估算和去除dc偏移的方法
估算和去除dc偏移的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种估算和去除直接变频接收机的DC偏移的方法。另外，本发明还设 及一种接收机设备、计算机程序及其计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 直流值C)偏移是直接变频接收机面临的主要问题。部分本地振荡器（L0)信号 下变频为基带信号，该会导致不必要的DC偏移（参见由RainerSUih化erger，R.Krueger, B.Adler,J.Kissing,L.Maurer,G.Hueber和A.Springer等共同提出的"存在射频损伤时 的LTE下行性能"，载于2007年10月召开的第十届欧洲无线技术大会的会议记录第189至 192 页）。
[0003] 如果DC偏移处理不当，会影响小区捜索与数据解调性能。例如，在长期演进（LTE) 系统中，小区捜索需要时域相关性，而不必要的DC偏移会破坏小区捜索同步信号的相关 性。虽然直流子载波并不用于LTE系统的数据传输，但是针对直流分量的信道状态信息 (CSI)估算会受到DC偏移的影响，而DC偏移直接影响LTE系统的性能。因此，在接收机侧 进行数据解调和解码之前，DC偏移的估算和补偿显得至关重要。
[0004] 在LTE系统中，DC偏移的补偿方法主要设及两种现有技术方式，即；
[0005] 陷波滤波器或高通滤波器方式一陷波滤波器或高通滤波器是一种数字滤波电路， 提供与DC偏移频率对应的频率的陷波，从而能够从接收的信号中去除DC偏移分量。
[0006] 取时域接收的采样的平均值方式一该方法包括取接收采样的平均值，W估算DC 偏移。
[0007] 陷波滤波器或高通滤波器方式需要很长的瞬变时间，而且还会使噪声功率谱密度 失真，从而增大了白化失真噪声的复杂性。在LTE中，DC偏移单元还需要支持不同带宽配 置，使得数字滤波器的设计更加复杂。
[0008] 至于在低信噪比（SNR)区域及衰减的场景下应用取平均值的方法，通过取采样平 均值进行的DC偏移估算并不准确，而且可能会大幅降低整体性能。
[0009] 由上述可知，在LTE系统及其他相关通信系统中，DC偏移使时域接收采样失真，因 而会降低系统性能。因此，获得精准的DC偏移估算及通过DC偏移估算来补偿接收机的DC 偏移，对于保持系统性能是十分重要的。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种解决方案，W缓解或解决现有技术方案的缺陷和问 题。
[0011] 本发明的另一个目的在于，提供一个更为完善的解决方案，W解决估算及缓解DC 偏移的问题。
[0012] 根据本发明的第一方面，所述目的通过估算和去除直接变频接收机的DC偏移的 方法得W实现，所述直接变频接收机用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述方法 包括w下步骤：
[0013] 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号；
[0014] 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Ad;
[001引基于所述估算的剩余DC偏移Ad计算优化的DC偏移估算值J;
[0016] 将所述优化的DC偏移值估算J应用于所述时域信号，W便从所述时域信号中去除 DC偏移。
[0017] 上述方法的优选实施例载于随附的权利要求中。
[0018] 该方法还可计算机等处理方式执行。所述方法可W包含在计算机程序产品 中。
[0019] 根据本发明的第二方面，上述目的通过直接变频接收机设备得W实现，所述直接 变频接收机设备用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述直接变频接收机设备还用 于：
[0020] 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号；
[002。 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Ad;
[0022] 基于所述估算的剩余DC偏移Ad计算优化的DC偏移估算值i;
[0023] 将所述优化的DC偏移估算值J应用于所述时域信号，W便从所述时域信号中去除 DC偏移。
[0024] 所述直接变频接收机设备可W进行改进，W使之适用于本方法的所有不同实施 例。
[0025] 本发明提供一种更为完善的估算直接变频接收机的DC偏移的方法，提高了接收 机的性能。接收机性能的提升是通过利用第一同步信号估算剩余DC偏移实现的，而剩余DC 偏移则用于计算优化的DC偏移估算值，该估算值具有比现有技术方案更高的准确度。
[0026] 进一步地，根据优选实施例，本发明方法同时对所述第一同步信号的时域CSI和 剩余DC偏移进行联合估算。因此，所述第一同步信号的CSI估算的精确度能够得到改善。 本发明也能够提高小区捜索过程的准确度和下行值L)数据性能。因此，本发明方法还避免 了使用复杂的陷波滤波器或高通滤波器方式，该方式需要支持不同的带宽配置或多模调制 解调器的不同模式。
[0027]W下详细描述本发明的其他应用和优势。
【附图说明】
[0028] 所示附图旨在阐明本发明的不同实施例，所述附图包括：
[0029] 图1示出了一种直接变频接收机的结构。
[0030] 图2示出了LTE抑D模式下的化SCH结构。
[0031] 图3示出了接收机侧的LTE系统中小区捜索过程。
[0032] 图4示出了本发明实施例提供的一种接收机结构。
[003引图5示出了一种剩余DC偏移估算的结构。
[0034]图6示出了本发明实施例提供的DC偏移估算和补偿方法的流程。
[00巧]本发明【具体实施方式】
[0036] 为了达到上述目的及其他目的，本发明设及一种估算和去除直接变频接收机的DC 偏移的方法。如上所述，通过提供精准的DC偏移估算，可W大幅提高系统性能。
[0037] 根据优选实施例，DC偏移的估算及去除也可与小区捜索过程相结合，例如，确定帖 头、小区ID、循环前缀（CP)类型等。因此，在确定DC偏移估算值时能够降低计算的复杂度。 并且，还能提高小区捜索过程的准确度和下行数据性能。
[0038] 下面将描述LTE系统的化同步过程及参数，为进一步详细描述本发明提供依据。
[0039] 在LTE系统中，无线帖的长度为10ms，无线帖包括10个子帖（编号为0至9)，每 个子帖可W分为2个时隙，因而每个无线帖包括20个时隙，编号为0至19。进一步地，每个 时隙包括若干个正交频分复用（OFDM)符号，该取决于CP类型和子载波配置（例如，CP类 型为常规CP类型、子载波间隔为15曲Z时，一个时隙包含7个(FDM符号）。
[0040]LTE中，不管带宽配置如何，化同步信道（SCH)每隔5个子帖在中屯、/中间的6个 资源块（RB)中进行传输。SCH包括两部分，即；主同步信号任S巧与辅同步信号（SSS)。根 据帖的结构，即频分复用（F孤）或时分复用订孤）模式，SCH在无线资源的不同位置中进行 传输。
[00川在抑D模式下，PSS映射到时隙0和时隙10中最后一个(FDM符号上，SSS映射到 与PSS被映射到的(FDM符号相邻的前一 (FDM符号上。典型的抑D下行SCHRB的映射如 图2所不。另一方面，在TDD模式下，PSS映射到子帖1和子帖6中的第S个OFDM符号上， SSS映射到时隙1和时隙11中最后一个OFDM符号上。
[0042] 另外，在LTE中，SSS序列p(n)根据W下等式由频域Zadoff-化U序列生成；
[0043]
等式（1)
[0044] 根U是由小区扇区ID7V稼决定的，小区扇区IDW按可W为S个值；0、1和2。根 U与小区扇区IDW孩之间的映射关系如下所示；
[0045]
[0046]N为128点的FTT可W将频域长度为62的PSS序列转换为时域长度为128的PSS 序列：
[0047]
等式（2)
[004引其中，氏(/0为补零的频域PSS序列；
[0049]
等式（3)
[0050] 而且，在LTE系统中，小区捜索过程依赖于SCH。首先，PSS检测应用于下降采样的 时域采样（采样率为1. 92Mbps)，W根据与所有可能的本地PSS序列的移位相关结果获得 时隙起始位置。在获取时域PSS位置之后，在频域进行连续的SSS检测，W检测帖头，小区 ID和CP类型。SSS检测是在接收端基于接收到的SSS频域采样数据与所有可能的本地SSS 序列之间的相关性。在进行SSS检测之前，为了从接收到的SSS采样数据中消除信道影响， PSS的CSI估算可用于在利用FFT将SSS序列转变到频域之前，与提取的SSS序列进行共辆 相乘。图3示出了上述小区捜索的结构。
[0051] 针对直接变频接收机的本方法包括对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信 号是从无线通信系统的发射机中接收的。时域信号应该包括至少一个用于实现接收数据同 步的第一同步信号。此后，基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Ad，基于所述 估算的剩余DC偏移Ad计算优化的DC偏移估算值J。最后，优化的DC偏移估算值J应用 于时域信号中，W便从时域信号中去除DC偏移。因此，通过本方法，系统性能得到了提高。
[0052] 根据本发明实施例，所述方法还包括W下步骤：基于所述下降采样的时域信号估 算原始DC偏移j，从所述下降采样的时域信号中减去所述估算的原始DC偏移J，并基于已 减去所述估算的原始DC偏移的下降采样时域信号检测所述第一同步信号。也就是说， 对第一同步信号的检测是基于已减去原始DC偏移J的下降采样时域信号来进行的。优选 地，所述第一同步信号是LTE系统中的PSS，该也意味着第二同步信号是上述系统类型中的SSS。PSS和SSS在下行通过SCH进行传输。
[0053] 另外，根据本发明又一实施例，该方法还包括W下步骤：基于所述检测到的第一同 步信号，对所述剩余DC偏移Ad和所述已减去原始DC偏移的下降采样时域信号中的CSI 进行联合估算。该方式的优点前面已经进行了详细的描述。
[0054] 为了方便更好地理解本发明，下面还将阐述接收无线信号的数学模型。该例中的 系统参数来自LTE系统，但本领域技术人员可W了解，该些参数值会根据具体应用该方法 的无线通信系统的不同而不同。
[0055] 在接收机侧，时域采样的线性模型可W为：
[0056]
等式（4)
[0057]其中，x[n]是传输的时域信号，h[l，n] (1 = 0, 1…，kl)是在采样时间n时的信 道抽头，L(L> 1)是信道时延，d是待估算的DC偏移，w[n]是热噪声。
[0058] 下降采样（1.92Mbps)的时域采样经过一段时间的积累后，获得实际DC偏移d的 原始估算值。
[0059]
[0060] 其中，M是在具体平均时间用于原始DC偏移如古算的总采样数。每隔5ms，最多M = 1.92MHzX5ms= 9 600个采样可W用于LTE系统中的原始估算。因此，原始估算为初始 DC偏移估算。而当接收信号经受无线通信系统中常见的频率选择性衰落或当SNR低时，原 始估算可能会有很大的估算误差，导致从所述接收信号去除原始DC偏移估算之后，剩余DC 偏移仍然保留在所述接收信号中。
[006。W下将阐述根据实施例的基于PSS(第一同步信号）的剩余DC偏移估算的所述主 同步信号：通过等式（4)从接收信号中减去原始估算值是之后，时域PSS信号可W为：
[0062]
等式巧）
[006引其中，PSS[n]是时域PSS信号，h[l，n]是在采样时间n时第1个信道抽头，L是信 道时延，d是DC偏移，w[n]是热噪声，m是用于剩余DC偏移估算的PSS长度。由于h[l，n] (1 = 0, 1，…，kl)可W假设为LTE系统中一个(FDM符号中的常量，h[l，n]中的n忽略不 计，则等式妨也可W写为：
[0064]
[006引进一步地，^ =A+ 是用于DC偏移估算的接收采样的起始位置索引，k是检测 到的PSS的起始位置，kwfwt是为了仅使用部分接收到的PSS而选定的位移。例如，如果所有 接收到的PSS采样.弗?](但丢弃起始位置中受到多路径通道影响的采样，也就是说，索引n =k+kl，k+L，…，k+L+m-。均用于DC偏移估算，那么，/(：二/c,kcffset二 0,m= 128-化-1)且 m= 128-(L-1);如果仅使用中间的64个接收到的PSS信号.订对（索引n=k+32，k+33，w，k+95)，那么，i=/(+W-L，kcffset= 33-L且m= 64。
[0066] 通常，使用较长的序列进行剩余DC偏移估算将获得更好的性能，但需要更大的存 储器进行系数存储，如下所示：
[0067] M = d-d
[0068]
[0069]
[0073] 那么，等式巧）可WW矩阵的形式写成：
[0074]Y虹]=P虹]H山Ad]+W虹]，等式化）
[007引其中，H[L，Ad]是包含CSI矢量H[L]和剩余DC偏移Ad的列矢量。假设W虹]是 加性高斯白噪声（AWGN)，则对H山Ad]进行ML估计得到LS解，即；
[0076]
等式（7)
[0077]其中，
[0078]
等式巧）
[0079] 由于P虹]是基于本地时域PSS序列的已知mX(L+1)矩阵，其中，如等式（1)和 等式（2)所示，本地时域PSS序列是使用长度为128的FFT从本地频域PSS序列转换而来 的，那么，C虹]是（L+l)Xm矩阵，该矩阵可W根据等式（8)从P虹]矩阵获得。对于对应不 同的小区扇区ID的所有（可能的）S个PSS序列，可W预先计算和存储不同的矩阵C虹]。对于剩余DC偏移估算，根据初始小区捜索（或者已知的周期性小区捜索）时小区扇 区IDWg的检测结果，选择相应的C虹]矩阵。此外，针对等式（7)所示的片的PSS CSI和剩余DC偏移的联合估算方法仅仅为一种简单的矩阵乘法，是将选定的C虹]矩阵与接 收的时域PSS采样Y虹]相乘，其中，接收的时域PSS采样Y虹]已经根据等式（5)去除了原 始估算值^1。由于〇51估算刖口中考虑到剩余0"扁移Ad，联合估算所L，心/]能够获得更 佳的PSSCSI估算结果。
[0080] 示例
[00則假设信道抽头L= 9 (3GPPLTE中定义的EVA或ETU信道），并使用中间的64个 接收的PSS采样进行DC偏移估算。在该种情况下，kwfwt= 33-L= 24且m= 64。对于基 于等式似和等式做的不同的小区扇区IDW思，可W生成本地时域PSS序列PSS(n)，n= 0, 1，...，127,且P虹]是一种64X10的矩阵，该矩阵包括索引为24至95的本地PSS信号；
[0082]
[0083] 系数C虹]采用10X64矩阵的形式，该矩阵可W对应所有小区扇区IDW浮进行计 算和存储。
[0084] 根据实施例，优化的DC偏移是可^通过将估算的原始DC偏移^和估算的剩余DC 偏移Ad相加计算得到，即优化的偏移由公式名 = ^ +M得到。该一点十分重要，尤其是当 SNR低或信道受到频率选择性衰落时，当原始DC偏移是通过取接收时域采样的平均值获 得的，其估算误差会导致相当大的剩余DC偏移，从而会降低性能。因此，相对于原始DC偏 移j，优化的DC偏移J能够获得更佳的估算结果。
[00财如上所述，在LTE系统中，SCH总是在LTE/LTE-A的下行W5ms的间隔在中间/中 屯、6个RB中进行传输，用户设备也将周期性地执行小区捜索过程。因此，PSS可W用于估 算DC偏移，从而，根据本发明实施例的方法可W根据W下步骤实现：
[0086] 1.取低通（L巧滤波采样的平均值，其中低通滤波采样是W1. 92Mbps的采样率对 原先接收的时域信号进行下降采样得到的，从而得到原始DC偏移^的估算值。
[0087] 2.从LP滤波采样中减去步骤1中得到的原始DC偏移J的估算值，并进行PSS检 测。
[0088] 3.在获取到PSS的位置后，基于提取的长度为128的时域PSS信号进行CSI和剩 余DC偏移估算值Ad的联合估算。
[0089] 4.在进行SSS(第二同步信号）检测和其他连续的小区捜索过程之前，从LP滤 波 义样中减去剩余DC偏移估算值Ad。
[0090] 5.将步骤1中得到的原始DC偏移卽勺估算值与步骤3中得到的剩余DC偏移估算 值Ad相加，W获得用于接收信号数据解调的优化的DC偏移估算值。
[0091] 6.采用阿尔法滤波器进一步对步骤5中获得的优化的估算值进行降噪。
[0092] 7.在数据解调和解码之前，通过原始时域采样对DC偏移进行补偿。
[0093] 在本实施例中还阐述了图4所示的接收机设备结构W及图6所示的流程图。由图 4可知，图4的DC偏移估算设备与小区捜索单元合并。每隔5ms，SCH将在中间的6个RB中 进行传输，并且，基于已进行下降采样的接收采样y比]发起小区捜索过程。首先，取下降采 样信号的平均值，其中，该信号是在每5ms(最大为5ms)的某一时长内W1. 92Mbps的频率 进行下降采样的，从而得到原始DC偏移的估算值，即然后，从下降采样的信号中减去原 始DC偏移式，并启动PSS检测，即少阴=。
[0094] 初始小区捜索时，需要与所有S个可能的本地PSS序列的移位相关结果；周期性 小区捜索时，仅需要与一个已知的PSS序列的移位相关结果。在检测到PSS的位置及相应 的序列之后，还可W联合检测剩余DC偏移Ad和PSSCSI。接下来，在SSS检测和其他小 区捜索过程进行之前，将进一步从采样中去除剩余DC偏移^^ :巧^ =.钟巧-。也可^将 剩余DC偏移与原始估算结合起来，W获得优化的估算值J=J+ 。在解调及解码之 前，优化的DC偏移估算值会被用来补偿DC偏移，而在此之前，优化的DC偏移估算值将先通 过阿尔法滤波器。阿尔法滤波器将进一步优化DC偏移的估算，从而也提高了性能。
[0095] 剩余DC偏移和CSI联合检测单元将在下文中结合图5进行描述。S个可能的滤 波矩阵C虹]根据预先定义的滤波长度m进行预计算并存储在存储器中。在检测到PSS的 位置和小区扇区IDW技之后（在周期性小区捜索时，<>是已知的），首先从下降采样的信 号中提取长度为128的PSS序列，然后选择适当的滤波矩阵C虹]，并利用等式（7)获得联合 估算值句L，Aj];片u，A叫=(义。[耐乂M) 1 乂邪円]。
[0096] 对于小区捜索过程，进一步从.订W中减去剩余DC偏移估算值A山并执行SSS检测 及进一步的小区捜索过程。估算的PSSCSI可用作SSS的初始CSI，从而在进行SSS检测之 前消除信道影响。
[0097] 另外，本领域技术人员可W理解，本发明的任何方法也可W在计算机程序中通过 代码的方式实现。当该计算机程序W处理的方式运行时，会使得所述处理方式执行方法的 步骤。计算机程序包含在计算机程序产品的计算机可读媒介中。计算机可读媒介基本上可 W包括任何存储器，例如，ROM(只读存储器）、PR0M(可编程只读存储器）、EPR0M(可擦可编 程只读存储器）、闪存、EEPR0M(电可擦可编程只读存储器）W及磁盘驱动器。
[0098] 此外，本发明还设及与本发明实施例的方法对应的直接变频接收机设备。所述接 收机设备包括所有必要的方式，并用于执行本发明方法，也就是说，所述设备可W包括；处 理方式、信号输入方式、信号输出方式、采样方式、存储方式、通信方式，等等。本发明实施例 用于3GPP无线通信系统，如LTE或LTE-A。因此，在该种情况下，所述接收机设备为用户设 备扣E)的组成部分，或者包含在用户设备中。
[0099] 最后，应该理解的是，本发明不限于上述实施例，还设及并包括随附的权利要求范 围内的所有实施例。
【主权项】
专利申请范围：
1. 一种估算和去除直接变频接收机的DC偏移的方法，其特征在于，所述直接变频接收 机用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述方法包括以下步骤： 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号； 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Λ d ; 基于所述估算的剩余DC偏移Λ d计算优化的DC偏移估算值J ;及 将所述优化的DC偏移估算值^应用于所述时域信号，以便从所述时域信号中去除DC 偏移。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 基于所述下降采样的时域信号估算原始DC偏移J ; 从所述下降采样的时域信号中减去所述估算的原始DC偏移J ;及 基于所述已减去估算的原始DC偏移的下降采样时域信号，检测所述至少一个第一同 步信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 基于所述检测到的至少一个第一同步信号，对所述剩余DC偏移Λ d和所述已减去估算 的原始DC偏移的下降采样时域信号中的信道状态信息（CSI)进行联合估算。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 从所述已减去估算的原始DC偏移的下降采样时域信号中减去所述估算的剩余DC偏移 Ad0
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优化的DC偏移J是通过将所述估算 的原始DC偏移^与所述估算的剩余DC偏移Ad进行相加计算得到的，即j = i+ M。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 对所述优化的DC偏移使用阿尔法滤波器，从而对所述优化的DC偏移进行降噪。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时域信号还包括至少一个第二同步 信号，所述方法还包括以下步骤： 检测所述至少一个第二同步信号；及 基于所述下降采样的时域信号，进一步执行小区搜索过程步骤。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无线通信系统为3GPP蜂窝系统，如 LTE或LTE-A ;所述至少一个第一同步信号是主同步信号（PSS)，所述至少一个第二同步信 号是辅同步信号（SSS)。
9. 一种计算机程序，其特征在于，该程序采用代码的形式，当以处理的方式运行时，该 程序使得所述处理方式执行权利要求1-8的所述方法。
10. -种计算机程序产品，包括计算机可读媒介和权利要求9所述的计算机程序，其特 征在于，所述计算机程序包含在所述计算机可读媒介中，计算机程序产品包括以下组合中 的一个或多个：R〇M(只读存储器）、PROM(可编程只读存储器）、EPROM(可擦可编程只读存 储器）、闪存、EEPROM (电可擦可编程只读存储器）以及磁盘驱动器。
11. 一种直接变频接收机设备，用于接收无线通信系统中的无线通信信号，其特征在 于，该直接变频接收机设备还用于： 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号； 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Λ d ; 基于所述估算的剩余DC偏移Λ d计算优化的DC偏移估算值J ;及 将所述优化的DC偏移估算值义应用于所述时域信号，以便从所述时域信号中去除DC 偏移。
12.根据权利要求11所述的直接变频接收机，其特征在于，所述无线通信系统为3GPP 蜂窝系统，如LTE或LTE-A，所述直接变频接收机设备包含在用户设备（UE)中。
【专利摘要】本发明涉及一种估算和去除直接变频接收机的DC偏移的方法，所述直接变频接收机用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述方法包括以下步骤：对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号；基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Δd；基于所述估算的剩余DC偏移Δd计算优化的DC偏移估算值将所述优化的DC偏移估算值应用于所述时域信号，以便从所述时域信号中去除DC偏移。此外，本发明还涉及一种接收机设备、计算机程序及其计算机程序产品。
【IPC分类】H04L25/06, H04J11/00
【公开号】CN104904172
【申请号】CN201380069266
【发明人】胡沙, 吴更石, 巴苏基·恩达·帕里延多, 沙希·康德, 陈建军
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年1月3日
【公告号】EP2941852A1, WO2014106540A1
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种估算和去除直接变频接收机的DC偏移的方法。另外，本发明还设 及一种接收机设备、计算机程序及其计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 直流值C)偏移是直接变频接收机面临的主要问题。部分本地振荡器（L0)信号 下变频为基带信号，该会导致不必要的DC偏移（参见由RainerSUih化erger，R.Krueger, B.Adler,J.Kissing,L.Maurer,G.Hueber和A.Springer等共同提出的"存在射频损伤时 的LTE下行性能"，载于2007年10月召开的第十届欧洲无线技术大会的会议记录第189至 192 页）。
[0003] 如果DC偏移处理不当，会影响小区捜索与数据解调性能。例如，在长期演进（LTE) 系统中，小区捜索需要时域相关性，而不必要的DC偏移会破坏小区捜索同步信号的相关 性。虽然直流子载波并不用于LTE系统的数据传输，但是针对直流分量的信道状态信息 (CSI)估算会受到DC偏移的影响，而DC偏移直接影响LTE系统的性能。因此，在接收机侧 进行数据解调和解码之前，DC偏移的估算和补偿显得至关重要。
[0004] 在LTE系统中，DC偏移的补偿方法主要设及两种现有技术方式，即；
[0005] 陷波滤波器或高通滤波器方式一陷波滤波器或高通滤波器是一种数字滤波电路， 提供与DC偏移频率对应的频率的陷波，从而能够从接收的信号中去除DC偏移分量。
[0006] 取时域接收的采样的平均值方式一该方法包括取接收采样的平均值，W估算DC 偏移。
[0007] 陷波滤波器或高通滤波器方式需要很长的瞬变时间，而且还会使噪声功率谱密度 失真，从而增大了白化失真噪声的复杂性。在LTE中，DC偏移单元还需要支持不同带宽配 置，使得数字滤波器的设计更加复杂。
[0008] 至于在低信噪比（SNR)区域及衰减的场景下应用取平均值的方法，通过取采样平 均值进行的DC偏移估算并不准确，而且可能会大幅降低整体性能。
[0009] 由上述可知，在LTE系统及其他相关通信系统中，DC偏移使时域接收采样失真，因 而会降低系统性能。因此，获得精准的DC偏移估算及通过DC偏移估算来补偿接收机的DC 偏移，对于保持系统性能是十分重要的。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种解决方案，W缓解或解决现有技术方案的缺陷和问 题。
[0011] 本发明的另一个目的在于，提供一个更为完善的解决方案，W解决估算及缓解DC 偏移的问题。
[0012] 根据本发明的第一方面，所述目的通过估算和去除直接变频接收机的DC偏移的 方法得W实现，所述直接变频接收机用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述方法 包括w下步骤：
[0013] 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号；
[0014] 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Ad;
[001引基于所述估算的剩余DC偏移Ad计算优化的DC偏移估算值J;
[0016] 将所述优化的DC偏移值估算J应用于所述时域信号，W便从所述时域信号中去除 DC偏移。
[0017] 上述方法的优选实施例载于随附的权利要求中。
[0018] 该方法还可计算机等处理方式执行。所述方法可W包含在计算机程序产品 中。
[0019] 根据本发明的第二方面，上述目的通过直接变频接收机设备得W实现，所述直接 变频接收机设备用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述直接变频接收机设备还用 于：
[0020] 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号；
[002。 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Ad;
[0022] 基于所述估算的剩余DC偏移Ad计算优化的DC偏移估算值i;
[0023] 将所述优化的DC偏移估算值J应用于所述时域信号，W便从所述时域信号中去除 DC偏移。
[0024] 所述直接变频接收机设备可W进行改进，W使之适用于本方法的所有不同实施 例。
[0025] 本发明提供一种更为完善的估算直接变频接收机的DC偏移的方法，提高了接收 机的性能。接收机性能的提升是通过利用第一同步信号估算剩余DC偏移实现的，而剩余DC 偏移则用于计算优化的DC偏移估算值，该估算值具有比现有技术方案更高的准确度。
[0026] 进一步地，根据优选实施例，本发明方法同时对所述第一同步信号的时域CSI和 剩余DC偏移进行联合估算。因此，所述第一同步信号的CSI估算的精确度能够得到改善。 本发明也能够提高小区捜索过程的准确度和下行值L)数据性能。因此，本发明方法还避免 了使用复杂的陷波滤波器或高通滤波器方式，该方式需要支持不同的带宽配置或多模调制 解调器的不同模式。
[0027]W下详细描述本发明的其他应用和优势。
【附图说明】
[0028] 所示附图旨在阐明本发明的不同实施例，所述附图包括：
[0029] 图1示出了一种直接变频接收机的结构。
[0030] 图2示出了LTE抑D模式下的化SCH结构。
[0031] 图3示出了接收机侧的LTE系统中小区捜索过程。
[0032] 图4示出了本发明实施例提供的一种接收机结构。
[003引图5示出了一种剩余DC偏移估算的结构。
[0034]图6示出了本发明实施例提供的DC偏移估算和补偿方法的流程。
[00巧]本发明【具体实施方式】
[0036] 为了达到上述目的及其他目的，本发明设及一种估算和去除直接变频接收机的DC 偏移的方法。如上所述，通过提供精准的DC偏移估算，可W大幅提高系统性能。
[0037] 根据优选实施例，DC偏移的估算及去除也可与小区捜索过程相结合，例如，确定帖 头、小区ID、循环前缀（CP)类型等。因此，在确定DC偏移估算值时能够降低计算的复杂度。 并且，还能提高小区捜索过程的准确度和下行数据性能。
[0038] 下面将描述LTE系统的化同步过程及参数，为进一步详细描述本发明提供依据。
[0039] 在LTE系统中，无线帖的长度为10ms，无线帖包括10个子帖（编号为0至9)，每 个子帖可W分为2个时隙，因而每个无线帖包括20个时隙，编号为0至19。进一步地，每个 时隙包括若干个正交频分复用（OFDM)符号，该取决于CP类型和子载波配置（例如，CP类 型为常规CP类型、子载波间隔为15曲Z时，一个时隙包含7个(FDM符号）。
[0040]LTE中，不管带宽配置如何，化同步信道（SCH)每隔5个子帖在中屯、/中间的6个 资源块（RB)中进行传输。SCH包括两部分，即；主同步信号任S巧与辅同步信号（SSS)。根 据帖的结构，即频分复用（F孤）或时分复用订孤）模式，SCH在无线资源的不同位置中进行 传输。
[00川在抑D模式下，PSS映射到时隙0和时隙10中最后一个(FDM符号上，SSS映射到 与PSS被映射到的(FDM符号相邻的前一 (FDM符号上。典型的抑D下行SCHRB的映射如 图2所不。另一方面，在TDD模式下，PSS映射到子帖1和子帖6中的第S个OFDM符号上， SSS映射到时隙1和时隙11中最后一个OFDM符号上。
[0042] 另外，在LTE中，SSS序列p(n)根据W下等式由频域Zadoff-化U序列生成；
[0043]
等式（1)
[0044] 根U是由小区扇区ID7V稼决定的，小区扇区IDW按可W为S个值；0、1和2。根 U与小区扇区IDW孩之间的映射关系如下所示；
[0045]
[0046]N为128点的FTT可W将频域长度为62的PSS序列转换为时域长度为128的PSS 序列：
[0047]
等式（2)
[004引其中，氏(/0为补零的频域PSS序列；
[0049]
等式（3)
[0050] 而且，在LTE系统中，小区捜索过程依赖于SCH。首先，PSS检测应用于下降采样的 时域采样（采样率为1. 92Mbps)，W根据与所有可能的本地PSS序列的移位相关结果获得 时隙起始位置。在获取时域PSS位置之后，在频域进行连续的SSS检测，W检测帖头，小区 ID和CP类型。SSS检测是在接收端基于接收到的SSS频域采样数据与所有可能的本地SSS 序列之间的相关性。在进行SSS检测之前，为了从接收到的SSS采样数据中消除信道影响， PSS的CSI估算可用于在利用FFT将SSS序列转变到频域之前，与提取的SSS序列进行共辆 相乘。图3示出了上述小区捜索的结构。
[0051] 针对直接变频接收机的本方法包括对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信 号是从无线通信系统的发射机中接收的。时域信号应该包括至少一个用于实现接收数据同 步的第一同步信号。此后，基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Ad，基于所述 估算的剩余DC偏移Ad计算优化的DC偏移估算值J。最后，优化的DC偏移估算值J应用 于时域信号中，W便从时域信号中去除DC偏移。因此，通过本方法，系统性能得到了提高。
[0052] 根据本发明实施例，所述方法还包括W下步骤：基于所述下降采样的时域信号估 算原始DC偏移j，从所述下降采样的时域信号中减去所述估算的原始DC偏移J，并基于已 减去所述估算的原始DC偏移的下降采样时域信号检测所述第一同步信号。也就是说， 对第一同步信号的检测是基于已减去原始DC偏移J的下降采样时域信号来进行的。优选 地，所述第一同步信号是LTE系统中的PSS，该也意味着第二同步信号是上述系统类型中的SSS。PSS和SSS在下行通过SCH进行传输。
[0053] 另外，根据本发明又一实施例，该方法还包括W下步骤：基于所述检测到的第一同 步信号，对所述剩余DC偏移Ad和所述已减去原始DC偏移的下降采样时域信号中的CSI 进行联合估算。该方式的优点前面已经进行了详细的描述。
[0054] 为了方便更好地理解本发明，下面还将阐述接收无线信号的数学模型。该例中的 系统参数来自LTE系统，但本领域技术人员可W了解，该些参数值会根据具体应用该方法 的无线通信系统的不同而不同。
[0055] 在接收机侧，时域采样的线性模型可W为：
[0056]
等式（4)
[0057]其中，x[n]是传输的时域信号，h[l，n] (1 = 0, 1…，kl)是在采样时间n时的信 道抽头，L(L> 1)是信道时延，d是待估算的DC偏移，w[n]是热噪声。
[0058] 下降采样（1.92Mbps)的时域采样经过一段时间的积累后，获得实际DC偏移d的 原始估算值。
[0059]
[0060] 其中，M是在具体平均时间用于原始DC偏移如古算的总采样数。每隔5ms，最多M = 1.92MHzX5ms= 9 600个采样可W用于LTE系统中的原始估算。因此，原始估算为初始 DC偏移估算。而当接收信号经受无线通信系统中常见的频率选择性衰落或当SNR低时，原 始估算可能会有很大的估算误差，导致从所述接收信号去除原始DC偏移估算之后，剩余DC 偏移仍然保留在所述接收信号中。
[006。W下将阐述根据实施例的基于PSS(第一同步信号）的剩余DC偏移估算的所述主 同步信号：通过等式（4)从接收信号中减去原始估算值是之后，时域PSS信号可W为：
[0062]
等式巧）
[006引其中，PSS[n]是时域PSS信号，h[l，n]是在采样时间n时第1个信道抽头，L是信 道时延，d是DC偏移，w[n]是热噪声，m是用于剩余DC偏移估算的PSS长度。由于h[l，n] (1 = 0, 1，…，kl)可W假设为LTE系统中一个(FDM符号中的常量，h[l，n]中的n忽略不 计，则等式妨也可W写为：
[0064]
[006引进一步地，^ =A+ 是用于DC偏移估算的接收采样的起始位置索引，k是检测 到的PSS的起始位置，kwfwt是为了仅使用部分接收到的PSS而选定的位移。例如，如果所有 接收到的PSS采样.弗?](但丢弃起始位置中受到多路径通道影响的采样，也就是说，索引n =k+kl，k+L，…，k+L+m-。均用于DC偏移估算，那么，/(：二/c,kcffset二 0,m= 128-化-1)且 m= 128-(L-1);如果仅使用中间的64个接收到的PSS信号.订对（索引n=k+32，k+33，w，k+95)，那么，i=/(+W-L，kcffset= 33-L且m= 64。
[0066] 通常，使用较长的序列进行剩余DC偏移估算将获得更好的性能，但需要更大的存 储器进行系数存储，如下所示：
[0067] M = d-d
[0068]
[0069]
[0073] 那么，等式巧）可WW矩阵的形式写成：
[0074]Y虹]=P虹]H山Ad]+W虹]，等式化）
[007引其中，H[L，Ad]是包含CSI矢量H[L]和剩余DC偏移Ad的列矢量。假设W虹]是 加性高斯白噪声（AWGN)，则对H山Ad]进行ML估计得到LS解，即；
[0076]
等式（7)
[0077]其中，
[0078]
等式巧）
[0079] 由于P虹]是基于本地时域PSS序列的已知mX(L+1)矩阵，其中，如等式（1)和 等式（2)所示，本地时域PSS序列是使用长度为128的FFT从本地频域PSS序列转换而来 的，那么，C虹]是（L+l)Xm矩阵，该矩阵可W根据等式（8)从P虹]矩阵获得。对于对应不 同的小区扇区ID的所有（可能的）S个PSS序列，可W预先计算和存储不同的矩阵C虹]。对于剩余DC偏移估算，根据初始小区捜索（或者已知的周期性小区捜索）时小区扇 区IDWg的检测结果，选择相应的C虹]矩阵。此外，针对等式（7)所示的片的PSS CSI和剩余DC偏移的联合估算方法仅仅为一种简单的矩阵乘法，是将选定的C虹]矩阵与接 收的时域PSS采样Y虹]相乘，其中，接收的时域PSS采样Y虹]已经根据等式（5)去除了原 始估算值^1。由于〇51估算刖口中考虑到剩余0"扁移Ad，联合估算所L，心/]能够获得更 佳的PSSCSI估算结果。
[0080] 示例
[00則假设信道抽头L= 9 (3GPPLTE中定义的EVA或ETU信道），并使用中间的64个 接收的PSS采样进行DC偏移估算。在该种情况下，kwfwt= 33-L= 24且m= 64。对于基 于等式似和等式做的不同的小区扇区IDW思，可W生成本地时域PSS序列PSS(n)，n= 0, 1，...，127,且P虹]是一种64X10的矩阵，该矩阵包括索引为24至95的本地PSS信号；
[0082]
[0083] 系数C虹]采用10X64矩阵的形式，该矩阵可W对应所有小区扇区IDW浮进行计 算和存储。
[0084] 根据实施例，优化的DC偏移是可^通过将估算的原始DC偏移^和估算的剩余DC 偏移Ad相加计算得到，即优化的偏移由公式名 = ^ +M得到。该一点十分重要，尤其是当 SNR低或信道受到频率选择性衰落时，当原始DC偏移是通过取接收时域采样的平均值获 得的，其估算误差会导致相当大的剩余DC偏移，从而会降低性能。因此，相对于原始DC偏 移j，优化的DC偏移J能够获得更佳的估算结果。
[00财如上所述，在LTE系统中，SCH总是在LTE/LTE-A的下行W5ms的间隔在中间/中 屯、6个RB中进行传输，用户设备也将周期性地执行小区捜索过程。因此，PSS可W用于估 算DC偏移，从而，根据本发明实施例的方法可W根据W下步骤实现：
[0086] 1.取低通（L巧滤波采样的平均值，其中低通滤波采样是W1. 92Mbps的采样率对 原先接收的时域信号进行下降采样得到的，从而得到原始DC偏移^的估算值。
[0087] 2.从LP滤波采样中减去步骤1中得到的原始DC偏移J的估算值，并进行PSS检 测。
[0088] 3.在获取到PSS的位置后，基于提取的长度为128的时域PSS信号进行CSI和剩 余DC偏移估算值Ad的联合估算。
[0089] 4.在进行SSS(第二同步信号）检测和其他连续的小区捜索过程之前，从LP滤 波 义样中减去剩余DC偏移估算值Ad。
[0090] 5.将步骤1中得到的原始DC偏移卽勺估算值与步骤3中得到的剩余DC偏移估算 值Ad相加，W获得用于接收信号数据解调的优化的DC偏移估算值。
[0091] 6.采用阿尔法滤波器进一步对步骤5中获得的优化的估算值进行降噪。
[0092] 7.在数据解调和解码之前，通过原始时域采样对DC偏移进行补偿。
[0093] 在本实施例中还阐述了图4所示的接收机设备结构W及图6所示的流程图。由图 4可知，图4的DC偏移估算设备与小区捜索单元合并。每隔5ms，SCH将在中间的6个RB中 进行传输，并且，基于已进行下降采样的接收采样y比]发起小区捜索过程。首先，取下降采 样信号的平均值，其中，该信号是在每5ms(最大为5ms)的某一时长内W1. 92Mbps的频率 进行下降采样的，从而得到原始DC偏移的估算值，即然后，从下降采样的信号中减去原 始DC偏移式，并启动PSS检测，即少阴=。
[0094] 初始小区捜索时，需要与所有S个可能的本地PSS序列的移位相关结果；周期性 小区捜索时，仅需要与一个已知的PSS序列的移位相关结果。在检测到PSS的位置及相应 的序列之后，还可W联合检测剩余DC偏移Ad和PSSCSI。接下来，在SSS检测和其他小 区捜索过程进行之前，将进一步从采样中去除剩余DC偏移^^ :巧^ =.钟巧-。也可^将 剩余DC偏移与原始估算结合起来，W获得优化的估算值J=J+ 。在解调及解码之 前，优化的DC偏移估算值会被用来补偿DC偏移，而在此之前，优化的DC偏移估算值将先通 过阿尔法滤波器。阿尔法滤波器将进一步优化DC偏移的估算，从而也提高了性能。
[0095] 剩余DC偏移和CSI联合检测单元将在下文中结合图5进行描述。S个可能的滤 波矩阵C虹]根据预先定义的滤波长度m进行预计算并存储在存储器中。在检测到PSS的 位置和小区扇区IDW技之后（在周期性小区捜索时，<>是已知的），首先从下降采样的信 号中提取长度为128的PSS序列，然后选择适当的滤波矩阵C虹]，并利用等式（7)获得联合 估算值句L，Aj];片u，A叫=(义。[耐乂M) 1 乂邪円]。
[0096] 对于小区捜索过程，进一步从.订W中减去剩余DC偏移估算值A山并执行SSS检测 及进一步的小区捜索过程。估算的PSSCSI可用作SSS的初始CSI，从而在进行SSS检测之 前消除信道影响。
[0097] 另外，本领域技术人员可W理解，本发明的任何方法也可W在计算机程序中通过 代码的方式实现。当该计算机程序W处理的方式运行时，会使得所述处理方式执行方法的 步骤。计算机程序包含在计算机程序产品的计算机可读媒介中。计算机可读媒介基本上可 W包括任何存储器，例如，ROM(只读存储器）、PR0M(可编程只读存储器）、EPR0M(可擦可编 程只读存储器）、闪存、EEPR0M(电可擦可编程只读存储器）W及磁盘驱动器。
[0098] 此外，本发明还设及与本发明实施例的方法对应的直接变频接收机设备。所述接 收机设备包括所有必要的方式，并用于执行本发明方法，也就是说，所述设备可W包括；处 理方式、信号输入方式、信号输出方式、采样方式、存储方式、通信方式，等等。本发明实施例 用于3GPP无线通信系统，如LTE或LTE-A。因此，在该种情况下，所述接收机设备为用户设 备扣E)的组成部分，或者包含在用户设备中。
[0099] 最后，应该理解的是，本发明不限于上述实施例，还设及并包括随附的权利要求范 围内的所有实施例。
【主权项】
专利申请范围：
1. 一种估算和去除直接变频接收机的DC偏移的方法，其特征在于，所述直接变频接收 机用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述方法包括以下步骤： 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号； 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Λ d ; 基于所述估算的剩余DC偏移Λ d计算优化的DC偏移估算值J ;及 将所述优化的DC偏移估算值^应用于所述时域信号，以便从所述时域信号中去除DC 偏移。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 基于所述下降采样的时域信号估算原始DC偏移J ; 从所述下降采样的时域信号中减去所述估算的原始DC偏移J ;及 基于所述已减去估算的原始DC偏移的下降采样时域信号，检测所述至少一个第一同 步信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 基于所述检测到的至少一个第一同步信号，对所述剩余DC偏移Λ d和所述已减去估算 的原始DC偏移的下降采样时域信号中的信道状态信息（CSI)进行联合估算。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 从所述已减去估算的原始DC偏移的下降采样时域信号中减去所述估算的剩余DC偏移 Ad0
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优化的DC偏移J是通过将所述估算 的原始DC偏移^与所述估算的剩余DC偏移Ad进行相加计算得到的，即j = i+ M。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 对所述优化的DC偏移使用阿尔法滤波器，从而对所述优化的DC偏移进行降噪。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时域信号还包括至少一个第二同步 信号，所述方法还包括以下步骤： 检测所述至少一个第二同步信号；及 基于所述下降采样的时域信号，进一步执行小区搜索过程步骤。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无线通信系统为3GPP蜂窝系统，如 LTE或LTE-A ;所述至少一个第一同步信号是主同步信号（PSS)，所述至少一个第二同步信 号是辅同步信号（SSS)。
9. 一种计算机程序，其特征在于，该程序采用代码的形式，当以处理的方式运行时，该 程序使得所述处理方式执行权利要求1-8的所述方法。
10. -种计算机程序产品，包括计算机可读媒介和权利要求9所述的计算机程序，其特 征在于，所述计算机程序包含在所述计算机可读媒介中，计算机程序产品包括以下组合中 的一个或多个：R〇M(只读存储器）、PROM(可编程只读存储器）、EPROM(可擦可编程只读存 储器）、闪存、EEPROM (电可擦可编程只读存储器）以及磁盘驱动器。
11. 一种直接变频接收机设备，用于接收无线通信系统中的无线通信信号，其特征在 于，该直接变频接收机设备还用于： 对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号； 基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Λ d ; 基于所述估算的剩余DC偏移Λ d计算优化的DC偏移估算值J ;及 将所述优化的DC偏移估算值义应用于所述时域信号，以便从所述时域信号中去除DC 偏移。
12.根据权利要求11所述的直接变频接收机，其特征在于，所述无线通信系统为3GPP 蜂窝系统，如LTE或LTE-A，所述直接变频接收机设备包含在用户设备（UE)中。
【专利摘要】本发明涉及一种估算和去除直接变频接收机的DC偏移的方法，所述直接变频接收机用于接收无线通信系统中的无线通信信号，所述方法包括以下步骤：对时域信号进行接收和下降采样，所述时域信号包括至少一个第一同步信号；基于所述至少一个第一同步信号估算剩余DC偏移Δd；基于所述估算的剩余DC偏移Δd计算优化的DC偏移估算值将所述优化的DC偏移估算值应用于所述时域信号，以便从所述时域信号中去除DC偏移。此外，本发明还涉及一种接收机设备、计算机程序及其计算机程序产品。
【IPC分类】H04L25/06, H04J11/00
【公开号】CN104904172
【申请号】CN201380069266
【发明人】胡沙, 吴更石, 巴苏基·恩达·帕里延多, 沙希·康德, 陈建军
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年1月3日
【公告号】EP2941852A1, WO2014106540A1
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