CN114915524B - 直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质，该方法具体包括响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量；根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。本发明采用同步后的IQ信号实时计算出信号直流偏差，再通过直流偏置补偿模块实时的进行直流偏差补偿，从而提高补偿算法的实时性与有效性。

Description

直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
近年来，随着通信技术、信息技术的快速发展以及航空、航天技术的不断进步，人类开发利用太空的进程加快，空间活动呈现加速发展的趋势，在地球的中低轨道分布着各式各样的飞行器，所承载的业务类型越来越多，人们对信息的需求越来越大，各个领域都对信息量及信息的传输速率提出了越来越高的要求。
随着通信技术的不断发展，模拟通信***已无法满足高速、高效的信息传输需求。高速数据传输发展至今，基于软件无线电的通信***逐渐取代了传统的模拟通信***，成为了高速无线传输的主要方式之一。在软件无线电中，要求数字处理部分尽可能的接近天线，但是如果直接对天线接收到的射频信号进行A/D采样，根据采样定理，要求***具有极高的采样速率，即使这可以实现，但是也要求后续的信号处理要有极高的处理，很难在实际工程中实现。中频在通信***中介于射频和基带之间，将接收到的射频信号经过下变频，即变换为模拟中频信号，对模拟中频信号经过A/D转换后形成数字中频信号，这样既降低了A/D转换器的要求，也便于后续模块的实现，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
在数字中频宽带接收机中，受模拟下变频本振及高速AD等器件影响，AD采样后送入后端数字处理模块进行数字同步处理的数据不可避免的会带有直流偏置分量，而直流偏置会严重影响接收机性能。因此，直流偏置信号的补偿消除技术是数字中频宽带接收机的关键技术之一。
传统的直流偏置补偿往往只考虑了高速AD芯片带来的直流偏置，通过在AD采样后的信号固定的减去AD器件带来的直流偏置，达到直流偏置补偿的效果。而在实际通信***中，除了AD器件本身，模拟下变频、数字舍位等都会造成信号的直流偏置，导致传统的补偿算法很难取得较好的补偿效果。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质,采用同步后的IQ信号实时计算出信号直流偏差，再通过直流偏置补偿模块实时的进行直流偏差补偿，从而提高补偿算法的实时性与有效性。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种直流偏置实时补偿方法，应用于宽带接收机，所述方法包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量；
根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。
进一步的，所述响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置。
进一步的，所述通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在一定时间段内分别累加得到累加后的数据I1和Q1；
响应于延迟了D时刻接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在与所述I1和所述Q1相同时间段内分别累加得到累加后的数据ID和QD；
将I1与ID相减，Q1与QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2和Q2。
进一步的，所述根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿具体包括：
将信号I减去数据滑动平均I2得到到直流偏置校正后的信号I0；
将信号Q减去数据滑动平均Q2得到到直流偏置校正后的信号Q0。
进一步的，所述D时刻取值包括2的幂次方。
另一方面，本发明还提供了一种直流偏置实时补偿装置，所述装置包括：
直流偏置计算模块，用于响应接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量；
直流偏置补偿模块，用于根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。
可选地，所述直流偏置计算模块响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置。
可选地，所述直流偏置计算模块通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在一定时间段内分别累加得到累加后的数据I1和Q1；
响应于延迟了D时刻接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在与所述I1和所述Q1相同时间段内分别累加得到累加后的数据ID和QD；
将I1与ID相减，Q1与QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2和Q2。
可选地，所述直流偏置补偿模块根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿具体包括：
将信号I减去数据滑动平均I2得到到直流偏置校正后的信号I0；
将信号Q减去数据滑动平均Q2得到到直流偏置校正后的信号Q0。
可选地，所述直流偏置计算模块获取I信号和Q信号的直流偏置时，D时刻取值包括2的幂次方。
另一方面，本发明还提供了一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现上述的任意一种直流偏置实时补偿方法。
另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现上述的任意一种直流偏置实时补偿方法。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过解调后数据实时进行直流偏置补偿区别于传统的直流偏置校正方法，该方法补偿效果作用于整个通信***的解调输出信号，不仅可以补偿AD高速采样带来的直流偏置影响，还可以补偿模拟下变频、数字截断等各种因素带来的直流偏置影响，适用于各种宽带接收机中需要进行直流偏置补偿的应用场景。
(2)本发明区别于传统的直流偏置补偿方法通过减去固定的直流偏置分量，本发明通过实时估计输入信号的直流偏置，对输入信号进行直流偏置的实时补偿，补偿灵活性高。
(3)本发明利用输入数据的累加求和与延迟相减，得到输入信号的滑窗滤波结果，算法计算简单可靠，便于工程实现。
附图说明
图1是本发明实施例提供的直流偏置实时补偿方法流程图；
图2是本发明实施例通过滑窗滤波获取直流偏置的流程图；
图3是本发明实施例提供的直流偏置实时补偿方法的示意图；
图4是本发明实施例的滑窗滤波器结构示意图；
图5是本发明实施例提供的直流偏置补偿装置结构框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
传统的直流偏置补偿往往只考虑了高速AD芯片带来的直流偏置，通过在AD采样后的信号固定的减去AD器件带来的直流偏置，达到直流偏置补偿的效果。而在实际通信***中，除了AD器件本身，模拟下变频、数字舍位等都会造成信号的直流偏置，导致传统的补偿算法很难取得较好的补偿效果。
为了解决上述技术问题了，提出了本发明直流偏置实时补偿方法、装置、设备及存储介质的下述各个实施例。
实施例1
本实施例提供的直流偏置实时补偿方法通过滑窗滤波器来实现，参照图3，如图3所示是本实施例提供的直流偏置实时补偿方法的示意图。
首先将解调后的数据I送入一个加法器进行输入数据的累加，得到累加后的数据I1；再与延迟了D时刻的累加数据ID相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2；最后利用输入数据I再减去滑动平均I2，便可得到I路直流偏置补偿后的接收信号I0。
同理，将解调后的数据Q送入一个加法器进行输入数据的累加，得到累加后的数据Q1；再与延迟了D时刻的累加数据QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均Q2；最后利用输入数据Q再减去滑动平均Q2，便可得到Q路直流偏置补偿后的接收信号Q0。
参照图1，如图1所示是本实施例提供的直流偏置实时补偿方法流程图。该方法具体包括以下步骤：
S100：响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量。
作为一种实施方式，本实施例中，响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量的方法具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置。
具体地，参照图2，如图2所示是本实施例通过滑窗滤波获取直流偏置的流程图，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置具体包括：
步骤S101：响应于接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在一定时间段内分别累加得到累加后的数据I1和Q1。
步骤S102：响应于延迟了D时刻接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在与I1和Q1相同时间段内分别累加得到累加后的数据ID和QD。
步骤S103：将I1与ID相减，Q1与QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2和Q2。
解调后的I/Q数据是连续不断的，由于信号均值是为0的，一定时间长度的累加所计算的是信号均值，若不为0则说明AD输入数据存在直流偏置，计算得到的均值大小即为直流偏置大小。
S200：根据直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。
具体地，本实施例通过减法器实现对输入信号的实施直流偏置补偿。
根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿具体包括：
将信号I减去数据滑动平均I2得到到直流偏置校正后的信号I0；
将信号Q减去数据滑动平均Q2得到到直流偏置校正后的信号Q0。
参照图4，如图4所示是本实施例滑窗滤波器结构示意图，本发明的滑窗滤波器对于信号I，通过累加后的信号I1延迟一拍后与当前时刻输入信号相加，即达到输入信号随时间累加的作用；累加后的信号I1再减去D时刻前的累加信号ID，便可得到前D个时刻的信号累加总和I3，为了方便硬件处理，这里D一般取为2的幂次方，即D＝2N。前D个时刻的信号累加总和I3通过向右移位N，便可得到前D个时刻的信号均值I2，即实时得到的信号直流偏置。
同理，对于信号Q，通过累加后的信号Q1延迟一拍后与当前时刻输入信号相加，即达到输入信号随时间累加的作用；累加后的信号Q1再减去D时刻前的累加信号QD，便可得到前D个时刻的信号累加总和Q3，前D个时刻的信号累加总和Q3通过向右移位N，便可得到前D个时刻的信号均值Q2，即实时得到的信号直流偏置。
再将输入信号实时减去计算得到的直流偏置，便可实现宽带接收机直流偏置补偿。
传统直流偏置校正方法仅适用AD芯片本身的测试数据对AD本身带来的直流偏置进行校正，而本实施例提出的方法是将AD采样数据进行分析处理，区别于处理AD本身的测试数据，可以补偿数字处理过程中其他模块引入的直流偏置。
本实施例提供的直流偏置实时补偿方法通过解调后数据实时进行直流偏置补偿。区别于传统的直流偏置校正方法，该方法补偿效果作用于整个通信***的解调输出信号，不仅可以补偿AD高速采样带来的直流偏置影响，还可以补偿模拟下变频、数字截断等各种因素带来的直流偏置影响，适用于各种宽带接收机中需要进行直流偏置补偿的应用场景。区别于传统的直流偏置补偿方法通过减去固定的直流偏置分量，本发明通过实时估计输入信号的直流偏置，对输入信号进行直流偏置的实时补偿，补偿灵活性高。利用输入数据的累加求和与延迟相减，得到输入信号的滑窗滤波结果，算法计算简单可靠，便于工程实现。
实施例2
参照图5，如图5所示是本实施例提供的直流偏置实时补偿装置结构框图，该装置具体包括：
直流偏置计算模块10，用于响应接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量；
直流偏置补偿模块20，用于根据直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。
作为一种实施方式，直流偏置计算模块10响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置。
作为一种实施方式，直流偏置计算模块10通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在一定时间段内分别累加得到累加后的数据I1和Q1；
响应于延迟了D时刻接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在与I1和Q1相同时间段内分别累加得到累加后的数据ID和QD；
将I1与ID相减，Q1与QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2和Q2。
作为一种实施方式，直流偏置补偿模块20根据直流偏置分量对输入信号进行实时补偿具体包括：
将信号I减去数据滑动平均I2得到到直流偏置校正后的信号I0；
将信号Q减去数据滑动平均Q2得到到直流偏置校正后的信号Q0。
作为一种实施方式，直流偏置计算模块10获取I信号和Q信号的直流偏置时，D时刻取值包括2的幂次方。
本实施例提供的直流偏置实时补偿装置通过解调后数据实时进行直流偏置补偿。该装置补偿效果作用于整个通信***的解调输出信号，不仅可以补偿AD高速采样带来的直流偏置影响，还可以补偿模拟下变频、数字截断等各种因素带来的直流偏置影响，适用于各种宽带接收机中需要进行直流偏置补偿的应用场景。
实施例3
本优选实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以实现本申请实施例所提供的直流偏置实时补偿方法任一实施例中的步骤，因此，可以实现本申请实施例所提供的直流偏置实时补偿方法的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。
实施例4
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。为此，本发明实施例提供一种存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的直流偏置实时补偿方法中任一实施例的步骤。
其中，该存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
由于该存储介质中所存储的指令，可以执行本发明实施例所提供的任一直流偏置实时补偿方法实施例中的步骤，因此，可以实现本发明实施例所提供的任一直流偏置实时补偿方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流偏置实时补偿方法，其特征在于，应用于宽带接收机，所述方法包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量；
所述响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置；
所述通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在一定时间段内分别累加得到累加后的数据I1和Q1；
响应于延迟了D时刻接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在与所述I1和所述Q1相同时间段内分别累加得到累加后的数据ID和QD；
将I1与ID相减，Q1与QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2和Q2；
根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。
2.如权利要求1所述的直流偏置实时补偿方法，其特征在于，所述根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿具体包括：
将信号I减去数据滑动平均I2得到到直流偏置校正后的信号I0；
将信号Q减去数据滑动平均Q2得到到直流偏置校正后的信号Q0。
3.如权利要求1所述的直流偏置实时补偿方法，其特征在于，所述D时刻取值包括2的幂次方。
4.一种直流偏置实时补偿装置，其特征在于，所述装置包括：
直流偏置计算模块，用于响应接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量；
所述响应于接收到的解调后的I/Q信号，实时计算输入信号的直流偏置分量具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置；
所述通过分别对I信号和Q信号滑窗滤波获取I信号和Q信号的直流偏置具体包括：
响应于接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在一定时间段内分别累加得到累加后的数据I1和Q1；
响应于延迟了D时刻接收到的解调后的I/Q信号，将I信号和Q信号在与所述I1和所述Q1相同时间段内分别累加得到累加后的数据ID和QD；
将I1与ID相减，Q1与QD相减，得到滑窗长度为D的数据滑动平均I2和Q2；
直流偏置补偿模块，用于根据所述直流偏置分量对输入信号进行实时补偿。
5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至3任一项所述的直流偏置实时补偿方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1至3任一项所述的直流偏置实时补偿方法。
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