动态DC偏移消除装置以及动态DC偏移消除方法

摘要

一种动态DC偏移消除装置以及动态DC偏移消除方法，能够高精度地估计动态DC偏移的变化位置和变化前的DC偏移值以及变化后的DC偏移值，由此对已消除动态DC偏移的接收信号进行均衡处理并改善误码率特性。在包括动态DC偏移消除装置的接收设备(100)中，动态DC偏移检测部件(109)根据以下的值来计算变化前的DC偏移值以及变化后的DC偏移值和DC偏移变化定时：由最大值搜索部件(104)以及最小值搜索部件(105)计算出的最大值和最小值；由前半平均值计算部件(107)、后半平均值计算部件(108)以及整体平均值计算部件(106)计算出的前半平均值、后半平均值以及整体平均值。DC偏移消除部件(110)的补偿DC偏移切换部件(111)，根据DC偏移变化定时切换变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值，并从接收信号中消除动态DC偏移。

说明书

技术领域

本发明涉及为无线通信的接收设备提供的动态DC偏移消除装置以及动态DC偏移消除方法，主要涉及用于配置有直接转换方案的无线部件的数字移动通信中的接收设备的动态DC偏移消除装置以及动态DC偏移消除方法。

背景技术

由于在无线信道中可能发生的多路径衰落的影响，数字移动通信的接收设备通过多个路径同时接收到传播时间各异的无线波。因此，接收信号中产生延迟失真，并且误码率特性发生恶化。因为码元速率越大，所述延迟失真也就越大，所以在今后的高速数字移动通信设备中，不能忽视延迟失真的影响，消除所述延迟失真变得不可缺少。

均衡器是用于校正延迟失真的代表技术。在无线通信中，传统上在进行高速传输的接收设备中配置均衡器，而且近年来还在例如作为欧洲数字蜂窝式电话标准的GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统)的蜂窝式电话中配置均衡器。作为所述均衡器的预处理，通过接收信号的平均值来估计主要可能在无线RF部件发生的DC偏移成分并消除该DC偏移成分，由此改善均衡精度和误码率特性的接收设备也越来越多。

图7是表示具有传统DC偏移消除装置的接收设备的配置的方框图，并且图8示出其DC偏移补偿处理部件的配置。在图7以及图8中，具有DC偏移消除装置的接收设备10配置有：DC偏移补偿处理部件11、均衡处理部件12、以及解码处理部件13。DC偏移补偿处理部件11配置有：平均值计算部件14、以及DC偏移消除部件15。DC偏移补偿处理部件11利用通过平均值计算部件14得到的接收信号的平均值来估计DC偏移成分，并通过DC偏移消除部件15进行消除。

近年，为了减小无线RF部件的电路规模(降低成本)，正采用直接转换接收方案，而不是将接收频率转换为中频的外差接收方案。但是，随着直接转换接收方案的引入，在GSM等利用的窄带的数字调制方案中，由于接收信号频率等于局部振荡频率的事实，造成在接收设备检测输出(基带接收信号)中残留有DC偏移成分，特别是在GSM的短脉冲的中间，DC偏移会发生急剧增加(以下称为“动态DC偏移”)，很难通过接收信号的平均值估计来消除，从而可能导致误码率特性的恶化。

为了消除动态DC偏移，传统DC偏移消除算法将数字基带信号映射到IQ图上，并通过利用信号值的子集的几何图形的二维匹配来确定中心点的I及Q坐标。根据所述中心点的变化可以捕捉到动态DC偏移的变化(譬如，可以参照日本专利申请特开2000-278335)。

但是，这样的传统DC偏移消除装置存在着以下的问题，即执行为数字基带信号的任意的连续子集确定中心点的此类算法运算会导致处理量的增大。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种动态DC偏移消除装置以及动态DC偏移消除方法，能够检测并消除可能在短脉冲的中间发生的动态DC偏移，而且处理量比较小。

根据本发明的一个方面，动态DC偏移消除装置具有：最大值/最小值搜索部件，计算被转换成数字基带信号的接收信号的最大值和最小值；动态DC偏移检测部件，根据所述计算出的最大值和最小值，计算动态DC偏移的变化时间、或变化时间前或变化时间后的DC偏移值；以及DC偏移消除部件，根据变化时间在计算出的DC偏移值之间进行切换，并从接收信号中消除动态DC偏移。

根据本发明的另一方面，动态DC偏移消除装置具有：平均值计算部件，将任意时段分为前半、后半以及整体，并分别计算前半时段中的接收信号的平均值、后半时段中的接收信号的平均值、以及整体时段中的接收信号的平均值；动态DC偏移检测部件，通过计算出的前半平均值、后半平均值以及整体平均值来计算变化前的DC偏移值、变化后的DC偏移值以及DC偏移变化定时；以及DC偏移消除部件，基于计算出的所述DC偏移变化定时，在变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值之间进行切换，并从接收信号中消除动态DC偏移。

根据本发明的再一方面，动态DC偏移消除装置具有：最大值/最小值搜索部件，计算被转换成数字基带信号的接收信号的最大值和最小值；平均值计算部件，将任意时段分为前半、后半以及整体，并分别计算前半时段中的接收信号的平均值、后半时段中的接收信号的平均值以及整体时段中的接收信号的平均值；动态DC偏移检测部件，通过由最大值/最小值搜索部件计算出的最大值/最小值、由所述平均值演算部件计算出的前半平均值、后半平均值以及整体平均值来计算变化前的DC偏移值、变化后的DC偏移值以及DC偏移变化定时；以及DC偏移消除部件，基于计算出的DC偏移变化定时、在变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值之间进行切换，并从接收信号中消除动态DC偏移。

根据本发明的再一方面，动态DC偏移消除方法具有：计算被转换成数字基带信号的接收信号的最大值和最小值的步骤；将任意时段分为前半、后半以及整体、并分别计算前半时段中的接收信号的平均值、后半时段中的接收信号的平均值以及整体时段中的接收信号的平均值的步骤；动态DC偏移检测步骤，通过最大值以及最小值、前半平均值、后半平均值以及整体平均值来计算变化前的DC偏移值、变化后的DC偏移值以及DC偏移变化定时；以及基于所述DC偏移变化定时，在变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值之间进行切换，并从接收信号中消除动态DC偏移的步骤。

附图说明

在下文中，从联系通过示例方式示出的示例的附图而考虑的下面的说明中，本发明的上述和其他目的及优点将显得更完整，附图中：

图1是表示具有根据本发明实施例的动态DC偏移消除装置的接收设备的配置的方框图。

图2是表示根据上述实施例的动态DC偏移消除装置的DC偏移补偿处理部件的配置的方框图。

图3是表示根据上述实施例的动态DC偏移消除装置的动态DC偏移检测部件的配置的方框图。

图4是表示根据上述实施例的动态DC偏移消除装置的定时判断部件的配置的方框图。

图5是表示根据上述实施例的动态DC偏移消除装置的梯级检测部件的配置的方框图。

图6是表示根据上述实施例的动态DC偏移消除装置的最大值搜索部件和最小值搜索部件的配置的方框图。

图7是表示具有传统DC偏移消除装置的接收设备的配置的方框图。

图8表示传统DC偏移消除装置的DC偏移补偿处理部件的配置。

具体实施方式

现在参照附图，下面将详细地说明本发明的优选实施例。

(实施方式)

图1是表示具有根据本发明实施例的动态DC偏移消除装置的接收设备的配置的方框图。本实施例是本发明适用于GSM方案下的数字移动通信中的接收设备的例子。以下，在本说明书中出现的“时段”是指GSM的接收处理的“短脉冲时段”，单位为秒。另外，该短脉冲为GSM的接收处理的处理单位。

在图1中，具有动态DC偏移消除装置的接收设备100接收被转换成数字基带信号的接收信号I、Q，并配置有：DC偏移补偿处理部件101，从接收信号I和Q中消除DC偏移；均衡处理部件102，对经DC偏移补偿处理的DC偏移补偿后的接收信号进行均衡处理；以及解码处理部件103，对经均衡处理部件102进行均衡处理的接收信号进行解码。

图2表示上述DC消除补偿处理部件101的配置。因为I和Q相成分都是独立地进行相同的处理，因此以对I相进行的处理为代表来说明。

在图2中，DC消除补偿处理部件101配置有：I相信号的最大值搜索部件104；最小值搜索部件105；整体平均值计算部件106；前半平均值计算部件107；后半平均值计算部件108；动态DC偏移检测部件109；以及DC偏移消除部件110。DC偏移消除部件110配置有补偿DC偏移切换部件111以及加法器112。接收信号Q也具有与图2相同的配置。

最大值搜索部件104计算接收信号(在此为接收信号I，但对接收信号Q也一样适用)的最大值，而最小值搜索部件105计算接收信号的最小值。

整体平均值计算部件106计算某时段的所有的接收信号的平均值；前半平均值计算部件107计算上述时段内的前半的接收信号的平均值；而且后半平均值计算部件108计算上述时段内的后半的接收信号的平均值。

如上所述，上述时段为GSM的接收处理的短脉冲时段，该具体的物理量为“可能存在于短脉冲时段的采样数”。

另外，时段的前半是作为GSM的接收处理的处理单位的短脉冲中包含的采样的前半部分(当假设短脉冲中包含的采样数为N时，为1到N/2)；时段的后半为短脉冲中包含的采样的后半部分(当假设短脉冲中包含的采样数为N时，为N/2到N)。另外，假设将前半和后半在整体时段的正中分开，则表达式(1)(后面说明)被展开。

动态DC偏移检测部件109根据以下的值来计算变化前DC偏移值、变化后DC偏移值以及DC偏移变化定时：在最大值搜索部件104以及最小值搜索部件105处计算出的最大值/最小值；在前半平均值计算部件107、后半平均值计算部件108以及整体平均值计算部件106处计算出的前半平均值、后半平均值以及整体平均值。

DC偏移消除部件110，基于在动态DC偏移检测部件109处计算出的DC偏移变化定时，通过补偿DC偏移切换部件111，在变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值之间进行切换，并通过加法器112从接收信号中消除动态DC偏移。

图3是表示上述动态DC偏移检测部件109的配置的方框图。

在图3中，动态DC偏移检测部件109配置有：DC偏移值计算部件201；定时判断部件202；梯级检测部件203；DC偏移值确定部件204；相对定时生成部件205；以及定时确定部件206，并且该配置实现表达式(1)(后面说明)。

DC偏移值计算部件201进行加减法，以从最大值和最小值的和中减去前半平均值和后半平均值。

定时判断部件202，判断通过从最大值与最小值的和中减去2倍的整体平均值而获得的值的正负。

梯级检测部件203确定前半平均值与后半平均值的大小。

DC偏移值确定部件204，基于定时判断部件202的正/负结果和梯级检测部件203的大小结果，从DC偏移值计算部件的加减法结果或者前半平均值、后半平均值中选择变化前DC偏移值和变化后DC偏移值。

相对定时生成部件205，计算前半平均值和后半平均值的差与变化前DC偏移值和变化后DC偏移值的差的比率，并将该比率与时段(短脉冲时段)内可能存在的采样数的一半相乘。下面描述上述时段的“一半”的根据。(1)当通过平均值计算来估计DC偏移时，通过在尽可能最长的时段(尽可能最大的采样数)上进行平均而获得更好的估计精度。(2)因为DC偏移在短脉冲内可能发生一次阶梯状的变化，所以需要能够捕捉该变化的分割。假定短脉冲时段的一半最为满足上述的条件(1)(2)，则在此示例中采用时段的一半。表达式(1)(后面说明)对应于时段的一半。但是，分割方法并不限定于2分割，如果至少要分割时段，则也可使用其他的分割方法。譬如，如果小的精度下降没有问题，则可以使用4分割。

定时确定部件206，从定时判断部件202的正/负结果和梯级检测部件203的大小结果，选择相对定时生成部件205的乘法结果、或通过从时段(短脉冲时段)内可能存在的采样数减去该乘法结果而获得的减法结果。上述乘法结果表示表达式(1)(后面说明)的乘法结果。

图4是表示上述定时判断部件202的配置的方框图。

在图4中，定时判断部件202接收最大值、最小值和整体平均值作为输入，并输出定时判断结果，其配置有：由加法器311、312以及两倍电路313组成的定时计算部件301；以及偏差校正判定部件302。

定时计算部件301，计算从最大值与最小值的和中减去2倍的整体平均值而获得的值。

偏差校正判定部件302，判断定时计算部件301的输出是否大于某个正数、或小于该正数的负数。

该定时判断部件202，在动态DC偏移不变化的状况下，能够降低由噪声或衰落的影响引起的最大值、最小值和整体平均值的偏差所导致的错误判断的可能性。

图5是表示上述梯级检测部件203的配置的方框图。

在图5中，梯级检测部件203配置有：梯级计算部件401，配有接收前半平均值和后半平均值作为输入、并计算前半平均值和后半平均值的差的加法器；以及偏差校正判定部件402，判断梯级计算部件401的输出是否大于某个正数、或小于该正数的负数。

在不存在动态性的DC偏移的状况下，该梯级检测部件203能够降低由噪声或衰落的影响引起的前半平均值和后半平均值的偏差所导致的错误判断的可能性。

图6是表示上述最大值搜索部件104以及最小值搜索部件105的配置的方框图。

在图6中，最大值搜索部件104和最小值搜索部件105接收被转换成数字基带信号的接收信号作为输入，并且配置有：最大值N个存储部件501，存储N个最大值；最小值搜索部件502，从最大值N个存储部件501的N个输出中搜索最小值；最小值N个存储部件503，存储N个最小值；以及最大值搜索部件504，从最小值N个存储部件503的N个输出中搜索最大值。

最大值搜索部件104和最小值搜索部件105，设定某个常数N，不将从最大值开始到第N个值为止的值用于最大值搜索，或者不将从最小值开始到第N个值为止的值用于最小值搜索，由此可以降低由噪声或衰落的影响引起的最大值和最小值的偏差所导致的错误判断的可能性。

另外，最大值搜索部件104和最小值搜索部件105，接收被转换成数字基带信号的接收信号作为输入，假设由从最大值开始到第K(K为大于1的正数)个值为止的值所计算出的值作为整体的最大值，或假设由从最小值开始到第L(L为大于1的正数)个值为止的值所计算出的值作为整体的最小值，并由此能够降低由噪声或衰落的影响引起的最大值和最小值的偏差所导致的错误判断的可能性。

以下，说明具有如上述那样构成的动态DC偏移消除装置的接收设备100的动态DC偏移消除操作。

本发明接收被转换成数字基带信号的接收信号作为输入，假设该接收信号的采样时段为Ts，短脉冲时段为Tb，则可能存在于短脉冲时段的采样数为N(＝Tb/Ts)，并且接收信号由I相和Q相成分正交调制。在下面，I相和Q相成分都是独立地进行相同的处理，因此以对I相成分的处理为代表来描述。

首先，如图1及图2所示，最大值搜索部件104和最小值搜索部件105分别计算接收信号的最大值和最小值。另外，整体平均值计算部件106、前半平均值计算部件107以及后半平均值计算部件108分别计算短脉冲时段的接收信号的前半、后半以及整体平均值。

接下来，动态DC偏移检测部件109根据以下的值，基于下式(1)来计算变化前DC偏移值、变化后DC偏移值和DC偏移变化定时：在最大值搜索部件104和最小值搜索部件105处计算出的最大值MAX和最小值MIN；在整体平均值计算部件106、前半平均值计算部件107和后半平均值计算部件108处计算出的前半平均值AVF、后半平均值AVS和整体平均值AVE。

在动态DC偏移检测部件109处检测出的动态DC偏移被输入到DC偏移消除部件110，并且，DC偏移消除部件110的补偿DC偏移切换部件111根据变化时间切换DC偏移值。上述DC偏移值的变化时间是在动态DC偏移检测部件109处计算出的DC偏移变化定时。补偿DC偏移切换部件111，根据DC偏移变化定时在变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值之间进行切换，并通过加法器112从接收信号中消除DC偏移。

下面示出表达式(1)。

假设MAX+MIN≤2×AVE，而且AVF≤AVS，则

    变化前DC偏移值B＝(MAX+MIN)-AVS

    变化后DC偏移值A＝AVS

    DC偏移变化定时为

    t＝(N/2)×(AVS-AVF)/(A-B)

假设MAX+MIN＞2×AVE，而且AVF≤AVS，则

    变化前DC偏移值B＝AVF

    变化后DC偏移值A＝(MAX+MIN)-AVF

    DC偏移变化定时为

    t＝N-(N/2)×(AVS-AVF)/(A-B)

假设MAX+MIN≤2×AVE，而且AVF＞AVS，则

    变化前DC偏移值B＝(MAX+MIN)-AVF

    变化后DC偏移值A＝AVF

    DC偏移变化定时为

    t＝N-(N/2)×(AVF-AVS)/(A-B)

假设MAX+MIN＞2×AVE，而且AVF＞AVS，则

    变化前DC偏移值B＝AVS

    变化后DC偏移值A＝(MAX+MIN)-AVS

    DC偏移变化定时为

    t＝(N/2)×(AVF-AVS)/(A-B)          (1)

假设在充分长的时段内存在接收信号的采样而不存在DC偏移成分，则接收信号的平均值为0，并且上述接收信号的最大值和最小值到平均值的距离相等，以此为前提，上述表达式(1)由以下的表达式(2-1)、(2-2)和(2-3)推导出来。

假设MAX+MIN≤2×AVE，而且AVE≤AVS，则

    AVF＝B+(A-B)×(156-t)/156        (2-1)

    AVS＝A                       (2-2)

假设MAX+MIN＞2×AVE，而且AVF≤AVS，则

    AVF＝B                       (2-1)

    AVS＝B+(A-B)×(312-t)/156    (2-2)

假设MAX+MIN≤2×AVE，而且AVF＞AVS，则

    AVF＝A                       (2-1)

    AVS＝B+(A-B)×(t-156)/156    (2-2)

假设MAX+MIN＞2×AVE，而且AVF＞AVS，则

    AVF＝B+(A-B)×t/156          (2-1)

    AVS＝B                       (2-2)

    MAX-A＝B-MIN                 (2-3)

根据上述方法，理论上，能够精确估计动态DC偏移的变化位置、和变化前DC偏移值以及变化后DC偏移值。

如上面的详细说明，根据本实施例，动态DC偏移检测部件109根据以下的值来计算变化前DC偏移值、变化后DC偏移值和DC偏移变化定时：在最大值调查部件104和最小值调查部件105处计算出的最大值和最小值；在前半平均值计算部件107、后半平均值计算部件108以及整体平均值计算部件106处计算出的前半平均值、后半平均值以及整体平均值。DC偏移消除部件110的补偿DC偏移切换部件111，根据DC偏移变化定时在变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值之间进行切换，并从接收信号中消除动态DC偏移。也就是说，对某时段内已变化的动态DC偏移，推导出变化前后的DC偏移值和该DC偏移的变化定时，并根据该变化定时来消除DC偏移。这使得能够从接收信号中消除利用传统平均值估计所不易消除的动态DC偏移。另外，与像专利文献1的装置那样、为对数字基带信号的任意的连续子集确定中心点而进行计算的技术相比，能够以较少的处理量来推导出变化前后的DC偏移值和变化定时。通过对消除了动态DC偏移的接收信号进行均衡处理，能够实现带有改善的误码率特性的接收设备。

另外，通过判断从最大值和最小值的和减去2倍的整体平均值的值是否大于某个正数、或小于该正数的负数，在不存在动态DC偏移变化的状况下，本实施例能够降低由噪声或衰落的影响引起的最大值、最小值和整体平均值的偏差所导致的错误判断的可能性。

另外，通过判断前半平均值和后半平均值的差是否大于某个正数、或小于该正数的负数，在不存在动态DC偏移变化的状况下，能够降低由噪声或衰落的影响引起的前半平均值和后半平均值的偏差所导致的错误判断的可能性。

而且，当来自定时判断部件202的定时判断结果为伪、或来自梯级检测部件203的梯级判断结果为伪时，本发明具有进行切换以使动态DC偏移消除的处理不进行的切换功能。因此，在不存在动态DC偏移偏差的状况下，能够降低当由噪声或衰落的影响引起的前半平均值、后半平均值、上述最大值以及上述最小值的偏差所导致的错误判断发生时、动态DC偏移的消除的可能性。

通过说明本发明的优选实施例的方式而给出上述说明，而本发明不限于此。

另外，虽然在本实施例中使用了诸如“动态DC偏移消除装置”以及“动态DC偏移消除方法”的术语，但这是为了说明上的方便，举例来说，也可以使用“DC偏移校正电路”以及“DC偏移校正方法”。

而且，构成上述动态DC偏移消除装置的各个电路部分，譬如平均值计算部件以及最大值/最小值搜索部件的种类、数目以及连接方法等，进一步来说，定时判断部件、梯级检测部件、相对定时生成部件的配置示例等并不限于上述的实施例。

如上所述，根据本发明，能够高精度地估计动态DC偏移的变化位置、变化前的DC偏移值和变化后的DC偏移值，并能够通过较小的电路规模或较小的处理量来高精度地补偿动态DC偏移。结果，通过对消除了动态DC偏移的接收信号进行均衡处理，能够改善误码率特性，并抑制接收特性的恶化。

因此，根据本发明的动态DC偏移消除装置以及动态DC偏移消除方法，作为用于移动通信的蜂窝式电话的接收处理的一部分，能够被使用。特别是以欧洲为中心的GSM方案和其他的第三代版本的EDGE(Enhanced Data GSMEnvironment，改进数据速率GSM服务)方案中，能够为实现低成本的蜂窝式电话或者延长待机时间和通话时间作出贡献。另外，本发明对配置直接转换方案的无线部件的数字移动通信的接收设备也适用。

本发明不局限于上述的实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下，可以对本发明加以各种修改和变更。

本申请基于2005年10月7日提交的日本专利申请2005-295432，其全部内容在此引入以供参考。