專利名稱：零中頻接收機(jī)中的斜率漂移和偏移補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 發(fā)明公開(kāi)的領(lǐng)域本發(fā)明涉及無(wú)線電接收機(jī)，更具體地是涉及到作為超外差式接收機(jī)的一個(gè)特例的，中頻為零的無(wú)線電接收機(jī)中的補(bǔ)償。
發(fā)明公開(kāi)的背景在無(wú)線電接收機(jī)的領(lǐng)域，已經(jīng)做了很大的努力去減少接收機(jī)中使用的調(diào)諧電路的數(shù)量。減少調(diào)諧電路的數(shù)量，接收機(jī)的大部分可以集成化，這樣接收機(jī)就變小了。這些緊湊的接收機(jī)可以用在許多領(lǐng)域，如蜂窩電話。設(shè)計(jì)這種接收機(jī)的一個(gè)主要進(jìn)步在于一項(xiàng)叫做“零中頻”的技術(shù)。
理論上來(lái)說(shuō)，一部IQ無(wú)線電接收機(jī)可以按照

圖1做出來(lái)，其中無(wú)線信號(hào)S來(lái)自天線1，直接加到兩個(gè)平衡、正交混頻器2a、2b(數(shù)學(xué)乘法器)，在這里信號(hào)分別被乘以由本地振蕩器3產(chǎn)生的，信號(hào)S的載波頻率的正弦波和余弦波。以這種方式，產(chǎn)生I信道或同相信號(hào)及Q信道或正交信號(hào)。乘法器的輸出既包括在2f左右的和頻率分量，又包括在O左右的差分量頻率。直流或低通濾波器4a、4b消去了前者而留下了后者。零頻率分量可以被低頻放大級(jí)5a、5b，而不用高頻放大器，放大到任何方便的電平。本質(zhì)上說(shuō)，零中頻放大器通過(guò)把來(lái)的信號(hào)一次性直接轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)從而去掉了到某中間頻率的臨時(shí)性轉(zhuǎn)換。
實(shí)際上，這種所謂的零中頻還受到一系列實(shí)際問(wèn)題的困擾，其中一項(xiàng)是平衡混頻器與理想數(shù)學(xué)乘法器相比的非理想性。非理想性的最煩人之處是產(chǎn)生直流偏移或比所期望的信號(hào)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)的持續(xù)電壓。接收混頻器輸出的低頻放大器，在想要的信號(hào)遠(yuǎn)未被足夠放大之前，被太大的直流偏移強(qiáng)迫進(jìn)入飽和狀態(tài)。
為避免過(guò)早的飽和，射頻放大器可以加在混頻器的前面，提高想要的信號(hào)電壓的電平。不幸的是，與偏流相同來(lái)源的信號(hào)從本地正弦振蕩器漏回到天線，產(chǎn)生相干干擾。結(jié)果，射頻放大器不是滿意的解決方法，因?yàn)橄胍男盘?hào)和相干干擾被同樣放大了。
使用在通常的超外差無(wú)線接收機(jī)中的另一種建議的方法，是對(duì)原始的天線頻率的輸入信號(hào)部分地放大。被部分放大的信號(hào)在被加到平衡正交混頻器前，被轉(zhuǎn)換成方便的中間頻率IF，以作進(jìn)一步放大。在這種情況下，本地產(chǎn)生的正弦和余弦波的頻率等于中頻，而不是等于天線頻率，因此不會(huì)漏回到天線。然而，由于加上了中頻調(diào)諧電路，零中頻接收機(jī)的簡(jiǎn)單化及小體積就失去了。另一種克服來(lái)自IQ混頻器直流偏移的方法可能使用一種技術(shù)，它有各種叫法，如交流耦合，隔直流、高通濾波或微分，以去掉持續(xù)或直流以偏移電壓。用這種方法的折衷結(jié)果則為直流和低頻分量丟失或嚴(yán)重失真。在使用QPSK(正交相移鍵控)或MSK(最小位移鍵控)的調(diào)制技術(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，這種折衷是不可接受的。這些調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生低頻分量，而它們是必須保留的。
美國(guó)專利5,241,702公開(kāi)了一種方法補(bǔ)償?shù)皖l偏移，而不會(huì)使想要的信號(hào)的直流或低頻分量丟失或失真。開(kāi)始，對(duì)接收到的信號(hào)微分，濾去直流偏移。該信號(hào)被放大到合適的電平，然后積分，以重新獲得原先的直流和低頻信號(hào)分量。通過(guò)采用有限大小的積分任意常數(shù)積分基本上把在放大后的信號(hào)中濾波后的分量恢復(fù)到它們?cè)瓉?lái)的值，以產(chǎn)生恢復(fù)信號(hào)。使用各種技術(shù)對(duì)預(yù)定的信號(hào)模式和所想要信號(hào)的內(nèi)在信號(hào)特性進(jìn)行研究，然后把直流偏移估計(jì)值從恢復(fù)后的信號(hào)中減掉，使放大的接收信號(hào)基本上沒(méi)有失真?，F(xiàn)在將描述采用對(duì)I和Q波形的時(shí)間導(dǎo)數(shù)數(shù)字化而去掉不想要的直流偏移的優(yōu)選方法。在對(duì)導(dǎo)數(shù)數(shù)字化后，數(shù)字值在I和Q累加器中重新積分以恢復(fù)I、Q值。重新積分過(guò)程把積分任意常數(shù)引入到I和Q值，其大小相對(duì)于想要的信號(hào)是可比的，可以按照前述的專利進(jìn)行估計(jì)并去掉。數(shù)字化過(guò)程中的誤差會(huì)額外地導(dǎo)致重新積分后I和Q值產(chǎn)生系統(tǒng)性的增加或降低，這不想要的斜率在藉助于對(duì)常數(shù)和斜率進(jìn)行估計(jì)以及從I和Q波形中分另減掉這些系統(tǒng)性誤差而去掉不想要的重新積分常數(shù)的同時(shí)被去掉。這些I和Q波形然后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理算法被處理以便進(jìn)行解調(diào)和把信息解碼。
然而，即使以上所認(rèn)定的方法仍然有問(wèn)題。直流偏移變化速率或信號(hào)斜率仍然會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。因此，需要提供一種用于補(bǔ)償變化速率或信號(hào)斜率，以使調(diào)制在無(wú)線輸入信號(hào)上的信息在解碼后基本上不受損壞的方法。
發(fā)明公開(kāi)概述本發(fā)明的目的是提供一種方法用來(lái)補(bǔ)償信號(hào)變化的速率或信號(hào)斜率，以使調(diào)制在無(wú)線輸入信號(hào)的信息在解碼后基本上不受損傷。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方案的無(wú)線接收機(jī)通過(guò)一付天線接收信號(hào)并藉使用本地參考振蕩器，把它下變頻為復(fù)基帶信號(hào)。該復(fù)基帶信號(hào)包括一個(gè)實(shí)部(I波形)和一個(gè)虛部(Q波形)，它們由于混頻器的非理想化或在天線處接收到的被作為相干干擾的參考振蕩器泄漏輻射導(dǎo)致的直流偏移而劣化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案，前面估計(jì)的誤差被反饋到數(shù)字化過(guò)程中以降低對(duì)I、Q信號(hào)的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行數(shù)字化中的誤差。優(yōu)選的數(shù)字化技術(shù)是使用可變步長(zhǎng)的高比特率增量調(diào)制?？勺兊牟介L(zhǎng)是通過(guò)在不同電流值的正、負(fù)電流源間切換以便對(duì)主積分電容器充電來(lái)獲得的。當(dāng)正、負(fù)電流源對(duì)不能產(chǎn)生相等的電流大小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生斜率誤差。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)使用加到重新積分I、Q累加器的相應(yīng)的不等數(shù)字增量/減量值來(lái)補(bǔ)償不相等的電流源值，該增量/減量值由校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)設(shè)置或通過(guò)從估計(jì)的斜率誤差計(jì)算出的反饋來(lái)更新。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案，公開(kāi)了一種把信號(hào)直接變頻為基帶信號(hào)來(lái)處理的改進(jìn)型無(wú)線接收裝置。該無(wú)線接收裝置包括把無(wú)線輸入信號(hào)變頻為具有一個(gè)實(shí)波形和一個(gè)虛波形的復(fù)基帶信號(hào)的直接變頻裝置。斜率和偏移補(bǔ)償裝置用于估計(jì)實(shí)波形和虛波形中的偏移和系統(tǒng)性漂移，并且補(bǔ)償漂移和偏移，這樣對(duì)調(diào)制在無(wú)線輸入信號(hào)上信息的解碼基本上不受損害。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)方案，公開(kāi)了一種改進(jìn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。比較器裝置比較輸入信號(hào)電壓和反饋電壓，并且以由時(shí)鐘脈沖串決定的規(guī)則重復(fù)速度產(chǎn)生高/低指示。主積分器裝置將受控制的電流進(jìn)行積分以產(chǎn)生反饋電壓。充電泵裝置產(chǎn)生大小由步長(zhǎng)控制器控制的所說(shuō)的受控電流，并根據(jù)高/低指示產(chǎn)生電流方向或符號(hào)。步長(zhǎng)控制器裝置根據(jù)以前的高/低指示值控制所說(shuō)的電流大小，并產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字步長(zhǎng)值，表示由充電泵分別產(chǎn)生的正方向電流和負(fù)方向電流的大小。累加器裝置加或減數(shù)字步長(zhǎng)值，以產(chǎn)生一系列累加數(shù)字值表示輸入信號(hào)電壓波形。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，公開(kāi)了一種用于對(duì)調(diào)制了信息符號(hào)的信號(hào)進(jìn)行處理以考慮加性偏移和斜率的方法。首先，作出對(duì)偏移和斜率的初始估計(jì)，然后對(duì)具有一個(gè)或多個(gè)信息符號(hào)的序列的所有可能值作出假設(shè)。對(duì)每個(gè)所說(shuō)的假設(shè)，相關(guān)的數(shù)據(jù)符號(hào)序列被用來(lái)對(duì)偏移和斜率作出改善的估計(jì)，并且把對(duì)偏移和斜率的改善估計(jì)對(duì)應(yīng)于每個(gè)假設(shè)進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)每個(gè)假設(shè)，改善的偏移和斜率估計(jì)被用來(lái)計(jì)算期望的信號(hào)值，并且計(jì)算調(diào)制信號(hào)的抽樣和期望的信號(hào)值的失配值。然后假設(shè)被順序延伸一個(gè)符號(hào)，斜率和偏移估計(jì)被更新，累加失配值，得到對(duì)每個(gè)延伸后的假設(shè)的路徑量度值，藉使用維特比順序最大似然順序估計(jì)過(guò)程，基于所說(shuō)的路徑量度值在所說(shuō)的假設(shè)間判定，以得到基本上未受到所說(shuō)的加性斜率和偏移損害的所說(shuō)的調(diào)制信號(hào)符號(hào)的最可能假設(shè)。
附圖簡(jiǎn)述從下面的書(shū)面描述加上附圖，本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也會(huì)很明顯，其中圖1說(shuō)明了表示現(xiàn)有的使用零中頻技術(shù)接收機(jī)簡(jiǎn)單的方塊圖。
圖2說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的零拍接收機(jī)；圖3說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方案，模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的斜率誤差補(bǔ)償；以及圖4說(shuō)明了在I和Q波形的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的斜率補(bǔ)償。
發(fā)明公開(kāi)的詳細(xì)描述圖2是根據(jù)美國(guó)專利號(hào)5,241,702的原理說(shuō)明了直接變頻接收機(jī)10，此處整體引用作為參考。天線11接收到無(wú)線信號(hào)，在濾波器12中濾波除掉強(qiáng)的帶外干擾。濾波后的信號(hào)然后在低噪聲放大器13中放大，在正交混頻器14和15中相對(duì)于本地參考振蕩器16進(jìn)行下變頻，振蕩器額定地調(diào)諧到要被接收的信道頻率的中心。來(lái)自混頻器14和15的復(fù)基帶信號(hào)在信道濾波器17和18中低通濾波。對(duì)復(fù)基帶信號(hào)進(jìn)行濾波的具有截止頻率Fc的低通濾波器等價(jià)于具有濾波帶寬為2Fc的濾波無(wú)線信號(hào)的帶通濾波器。用直接變頻接收機(jī)得到的一個(gè)好處是這種低通濾波器比高Q帶通濾波器易于設(shè)計(jì)。零拍接收機(jī)的問(wèn)題在于沒(méi)有信號(hào)時(shí)混頻器14和17并不輸出零電平，而是混頻器輸出幾十毫伏量級(jí)的靜態(tài)直流電平。如果放大器13試圖提供大幅度的放大以便把無(wú)線接收信號(hào)的毫伏電平級(jí)的期望信號(hào)提高到為淹沒(méi)直流偏移所需要的，幾百微伏的電平，則其它信道中的較強(qiáng)的信號(hào)，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)濾波器17和18之前沒(méi)有被除去，將被放大到更大的電平，將使放大器13和混頻器14和15飽和，因?yàn)樗鼈冎痪哂杏山o定的電池供電電壓決定的有限的電壓擺動(dòng)能力。而且，當(dāng)由于來(lái)自振蕩器16的泄漏被天線11作為相干干擾被接收，導(dǎo)致混頻器輸出偏流時(shí)，提高放大器13的放大倍數(shù)不起作用，因?yàn)檫@僅僅提高直流偏流及所期望的信號(hào)值而不改善它們的比值。
根據(jù)美國(guó)專利5,241,702的原理，來(lái)自混頻器17和18的直流偏流可以從小得多的信號(hào)分量中區(qū)分出來(lái)，因?yàn)橹苯悠飨鄬?duì)來(lái)說(shuō)是靜態(tài)的，而信號(hào)成分由于信息調(diào)制是變化的。因此，要采用一種方法把濾波后的混頻器輸出信號(hào)的變化或時(shí)間導(dǎo)數(shù)數(shù)字化。
因此，I和Q信道信號(hào)最好是在微分后再數(shù)字化，以去除靜態(tài)直流偏移分量，這通過(guò)增量調(diào)制轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。每信道的增量調(diào)制轉(zhuǎn)換器包括主積分電容器19和20，它們由來(lái)自充電泵26的充電和放電電流脈沖驅(qū)動(dòng)以跟隨輸入I和Q信號(hào)的變化。比較器21和22把I和Q信號(hào)與各自電容器上的電壓比較，產(chǎn)生高/低的指示，并以規(guī)則的時(shí)鐘速率寄存在鎖存器23和24中，然后在步長(zhǎng)電流控制邏輯單元25中處理，提供上升/下降命令給充電泵26。比較器21和22甚至可以感應(yīng)到加在一個(gè)輸入端的主積分電容器上的電壓和加在其它比較器輸入端上的I和Q信號(hào)間微伏量級(jí)的小誤差。因此，大部分的接收機(jī)增益可以說(shuō)在比較器21和22中得到，它們與通常的非零中頻的超外差接收機(jī)中用的硬限制中頻放大器鏈有相似的技術(shù)要求。
為給接收機(jī)提供高的動(dòng)態(tài)范圍，即處理所需的信號(hào)電平的能力從噪聲電平到大約比噪聲電平強(qiáng)100dB，增量調(diào)制技術(shù)可以引用可變長(zhǎng)步長(zhǎng)大小和壓擴(kuò)，藉此根據(jù)主積分電容器跟隨大信號(hào)擺動(dòng)和小信號(hào)擺動(dòng)變化的需要，步長(zhǎng)控制邏輯單元25可以使充電泵有不同電流幅度。典型的壓擴(kuò)原則是如果比較器21或22指示三次連續(xù)“上升”或三次連續(xù)“下降”，表明電容上的電壓難以跟上信號(hào)變化，則決定增加步長(zhǎng)和充電泵的電流。決定增加步長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)邏輯單元25中的步長(zhǎng)寄存器有一個(gè)增量，而決定不增加步長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致采用減量使步長(zhǎng)寄存器減小。雖然不同的增量和減量給出不同的壓擴(kuò)率是眾所周知的且對(duì)本發(fā)明的基本原理也不重要，但是通過(guò)共同的步長(zhǎng)寄存器同時(shí)對(duì)I和Q信道調(diào)制器加以壓擴(kuò)以便在兩信道中保持增量相等是重要的。
暫時(shí)寄存在步長(zhǎng)寄存器中的值可被用來(lái)決定來(lái)自充電泵26的相應(yīng)的電流脈沖值，以二進(jìn)制比率1，1/2，1/4，1/8……的電流幅度組成一系列的充電泵，且每個(gè)按照步長(zhǎng)寄存器中的相應(yīng)的二進(jìn)制比特起動(dòng)。因此，如果步長(zhǎng)寄存器包含值100000，僅僅具有1單位最大電流值的電流源起動(dòng)，而如果寄存器包括01010000，則可獲得電流值1/2+1/8＝0.625單位。電流的正負(fù)符號(hào)對(duì)I信道來(lái)說(shuō)由鎖存器23中的比較值符號(hào)決定，對(duì)Q信道來(lái)說(shuō)由鎖存器24中的比較符號(hào)決定，并且使連接到正電源的P型電流源起動(dòng)，把相應(yīng)的電容器充電到較高的電壓，或使連接到負(fù)電源的N型電流源起動(dòng)，使該電容器放電到較低電壓。然而，充電或放電電流強(qiáng)度是由步長(zhǎng)控制寄存器中的比特內(nèi)容決定的。
因此電容器20和21分別隨I和Q波形變化，它包括較大的直流偏流和基流，在它上面疊加了較小的信號(hào)變化。然而增量調(diào)制器步長(zhǎng)和上升/下降序列表示的是信號(hào)變化，而不是要被去掉的直流偏移。累加器27和28接收步長(zhǎng)寄存器值和由兩信道壓擴(kuò)的增量調(diào)制器為I、Q信道產(chǎn)生的上升/下降符號(hào)序列，并根據(jù)相關(guān)的I和Q符號(hào)把數(shù)字步長(zhǎng)值加到每個(gè)累加器中或從每個(gè)累加器中減去。在某個(gè)便利的點(diǎn)如在TDMA無(wú)線信號(hào)突發(fā)的開(kāi)始點(diǎn)，累加器可能會(huì)復(fù)位為0，其后將隨I、Q信號(hào)波形變化，其中I、Q信號(hào)波形中的混頻器直流偏流已被去掉。如果當(dāng)一個(gè)累加器復(fù)位后，相應(yīng)的接收信號(hào)的I和Q部分在那個(gè)時(shí)刻不是0，因此將引入誤差，它代表直流漂移或I和Q波形的偏流，但是無(wú)論如何現(xiàn)在不會(huì)比信號(hào)電平本身大，因此不會(huì)造成從累加器27和28來(lái)的數(shù)字值在最小或最大時(shí)飽和。代表重新積分的任意常數(shù)的該剩余偏移可通過(guò)使用先前知道的期望信號(hào)類型及估計(jì)誤差而被去掉。估計(jì)誤差在進(jìn)一步處理之前從累加器輸出值中被減掉。
對(duì)來(lái)自累加器27和28的輸出信號(hào)執(zhí)行操作的一種優(yōu)選的方法是在某些合適的信號(hào)段上如TDMA突發(fā)信號(hào)采集所有的值，存入存儲(chǔ)器中，然后回過(guò)頭來(lái)處理它們。去掉重新積分的任意常數(shù)的一個(gè)方法可以是，例如對(duì)整個(gè)信號(hào)段計(jì)算I抽樣和Q抽樣的平均值，使它等于0，然后從已存儲(chǔ)的I和Q值中減掉平均值。對(duì)數(shù)字調(diào)制信息進(jìn)行解調(diào)處理的更復(fù)雜的方法可以涉及到維特比均衡器以補(bǔ)償傳播路徑或無(wú)線信道中的回波或符號(hào)間干擾，并且通過(guò)在信號(hào)流中周期性插入某一訓(xùn)練模式的已知符號(hào)來(lái)估計(jì)延遲回波的幅度和相位。然后可以推斷出足夠長(zhǎng)以致于包括最長(zhǎng)的回波延遲的數(shù)據(jù)符號(hào)序列，并且藉使用回波估計(jì)，可以計(jì)算出相應(yīng)的I、Q值。對(duì)相互兼容的連續(xù)數(shù)據(jù)序列推斷，累計(jì)在接收的I，Q值和期望的I、Q值間的誤差，具有最低累計(jì)誤差(路徑量度)的序列被選擇作為輸出。
在該過(guò)程中，也可以使用已知的訓(xùn)練模式來(lái)估計(jì)積分的常數(shù)以及回波，積分的估計(jì)常數(shù)只是簡(jiǎn)單地加到使用回波估計(jì)和數(shù)據(jù)序列推算所預(yù)測(cè)的I、Q值，來(lái)預(yù)測(cè)應(yīng)該接收的I，Q值，它還包括所說(shuō)的恒定偏移。因此，重新積分的恒偏移就不會(huì)對(duì)維特比均衡器累計(jì)性路徑量度有貢獻(xiàn)，因此不會(huì)導(dǎo)致在決定最可能的數(shù)據(jù)符號(hào)序列過(guò)程中的誤差。
在圖2所說(shuō)明的接收機(jī)中，來(lái)自I、Q累加器27和28的數(shù)字輸出值對(duì)應(yīng)于電容器19和20上的電壓值，它們隨I、Q信號(hào)變化。電容器執(zhí)行給定步長(zhǎng)大小的連續(xù)上升/下降電流脈沖的模擬積分，而累加器執(zhí)行由控制邏輯單元25的步長(zhǎng)寄存器給出的相同步長(zhǎng)大小的數(shù)字積分。然而，實(shí)際上不可能達(dá)到在充電泵26產(chǎn)生的電流和步長(zhǎng)寄存器值間的精確的對(duì)應(yīng)。在P型和N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的物理特性間，在NPN和PNP雙極性晶體管間有已知的差異，因此要獲得與相關(guān)的正電流源大小精確相等的負(fù)電流源是困難的。因此，當(dāng)一個(gè)正電流源起動(dòng)和對(duì)應(yīng)的步長(zhǎng)寄存器值V加到累加器上，接著一個(gè)負(fù)電流源被起動(dòng)，值V從累加器中減掉時(shí)，累加器將準(zhǔn)確地回到原來(lái)的值，而由于充電，放電電流間大小的差距，對(duì)應(yīng)的電容器電壓將不是這樣的值。因此，在一系列的上升/下降命令后，電容電壓和累加器電壓將會(huì)產(chǎn)生差異。增量調(diào)制過(guò)程中固有的負(fù)反饋會(huì)使電容器隨輸入信號(hào)變化，但累加器的值對(duì)于每個(gè)上升/下降對(duì)將偏移一個(gè)增量，從而產(chǎn)生斜率誤差，這可能最后導(dǎo)致溢出。累加器值和真正的I、Q值間的偏差問(wèn)題是由本發(fā)明解決的。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案包括增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，更具體的是數(shù)字重新積分過(guò)程中的斜率誤差補(bǔ)償。圖3說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)補(bǔ)償斜率誤差的方法。一些選擇器門(mén)30、31，32……，被連接來(lái)根據(jù)由增量調(diào)制器比較器決定的上升/下降步長(zhǎng)的符號(hào)，是正(上升)還是負(fù)(下降)而在第一個(gè)值(認(rèn)為是正值)和第二個(gè)值(認(rèn)為是負(fù)值)間進(jìn)行選擇。每對(duì)正、負(fù)值存在相應(yīng)的寄存器對(duì)或存儲(chǔ)器單元對(duì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員是將會(huì)意識(shí)到寄存器和選擇器30，31，……32的方案可以用小的隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器或電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(E2RPOM)以合適的尋址方案在一塊集成電路中方便地實(shí)現(xiàn)。
每個(gè)寄存器和相應(yīng)的選擇器對(duì)應(yīng)于步長(zhǎng)寄存器中一個(gè)特定的比特位。在現(xiàn)有技術(shù)中，步長(zhǎng)寄存器中的一個(gè)比特位根據(jù)它的有效位表明當(dāng)前的大小，這些比特位相互之間比較而言，是序列1，1/2，1/4，1/8，……中的一個(gè)。電流的正負(fù)符號(hào)由步長(zhǎng)符號(hào)比特表示，所以，由某個(gè)特定步長(zhǎng)比特表示的大小是相同的而不管符號(hào)如何。實(shí)際的正、負(fù)電流源不可能完全匹配，因此會(huì)導(dǎo)致斜率誤差。在圖3說(shuō)明的方案中，存儲(chǔ)在寄存器對(duì)中的是大小，而不管正、負(fù)符號(hào)。而且，與不同的步長(zhǎng)寄存器比特相關(guān)的值并不限制于相互間是2的冪的關(guān)系。而是每個(gè)寄存器可能以代表實(shí)際正、負(fù)電流源的一個(gè)值而編碼，而正、負(fù)電流源是以步長(zhǎng)寄存器的某個(gè)特定比特來(lái)啟動(dòng)的。因此，當(dāng)某個(gè)電流源或電流源組合被啟動(dòng)以增加或降低主積分電容器上的充電量時(shí)，累加器38增加或降低一個(gè)精確的對(duì)應(yīng)值。這通過(guò)在步長(zhǎng)大小寄存器36中等于二進(jìn)制“1”的每個(gè)比特來(lái)實(shí)現(xiàn)以使相應(yīng)的門(mén)33、34、35……讓來(lái)自選擇器30，31，32……的一個(gè)選擇的寄存器值通過(guò)而送到加法器37。因此，被選擇來(lái)在加法器37中進(jìn)行相加然后送到累加器38的數(shù)字值對(duì)應(yīng)于一個(gè)模擬電流源值，它由步長(zhǎng)寄存器36和步長(zhǎng)符號(hào)比特啟動(dòng)來(lái)在主充電電容器中求和。因此，累加器將更精確地隨主積分電容器上的電壓變化而變化，而主積分電容器依次又隨需要的信號(hào)分量而變化。精確性是通過(guò)把數(shù)值編程到寄存器/選擇器電路30，31，32中來(lái)優(yōu)化的，它們精確地表示正、負(fù)電流源的相對(duì)電流值。這可能，例如在生產(chǎn)階段通過(guò)校準(zhǔn)程序來(lái)完成，在校準(zhǔn)過(guò)程中，每個(gè)電流源依次啟動(dòng)，它們的電流值被測(cè)量，相應(yīng)的數(shù)字值存在存儲(chǔ)器中。非易變存儲(chǔ)器如E2PROM是和設(shè)備的主控制微處理器一起提供的以存儲(chǔ)這些工廠測(cè)量值。存儲(chǔ)的值可以以后再調(diào)用(例如接電時(shí))并且被下載到寄存器30，31，32中。
也可能在操作時(shí)知道寄存器30，31，32的正確內(nèi)容。在對(duì)一個(gè)信號(hào)段解碼并判定它的信息內(nèi)容后，接收到的信號(hào)波形與相對(duì)于那個(gè)信息內(nèi)容所期望的信號(hào)波形的偏差可以在數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部決定。該偏差可以分別表示為I和Q波形的信號(hào)段上的平均斜率或漂移。如果另外每個(gè)電流源被啟動(dòng)而產(chǎn)生正電流次數(shù)和產(chǎn)生負(fù)電流的次數(shù)由引用圖3的本發(fā)明方案的邏輯單元25來(lái)決定則將是有幫助的。把每個(gè)電流源Ii被啟動(dòng)的次數(shù)記作Ni，則下列方程應(yīng)該成立N1I1+N2I2+……+NmIm＝突發(fā)信號(hào)的開(kāi)始與結(jié)束間的信號(hào)電壓差只處理一個(gè)信號(hào)段可能不能求解得出Ii的值，但在處理了約m個(gè)信號(hào)段之后，會(huì)有足夠的方程可以解出。實(shí)際上，卡爾曼順序最小平方過(guò)程是更新Ii值的量度的較好方法。卡爾曼過(guò)程是從最小方差的意義上求解到目前為止搜集到的所有方程的方法，但就有效性來(lái)說(shuō)，它以最新得到的方程系數(shù)來(lái)表達(dá)不同于前面的最優(yōu)解的改變。因此，Ii值的校準(zhǔn)可以在處理了每個(gè)信號(hào)段后由卡爾曼過(guò)程來(lái)更新。
可能不必經(jīng)常執(zhí)行卡爾曼過(guò)程，因?yàn)榕c硬件相關(guān)的系數(shù)的校準(zhǔn)不會(huì)改變得很快?？赡軙?huì)把一些上述方程積累到具有類似的Ni值的組，僅僅然后為了處理的省電偶爾處理積累的組。例如，如果所有的N1作為最大系數(shù)的方程，累加成組1則N1個(gè)系數(shù)的和將不斷增加，最終超過(guò)其它的總和。同樣地，如果所有的N2作為最大系數(shù)的方程累加成組2，則N2系數(shù)的和將超過(guò)其它。同樣，以這種方式，把方程累加成為m組，會(huì)給出一個(gè)累加方程集合，它更趨向于具有對(duì)角線系數(shù)的矩陣，這是直接求解或通過(guò)順序卡爾曼技術(shù)求解的最好條件。
用于斜率補(bǔ)償?shù)牧硪环N技術(shù)在圖4作了說(shuō)明。圖4說(shuō)明了3對(duì)I和Q波形，它們?cè)跀?shù)字化處理后由一個(gè)復(fù)數(shù)抽樣序列表示。一開(kāi)始，假設(shè)在承載信號(hào)樣本的信息被接收前I和Q累加器被置為0。因?yàn)椴荒苤澜邮盏男盘?hào)加噪聲在復(fù)位時(shí)是否確實(shí)為0，因此引入了被稱為是重新積分任意常數(shù)的誤差，然而其大小不大于所需信號(hào)的變化。圖4說(shuō)明了具有這個(gè)恒定偏移和系數(shù)斜率的I、Q波形。偏移和斜率對(duì)I和Q波形來(lái)說(shuō)是獨(dú)立的，必須分別判定。一個(gè)簡(jiǎn)單方法是簡(jiǎn)單地把最直的線貼近形成為Y＝aX+b的數(shù)字值序列。曲線貼近法是一種熟知的技術(shù)。在最小方差意義上把一條直線貼近I和Q序列的結(jié)果是對(duì)I波形的斜率產(chǎn)生值a1，對(duì)I波形的恒定偏移產(chǎn)生值bI，并對(duì)Q波形產(chǎn)生相應(yīng)的值。因此，在進(jìn)一步處理之前，從I和Q波形中減掉斜率和偏差。這種簡(jiǎn)單過(guò)程可以滿足信號(hào)段相對(duì)較長(zhǎng)以致于在該段上信息調(diào)制平均為0的情況，不會(huì)在決定斜率和偏移時(shí)導(dǎo)致嚴(yán)重不準(zhǔn)確性。在不是如此的情況中，當(dāng)信息波形已知道時(shí)，在對(duì)可能表示數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字信息進(jìn)行解碼期間偏移和斜率的初始估計(jì)可被細(xì)化，并可以從斜率和偏移的判定中被減掉。對(duì)于通過(guò)維特比均衡器對(duì)數(shù)字化信息的解碼，可以在處理每個(gè)I、Q抽樣后連續(xù)地執(zhí)行細(xì)化，這最好由叫做“每維特比狀態(tài)卡爾曼”的技術(shù)來(lái)解決，這在用于更新頻率誤差估計(jì)的美國(guó)專利第5,136,616號(hào)中，在用于信道估計(jì)美國(guó)專利5,204,878中和在標(biāo)題為“快速自助增益控制”關(guān)于信道增益估計(jì)的美國(guó)專利申請(qǐng)08/305,651中已作了描述。這些專利和應(yīng)用在此列出作為參考。
在“每狀態(tài)卡爾曼”技術(shù)中，用于解碼數(shù)據(jù)序列的維特比順序最大似然序列估計(jì)過(guò)程保持了一些至今還未解出的數(shù)據(jù)序列假設(shè)。伴隨著每個(gè)更新的數(shù)據(jù)序列假設(shè)，可以對(duì)I、Q波形的斜率和偏移作估計(jì)，效果是假設(shè)的數(shù)據(jù)序列被去掉。對(duì)每個(gè)狀態(tài)，根據(jù)已知的維特比技術(shù)計(jì)算路徑量度，并且表示相關(guān)的數(shù)據(jù)序列假設(shè)的似然性是正確的。這些與每個(gè)數(shù)據(jù)序列假設(shè)相關(guān)的參數(shù)叫做“狀態(tài)存儲(chǔ)器”。存儲(chǔ)在特定狀態(tài)的偏移和斜率用于預(yù)測(cè)下一個(gè)I、Q值，它首先假設(shè)下個(gè)數(shù)據(jù)比特是0，然后假設(shè)它是二進(jìn)制1。計(jì)算預(yù)測(cè)的和實(shí)際的I、Q值間的不匹配量，然后加到累加路徑量度上，以獲得新的路徑量度。這樣，首先把狀態(tài)數(shù)加倍，但是然后可藉助于選擇來(lái)只保留在除它們最老的比特之外全部比特方面一致的最好的狀態(tài)對(duì)而被減半。重新獲得的狀態(tài)包括已經(jīng)延伸了一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)據(jù)序列假設(shè)，每個(gè)狀態(tài)中的斜率和偏移的估計(jì)，可根據(jù)假設(shè)新符號(hào)已經(jīng)被加到每個(gè)延伸后的數(shù)據(jù)序列是真實(shí)的而被更新。最后，具有最低路徑量度的狀態(tài)被選擇作為最可能為真的解碼后的數(shù)據(jù)序列，因?yàn)閿?shù)據(jù)序列已被專門(mén)進(jìn)行了處理，相關(guān)的I、Q斜率和偏移量最好的估計(jì)。然后，斜率誤差可例如藉助于圖3所示的方法，或藉助于更簡(jiǎn)單的方法例如通過(guò)反饋一個(gè)控制信號(hào)來(lái)調(diào)整正和負(fù)電流源的相對(duì)值來(lái)校正模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換過(guò)程。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，數(shù)字信息可以使用多種技術(shù)被調(diào)制到無(wú)線輸入信號(hào)上。例如，數(shù)字信息可以藉使用曼徹斯特碼頻率調(diào)制，高斯最小位移鍵控DQPSK和π/4-DQPSK來(lái)被調(diào)制。
對(duì)上述的和包括對(duì)I、Q波形偏流和斜率補(bǔ)償都校準(zhǔn)的零中頻接收機(jī)的改進(jìn)不是意味著限制而是舉例說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能建議其它實(shí)現(xiàn)斜率補(bǔ)償?shù)姆椒?，然而這些被認(rèn)為是屬于下面的權(quán)利要求中列出的本發(fā)明的精神的。本發(fā)明的范圍是由附加的權(quán)利要求指出的，而不是上述的描述指出的，以及在本發(fā)明的意義和范圍內(nèi)的所有改變是要包括在其中的。
權(quán)利要求
1.一種用于把信號(hào)直接變頻為基帶信號(hào)進(jìn)行處理的改進(jìn)型無(wú)線接收裝置，包括直接變頻裝置，用于把無(wú)線輸入信號(hào)變頻為具有一個(gè)實(shí)波形和一個(gè)虛波形的復(fù)基帶信號(hào)；以及斜率和偏移補(bǔ)償裝置，用于估計(jì)所述的實(shí)和虛波形中的偏移和系統(tǒng)性漂移，并且對(duì)所述的漂移和偏移進(jìn)行補(bǔ)償，以使對(duì)調(diào)制在所述的無(wú)線輸入信號(hào)上的信息的解碼基本上不受損傷。
2.按照權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于，所述的補(bǔ)償裝置包括對(duì)所述的實(shí)和虛波形抽樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換，用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)的表示序列。
3.按照權(quán)利要求2的接收機(jī)，其特征在于，所述的復(fù)數(shù)暫時(shí)存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器或緩存器中。
4.按照權(quán)利要求3的接收機(jī)，其特征在于，所述的補(bǔ)償裝置進(jìn)一步又包括處理器裝置用于處理存儲(chǔ)在所說(shuō)的存儲(chǔ)器中的復(fù)數(shù)，用于分別估計(jì)所說(shuō)的復(fù)數(shù)序列的實(shí)部和虛部偏移和斜率值。
5.按照權(quán)利要求4的接收機(jī)，其特征在于，所述的估計(jì)的偏移和斜率從所說(shuō)的復(fù)數(shù)中被減掉，得到校正的復(fù)數(shù)，同時(shí)恒定偏移和系數(shù)斜率被去除。
6.按照權(quán)利要求5的接收機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括裝置，用于進(jìn)一步處理所說(shuō)的校正的復(fù)數(shù)，以對(duì)信息解調(diào)及解碼。
7.按照權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，所述的信息是數(shù)字信息。
8.按照權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于，所述的數(shù)字信息表示數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)。
9.按照權(quán)利要求6的接收機(jī)，其特征在于，所述的進(jìn)一步處理是對(duì)模擬語(yǔ)音調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
10.按照權(quán)利要求9的接收機(jī)，其特征在于，所述的模擬語(yǔ)音調(diào)制是頻率調(diào)制。
11.按照權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于，所述的數(shù)字信息被曼徹斯特碼頻率調(diào)制在所說(shuō)的無(wú)線輸入信號(hào)上。
12.按照權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于，所述的數(shù)字信息藉使用高斯最小位移鍵控被調(diào)制在所說(shuō)的無(wú)線輸入信號(hào)上。
13.按照權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于，其中所述的數(shù)字信息藉使用DQPSK或π/4-DQPSK被調(diào)制在所述的無(wú)線輸入信號(hào)上。
14.改進(jìn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包括比較器裝置，用于將輸入信號(hào)電壓和反饋電壓進(jìn)行比較，并且以由時(shí)鐘脈沖串決定的規(guī)則重復(fù)速度產(chǎn)生高/低指示；主積分電容器裝置，用于積分受控的電流，以產(chǎn)生所說(shuō)的反饋電壓；充電泵裝置，用于產(chǎn)生所說(shuō)的受控電流，其幅度大小由一個(gè)步長(zhǎng)控制器控制，在方向和符號(hào)上根據(jù)所說(shuō)的高/低指示；步長(zhǎng)控制器裝置，用于根據(jù)所說(shuō)的高/低指示的過(guò)去的值控制所說(shuō)的電流幅度大小，并且分別對(duì)于正向電流和負(fù)向電流生成數(shù)字步長(zhǎng)值，表示由所說(shuō)的充電泵產(chǎn)生的電流幅度大??；以及累加器裝置，用于加上或減去所說(shuō)的數(shù)字步長(zhǎng)值，生成一系列表示所說(shuō)的輸入信號(hào)電壓波形的累計(jì)的數(shù)字值。
15.按照權(quán)利要求14的改進(jìn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，其特征在于，進(jìn)一步包括校準(zhǔn)裝置，用于確定最精確地分別表示正電流和負(fù)電流的所述數(shù)字步長(zhǎng)值。
16.一種用于對(duì)調(diào)制了信息符號(hào)的信號(hào)進(jìn)行處理以解決加性偏移和斜率的方法，包括對(duì)偏移和斜率作一個(gè)初步的估計(jì)；對(duì)有一個(gè)或多個(gè)信息符號(hào)的序列的所有可能值進(jìn)行假設(shè)；對(duì)每個(gè)所說(shuō)的假設(shè)，用相關(guān)的數(shù)據(jù)符號(hào)序列作偏移和斜率的改善的估計(jì)，并對(duì)應(yīng)于每個(gè)所說(shuō)的假設(shè)把偏移和斜率的改善估計(jì)值進(jìn)行存儲(chǔ)；對(duì)每個(gè)假設(shè)藉使用所說(shuō)的偏移和斜率的改善的估計(jì)來(lái)計(jì)算期望的信號(hào)值，并且計(jì)算所說(shuō)的調(diào)制信號(hào)的抽樣和所說(shuō)的期望值間的失配值；把所說(shuō)的假設(shè)順序延伸一個(gè)符號(hào)，更新所說(shuō)的斜率和偏移估計(jì)，并且累加所說(shuō)的失配值，對(duì)每個(gè)延伸后的假設(shè)生成一個(gè)路徑量度；并且根據(jù)所說(shuō)的路徑量度值，藉使用維特比順序最大似然序列估計(jì)過(guò)程在所說(shuō)的假設(shè)間進(jìn)行判決，產(chǎn)生所說(shuō)的調(diào)制的信息符號(hào)的一個(gè)最可能的假設(shè)，它基本上不受加性斜率和偏移的損傷。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述的數(shù)字信息是被曼徹斯特碼頻率調(diào)制在所說(shuō)的無(wú)線輸入信號(hào)。
18.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述的數(shù)字信息藉使用高斯最小位移鍵控被調(diào)制在所說(shuō)的無(wú)線輸入信號(hào)上。
19.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所說(shuō)的數(shù)字信息是藉使用DQPSK或π/4-DQPSK被調(diào)制在所說(shuō)的無(wú)線輸入信號(hào)上。
20.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述的信息是數(shù)字信息。
21.按照權(quán)利要求20的方法，其特征在于，其中所述的數(shù)字信息表示數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于處理調(diào)制了信息符號(hào)的信號(hào)的方法來(lái)解決加性偏移和斜率。首先,對(duì)偏移和斜率作一個(gè)初步的估計(jì),然后對(duì)具有一個(gè)或多個(gè)信息符號(hào)的一個(gè)序列的所有可能值作出假設(shè)。對(duì)每個(gè)所說(shuō)的假設(shè),相關(guān)的數(shù)據(jù)符號(hào)序列用于對(duì)偏移和斜率作進(jìn)一步的改善的估計(jì),并且把改善的偏移和斜率的估計(jì)的估計(jì)用于計(jì)算期望的信號(hào)以及調(diào)制信號(hào)抽樣與期望值之間的失配值。這些假設(shè)然后順序延伸一個(gè)符號(hào),斜率和偏移被更新,失配值累計(jì)下來(lái)成為每個(gè)延伸后的假設(shè)的路徑量度值,基于所說(shuō)的路徑量度值,藉使用維特比順序最大似然序列估計(jì)過(guò)程在所說(shuō)的這些假設(shè)間進(jìn)行判決,產(chǎn)生所說(shuō)的調(diào)制的信息符號(hào)的最可能的假設(shè),它基本是沒(méi)有受所說(shuō)的加性斜率和偏移的損傷的。
文檔編號(hào)H03D7/16GK1183179SQ96193645
公開(kāi)日1998年5月27日 申請(qǐng)日期1996年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月9日
發(fā)明者B·林奎斯特, P·W·登特 申請(qǐng)人:艾利森公司