CN102594381B - 接收机及其镜像抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种接收机及其镜像抑制方法，在接收机上电后，向下行链路输入参考信号，参考信号经下行链路处理后再由上行链路处理，得到I/Q数据，对所得I/Q数据依次进行自相关、互相关、加和求平均和镜像校正系数计算，得到镜像校正系数，最后断开参考信号。这样，正常通信时，射频信号经上行链路处理后，就可以按照所得镜像校正系数进行镜像校正。本方法特别适用于零中频接收机，参考信号以白噪声信号为优选，射频信号经过上行零中频调制器的第一级镜像校正后，再按照所得镜像校正系数进行第二级镜像校正。最终，镜像可以被校正到-70dbm，系统的误差向量幅度、带内杂散和灵敏度等指标均有提升。

Description

接收机及其镜像抑制方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种接收机及其镜像抑制方法。

背景技术

接收机一般包括上行链路和下行链路，经上行链路处理后的信号通常存在零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成等优点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛关注。

在零中频接收机的应用过程中发现，I路和Q路数据的相位和幅度不平衡导致了信号镜像的存在，镜像会影响系统的指标。当主信号关于中心频点对称时，镜像与主信号会重叠在一起，此时会影响信号的误差向量幅度；当主信号不关于中心频点对称时，主信号与镜像关于中心频点对称，影响系统的带内杂散，同时会对带内的其他有用信号产生干扰。零中频接收机上行链路的零中频调制器具有镜像抑制功能，但其只能将镜像抑制到-40dbm左右，此时的镜像仍然影响着系统指标。

发明内容

本发明实施例提出了一种接收机及其镜像抑制方法，以抑制接收机的镜像干扰。

本发明实施例接收机的镜像抑制方法，所述接收机包括上行链路和下行链路，包括步骤：

向所述下行链路输入参考信号，将经过所述下行链路处理后的所述参考信号输出至所述上行链路；

经所述上行链路处理，得到所述参考信号的I/Q数据；

对所述参考信号的I路数据和Q路数据分别进行自相关和互相关运算，根据运算结果计算镜像校正系数；

断开向所述下行链路输入的参考信号；

根据所述镜像校正系数对经过所述上行链路处理后的正常信号的I/Q数据进行校正。

优选地，所述接收机为零中频接收机。

优选地，所述参考信号为白噪声信号。

优选地，所述白噪声信号为经过内插和数字滤波处理的白噪声信号。

优选地，对所述自相关和互相关运算所得的I路自相关数据、Q路自相关数据和IQ两路互相关数据分别进行加和求平均运算，根据加和求平均运算的结果再计算所述镜像校正系数。

本发明实施例接收机，包括上行链路和下行链路，还包括：

参考信号发生模块，用于在系数计算模式下，向所述下行链路输入参考信号，在正常通信模式下，断开所述参考信号的输入；

模式转换模块，用于在系数计算模式下，将经过所述下行链路处理的所述参考信号输出至所述上行链路，在正常通信模式下，断开所述下行链路向所述上行链路的信号传输，使所述上行链路和所述下行链路形成正常通信链路；

系数计算模块，用于在系数计算模式下，从所述上行链路接收所述参考信号的I/Q数据，对接收到的I/Q数据进行自相关和互相关运算，根据运算的结果计算镜像校正系数；

镜像校正模块，用于在正常通信模式下，按照所述镜像校正系数对所述上行链路处理后的正常信号的I/Q数据进行校正。

优选地，所述接收机为零中频接收机。

优选地，所述参考信号为白噪声信号。

优选地，所述白噪声信号为经过内插和数字滤波处理的白噪声信号。

优选地，所述模数转换模块包括第一双路开关和第二双路开关，所述第一双路开关和所述第二双路开关均包括系数计算端、正常通信端和刀闸，所述第一双路开关的刀闸与上行滤波器的输入端相连，所述第二双路开关的刀闸与下行放大器的输出端相连，所述第一双路开关的系数计算端与所述第二双路开关的系数计算端相连，当所述第一双路开关和所述第二双路开关的刀闸均打到系数计算端时，对应系数计算模式，当所述第一双路开关和所述第二双路开关的刀闸均打到正常通信端时，对应正常通信模式。

优选地，所述系数计算模块包括I/Q数据预处理模块和A、P计算模块，所述I/Q数据预处理模块包括：

I路数据接收模块，用于在系数计算模式下，从上行模数转换芯片接收I路数据；

Q路数据接收模块，用于在系数计算模式下，从上行模数转换芯片接收Q路数据；

I路数据自相关模块，用于对接收到的I路数据进行自相关运算，得到I路自相关数据；

Q路数据自相关模块，用于对接收到的Q路数据进行自相关运算，得到Q路自相关数据；

I/Q两路数据互相关模块，用于对接收到的I路数据和Q路数据进行互相关运算，得到IQ两路互相关数据；

数据交互模块，用于分别对所述I路自相关数据、Q路自相关数据和I、Q两路互相关数据进行加和求平均运算，

A、P计算模块，用于根据加和求平均运算的结果计算镜像校正系数A和P。

本发明实施例接收机及其镜像抑制方法，在接收机上电后，向下行链路输入参考信号，参考信号经下行链路处理后再由上行链路处理，得到I/Q数据，对所得I/Q数据依次进行自相关、互相关、加和求平均和镜像校正系数计算，得到镜像校正系数，最后断开参考信号。这样，正常通信时，射频信号经上行链路处理后，就可以按照所得镜像校正系数进行镜像校正。本方法特别适用于零中频接收机，参考信号以白噪声信号为优选，射频信号经过上行零中频调制器的第一级镜像校正后，再按照所得镜像校正系数进行第二级镜像校正。最终，镜像可以被校正到-70dbm，系统的误差向量幅度、带内杂散和灵敏度等指标均有提升。

附图说明

图1是本发明接收机的镜像抑制方法的流程示意图；

图2是现有技术零中频接收机的结构示意图；

图3是本发明实施例零中频接收机的结构示意图；

图4是本发明实施例零中频接收机中模式转换模块的结构示意图；

图5是本发明实施例零中频接收机系数计算模块的结构示意图；

图6是本发明实施例零中频接收机的镜像校正模块在FPGA内部实现时的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例接收机的镜像抑制方法，如图1所示，包括步骤：

步骤1、向所述下行链路输入参考信号，将经过所述下行链路处理后的所述参考信号输出至所述上行链路；

步骤2、经所述上行链路处理，得到所述参考信号的I/Q数据；

步骤3、对所述参考信号的I路数据和Q路数据分别进行自相关和互相关运算，根据运算结果计算镜像校正系数；

步骤4、断开向所述下行链路输入的参考信号；

步骤5、根据所述镜像校正系数对经过所述上行链路处理后的正常信号的I/Q数据进行校正。

出现镜像的原因是I/Q数据相位和幅度不平衡，因此，镜像抑制的根本是平衡IQ数据。具体实施时，可以是以I路数据为准，校正Q路数据，或以Q路数据为准，校正I路数据。其中，校正系数的计算方法已被现有技术公开，计算过程需要用到I/Q数据的自相关和互相关结果。

本方法首先根据参考信号计算出镜像校正系数，再按照该镜像矫正系数对正常信号进行镜像校正。本方法特别适用于零中频接收机，参考信号以大带宽的白噪声信号为优选。

现有技术中零中频接收机的一般结构如图2所示，包括上行链路和下行链路。上行链路包括依次相连的上行滤波器、上行放大器、上行零中频调制器、上行模数转换芯片和FPGA芯片，以及与上行零中频调制器相连的射频上行本振。下行链路包括依次相连的FPGA芯片、下行数模转换芯片、下行调制器、下行滤波器和下行放大器，以及与下行调制器相连的射频下行本振。上述零中频接收机上行链路的零中频调制器具有镜像抑制的功能，但其只能将镜像抑制到-40dbm左右，本发明实施例将其作为第一级镜像抑制，再对其输出的IQ数据进行第二级镜像抑制，这样，最终镜像被抑制到-70dbm左右，满足了系统需求。

为了传输白噪声信号，首先连接上行滤波器的输入端和下行放大器的输出端，使上行链路和下行链路形成闭环。白噪声信号优选地从下行模数转换芯片输入，经下行链路和上行链路处理后，从上行模数转换芯片输出，得到白噪声信号的I/Q数据，据此计算镜像矫正系数。镜像校正系数计算完成后，断开上行滤波器输入端和下行放大器输出端之间的连接，使上行链路和下行链路形成正常通信链路，按照所述镜像校正系数对上行模数转换芯片输出的IQ数据进行校正。

输入到下行数模转换芯片的白噪声信号是数字信号，经过下行链路的数模转换、调制、滤波和放大后，转变为射频信号被上行链路接收，经上行链路的滤波、放大、零中频调制后，经过了第一级镜像抑制或者说第一级镜像校正，再经上行模数转换芯片后，输出为IQ两路数据。为了计算镜像校正系数，对每个I路数据进行自相关得到I路自相关数据(n为数据序号，下同)，对每个Q路数据进行自相关得到Q路自相关数据对每组I路和Q路数据进行互相关得到IQ两路互相关数据I_n*Q_n。为了统一计算结果，再分别对所有I路自相关数据所有IQ两路互相关数据I_n*Q_n加和求平均，得到和 E|I_n*Q_n|。

以校正Q路数据为例，校正系数A和P的计算公式如下：

$A=\frac{E\left({{|I}_n|}^2\right)-E\left({{|Q}_n|}^2\right)}{2*E\left({{|Q}_n|}^2\right)}---\left(1\right)$

$P=\frac{-(1+A)*E\left(\right|I_n*Q_n\left|\right)}{E\left({\left|I_n\right|}^2\right)}---\left(2\right)$

上式(1)、(2)在“无线通信接收机中基带信号的IQ不平衡校准方法及设备”专利中有详细描述。

得到了校正系数A、P，将上下行环路断开后，零中频接收机即可正常工作。上行链路接收到的射频信号从上行模数转换芯片输出后，对输出的IQ数据中的Q路数据按照下式进行校正，I路数据由于是基准不必校正。

$Q_c^n=Q_n+(A*Q_n+P*I_n)---\left(3\right)$

上式中，I_n表示序号为n的I路数据，Q_n表示序号为n的Q路数据，表示校正后的序号为n的Q路数据。

校正后的Q路数据的幅度和相位与I路数据基本一致，经试验检测，镜像被校正到-70dbm。整个系统的误差向量幅度、带内杂散和灵敏度等指标均有提升。经校正后，IQ数据经FPGA芯片进入正常信号链路。

白噪声信号带宽较宽，这是本发明将白噪声信号作为系数计算的信号来源的原因，但带宽过宽将造成资源浪费等不良后果。作为一个优选的实施例，白噪声信号在进入下行数模转换芯片前，先经过内插和数字滤波处理，内插和数字滤波的具体参数根据正常通信时上行链路接收到的射频信号的参数进行设置。这样，输入至下行数模转换芯片的白噪声信号的带宽就与上行链路接收的射频信号的带宽一致了。

本发明实施例接收机，包括上行链路和下行链路，还包括：

参考信号发生模块，用于在系数计算模式下，向所述下行链路输入参考信号，在正常通信模式下，断开所述参考信号的输入；

模式转换模块，用于在系数计算模式下，将经过所述下行链路处理的所述参考信号输出至所述上行链路，在正常通信模式下，断开所述下行链路向所述上行链路的信号传输，使所述上行链路和所述下行链路形成正常通信链路；

系数计算模块，用于在系数计算模式下，从所述上行链路接收所述参考信号的I/Q数据，对接收到的I/Q数据进行自相关和互相关运算，根据运算的结果计算镜像校正系数；

镜像校正模块，用于在正常通信模式下，按照所述镜像校正系数对所述上行链路处理后的正常信号的I/Q数据进行校正。

作为一个优选的实施例，所述接收机为零中频接收机，所述参考信号为白噪声信号，相应的参考信号发生模块为白噪声信号发生模块。现有零中频接收机的结构如图2所示，增加了本发明实施例的相应模块后，零中频接收机的结构如图3所示。模式转换模块连接在上行滤波器和下行放大器之间，控制着这条链路的通断。作为一个优选的实施例，模数转换模块的具体表现形式是两个双路开关，如图4所示，即第一双路开关SW1和第二双路开关SW2。SW1和SW2均包括系数计算端、正常通信端和刀闸。SW1的刀闸与上行滤波器的输入端相连，SW2的刀闸与下行放大器的输出端相连。SW1的触点1对应其正常通信端，触点2对应其系数计算端，SW2的触点1对应其系数计算端，触点2对应其正常通信端，SW1的触点2与SW2的触点1相连。

零中频接收机上电后，接收正常信号前，应该先计算出镜像校正系数，以便对后期接收的正常的射频信号进行校正。为此，用户将SW1的刀闸打到触点2，将SW2的刀闸打到触点1，零中频接收机的上下行链路形成环路，用户相当于选择了系数计算模式。此时，白噪声发生模块和系数计算模块开始工作，白噪声发生模块向下行数模转换芯片发送白噪声信号，系数计算模块则从上行数模转换芯片接收白噪声信号的IQ数据，从而根据IQ数据计算镜像校正系数，并将所计算出来的镜像校正系数写入镜像校正模块。当系数校正模块完成系数计算后，可以采用标志位置位等方式通知用户系数计算工作已完成，用户收到通知后，将SW1的刀闸打到触点1，将SW2的刀闸打到触点2，即选择了正常通信模式，环路断开，上下行链路形成正常通信链路。射频信号经上行零中频调制器处理后，镜像被校正到-40dbm左右，再经镜像校正模块的处理后，镜像被校正到-70dbm，校正后的信号进入FPGA芯片，按照正常流程进行处理。

作为一个优选的实施例，本发明实施例零中频接收机还包括相连的内插模块和数字滤波器，内插模块和数字滤波器连在白噪声发生模块和下行数模转换芯片之间。白噪声信号经内插后，速率得到提高，但其仍是一个全频带的白噪声信号。为了不浪费带宽所占资源，再进行数字滤波处理。内插模块和数字滤波器的参数与上行链路正常通信时接收的射频信号相适应。这样，输入下行数模转换芯片的就是带宽与上行链路所接收射频信号的带宽一致的白噪声信号。

作为一个优选的实施例，如图5所示，所述系数计算模块包括IQ数据预处理模块和A、P计算模块。其中，IQ数据预处理模块包括：

I路数据接收模块，用于当所述模式转换模块接收到的模式选择为系数计算模式时，从上行模数转换芯片接收I路数据；

Q路数据接收模块，用于当所述模式转换模块接收到的模式选择为系数计算模式时，从上行模数转换芯片接收Q路数据；

I路数据自相关模块，用于对接收到的I路数据进行自相关运算，得到I路自相关数据；

Q路数据自相关模块，用于对接收到的Q路数据进行自相关运算，得到Q路自相关数据；

IQ两路数据互相关模块，用于对接收到的I路数据和Q路数据进行互相关运算，得到IQ两路互相关数据；

数据交互模块，用于分别对所述I路自相关数据、Q路自相关数据和IQ两路互相关数据进行加和求平均运算。

A、P计算模块，用于根据加和求平均的结果计算镜像校正系数A和P。

A、P计算模块计算A和P所采用的公式可以是前述式(1)、式(2)，镜像校正模块采用的公式可以是前述式(3)，在此不予赘述。A、P计算模块计算出镜像校正系数后，可以将镜像校正系数写入镜像校正模块，或等待镜像校正模块来读取。

上述白噪声发生模块、内插模块、数字滤波器、镜像校正模块、IQ数据预处理模块进行的都是数字域的处理，为了简化零中频接收机的结构，这些模块和器件均可在FPGA芯片内实现。图6所示是镜像校正模块在FPGA芯片内实现时的零中频接收机的结构示意图。A、P计算模块由于涉及到除法运算，FPGA芯片无法实现。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种接收机的镜像抑制方法，所述接收机包括上行链路和下行链路，其特征在于，包括步骤： 

向所述下行链路输入参考信号，将经过所述下行链路处理后的所述参考信号输出至所述上行链路； 

经所述上行链路处理，得到所述参考信号的I/Q数据； 

对所述参考信号的I路数据和Q路数据分别进行自相关和互相关运算，根据运算结果计算镜像校正系数； 

断开向所述下行链路输入的参考信号； 

根据所述镜像校正系数对经过所述上行链路处理后的正常信号的I/Q数据进行校正， 

所述参考信号为白噪声信号，所述白噪声信号为经过内插和数字滤波处理的白噪声信号， 

采用第一双路开关和第二双路开关控制所述参考信号的输入与断开，所述第一双路开关和所述第二双路开关均包括系数计算端、正常通信端和刀闸，所述第一双路开关的刀闸与上行滤波器的输入端相连，所述第二双路开关的刀闸与下行放大器的输出端相连，所述第一双路开关的系数计算端与所述第二双路开关的系数计算端相连，当所述第一双路开关和所述第二双路开关的刀闸均打到系数计算端时，向所述下行链路输入参考信号，将经过所述下行链路处理的所述参考信号输出至所述上行链路，当所述第一双路开关和所述第二双路开关的刀闸均打到正常通信端时，断开向所述下行链路输入的参考信号。

2. 根据权利要求1所述的接收机的镜像抑制方法，其特征在于，所述接收机为零中频接收机。 

3.根据权利要求1或2所述的接收机的镜像抑制方法，其特征在于，对所述自相关和互相关运算所得的I路自相关数据、Q路自相关数据和IQ两路互相关数据分别进行加和求平均运算，根据加和求平均运算的结果再计算所述镜像校正系数。 

4.一种接收机，包括上行链路和下行链路，其特征在于，还包括： 

参考信号发生模块，用于在系数计算模式下，向所述下行链路输入参考信号，在正常通信模式下，断开所述参考信号的输入； 

模式转换模块，用于在系数计算模式下，将经过所述下行链路处理的所述参考信号输出至所述上行链路，在正常通信模式下，断开所述下行链路向所述上行链路的信号传输，使所述上行链路和所述下行链路形成正常通信链路； 

系数计算模块，用于在系数计算模式下，从所述上行链路接收所述参考信号的I/Q数据，对接收到的I/Q数据进行自相关和互相关运算，根据运算的结果计算镜像校正系数； 

镜像校正模块，用于在正常通信模式下，按照所述镜像校正系数对所述上行链路处理后的正常信号的I/Q数据进行校正， 

所述参考信号为白噪声信号，所述白噪声信号为经过内插和数字滤波处理的白噪声信号， 

所述模式转换模块包括第一双路开关和第二双路开关，所述第一双路开关和所述第二双路开关均包括系数计算端、正常通信端和刀闸，所述第一双路开关的刀闸与上行滤波器的输入端相连，所述第二双路开关的刀闸与下行放大器的输出端相连，所述第一双路开关的系数计算端与所述第二双路开关的系数计算端相连，当所述第一双路开关和所述第二双路开关的刀闸均打到系数计算端时，对应系数计算模式，当所述第一双路开关和所述第二双路开关的刀闸均打到正常通信端时，对应正常通信模式。 

5.根据权利要求4所述的接收机，其特征在于，所述接收机为零中频接收机。 

6.根据权利要求4或5所述的接收机，其特征在于，所述系数计算模块包括I/Q数据预处理模块和A、P计算模块，所述I/Q数据预处理模块包括： 

I路数据接收模块，用于在系数计算模式下，从上行模数转换芯片接收I 路数据； 

Q路数据接收模块，用于在系数计算模式下，从上行模数转换芯片接收Q路数据； 

I路数据自相关模块，用于对接收到的I路数据进行自相关运算，得到I路自相关数据； 

Q路数据自相关模块，用于对接收到的Q路数据进行自相关运算，得到Q路自相关数据； 

I/Q两路数据互相关模块，用于对接收到的I路数据和Q路数据进行互相关运算，得到IQ两路互相关数据； 

数据交互模块，用于分别对所述I路自相关数据、Q路自相关数据和I、Q两路互相关数据进行加和求平均运算， 

A、P计算模块，用于根据加和求平均运算的结果计算镜像校正系数A和P。