间串联的第二可变增益放大器和第二低通滤波器。

7.如权利要求5或6所述的接收机，其特征在于，所述第一本振信号源和所述第二本振信号源单独设置或者合并设置。

8.如权利要求1、2、或3所述的接收机，其特征在于，并行存在三套或三套以上相互连接的所述信号处理模块、计算模块和偏置消除模块。

9.一种接收机中信号处理模块的直流偏置消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

监控逻辑信道在各个时隙的状态，在空闲时隙切断所述信号处理模块的接收信号；

根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值；

根据所述直流偏置值消除后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号的直流偏置；

所述根据所述直流偏置值消除后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号的直流偏置包括：将后续各时隙所述信号处理模块输出的采样信号各个采样点的值减去所述直流偏置值后再输出。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号计算所述信号处理模块的直流偏置值的方法为：对所述信号处理模块在所述空闲时隙输出的采样信号各个采样点的值进行累加并平均得到所述信号处理模块的直流偏置值。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，根据通信协议监控逻辑信道在各个时隙的状态。

Images