基帶直流影響及消除策略

侯力秩

（翱捷科技（深圳）有限公司，廣東 深圳518000）

1 概述

隨著RF 技術的發展，大部分成熟的手機RF 前端設計方案都采用了零中頻架構。零中頻方案，避免了鏡像干擾，節省了鏡像濾波器設計成本，同時濾波放在基帶進行，省去了中頻變頻模塊和中頻帶通濾波器，降低了功耗和對ADC 精度及采樣頻率的要求，大大簡化了整個接收機的設計。但是零中頻接收機會帶來一些負面的影響，比如IQ 不平衡，直流DC 偏移、靈敏度、互調和寄生抑制。這些影響對于接收機的性能來說都有嚴重的影響，需通過相應的方法處理去進行估計和消除。

由于射頻通常存在誤差，模擬中頻下變頻器件等模擬器件的不理想性造成相位和幅度失真，產生鏡像信號和幅度不平衡，會造成性能的下降。除了調校射頻，設定合適的參數來盡量減小這些不利影響外，基帶可以在射頻補償的基礎上進一步補償，盡量彌補這些缺陷，來提高接收機性能。

本文就是基于此種情況進行考慮研究，首先總結了工程中如何去判斷數據中有無直流及直流所造成的后果影響，然后描述如何對DC 進行估計與補償。

2 DC 的表現與影響

在接收端直流會造成接收機性能的下降，那么如何判斷接收鏈路中是否存在直流及造成那些性能的下降就十分有必要，下面就結合在中遇到的各種情況，從這兩個方面進行總結。

2.1 直流的判斷方法

2.1.1 星座圖法。對接收到的數據，從輸入數據的星座圖判斷，如果星座圖的中心點偏離了坐標圓點，就說明數據中是有直流的，否則就是沒有直流。如下圖1 所示，輸入數據的中心點明顯沿著橫軸向右偏移了，即I/Q 路數據對圓點有偏移，說明數據中有直流存在。

圖1 存在直流的星座圖

2.1.2 計算均值比法。將輸入數據的I 和Q 路分開計算其均值比，如果其均值比大于某一個門限（比如5%）則認為是有直流的，如圖2 所示。圖2 中所示的是兩組不同的8 幀輸入數據，每組每幀數據中只存在一個時隙，分別計算每幀數據的實部和虛部直流均值比，從圖中可以看出，兩組數據的實部和虛部都明顯存在著直流分量。

圖2 輸入數據的均值比

2.2直流的影響

直流可造成惡劣的后果，如SNR 估計性能惡化，信道估計和解調性能惡化等，下面將通過簡單的仿真例子來說明直流所造成的影響。

2.2.1 SNR 估計性能惡化。直流可以造成SNR 估計性能惡化。通過仿真可知，當數據有30%的直流時的SNR 要比無直流時的SNR 惡化11dB 左右，這是由于對數據計算比特信噪比時用到了數據的幅值，直流疊加在信號上，影響了SNR 值。這可以通過比特信噪比估計的方法得出，M進制調制解調后比特信噪比與解調前符號信噪比的關系為：

其中：r（n）為復數符號序列，為聯合檢測器的輸出，等于信號分量和加性噪聲分量之和；

Mean_Amp：為輸出符號的實部和虛部的絕對值求和平均；

QAMSlicer（·）：為復數符號的硬判決函數。

2.2.2 信道估計影響。直流分量可以影響信道估計。如圖3和圖4 所示，左下圖是在沒有直流時的信道估計圖，右下圖是存在較大直流時的信道估計，可以看出其信道估計的主徑已被淹沒，幾乎所有徑的高度都相差不多，可見直流對信道估計的惡化影響。當然對于較小的直流時，信道估計可能不會惡化到這種地步。

圖3 無直流的信道估計圖

圖4 有直流的信道估計圖

2.2.3 解調性能惡化

直流也可以造成解調性能惡化。如圖5 和圖6 所示，左下圖是無直流時的解調星座圖，右下圖是有30%直流時的解調星座圖。通過計算其EVM可知，EVM從2.3%附近惡化到9.4%附近。

圖5 無直流的星座圖

圖6 有直流的星座圖

3 DC 偏移估計與補償

對于直流偏移引起I/Q 原點偏移，我們可以通過估算出數據中包含的直流分量，然后通過采用DC 偏移補償將偏移糾正過來，達到消除直流的作用。

我們假設在接收信號模型為：

其中，DI和DQ是常實數，分別表示I 路信號和Q 路信號包含的DC 偏移量。

計算DC 偏移參數估計：

其中，L 表示參與DC 偏移估計的數據段長度。通過這樣的方法就可以在接收數據的基礎上進行DC 偏移的補償，即對實部和虛部分別減去上述的DC 偏移估計，能夠快速準確地消除接收機接收的數據中的直流偏置。

4 結論

本文總結了工程中如何去判斷數據中有無直流的方法及直流所造成的后果影響，對直流進行偏移估計與補償的原理進行簡單的描述，為相關工程人員提供參考作用。