CN102246423A - 校准无线电收发器的二阶互调截点的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

校准无线电收发器的二阶互调截点(IIP2)的方法包括以下步骤：根据发送基带信号(STXBB-REF)生成二阶互调(IM2)参考信号(STXIM2-REF)；根据所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)和无线电收发器输出信号(Output)估算二阶互调功率；调谐二阶互调截点调谐器以找到最低二阶互调功率；提取对应于所述最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点。

Description

校准无线电收发器的二阶互调截点的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通信装置，且更具体地涉及能够使直接变频接收机的二阶干扰降低的动态二阶截点校准。
背景技术
直接变频接收机(DCR)结构主要因其高集成度而广泛应用在现代无线通信系统中，该高集成度使成本较低、尺寸较小。例如，目前选择诸如零中频(ZIF)结构的DCR结构用于第三代宽带码分多址(3G WCDMA)手机或通用移动通信系统(UMTS)手机的无线电接收机。
直接变频接收机的主要困难在于主要与闪变噪声有关的基带协同定位噪声、直流偏移和二阶互调失真(IM2)，它们都破坏期望信号且严重地降低接收机灵敏度。在宽带应用中，能够通过高通滤波减轻闪变噪声和直流偏移。反过来说，在这样的应用中，IM2失真仍为最关键的现象。
IM2主要源自下变频混频器，尤其是由其微分结构部分中的非线性和失配引起。IM2主要产生在前端混频器中且与期望信号占用相同的频带。与任何干扰源有关的IM2功率取决于它的功率电平和二阶截点(IP2)电平，该二阶截点(IP2)电平表示IM2失真补偿的品质因数。
例如，在3G WCDMA全双工(FDD)接收机中，主要困难与由发射机信号泄露产生的IM2失真有关。而且，随着3G收发器变得越来越复杂，例如，多频段、多标准、多模式，3G收发器需要得到新的二阶互调截点(IIP2)。
在便携式装置中，因为校准技术需要来自数字信号处理器(DSP)芯片的信号处理，而该数字信号处理器(DSP)芯片的计算能力和有效性严重受到限制，因此校准问题更为关键。
自动校准技术已开发，但只有当移动装置打开时才提供快速校准。而且，温度和频率的相依性导致降低校准点的性能水平。
例如，在3G WCDMA FDD工作模式中，需要外部双工器将接收与发送分开。因双工器有限的隔离发送和接收造成的发射机泄露进入接收机的输入端。这是二阶互调失真的主要原因。在接收机的基带处，这对应于发送信号包络的平方形式，且占用的带宽为发送振幅包络的带宽的二倍，由此导致接收机的灵敏度降低。
转向现有技术，US 2004 0 203 458示出了一种用以降低通信装置中的二阶干扰的方法和装置。其示出了一种用以通过信号处理来补偿该干扰的技术。
然而，此文献示出了一种用以降低仅由发送泄露导致的互调失真的方法。因此，例如，与WCDMA中的相邻信道有关的二阶非线性不能通过此方法消除。
而且，收发器变得越来越复杂，由此使得信号共存也变得更复杂。
发明内容
鉴于以上所述，由此提出通过动态地校准二阶截点且即使当装置正在操作时降低总互调失真并达到高的二阶截点要求。
一方面，提出了一种校准无线电收发器的二阶互调截点的方法。
此方法包括以下步骤：
-根据发送基带信号生成二阶互调(IM2)参考信号；
-根据所述二阶互调参考信号和无线电收发器输出信号估算二阶互调功率；
-调谐所生成的二阶互调截点以对应于最低二阶互调功率；
-提取对应于所找到的所述最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点。
根据第一特征，所述二阶互调参考信号优选通过发送基带信号的理想平方律处理生成。
通常承认，所述二阶互调效应可以由以下类型的平方律处理表示：
α·|STXBB-REF|2
其中|STXBB-REF|表示发送基带信号的时变复信号包络的幅值，且α是与二阶截点成比例的系数。
根据第二特征，有利地，可以利用自适应滤波部件估算所述二阶互调功率。
例如，为了估算所述二阶互调功率，所述自适应滤波部件通过对所述二阶互调参考信号与所述无线电收发器输出信号进行卷积来提取出所述无线电收发器输出信号中包括的二阶互调信号。
另一方面，提出了一种抑制无线电收发器的接收部件的二阶互调的方法。
根据此方法的一个普遍特征，所述方法包括以下步骤：
-将发送射频信号从发射机的上变频器注入到接收部件的混频器中；
-根据发送基带信号生成二阶互调(IM2)参考信号；
-根据所述二阶互调参考信号和无线电收发器输出信号估算二阶互调功率；
-调谐二阶互调截点以对应于最低二阶互调功率；
-提取对应于所述最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点；
-将自所述无线电收发器输出信号提取出的所述二阶互调信号从所述无线电收发器输出信号中减去。
发送射频信号在此用作所述二阶互调功率估算的测试信号。
发送泄露信号的复包络经历了某些失真，主要由放大器和双工器的隔离引起。因此，发送泄露信号不能与原始的发送基带信号类似，且严重面临着降低估算部件在这两个复包络之间的相关位准中的性能。而且，发送泄露信号的功率根据WCDMA通信标准变化。这是具有恒定功率的发送信号的一部分被注入到接收部件的混频器的输入端以克服对估算器的信号相关性的这些限制的原因。
发送泄漏信号与发送信号无关。由于此无关性的质量影响估算的质量，因此假如发现发送泄漏信号与发送信号有关，则可以对发送参考信号编码。
根据另一特征，估算所述IM2功率、调谐所述二阶互调截点及提取所述最佳二阶互调截点的步骤在闭环中进行。
将所述发送射频信号用作抑制二阶互调的测试信号及将闭环用于最佳控制使得能够在无线通信装置工作时连续地调节校准，因此补偿了主要由低振荡频率和温度变化引起的缓慢的逐渐衰减。
有利地，注入到接收部件的混频器中的发送射频信号可以根据无线电收发器的增益参数来修改。
根据又一特征，所述接收部件可以包括直接变频接收机。
第三方面，提出了一种校准无线电收发器的二阶互调截点的系统。
此系统包括生成部件、估算部件和提取部件，生成部件用以根据发送基带信号生成二阶互调参考信号，估算部件用以根据所述二阶互调参考信号和无线电收发器输出信号估算二阶互调功率，提取部件用以提取对应于最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点。
有利地，所述生成部件包括用以处理发送基带信号的平方律的部件。
所述估算部件可以包括自适应滤波部件。
有利地，所述自适应滤波部件包括用以计算所述二阶互调参考信号与所述无线电收发器输出信号的卷积的部件。
第四方面，提出了一种抑制无线电收发器的接收部件的二阶互调的系统。
该系统包括注入部件、生成部件、估算部件、提取部件和减去部件，注入部件用以将发送射频信号从发射机的上变频器注入到接收部件的混频器中，生成部件用以根据发送基带信号生成二阶互调参考信号，估算部件用以根据所述二阶互调参考信号和无线电收发器输出信号估算二阶互调功率，提取部件用以提取对应于找到的最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点，减去部件用以将自所述无线电收发器输出信号提取的所述二阶互调信号从无线电收发器输出信号中减去。
该系统还可包括包含估算部件、校准部件和二阶互调截点调谐器的闭环。
有利地，所述注入部件可以根据所述无线电收发器的增益参数来修改注入到所述接收部件的混频器中的发送射频信号。
有利地，所述接收部件可以包括直接变频接收机。
附图说明
通过阅读非限制性的详细描述和附图，本发明的其它优势和其它特性会变得很明显，附图中：
-图1示出了包括抑制二阶互调的系统的实施方式的无线电收发器的框图；
-图2是示出抑制二阶互调的方法的实施方式的逻辑流程图。
具体实施方式
图1示出了包括抑制二阶互调的系统的实施方式的无线通信装置的框图，所述无线通信装置例如为无线电收发器。
本系统同等地适用于模拟信号和数字信号。信号可以为数字形式或模拟形式，且在某些情况下可以为实信号或者复信号，即表示实部分和虚部分的独立信号成分。信号的数字、模拟或复合性质对本文描述的一般处理概念没有影响。
无线电收发器包括发送部件1和接收部件4，发送部件1能够通过连接到天线3的双工器2将射频信号发送到另一无线电收发器，接收部件4能够通过连接到天线3的双工器2接收由另一无线电收发器发射的射频信号。
发送数据被提供给基带发生器5，基带发生器5例如为数字信号处理器。该基带发生器产生用于发送部件1的实际的复调制包络信号，例如局部可作为直接变频无线电中的发送基带信号STXBB-REF。发送基带信号通过上变频器6调制发送载波以产生发送射频信号STXRF-REF。该发送射频信号由功率放大器7放大，且被注入到双工器2中并通过天线3发送出去。
在发送侧，由于独立天线之间的有限隔离或使用单个天线用于发送部件1和受影响的接收部件4，一些发送射频信号会作为干扰输入到接收部件4中。此发送泄露信号会导致在接收侧处的接收部件4接收的信号中形成二阶互调。
发送泄露信号通过包括低噪声放大器8的接收部件4的前端且由该前端修改。此时，发送泄露信号的复包络已经历了一定失真，包括线性失真和非线性失真。
在通过低噪声放大器8之后，发送泄露信号被注入到混频器9中。接着该信号由滤波部件10滤波以对穿过滤波部件10的信号进行滤波和放大。
在此实施方式中，二阶互调截点(IIP2)校准系统20针对该无线电收发器而实现。
IIP2校准系统20包括生成部件21、估算部件22、二阶互调截点调谐器24和提取部件23，生成部件21用以根据发送基带信号STXBB-REF生成二阶互调参考信号SIM2-REF，估算部件22用以根据二阶互调参考信号SIM2-REF和无线电收发器输出信号估算二阶互调功率，提取部件23用以提取对应于最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点。
生成部件21根据发送基带信号STXBB-REF生成二阶互调参考信号SIM2-REF。二阶互调参考信号SIM2-REF通过发送基带信号STXBB-REF的理想平方律处理生成。
理论上承认二阶互调效应可以由以下类型的理想平方律处理表示：
α·|STXBB-REF|2
其中|STXBB-REF|表示发送基带信号的时变复信号包络的幅值，且α是与二阶截点成比例的系数。
由生成部件21生成的二阶互调参考信号SIM2-REF被注入到估算部件22中，估算部件22在输入端还接收无线电收发器输出信号Output。
为了估算无线电收发器输出信号中包括的二阶互调信号的二阶互调功率，估算部件22利用自适应滤波部件。例如，利用最小均方自适应控制算法的自适应横向滤波器可以用在此实施方式中。
自适应滤波部件通过使二阶互调参考信号SIM2-REF与无线电收发器输出信号Output进行卷积及通过自适应控制算法调整其应用于二阶互调参考信号SIM2-REF的滤波参数，来提取包括在无线电收发器输出信号中的二阶互调信号。
利用自适应部件提取出无线电收发器输出信号Output中包括的二阶互调信号后，估算部件22于是估算二阶互调信号的功率。
二阶互调信号的功率，特别是低频IM2信号的功率，通过以下等式与二阶互调截点有关：
PIM2＝2·(PTXRF-REF-3)-IIP2+KTX
其中：
-PIM2表示二阶互调信号的功率，
-PTXRF-REF表示发送射频参考信号的功率，
-IIP2表示二阶互调截点，以及
-KTX是修正因子，其考虑到发送射频参考信号STXRF-REF不是双音信号，而是带宽信号。
因此，可以由提取部件23通过二阶互调的功率的估算来提取真正的二阶互调截点。提取出真正的IIP2后，提取部件23与二阶互调截点调谐器24合作利用一算法开始进行校准混频器，该算法用以改变IIP2调谐器24的代码且用以测量二阶互调功率已增大还是减小。一旦找到对应于最低IM2功率的IIP2调谐器代码，就认为已找到具有最高电平的IIP2。于是，提取此IIP2。同时，IIP2调谐器24保持对应于最低IM2功率的代码，因此，优化由IIP2调谐器24对混频器9进行的校准，IIP2调谐器24可用作与混频器连接的阻抗网络，以稳定混频器9中存在的非对称性并产生二阶互调。
为了在移动装置工作时校准二阶互调并因此以最佳效率抑制输出信号中存在的二阶互调，将发送射频参考信号STXRF-REF作为测试信号来进行混频器9的校准和二阶互调的估算。
由发送部件1的上变频器6生成的发送射频参考信号STXRF-REF的一部分借助于注入部件25被注入到接收部件的混频器9中，该接收部件在此实施方式中为直接变频接收机。发送射频参考信号STXRF-REF在此用作二阶互调功率估算的测试信号。
发送泄露信号的复包络经历一些大的振幅失真和相位失真，主要由放大器和双工器的隔离引起。由发送部件1生成的发送信号在双工器2被假定的频率带宽中操作，以拒绝并防止发送信号朝向接收部件4通过。因此，其为隔离响应的斜率中的频窗，进而隔离强烈依赖于频率。因此，发送泄露信号不能与原始的发送基带信号类似，且严重面临着降低估算部件在这两个复包络之间的相关位准中的性能。
而且，如在WCDMA通信标准中定义的那样，发送泄露信号的功率根据基站的控制变化。这是具有恒定功率的发送射频信号的一部分通过注入部件25被注入到接收部件4的混频器9的输入端以克服对估算器的信号相关性的这些限制的原因。
例如，当包括这样的无线电收发器的移动电话离基站很近时，会请求低功率的发送，而此基站可向相邻信道中的其它移动电话发送高功率电平。将发送射频参考信号STXRF-REF作为混频器9的输入会产生显著的二阶互调，因此能够产生准确的二阶截点校准，从而会消除由相邻信道中的基站发送信号生成的二阶互调干扰信号。
主要优势在于，这些二阶互调干扰经下变频混频器后会在接收信道内输出。在接收机链的很多实际设计中，实施混频器的可切换工作电流；此注入的增益的调节可以根据此混频器的工作点控制，使得将测试信号的最佳功率电平设定得高到足以使校准过程精确，且低到足以在结合校准过程之后将二阶互调删减到远低于期望接收的信号的水平。
发送泄漏信号与发送信号无关。由于此无关性的质量影响估算的质量，因此假如发现发送泄漏信号与发送信号有关，则可以对发送射频参考信号STXRF-REF编码。
用发送射频参考信号的一部分代替发送泄漏信号作为测试信号，避免在接收部件输入端之前必须添加滤波器。
因此，无线电收发器输出信号Output与二阶互调参考信号SIM2-REF有关，使得有效地估算无线电收发器输出信号Output中包括的二阶互调信号的功率。
在利用自适应滤波部件自无线电收发器输出信号Output提取出二阶互调信号之后，利用减去部件11自接收部件4的输出信号减去该二阶互调信号。混频器9已由IIP2调谐器24校准，因此可以找到最低的二阶互调功率。
现在参考图2，图2为示出抑制二阶互调的方法的实施方式的逻辑流程图。
在第一步骤201中，由发送部件1的上变频器6生成的发送射频信号STXRF-REF的一部分被注入到接收部件4的混频器9中。在下一步骤202中，根据发送基带信号STXBB-REF生成二阶互调参考信号SIM2-REF。
接着，在下一步骤203中，利用自适应滤波部件，根据二阶互调参考信号SIM2-REF和无线电收发器输出信号Output估算二阶互调功率。
在随后的步骤204中，修改二阶互调截点调谐器24的代码以找到最低的二阶互调功率。
接着通过提取部件23提取对应于找到的最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点(步骤205)，因此使得能够利用针对对应于找到的最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点的IIP2调谐器24找到的代码校准该混频器。
最后，在步骤206中，利用估算部件22中包括的自适应滤波部件自无线电收发器输出信号Output提取出的二阶互调信号借助于减去部件11从接收输出信号中减去。

Claims (16)

1.一种校准无线电收发器的二阶互调截点(IIP2)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-根据发送基带信号(STXBB-REF)生成二阶互调(IM2)参考信号(STXIM2-REF)；
-根据所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)和无线电收发器输出信号(Output)估算二阶互调功率；
-调谐二阶互调截点调谐器以对应于最低二阶互调功率；
-提取对应于所述最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)通过所述发送基带信号(STXBB-REF)的平方律处理生成。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述二阶互调功率利用自适应滤波部件估算。
4.如权利要求3所述的方法，其中，为了估算所述二阶互调功率，所述自适应滤波部件通过对所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)和所述无线电收发器输出信号(Output)进行卷积来提取所述无线电收发器输出信号(Output)中包括的所述二阶互调信号。
5.一种抑制无线电收发器的接收部件(4)的二阶互调的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-将发送射频信号(STXRF-REF)从发送部件(1)的上变频器(6)注入到接收部件(4)的混频器(9)中；
-根据发送基带信号(STXBB-REF)生成二阶互调参考信号(STXIM2-REF)；
-根据所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)和无线电收发器输出信号(Output)估算二阶互调功率；
-调谐对应于最低二阶互调功率的二阶互调截点；
-提取对应于找到的所述最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点；
-将自所述无线电收发器输出信号(Output)提取出的所述二阶互调信号从所述无线电收发器输出信号(Output)中减去。
6.如权利要求5所述的方法，其中估算所述二阶互调功率、修改所述调谐器(24)及提取所述最佳二阶互调截点的步骤在闭环中进行。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中注入到所述接收部件(4)的混频器(9)中的所述发送射频信号(STXRF-REF)能够根据所述无线电收发器的增益参数来修改。
8.如权利要求5到7所述的方法，其中所述接收部件(4)包括直接变频接收机。
9.一种校准无线电收发器的二阶互调截点(IIP2)的系统，其特征在于，所述系统包括生成部件(21)、估算部件(22)和提取部件(23)，所述生成部件(21)用以根据发送基带信号(STXBB-REF)生成二阶互调参考信号(STXIM2-REF)，所述估算部件(22)用以根据所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)和无线电收发器输出信号(Output)估算二阶互调功率，所述提取部件(23)用以提取对应于最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述生成部件(21)包括用以处理所述发送基带信号的平方律的部件。
11.如权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述估算部件(22)包括自适应滤波部件。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述自适应滤波部件包括用以计算所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)与所述无线电收发器输出信号(Output)的卷积的部件。
13.一种抑制无线电收发器的接收部件(4)的二阶互调的系统，其特征在于，所述系统包括注入部件(25)、生成部件(21)、估算部件(22)、提取部件(23)和减去部件(11)，所述注入部件(25)用以将发送射频信号(STXRF-REF)从发送部件(1)的上变频器(6)注入到接收部件(4)的混频器(9)中，所述生成部件(21)用以根据发送基带信号(STXBB-REF)生成二阶互调参考信号(STXIM2-REF)，所述估算部件(22)用以根据所述二阶互调参考信号(STXIM2-REF)和无线电收发器输出信号(Output)估算二阶互调功率，所述提取部件(23)用以提取对应于最低二阶互调功率的最佳二阶互调截点，所述减去部件(11)用以将自所述无线电收发器输出信号(Output)提取的所述二阶互调信号(STXIM2-REF)从所述无线电收发器输出信号(Output)中减去。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统包括包含所述估算部件(22)、所述提取部件(23)和二阶互调截点调谐器(24)的闭环。
15.如权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述注入部件(25)能够根据所述无线电收发器的增益参数修改注入到所述接收部件(4)的所述混频器(9)中的所述发送射频信号(STXRF-REF)。
16.如权利要求13到15所述的系统，其特征在于，所述接收部件包括直接变频接收机。
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