CN100345387C - 校正同相信号与正交相信号的相位差的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种校正同相信号与正交相信号的相位差的方法及装置。该方法包含：以模拟方式检测一模拟同相信号与一模拟正交相信号的一相位差；分别将该模拟同相信号与该模拟正交相信号转换为一数字同相信号与一数字正交相信号；以及依据该相位差补偿该数字同相信号或/及该数字正交相信号。

Description

校正同相信号与正交相信号的相位差的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种校正相位差的方法及装置，特别涉及一种校正同相信号与正交相信号的相位差的方法及装置。
背景技术
请参阅图1，图1为已知接收器10的示意图。接收器10包含有一天线11、一低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)12、混频器14、24、低通滤波器(LPF)16、26、模拟/数字转换器(ADC)18、28、一数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)22。天线11接收一无线通信信号，而低噪声放大器12是用于放大天线11所接收的无线通信信号。混频器14将该无线通信信号与一第一载波(亦即图1所示的COSωct)混频产生一模拟信号Sa1，另一混频器24将该无线通信信号与一第二载波(亦即图1所示的SIN(ωct+ψ))混频产生一模拟信号Sa2。低通滤波器16、26用于分别滤除模拟信号Sa1、Sa2的高频成分。此外，模拟/数字转换器18、28是将模拟信号Sa1、Sa2分别转换为一相对应的数字信号Sd1、Sd2。数字信号处理器22是用于对数字信号Sd1、Sd2进行后续信号处理。
如业界所已知，上述第一载波与第二载波之间需对应一90度的相位差，以使混频后的模拟信号Sa1、Sa2成为两正交信号。然而，在实际的电路中，因为温度、制程以及供应电压的飘移而会使第一载波与第二载波之间的理想相位差(亦即90度)产生一相位偏移φ，所以会影响信号解调变而增加通信系统的位错误率(bit error rate)。因此，必须校正上述相位偏移φ，以便进一步修正模拟信号Sa1、Sa2以增加通信系统的位率(bit rate)。已知技术主要是在将模拟信号Sa1、Sa2转换成相对应的数字信号之后Sd1、Sd2，再利用数字信号处理器22对该数字信号Sd1、Sd2来执行离散傅立叶变换(Discrete FourierTransform，DFT)以求得相位偏移φ。然后再利用算出的相位偏移φ来补偿该数字信号Sd1、Sd2。然而，利用离散傅立叶变换计算相位偏移φ的操作不仅需要复杂的逻辑电路进行繁复的逻辑计算，更会增加额外的消耗功率。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种检测模拟信号的相位偏移，来校正同相信号与正交相信号的相位差的方法及装置，以解决上述问题。
本发明的目的之一在于提供一种检测模拟信号的振幅大小，用来校正同相信号与正交相信号的振幅的方法及装置。
本发明的目的之一在于提供一种检测模拟信号的相位偏移以及振幅大小，来校正同相信号与正交相信号的相位差以及振幅的方法及装置。
本发明是在接收器上检测模拟信号的相位偏移，再补偿于接收器的数字信号，由于本发明是利用一相位检测器来检测相位偏移，不仅可以减少系统的复杂度，更可以降低系统的消耗功率。
本发明是在接收器上检测模拟信号的振幅，并调整可程序增益放大器的增益，不仅可以减少系统的复杂度，更可以降低系统的消耗功率。
附图简述
图1为已知接收器的示意图。
图2为本发明信号接收器的示意图。
图3为图2所示的数字调整模块的示意图。
图4为本发明信号接收器的示意图。
附图符号说明
10接收器                    30、70信号接收器
11、31天线                  12、32低噪声放大器
14、24、34、44混频器
16、26、36、46低通滤波器
18、28、38、48模拟/数字转换器
22数字信号处理器
50相位检测模块              52数字调整模块
54、56乘法器                58加法器
62振幅检测模块              64增益控制器
64、66低通滤波器/可程序增益放大
具体实施方式
请参阅图2，图2为本发明信号接收器30的示意图。信号接收器30包含有一天线31、一低噪声放大器32、混频器34、44、低通滤波器36、46、模拟/数字转换器38、48、一相位检测模块50以及一数字调整模块52。天线31用于接收一无线通信信号。低噪声放大器32是用于放大该天线31所接收的无线通信信号。混频器34是电连接至低噪声放大器32，用于将该无线通信信号与一第一载波(亦即图2所示的COSωct)混频产生一模拟信号Sa1’。低通滤波器36是用于滤除模拟信号Sa1中超过一第一预定频率范围的高频信号，而模拟/数字转换器38将该模拟信号Sa1’转换为一相对应的数字信号Sd1’。此外，混频器44是用于将天线31所接收的无线通信信号与一第二载波(亦即图2所示的SIN(ωct+ψ))混频产生一模拟信号Sa2’。低通滤波器46是电连接至混频器44，用于滤除模拟信号Sa2’中超过一第二预定频率范围的高频信号，本实施例中，该第一预定频率范围与该第二预定频率范围相同。模拟/数字转换器48用于将模拟信号Sa2’转换为一相对应的数字信号Sd2’。本实施例中，相位检测模块50是电连接至混频器34、44以及数字调整模块52，用以检测该模拟信号Sa1’及Sa2’的一相位偏移φ。检测两模拟信号的相位偏移φ，在电路实现上是很简单的，例如：已知的相位频率检测器(Phase FrequencyDetector，PFD)即可实现，而不需要繁杂的电路来计算。相位检测模块50在检测出模拟信号Sa1’及Sa2’的相位偏移φ后，并将对应相位偏移φ的检测结果传送至数字调整模块52。此外，数字调整模块52是电连接至模拟/数字转换器38、48以及模拟检测模块50，用于依据相位检测模块50所提供的该相位偏移φ来校正数字信号Sd1’、Sd2’之间的相位差，亦即数字调整模块52是用来驱使数字信号Sd1’、Sd2’成为两正交信号。
请参阅图3，图3为图2所示的数字调整模块52的示意图。数字调整模块52包含乘法器54、56以及一加法器58。I、Q是为具有一相位偏移φ的数字信号，而I’、Q’是为经由数字调整模块52校正相位偏移φ后的数字信号。数字信号I利用乘法器54乘上相位偏移φ的余弦值来更新其数值，亦即产生相对应的数字信号I’。此外，数字信号Q与数字信号I则经由乘法器56乘上相位偏移φ的正弦值，本实施例中，乘法器56是应用正弦值-SINψ来对数字信号I进行乘法运算以产生一运算结果，最后再利用加法器58对该运算结果与数字信号Q进行加法运算来更新数字信号Q的数值，亦即产生相对应的数字信号Q’。请注意，本实施例中，乘法器56亦可应用正弦值SINψ来对数字信号I进行乘法运算以产生一运算结果，如业界所已知，加法器58亦可用来执行减法运算，最后再利用加法器58对该运算结果与数字信号Q进行减法运算来更新数字信号Q的数值，此外，数字调整模块52亦可使用单一数字信号处理器来加以实现，上述均属本发明的范畴。
上述数字信号I、Q的相位调整操作称为Gram-Schmidt正交化过程，可以下列方程式来加以说明。数字信号I、Q可表示如下：
I＝Acos(wct)                                   (1)
Q＝Asin(wct+φ)                                (2)
经由数字调整模块52校正后的数字信号I’、Q’表示法如下：
I′＝Acos(wct)×cosφ                          (3)
Q′＝Acos(wct)×(-sinφ)+Asin(wct+φ)
   ＝-Acoswctsinφ+A(sinwctcosφ+coswctsinφ)
   ＝Asinwct×cosφ                            (4)
因此，经由方程式(3)、(4)可知，数字信号I’、Q’的相位差最后便会对应90°的整数倍，亦即数字调整模块52可顺利地使数字信号I’、Q’成为两正交信号。
请参考图4，图4为本发明信号接收器70的示意图，亦为本发明另一较佳实施例。图4的实施例与图2的实施例相较，图4的实施例还包括一振幅检测模块60、一增益控制器62、及低通滤波器/可程序增益放大器64、66。振幅检测模块60是用以接收并检测模拟信号Sa1’及Sa2’的振幅，并输出至增益控制器62。增益控制器62输出增益控制信号至低通滤波器/可程序增益放大器64、66。低通滤波器/可程序增益放大器64、66可滤除信号的高频成分，并以可程序化的方式分别调整模拟信号Sa1’及Sa2’的振幅，低通滤波器/可程序增益放大器64、66利用增益控制器62所输出的增益控制信号来调整模拟信号Sa1’及Sa2’的振幅。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种相位差补偿方法，该方法包含下列步骤：
依据一第一模拟信号及一第二模拟信号检测该第一模拟信号及该第二模拟信号的一相位差；
分别将该第一、第二模拟信号转换为一第一数字信号与一第二数字信号；
以及
依据该相位差补偿该第一数字信号或该第二数字信号或两者。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该补偿步骤是为Gram-Schmidt正交化过程，使得该第一数字信号及该第二数字信号是为正交。
3.如权利要求1所述的方法，其另包含有：
滤除该第一模拟信号中超过一第一预定频率范围的信号；以及
滤除该第二模拟信号中超过一第二预定频率范围的信号。
4.如权利要求1所述的方法，其另包含有：
分别检测该第一模拟信号与该第二模拟信号的一振幅；以及
依据该振幅调整该第一、该第二模拟信号的振幅。
5.一种信号处理装置，包含有：
一模拟检测模块，用以检测一第一模拟信号及一第二模拟信号的一相位差；
一模拟/数字转换器，用来将该第一模拟信号及该第二模拟信号分别转换为一第一数字信号及一第二数字信号；以及
一数字调整模块，电连接于该模拟/数字转换器以及该模拟检测模块，用来依据该相位差补偿该第一数字信号或该第二数字信号或两者。
6.如权利要求5所述的信号处理装置，其中，该数字调整模块执行Gram-Schmidt正交化过程，使得该第一数字信号及该第二数字信号成为正交。
7.如权利要求5所述的信号处理装置，其中，该数字调整模块包含有：
一第一乘法器，用来依据该相位差的余弦值及该第一数字信号产生一第一补偿数字信号；
一第二乘法器，用来依据该相位差的正弦值及该第一数字信号，产生一第三补偿信号；以及
一加法器，依据该第三补偿信号及该第二数字信号产生一第二补偿数字信号。
8.如权利要求5所述的信号处理装置，其另包含有：
一第一滤波器，用来接收该第一模拟信号，并滤除该第一模拟信号中超过一第一预定频率范围的信号；以及
一第二滤波器，用来接收该第二模拟信号，并滤除该第二模拟信号中超过一第二预定频率范围的信号。
9.如权利要求5所述的信号处理装置，其另包含有：
一振幅检测模块，用于分别检测该第一及该第二模拟信号的一振幅；以及
一可程序增益放大器，用以依据该振幅，调整该第一模拟信号及该第二模拟信号的至少一者的振幅。
10.如权利要求9所述的信号处理装置，其中，该可程序增益放大器更包括一第一可程序增益放大器及一第二可程序增益放大器，用以依据该振幅分别调整该第一及该第二模拟信号的振幅。
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