CN101889416A - 用于在通信系统中补偿直流偏移的方法和设备 - Google Patents

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    • H04L25/06—Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection
    • H04L25/061—Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection providing hard decisions only; arrangements for tracking or suppressing unwanted low frequency components, e.g. removal of dc offset
    • H04L25/063—Setting decision thresholds using feedback techniques only

Abstract

一种通信系统接收器并入有经时间平均DC分量减法器，以从所接收的经处理的信号中减去经时间平均DC偏移分量。可从移动平均值或运行平均值中选择性地计算所述经时间平均DC偏移。可依据所述接收器是否在跳频模式中操作而进行所述经时间平均DC偏移的选择。

Description

用于在通信系统中补偿直流偏移的方法和设备
相关申请案
本申请案是2003年11月25日申请的第10/722,229号共同待决美国专利申请案的部分接续申请案，所述第10/722,229号美国专利申请案是2003年6月19日申请的第10/600,499号美国专利申请案的部分接续申请案，所述第10/600,499号美国专利申请案主张2002年6月20日申请的第60/390,585号美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案的全部揭示内容全文以引用的方式并入本文中。
附图说明
图1说明并入有减法器的无线数据通信系统的高级框图。
图2A说明在“理想”或理论系统中对符号解码器的同相(I)和正交相(Q)输入的信号图。
图2B说明在存在直流(DC)偏移的情况下对符号解码器的I和Q输入的信号图。
图3说明并入有DC分量减法器的接收器的框图。
具体实施方式
图1是无线数据通信系统10的框图，所述无线数据通信系统10包括发射器12和接收器14。在发射器12处，当用户16对着麦克风18讲话时，所述麦克风18将用户的语音的声能转换成具有实时电压波形20的模拟电信号。虽然就用户的语音的经转换的声能而描述所展示的实例，但相对于其它类型的信号，发射器12的操作也是相同或大体上相同的。在适当修改的情况下，发射器12以及下文所描述的接收器还可用于发射和接收数字信号，仅以举例方式展示模拟实施例。
再次参考模拟实施例，取样器22将模拟电信号转换成离散电信号，以提供经取样的波形24。量化器26将离散电信号量化成脉冲振幅调制电压，其表示经取样的波形的经量化的波形型式28。编码器30将经量化的离散电信号编码成(例如)由八位字流或八位字节流32表示的位串。根据符号编码方案，由符号编码器34来对所述八位字节进行编码。因此，举例来说，符号编码器34对每一八位字节的每两个连续位进行编码以提供二位符号流。
由符号编码器34产生的符号表示Icomponent和Qcomponent向量的值，使得其向量和根据所定义的信号方案产生适当值。Icomponent向量在乘法器38中乘以由振荡器40产生的第一正弦波，以产生经调制的“同相”(I)信号。另一方面，Qcomponent向量在乘法器42中乘以已由90°移相器44移相90°的由振荡器40产生的第二正弦波，以产生经调制的“正交相”(Q)信号。加法器46将经调制的I和Q信号与由振荡器40产生的正弦波一起相加，以产生由调制器48接收以调制载波正弦波的复合信号。调制器48包括振荡器50和乘法器52，所述乘法器52将复合信号与振荡器信号相乘，以产生接着由天线54发射的经调制的载波信号。
在接收器14处，由天线60接收所发射的信号，所述天线60将所接收的信号馈送到低噪声放大器(LNA)62中，低噪声放大器(LNA)62的输出连接到混频器64(也称为解调器)。混频器64包括乘法器66和振荡器68，其经布置以在线70和72上产生正交输出信号。线70和72上的信号连接到滤波器和自动增益控制单元(AGC)74。滤波器和AGC单元74根据经由天线60接收的经调制的载波的强度，自动地调整施加到来自AGC 74的输出信号的增益，以便维持相对恒定的输出信号电平。
来自滤波器和AGC单元74的正交输出信号经由下文详细描述的减法器80而连接到符号解调器76，所述符号解调器76解调制所接收的信号的经自动增益控制的型式，以产生同相(I)信号和正交相(Q)信号两者，同相(I)信号和正交相(Q)信号分别表示Icomponent向量信号和Qcomponent向量信号的所接收值。此后，符号解码器78(其可为正交移相键控(QPSK)解码器)使用Icomponent和Qcomponent向量的二位值产生经重建的八位字节字流中的经解码的连续符号位。接着将所述经重建的八位字节字传递到输出模拟电信号的D/A转换器79，所述模拟电信号被扬声器81转换成声能。在处理数字信号的过程中，可在不需要D/A转换器80的情况下，单独地处理来自信号解码器的输出。
现另外参看图2a，其展示在“理想”或理论系统中对符号解码器76的I和Q输入的图。在理想系统中，符号解码器78始终正确地检测I和Q分量两者。举例来说，在所展示的实例中，将相应I和Q值“0”和“1”适当地解码为“01”。
然而，在实际物理系统(其信号图的实例展示于图2b中)中，在不使用减法器80的情况下，系统不规则性在I或Q分量上或在I和Q分量两者上引起直流(DC)偏移电压。举例来说，可致使I和Q值的值含有DC偏移的因素包括所接收的信号存在噪声和信号强度有变化，以及接收器系统中的组件和电路失衡及设计。此外，归因于AGC 74的效应，DC偏移将倾向于随时间而变化。此时变DC偏移可能难以补偿。
就符号解码器78依赖于相应I和Q分量的所检测的电压的正负性和量值两者以便正确地对所接收的符号予以解码来说，DC偏移电压的存在可导致符号解码器78不正确地对所接收的符号予以解码。举例来说，在所展示的实例中，图2a中所展示的I和Q的相应值“0”和“1”已被错误地检测为“00”(展示于图2b中)。
然而，不管AGC 74是否正致使此类DC偏移随时间而改变，均可通过使用减法器80和现另外参看的图3的框图中说明的方法来大体上减少或消除可能存在于所接收的信号中的DC偏移。
减法器80放置于系统10的接收器部分中的滤波器和AGC 74与符号解调器76和符号解码器78(为便利起见，符号解调器76和符号解码器78表示为单一区块96)之间。简单地说，在减法器80中，在执行符号解码之前，大体上移除或消除I和Q分量两者的DC偏移的经时间平均值。
在减法器80中，将线82上的经解调制的同相Icomponent信号馈送到IcomponentDC估计器88中。DC估计器88(例如)通过低通滤波技术等来确定Icomponent信号中的瞬时DC电平。将IcomponentDC估计器88的输出馈送到IcomponentDC平均器90中，所述IcomponentDC平均器90计算其DC输入的时间平均值。可周期性地计算并更新所述平均值。
在一实施例中，可每当使IcomponentDC估计器88的新输出值可用时便更新所述平均值。在本说明书中以及在权利要求书中，将此平均值称为“移动平均值(movingaverage)”。将计算移动平均值的DC平均器称为处于“移动平均模式”。可计算移动平均值作为预定数目的值上的IcomponentDC估计器88输出的平均值。
在一替代实施例中，可每一预定时间间隔将平均值更新一次。在本说明书中以及在权利要求书中，将此平均值称为“运行平均值(running average)”。将计算运行平均值的DC平均器称为处于“运行平均模式”。可计算运行平均值作为预定时间间隔上的IcomponentDC估计器88的平均值。举例来说，所述预定时间间隔可涵盖多个DC估计器输出值。
在一替代实施例中，可通过另一平均技术来计算平均值。
根据本发明，如果预期Icomponent信号中的DC偏移不连续地改变，那么DC平均器90可从移动平均模式切换到运行平均模式，且反之亦然。在一实施例中，IcomponentDC平均器90可基于接收器的操作模式而在移动平均模式与运行平均模式之间切换。举例来说，如果接收器的操作模式为跳频模式，那么DC平均器90可经配置以在运行平均模式中操作。运行平均模式的预定时间周期可经配置使得仅一起求对应于单一跳频的DC估计值的平均值。相比之下，如果接收器的操作模式为非跳频模式，那么DC平均器90可经配置以在移动平均模式中操作。
将IcomponentDC平均器90的输出馈送到DC分量减法器86中，所述DC分量减法器86从线82上的经解调制的同相Icomponent信号中减去经时间平均DC分量。接着将DC分量减法器86的输出I′component(其表示大体上移除可能包含于其中的任何DC偏移的Icomponent值)馈送到符号解调器和解码器96中。
同时，在正交信号信道中，将线98上的经解调制的正交相Qcomponent信号馈送到QcomponentDC估计器104中。所述DC估计器104使用上文相对于IcomponentDC估计器88而描述的技术来确定Qcomponent信号中的瞬时DC电平。将QcomponentDC估计器104的输出馈送到QcomponentDC平均器106中，所述QcomponentDC平均器106使用(例如)上文相对于IcomponentDC平均器90而描述的技术来计算其DC输入的时间平均值。
将QcomponentDC平均器106的输出馈送到DC分量减法器102中，所述DC分量减法器102从线98上的经解调制的正交相Qcomponent信号中减去经时间平均DC分量。接着将DC分量减法器102的输出Q′component(其表示大体上移除可能包含于其中的任何DC偏移的Qcomponent值)馈送到符号解调器和解码器96中。
可将上文的框图、图表或实例中所描述的系统、函数和操作个别地或集体地实施于硬件、软件、固件或其组合中。举例来说，所述函数可作为在计算机、计算机系统、一个或一个以上控制器(例如，微控制器)、一个或一个以上处理器(例如，微处理器)或其任何组合上运行的一个或一个以上计算机程序而实施于专用集成电路(ASIC)、标准集成电路中。此外，可以多种形式将本发明的过程、方法或技术作为程序产品来分布，例如，可将其并入于数字存储媒体等中。

Claims (25)

1.一种用于在通信系统中使用的设备，所述设备包含：
DC估计器，其用以接收输入信号并产生所述输入信号的DC电平的估计值；
DC平均器，其用以接收所述估计值并产生DC平均值，所述DC平均值可从所述估计值的移动平均值或所述估计值的运行平均值中选择；以及
减法器单元，其用以从所述输入信号中减去所述DC平均值。
2.根据权利要求1所述的设备，所述DC平均器经配置以基于接收器的操作模式而从移动平均值或运行平均值中选择。
3.根据权利要求2所述的设备，所述DC平均器经配置以在所述接收器处于跳频模式时选择移动平均值，所述DC平均器进一步经配置以在所述接收器不处于跳频模式时选择运行平均值。
4.根据权利要求3所述的设备，所述输入信号包含同相(I)分量和正交(Q)分量，所述DC估计器经配置以针对所述I和Q分量中的每一者产生估计值，所述DC平均器经配置以为针对所述I和Q分量中的每一者而产生的所述估计值产生DC平均值，且所述减法器单元经配置以从所述I和Q分量中的每一者中减去DC平均值。
5.根据权利要求3所述的设备，其进一步包含：
自动增益校正单元，其用以接收未经校正的经调制的复合信号、提供增益校正，并将对应的经增益校正的经调制的复合信号输出到解调器；以及
符号解码器，其用以从所述减法器单元接收经解调制的分量输出，并输出对应的多个符号位。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备是无线通信系统中的手持机，所述设备进一步包含：
天线，其用以将无线信号传送到所述自动增益校正单元；
转换器单元，其用以将从所述符号解码器输出的所述多个符号位转换成对应的模拟信号；以及
变换器，其用于将来自所述转换器单元的所述模拟信号转换成声学信号。
7.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备是适于在手持机中使用的集成电路，所述手持机包含：
天线，其用以将无线信号传送到所述自动增益校正单元；
转换器单元，其用以将从所述符号解码器输出的所述多个符号位转换成对应的模拟信号；以及
变换器，其用于将来自所述转换器单元的所述模拟信号转换成声学信号。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述通信系统进一步包含用以将所述无线信号发射到所述天线的发射器。
9.根据权利要求3所述的设备，其中所述设备是在经配置以在所述通信系统内操作的手持机中运行可执行码的可编程微处理器。
10.根据权利要求3所述的设备，其中未经校正的经调制的复合信号是正交移相键控信号。
11.一种供在通信系统中使用的方法，所述方法包含：
使用DC估计器来接收输入信号，并产生所述输入信号的DC电平的估计值；
使用DC平均器来接收所述估计值以产生DC平均值，所述DC平均值可从所述估计值的移动平均值或所述估计值的运行平均值中选择；以及
从所述输入信号中减去所述DC平均值。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含基于接收器的操作模式而从移动平均值或运行平均值中选择。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含在所述接收器处于跳频模式的情况下选择移动平均值，且在所述接收器不处于跳频模式的情况下选择运行平均值。
14.根据权利要求13所述的方法，所述输入信号包含同相(I)分量和正交(Q)分量，所述DC估计器经配置以针对所述I和Q分量中的每一者产生估计值，所述DC平均器经配置以为针对所述I和Q分量中的每一者而产生的所述估计值产生DC平均值，且所述减法包含从所述I和Q分量中的每一者中减去DC平均值。
15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含：
接收未经校正的经调制的复合信号、提供增益校正并输出对应的经增益校正的经调制的复合信号作为所述输入信号；以及
对所述减法的输出进行符号解调制。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含：
对所述经解调制的符号进行解码；
将所述经解码的符号转换成对应的模拟信号；以及
将来自转换器单元的所述模拟信号转换成声学信号。
17.一种用于在通信系统中使用的设备，所述设备包含：
DC估计器装置，其用于接收输入信号并产生所述输入信号的DC电平的估计值；
DC平均器装置，其用于接收所述估计值以产生DC平均值，所述DC平均值可
从所述估计值的移动平均值或所述估计值的运行平均值中选择；以及
减法器装置，其用于从所述输入信号中减去所述DC平均值。
18.根据权利要求17所述的设备，其进一步包含用于基于接收器的操作模式而从移动平均值或运行平均值中选择的装置。
19.根据权利要求18所述的设备，其进一步包含用于在所述接收器处于跳频模式的情况下选择移动平均值且在所述接收器不处于跳频模式的情况下选择运行平均值的装置。
20.根据权利要求19所述的设备，所述输入信号包含同相(I)分量和正交(Q)分量，所述DC估计器装置经配置以针对所述I和Q分量中的每一者产生估计值，所述DC平均器装置经配置以为针对所述I和Q分量中的每一者而产生的所述估计值产生DC平均值，且所述减法器装置包含从所述I和Q分量中的每一者中减去DC平均值。
21.根据权利要求19所述的设备，其进一步包含：
用于接收未经校正的经调制的复合信号、提供增益校正并输出对应的经增益校正的经调制的复合信号作为所述输入信号的装置；以及
用于对所述减法的输出进行符号解调制的装置。
22.根据权利要求21所述的设备，其进一步包含：
用于对所述经解调制的符号进行解码的装置；
用于将所述经解码的符号转换成对应的模拟信号的装置；以及
用于将来自转换器单元的所述模拟信号转换成声学信号的装置。
23.根据权利要求19所述的设备，其中所述通信系统进一步包含用以将无线信号发射到天线的发射器。
24.根据权利要求19所述的设备，其中所述设备是在经配置以在所述通信系统内操作的手持机中运行可执行码的可编程微处理器。
25.根据权利要求19所述的设备，其中未经校正的经调制的复合信号是正交移相键控信号。
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