CN101072040A - 一种抑制载波泄漏的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制载波泄漏的方法，该方法包括如下步骤：步骤1，接收通道直流偏移校正，得到残留误差值；步骤2，发射通道和接收通道同时打开，并合理得到配置增益；步骤3，进行载波泄漏功率校准，计算出补偿值；步骤4，关掉接收通道，在发射过程中将发射通道中的子电路带入补偿值，完成载波泄漏与补偿。一种抑制载波泄漏的装置，其结构至少包括数字基带，收发机芯片，前端和天线。本发明不需要额外的定向耦合器和功率检测装置，而是通过接收通道来检测发射通道上存在的载波泄漏功率；本发明不需要多次迭代求解寻找最佳值，补偿算法高效。

Description

一种抑制载波泄漏的方法及装置

技术领域

该发明涉及无线通信领域技术，具体涉及一种在射频芯片收发机架构中抑制载波泄漏的方法及装置。

背景技术

如今，在射频收发机系统中，普遍存在载波泄漏到发射机输出端口造成干扰的情况。载波泄漏一般是由于器件或工艺本身的不理想造成的，如混频器射频端口和本振端口的隔离度有限，以及工艺下的器件的失配程度等原因。所述本振在变频过程中存在高频源。所述高频源通过天线泄漏，与有用的信号混合在一起就造成了载波泄漏。载波泄漏不属于有用信号，当它泄漏到发射机端口后会成为干扰。

目前，为了有效抑制载波泄漏，有如下方法：

1.采用特定的电路，或提高器件和工艺本身的特性，尽可能地减小失配程度，提高器件的理想性。但是该方法相对复杂，有局限性且会大大的增加设计成本。

2.系统地抑制载波泄漏，通过检测输出口的载波泄漏信号功率，然后反馈给输入端来达到有效抑制本振信号泄漏的目的。

图1是现有抑制本振泄漏装置的系统框图，如图1所示，110是数字基带，所述数字基带用于信息处理；120是数模转换器以及直流偏移补偿装置，所述数模转换以及直流偏移补偿装置用于将数字信号转换成模拟信号，并做相应的直流补偿；130A是第一混频器，130B是第二混频器，所述第一混频器和第二混频器用于频率搬移，将模拟基带的信号搬移到高频上；140是合成器，所述合成器用于高频信号的合成；150是本振，即本地振荡器，用于频谱搬移的高频源；160是功率放大器，所述功率放大器是用于功率放大的装置；170是定向耦合器，所述定向耦合器是功率耦合装置，有方向性；180是天线，所述天线用于发射或者接收信号的装置；190是功率检测装置，所述功率检测装置是检测信号功率强度的装置。数字基带110发出的信号通过数模转换器以及直流偏移补偿装置120完成了数字信号到模拟信号的转换。所述模拟信号通过由本振150，第一混频器130A，第二混频器130B，合成器140以及90°移相器200组成的正交调制器，被调制到高频上去，然后通过功率放大器160进行信号放大。所述模拟信号最终依次通过定向耦合器170和天线180完成发射。现有的载波泄漏抑制装置为了有效抑制发射载波泄漏，需要在功率放大器160后面的发射通道上增加定向耦合器170，来耦合载波泄漏。然后经过专门的功率检测装置190对载波泄漏的功率进行检测，通过数模转换器以及直流偏移补偿装置120来给出一个反相的直流补偿，以实现对发射通道上的载波泄漏进行相应补偿。为了分别对I路和Q路的载波泄漏进行补偿，现有的抑制本振泄漏装置需要依次对I路和Q路(所述I路是与本征同相的信号，所述Q路是与本征信号相位相差90度的信号，I路和Q路皆为正交解调器的固定模块)的载波泄漏进行功率检测和相应补偿。现有的抑制本振泄漏装置在补偿的算法中通过迭代求解最佳值的方法来达到对载波泄漏的有效补偿，在实际应用中需要考虑折中补偿耗费时间与补偿精度。

现有的抑制本振泄漏装置普遍存在以下缺点：为了对发射通道上的载波泄漏功率进行检测，需要增加额外的定向耦合器以及功率检测装置，制造成本高；载波泄漏补偿过程复杂，效率低。

发明内容

为了解决上述现有的载波抑制方法成本高和效率低的问题，提出一种抑制载波泄漏的方法及装置，能有效地抑制载波泄漏并提高效率。

一种抑制载波泄漏的方法，包括如下步骤：步骤1，接收通道直流偏移校正，得到残留误差值；步骤2，发射通道和接收通道同时打开，并得到配置增益；步骤3，进行载波泄漏功率校准，计算出补偿值；步骤4，关掉接收通道，在发射过程中将发射通道中的子电路带入补偿值，完成载波泄漏与补偿。

所述步骤3进一步地包括：步骤3.1，输入补偿参考点(I0，Q0)，得到测量值1(Ieer0，Qeer0)；步骤3.2，将补偿参考点改为(I0+n，Q0)，得到测量值2(Ieer0+u，Qeer0+v)，n为补偿参考点的累加值；步骤3.3，再将补偿参考点改为(I0，Q0+n)，得到测量值3(Ieer0+s，Qeer0+r)，n为补偿参考点的累加值；步骤3.4，列出方程，并求解方程，得到补偿值。

所述补偿参考点的累加值n的取值范围为16～64；

一种抑制载波泄漏的装置，其特征在于其结构至少包括：数字基带，用于信号处理；收发机芯片，集成了接收机和发射机；前端；天线，用于发射或者接收信号的装置。所述数字基带与收发芯片相连；所述收发芯片分别与数字基带和前端相连；所述天线与前端相连。

所述收发芯片的结构进一步包括：模拟基带，用于数字信号到模拟信号的相互转换和一些辅助功能；发射通道正交调制器，所述发射通道正交调制器2220是一种常用的调制器，用于上变频；第一可变增益放大器，用于改变增益；驱动级功率放大器，用于输出功率；低噪声放大器，用于接收信号；接收通道正交解调器，用于下变频；第二可变增益放大器，用于改变增益；第一开关和第二开关。所述模拟基带、所述发射通道正交调制器、所述第一可变增益放大器、所述驱动级功率放大器依次相连。所述低噪声放大器、所述接收通道正交调解器、所述第二可变增益放大器依次相连。所述第一开关和所述第二开关被连接在在所述驱动级功率放大器的输出端和所述低噪声放大器的输出端之间。

本发明通过所述第一开关将发射通道上的载波泄漏耦合到接收通道上，从而利用现有的接收通道来完成对发射通道上存在的载波泄漏进行检测。

所述的发射通道包括发射通道正交调制器，第一可变增益放大器，驱动级功率放大器；所述的接收通道包括低噪声放大器，接收通道正交解调器，第二可变增益放大器。

所述模拟基带的结构进一步包括：IQ数据交织/解交织模块，用于将I路和Q路数据交织在一起或者完成相应解交织功能的模块；模拟基带发射通道，用于对数字信号进行简单的处理；发射数模转换器，用于将数字信号转换成模拟信号；载波泄漏补偿电路，用于载波泄漏的补偿，产生直流；接收模数转换器，用于将模拟信号转换成数字信号；模拟基带接收通道，用于对接收的数字信号进行简单的数字信号处理；校准电路，用于计算、校准载波泄漏的处理单元。所述IQ数据交织/解交织模块、所述模拟基带发射通道、所述发射数模转换器、所述载波泄漏补偿电路依次相连；所述接收模数转换器、所述模拟基带接收通道、所述IQ数据交织/解交织模块依次相连；所述校准电路被连接在所述接收模数转换器的输出端和所述载波泄漏补偿电路的输入端之间。

本发明不需要额外的定向耦合器和功率检测装置，在这个收发机中，通过接收通道来检测发射通道上存在的载波泄漏功率；本发明只需要3次操作就可以同时有效的补偿I路和Q路上产生的载波泄漏，不需要多次迭代寻找最佳值。

附图说明

图1是现有抑制本振泄漏装置的系统框图；

图2是本发明的步骤流程图；

图3是本发明的系统框图；

图4是模拟基带的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

图2是本发明的步骤流程图。如图2所示，本发明包括如下步骤：步骤1，接收通道直流偏移校正，得到残留误差值；步骤2，发射通道和接收通道同时打开，并得到合理的配置增益；步骤3，进行载波泄漏功率校准，计算出补偿值；步骤4，关掉接收通道，在发射过程中将发射通道中的子电路带入补偿值，完成载波泄漏与补偿。

图3是本发明的系统框图。如图3所示，2100是数字基带，用于信息处理；2300是前端，包含开关、滤波器、功率放大器等器件；2400是天线，所述天线用于发射或者接收信号的装置；2200是收发机芯片，所述芯片集成了接收机和发射机。所述数字基带与收发芯片相连；所述收发芯片分别与数字基带和前端相连；所述天线与前端相连。所述收发机芯片2200中集成了模拟基带2210，发射通道正交调制器2220，第一可变增益放大器2230，驱动级功率放大器2240和低噪声放大器2250，接收通道正交解调器2260，第二可变增益放大器2280以及第一开关2270A。所述模拟基带2210，用于数字信号到模拟信号的相互转换和一些辅助功能；所述发射通道正交调制器2220是一种常用的调制器，用于上变频；所述第一可变增益放大器2230是一种放大器，可以改变增益；所述驱动级功率放大器2240是一种放大器，用于输出功率；所述低噪声放大器2250是一种放大器，噪声系数比较小，用于接收；所述接收通道正交解调器2260是一种常用的调制器，用于下变频；第二可变增益放大器2280是一种放大器，可以改变增益。所述模拟基带、所述发射通道正交调制器、所述第一可变增益放大器、所述驱动级功率放大器依次相连。所述低噪声放大器、所述接收通道正交调解器、所述第二可变增益放大器依次相连。所述第一开关和所述第二开关被连接在在所述驱动级功率放大器的输出端和所述低噪声放大器的输出端之间。

图4是模拟基带的结构示意图。如图所示，2211是IQ数据交织/解交织模块，2212是模拟基带发射通道，2213是发射数模转换器，2214是载波泄漏补偿电路，2215是接收模数转换器，2216是模拟基带接收通道，2217是校准电路。所述IQ数据交织/解交织模块2211用于将I路和Q路数据交织在一起或者完成相应解交织功能的模块；模拟基带发射通道2212用于对数字信号进行简单的处理；所述发射数模转换器2213用于将数字信号转换成模拟信号；所述载波泄漏补偿模块2214用于载波泄漏的补偿，产生直流；所述接收模数转换器2215用于将模拟信号转换成数字信号；所述模拟基带接收通道2216用于对接收的数字信号进行简单的数字信号处理；所述校准电路2217用于计算、校准载波泄漏的处理单元。所述IQ数据交织/解交织模块、所述模拟基带发射通道、所述发射数模转换器、所述载波泄漏补偿电路依次相连；所述接收模数转换器、所述模拟基带接收通道、所述IQ数据交织/解交织模块依次相连；所述校准电路被连接在所述接收模数转换器的输出端和所述载波泄漏补偿电路的输入端之间。

当本发明处于发射状态时，处于发射状态时的发射通道包括模拟基带2210中的IQ数据交织/解交织模块2211，模拟基带发射通道2212，发射数模转换器2213，载波泄漏补偿电路2214。所述IQ数据交织/解交织模块2211将接收I路和接收Q路交织在一起，送给数字基带；所述IQ数据交织/解交织模块2211把来自数字基带2100的发射数据分离成发射I路和发射Q路。数字基带信号通过模拟基带2210完成了数字信号到模拟信号的转换。所述模拟信号在通过发射通道正交调制器2220之后被调制到高频上去，分别被第一可变增益放大器2230和驱动级功率放大器2240放大到合适的功率，然后通过第一可变增益放大器2230，从驱动级功率放大器2240发射出去。

当本发明处于接收状态时，外部信号通过驱动级功率放大器2240以及第一可变增益放大器2230到达芯片引脚，分别经过低噪声放大器2250来完成信号的初次放大，然后通过接收通道正交解调器2260完成信号从高频到低频的转换，在转换之后被第二可变增益放大器2280进行相应的放大最终通过模拟基带2210来完成从模拟信号到数字信号的转换。所述数字信号被传输到数字基带2100来进行最终的通信相关信息处理，包括语音业务、数据业务等。

当本发明处于载波泄漏校准过程中时，发射通道全部打开，接收通道(包括模拟基带2210中的IQ数据交织/解交织模块2211，模拟基带发射通道2212，发射数模转换器2213，载波泄漏补偿电路2214)除了低噪声放大器2250关闭外全部处于正常工作状态，并且由第一开关2270A以及第二开关2270B完成从发射通道到接收通道的转移。所述发射通道包括发射通道正交调制器2220，第一可变增益放大器2230，驱动级功率放大器2240；所述接收通道包括低噪声放大器2250，接收通道正交解调器2260，可变增益放大器。校准电路2217根据接收模数转换器2215的载波泄漏值估计载波泄漏的大小并计算出相应的补偿值，所述补偿值最终通过载波泄漏补偿电路2214对整个发射通道的载波泄漏进行对应的补偿。

本发明不需要额外增加定向耦合器以及相应的功率检测电路。对于载波泄漏的检测，本发明通过第一开开关2270A将发射通道(所述发射通道为图3中的模拟基带2210，发射通道正交调制器2220，第一可变增益放大器2230，驱动级功率放大器2240)上的载波泄漏耦合到接收通道上，从而利用现有的接收通道来完成对发射通道上存在的载波泄漏进行检测。这种方式极大地降低电路设计的复杂性，有效地减少了昂贵的外围器件，节约电路板面积，有利于降低整个射频解决方案的成本。

除此之外，对整个载波泄漏的补偿算法，本发明也有独特的优势。本发明的补偿校准算法过程如下所述：

输出的载波泄漏功率依次经第一开关2270A->第二开关2270B->接收通道正交解调器2260->第二可变增益放大器2280。通过合理的配置模拟基带发射通道2212以及模拟基带接收通道2216的增益，使到达接收模数转换器2215时的幅度处于合适的范围内，即让接收模数转换器2215的精度不影响校准。

为了实现较好的载波泄漏抑制，假设载波泄漏补偿电路2214对I路和Q路(I，Q)的补偿值分别为(Ca_est_I，Ca_est_Q)，从载波泄漏补偿电路2214到校准电路2217是一个线性系统(以下所述线形系统简写为SYS)。本发明利用输入补偿参考点得到其测量值，可推导出载波泄漏补偿电路2214对(I，Q)需要的补偿值(Ca_est_I，Ca_est_Q)。过程如下：首先在载波泄漏补偿电路2214中输入补偿参考点(I0，Q0)，所述补偿参考点经过SYS即经过载波泄漏补偿电路2214到校准电路2217得到测量值1(Ieer0，Qeer0)；然后将补偿参考点改为(I0+n，Q0)，(在本实施例中补偿参考点的累加值为32，但并不能以此限定本发明，本发明补偿参考点累加值的取值范围可以是16～64)，即(I0+32，Q0)。所述补偿参考点经过SYS即经过载波泄漏补偿电路2214到校准电路2217得到测量值2(Ieer0+u，Qeer0+v)；再将补偿参考点改为(I0，Q0+n)即(I0，Q0+32)，所述补偿参考点经过SYS即经过载波泄漏补偿电路2214到校准电路2217得到测量值3(Ieer0+s，Qeer0+r)。

由于模拟基带接收通道2216是不理想的，在校准电路2217存在一个接收通道的残留误差值。所述残留误差是在指在固定的接收增益配置下接收机的固有误差，该值是固定不变的。假设所述残留误差值为：(Dc_looperr_I)，(Dc_looperr_Q)。如果所述残留误差值不确定，可以保持上面设置，关掉第一开关2270A和模拟基带发射通道2212，由校准电路2217计算一次即可。

根据以上假设，可列以下方程：

$\mathrm{SYS}\·\stackrel{\→}{X}+\left(\begin{array}{c}\mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_i\\ \mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_q\end{array}\right)=\stackrel{\→}{Y}---\mathrm{Eq}1$

$\mathrm{SYS}\·[\left(\begin{array}{c}I0\\ Q0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\_\mathrm{est}\_i\\ \mathrm{Ca}\_\mathrm{est}\_Q\end{array}\right)]+\left(\begin{array}{c}\mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_i\\ \mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ierr}0\\ \mathrm{Qerr}0\end{array}\right)---\mathrm{Eq}2$

$\mathrm{SYS}\·[\left(\begin{array}{c}I0\\ Q0\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}32\\ 0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\_\mathrm{est}\_i\\ \mathrm{Ca}\_\mathrm{est}\_Q\end{array}\right)]+\left(\begin{array}{c}\mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_i\\ \mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ierr}0+u\\ \mathrm{Qerr}0+v\end{array}\right)---\mathrm{Eq}3$

$\mathrm{SYS}\·[\left(\begin{array}{c}I0\\ Q0\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ 32\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ca}\_\mathrm{est}\_i\\ \mathrm{Ca}\_\mathrm{est}\_Q\end{array}\right)]+\left(\begin{array}{c}\mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_i\\ \mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ierr}0+s\\ \mathrm{Qerr}0+r\end{array}\right)---\mathrm{Eq}4$

由以上方程可以推出补偿值(Ca_est_I，Ca_est_Q)＝(I0+32x，Q0+32y)，其中x为输入值，y为输出值。X，y可以由以下方程得到：

$x=\frac{\mathrm{ar}-\mathrm{bs}}{\mathrm{ru}-\mathrm{sv}}$

$y=\frac{\mathrm{bu}-\mathrm{av}}{\mathrm{ru}-\mathrm{sv}}$

其中

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ierr}0\\ \mathrm{Qerr}0\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_i\\ \mathrm{Dc}\_\mathrm{looperr}\_q\end{array}\right)=-\left(\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right)---\mathrm{Eq}5$

由此，将计算得到的补偿值(Ca_est_I，Ca_est_Q)在载波泄漏补偿电路2214中补偿相应的载波泄漏，即可在天线口有效抑制载波泄漏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抑制载波泄漏的方法，包括如下步骤：

步骤1，接收通道直流偏移校正，得到残留误差值；

步骤2，发射通道和接收通道同时打开，并得到配置增益；

步骤3，进行载波泄漏功率校准，计算出补偿值；

步骤4，关掉接收通道，在发射过程中将发射通道中的子电路带入补偿值，完成载波泄漏与补偿。

2.如权利要求1所述的一种抑制载波泄漏的方法，其特征在于，所述步骤3进一步地包括：

步骤3.1，输入补偿参考点(I0，Q0)，得到测量值1(Ieer0，Qeer0)；

步骤3.2，将补偿参考点改为(I0+n，Q0)，得到测量值2(Ieer0+u，Qeer0+v)，n为补偿参考点的累加值；

步骤3.3，再将补偿参考点改为(I0，Q0+n)，得到测量值3(Ieer0+s，Qeer0+r)，n为补偿参考点的累加值；

步骤3.4，列出方程，并求解方程，得到补偿值。

3.如权利要求2所述的一种抑制载波泄漏的方法，其特征在于：所述补偿参考点的累加值n的取值范围为16～64；

4.一种抑制载波泄漏的装置，其特征在于其结构至少包括：

数字基带，用于信号处理；

收发机芯片，集成了接收机和发射机；

前端；

天线，用于发射或者接收信号的装置；

所述数字基带与收发芯片相连；所述收发芯片分别与数字基带和前端相连；所述天线与前端相连。

5.如权利要求4所述的一种抑制载波泄漏的装置，其特征在于所述收发芯片的结构进一步包括：

模拟基带，用于数字信号到模拟信号的相互转换和一些辅助功能；

发射通道正交调制器，所述发射通道正交调制器2220是一种常用的调制器，用于上变频；

第一可变增益放大器，用于改变增益；

驱动级功率放大器，用于输出功率；

低噪声放大器，用于接收信号；

接收通道正交解调器，用于下变频；

第二可变增益放大器，用于改变增益；

第一开关和第二开关；

所述模拟基带、所述发射通道正交调制器、所述第一可变增益放大器、所述驱动级功率放大器依次相连；所述低噪声放大器、所述接收通道正交调解器、所述第二可变增益放大器依次相连；所述第一开关和所述第二开关被连接在在所述驱动级功率放大器的输出端和所述低噪声放大器的输出端之间。

6.如权利要求5所述的一种抑制载波泄漏的装置，其特征在于：通过所述第一开关将发射通道上的载波泄漏耦合到接收通道上，从而利用现有的接收通道来完成对发射通道上存在的载波泄漏进行检测。

7.如权利要求6所述的一种抑制载波泄漏的装置，其特征在于：所述的发射通道包括发射通道正交调制器，第一可变增益放大器，驱动级功率放大器；所述的接收通道包括低噪声放大器，接收通道正交解调器，第二可变增益放大器。

8.如权利要求5所述的一种抑制载波泄漏的装置，其特征在于所述模拟基带的结构进一步包括：

IQ数据交织/解交织模块，用于将I路和Q路数据交织在一起或者完成相应解交织功能的模块；

模拟基带发射通道，用于对数字信号进行简单的处理；

发射数模转换器，用于将数字信号转换成模拟信号；

载波泄漏补偿电路，用于载波泄漏的补偿，产生直流；

接收模数转换器，用于将模拟信号转换成数字信号；

模拟基带接收通道，用于对接收的数字信号进行简单的数字信号处理；

校准电路，用于计算、校准载波泄漏的处理单元；

所述IQ数据交织/解交织模块、所述模拟基带发射通道、所述发射数模转换器、所述载波泄漏补偿电路依次相连；所述接收模数转换器、所述模拟基带接收通道、所述IQ数据交织/解交织模块依次相连；所述校准电路被连接在所述接收模数转换器的输出端和所述载波泄漏补偿电路的输入端之间。

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