CN102833198A - 针对零中频架构的iq不平衡校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，包括：幅度不平衡估计器、相位不平衡估计器、接收部分不平衡补偿器。本发明还公开了一种针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，包括：A、幅度不平衡估计步骤；B、相位不平衡估计步骤；C、接收部分不平衡补偿步骤。本发明通过利用当前的同相信号和正交信号，计算出其幅度不平衡因子及相位不平衡因子，从而对当前同相信号及正交信号进行IQ不平衡校正，实现方法简单、易实现、实时性好。本发明作为一种性能优良的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统及方法可广泛应用于通讯领域中。

Description

针对零中频架构的IQ不平衡校正系统及方法

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别是涉及零中频架构的IQ不平衡校正系统及方法。

背景技术

在通讯领域中，零中频架构因其结构简单、功耗低、成本低和集成度高而大受欢迎。其工作原理是：基带模拟信号经I、Q通道输入IQ正交调制器，IQ正交调制器对I、Q两路信号进行正交调制，发射正交调制输出信号。上述调制是模拟运算过程，I、Q信号之间会有增益和相位误差，即IQ不平衡。IQ不平衡直接影响接收机的解调性能，降低接收信号的EVM值，影响接收机性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种结构简单、容易实现、实时性好的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统。

本发明还提供了一种实现方式简单、易实现、实时性好的针对零中频架构的IQ不平衡校正方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

根据本发明的一方面，提供一种针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，包括：

幅度不平衡估计器，用于根据输入的同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子，并将其分别发送到相位不平衡估计器及接收部分不平衡补偿器；

相位不平衡估计器，用于根据输入的同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子，并将其发送到接收部分不平衡补偿器；

接收部分不平衡补偿器，用于根据接收到的所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正，并将其输出。

进一步，还包括直流补偿器，所述直流补偿器用于对输入的同相信号及正交信号进行直流补偿，校正其直流偏差，然后将其发送到所述幅度不平衡估计器、相位不平衡估计器及接收部分不平衡补偿器。

进一步，还包括发送部分不平衡补偿器，所述发送部分不平衡补偿器用于根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对接收部分不平衡补偿器输出的经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到经处理的不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出。

进一步，所述接收部分不平衡补偿器依次连接有数字下变频器、干扰抵消系统及数字上变频器，数字上变频器与发送部分不平衡补偿器连接。

进一步，所述幅度不平衡估计器，采用如下公式计算得出幅度不平衡因子：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

进一步，所述相位不平衡估计器，采用如下公式计算得出相位不平衡因子：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

进一步，所述接收部分不平衡补偿器，采用如下公式对输入的同相信号及正交信号进行补偿：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，

和

是经过IQ校正后的同相信号和正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

根据本发明的另一方面，提供一种针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，包括：

A、幅度不平衡估计步骤，根据同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子，并将其发送到相位不平衡估计器及接收部分不平衡补偿器；

B、相位不平衡估计步骤，根据同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子，并将其发送到接收部分不平衡补偿器；

C、接收部分不平衡补偿步骤，接收部分不平衡补偿器根据所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正。

进一步，在步骤C之后还包括：

D、发送部分不平衡补偿步骤，根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出。

 进一步，所述幅度不平衡估计步骤，采用如下公式计算得出幅度不平衡因子：

；

所述相位不平衡估计步骤，采用如下公式计算得出相位不平衡因子：

；

所述接收部分不平衡补偿步骤，采用如下公式对输入的同相信号及正交信号进行补偿：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，和

是经过IQ校正后的同相信号和正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

本发明的有益效果是：本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，通过幅度不平衡估计器及相位不平衡估计器，对当前的同相信号和正交信号，计算出幅度不平衡因子及相位不平衡因子，从而对当前同相信号及正交信号进行IQ不平衡校正，结构简单、容易实现、实时性好。

本发明的另一有益效果是：本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，通过利用当前的同相信号和正交信号，计算出其幅度不平衡因子及相位不平衡因子，从而对当前同相信号及正交信号进行IQ不平衡校正，实现方法简单、易实现、实时性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统结构框图；

图2是在直放站中采用本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统的示意图；

图3是采用本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正方法的直放站中的FPGA模块工作流程图。

具体实施方式

为了附图的理解及下文的描述，首先给出下列名词定义：

ADC（Analog-to-Digital Converter）：模数转换器；

DAC（Digital-to-Analog Converter）：数模转换器；

LNA（Low-Noise Amplifier）：低噪声放大器；

FPGA（Field Programmable Gate Array）：现场可编程门阵列；

ICS（Interference Cancellation System）：干扰抵消系统；

IQ（IN phase Orthogonal）：同相正交；

FIFO（First In First Out）：一种先进先出的数据缓存器；

DDC（Digital down converter）：数字下变频；

DUC（Digital Up Converter）：数字上变频；

LNA（Low Noise Amplifier）：低噪声放大器。

参照图1，根据本发明的一方面，提供一种针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，包括：

幅度不平衡估计器2，用于根据输入的同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子，并将其分别发送到相位不平衡估计器3及接收部分不平衡补偿器4；

相位不平衡估计器3，用于根据输入的同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子，并将其发送到接收部分不平衡补偿器4；

接收部分不平衡补偿器4，用于根据接收到的所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正，并将其输出。

进一步，还包括直流补偿器1，所述直流补偿器1用于对输入的同相信号及正交信号进行直流补偿，校正其直流偏差，然后将其发送到所述幅度不平衡估计器2、相位不平衡估计器3及接收部分不平衡补偿器4。

进一步，还包括发送部分不平衡补偿器5，所述发送部分不平衡补偿器5用于根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对接收部分不平衡补偿器4输出的经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到经处理的不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出。

进一步，所述接收部分不平衡补偿器4依次连接有数字下变频器 7、干扰抵消系统 8及数字上变频器 9，数字上变频器 9与发送部分不平衡补偿器5连接。

进一步，所述幅度不平衡估计器2，采用如下公式计算得出幅度不平衡因子：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

进一步，所述相位不平衡估计器3，采用如下公式计算得出相位不平衡因子：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

进一步，所述接收部分不平衡补偿器4，采用如下公式对输入的同相信号及正交信号进行补偿：

；

其中，和

是输入的同相信号及正交信号，

和

是经过IQ校正后的同相信号和正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

图2是在直放站中采用本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统的示意图，在这里，本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统集合在直放站的FPGA模块100中。当天线接收到微弱信号时，在射频处理阶段经过低噪放大器LNA 11的放大，再由IQ正交解调器12下变频到零中频模拟信号，再经过一个模数转换器ADC 13，把模拟的零中频信号转换成数字的零中频信号并送入FPGA模块100，FPGA模块100通过编程对信号进行处理，实现本发明的所有功能，包括直流补偿、IQ不平衡校正、数字上下变频，数字滤波和回波抵消等功能，然后数模转换器DAC14把经过FPGA模块100处理的数字信号转换成模拟的零中频信号，再经过IQ正交调制器15进行正交上变频等射频处理，最后经过功放发送出去。

其中，针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，包括直流补偿器1，幅度不平衡估计器2，相位不平衡估计器3，接收部分不平衡补偿器4，发送部分不平衡补偿器5等；另外，FPGA模块100还包括AD FIFO 6，数字下变频器 7，干扰抵消系统 8，数字上变频器 9，DA FIFO 10。在此，采用同一平台处理接收部分的IQ不平衡和发送部分的IQ不平衡，两部分的处理过程具有一定的相似性。在接收部分，发明中可先采用简单的数字公式估计出同相信号I与正交信号Q的幅度不平衡因子ρ1，然后根据估计的幅度不平衡因子继续估计相位不平衡因子α1，接着，用估计得到的两个不平衡因子来对当前的同相信号I和正交信号Q进行IQ校正。

在发送部分，由于直放站在发送信号前同样采用IQ正交调制器对发送信号进行调制，射频输出也会产生IQ不平衡现象。与接收部分处理方法略有不同的是，此时本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统在IQ正交调制器对信号调制之前，运用预失真的思想，先把输出的同相信号I和正交信号Q作逆平衡处理，使两路本来平衡的信号变成不平衡信号，而不平衡特性与经过IQ正交调制器后发生的不平衡特性相反。这样，输出的不平衡信号经过IQ正交调制器的“不平衡处理”，最终得到两路平衡的信号。这与预失真的原理相类似。另外，为了进一步节约成本，以上目标不通过采用增加反馈ADC器件来实现，而是直接从调试软件监控模块16输入预设幅度不平衡因子ρ2和预设相位不平衡因子α2，来对发送信号进行调制。而且所输入的两个校正因子都会被程序存储在非易失性存储器中如EEPROM，以便设备重新上电后直接调用。

根据本发明的另一方面，提供一种针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，包括：

A、幅度不平衡估计步骤，根据同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子，并将其发送到相位不平衡估计器3及接收部分不平衡补偿器4；

B、相位不平衡估计步骤，根据同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子，并将其发送到接收部分不平衡补偿器4；

C、接收部分不平衡补偿步骤，接收部分不平衡补偿器4根据所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正。

进一步，在步骤C之后还包括：

D、发送部分不平衡补偿步骤，根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出。

进一步，所述幅度不平衡估计步骤，采用如下公式计算得出幅度不平衡因子：

；

所述相位不平衡估计步骤，采用如下公式计算得出相位不平衡因子：

；

所述接收部分不平衡补偿步骤，采用如下公式对输入的同相信号及正交信号进行补偿：

；

其中，

和是输入的同相信号及正交信号，和是经过IQ校正后的同相信号和正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

参照图3，采用本发明的针对零中频架构的IQ不平衡校正方法的直放站中的FPGA模块工作流程图，包括以下步骤：

FIFO缓冲来自ADC的输入数据；

直流补偿步骤，对输入的同相信号及正交信号进行直流补偿，校正其直流偏差；

幅度不平衡估计步骤，根据同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子；

相位不平衡估计步骤，根据同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子；

接收部分不平衡补偿步骤，根据所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正；

数字下变频步骤；

干扰抵消处理步骤；

数字上变频步骤；

发送部分不平衡补偿步骤，根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出；

FIFO缓冲、发送数据到ADC。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于，包括：

幅度不平衡估计器（2），用于根据输入的同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子，并将其分别发送到相位不平衡估计器（3）及接收部分不平衡补偿器（4）；

相位不平衡估计器（3），用于根据输入的同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子，并将其发送到接收部分不平衡补偿器（4）；

接收部分不平衡补偿器（4），用于根据接收到的所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正，并将其输出。

2.根据权利要求1所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于：还包括直流补偿器（1），所述直流补偿器（1）用于对输入的同相信号及正交信号进行直流补偿，校正其直流偏差，然后将其发送到所述幅度不平衡估计器（2）、相位不平衡估计器（3）及接收部分不平衡补偿器（4）。

3.根据权利要求1所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于：还包括发送部分不平衡补偿器（5），所述发送部分不平衡补偿器（5）用于根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对接收部分不平衡补偿器（4）输出的经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到经处理的不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出。

4.根据权利要求3所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于：所述接收部分不平衡补偿器（4）依次连接有数字下变频器（7）、干扰抵消系统（8）及数字上变频器（9），数字上变频器（9）与发送部分不平衡补偿器（5）连接。

5.根据权利要求1所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于，所述幅度不平衡估计器（2），采用如下公式计算得出幅度不平衡因子：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

6.根据权利要求1所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于，所述相位不平衡估计器（3），采用如下公式计算得出相位不平衡因子：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

7.根据权利要求1至6任一项所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正系统，其特征在于，所述接收部分不平衡补偿器（4），采用如下公式对输入的同相信号及正交信号进行补偿：

；

其中，

和

是输入的同相信号及正交信号，

和

是经过IQ校正后的同相信号和正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

8.针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，其特征在于，包括：

A、幅度不平衡估计步骤，根据同相信号及正交信号，计算得出同相信号及正交信号的幅度不平衡因子，并将其发送到相位不平衡估计器（3）及接收部分不平衡补偿器（4）；

B、相位不平衡估计步骤，根据同相信号、正交信号及幅度不平衡因子，计算得出同相信号及正交信号的相位不平衡因子，并将其发送到接收部分不平衡补偿器（4）；

C、接收部分不平衡补偿步骤，接收部分不平衡补偿器（4）根据所述的幅度不平衡因子及相位不平衡因子，对同相信号及正交信号进行IQ校正。

9.根据权利要求8所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，其特征在于，在步骤C之后还包括：

D、发送部分不平衡补偿步骤，根据预设幅度不平衡因子及预设相位不平衡因子，对经过IQ校正的同相信号及正交信号进行逆平衡处理，得到不平衡的同相信号及正交信号，并将其输出。

10.根据权利要求8所述的针对零中频架构的IQ不平衡校正方法，其特征在于：

所述幅度不平衡估计步骤，采用如下公式计算得出幅度不平衡因子：

；

所述相位不平衡估计步骤，采用如下公式计算得出相位不平衡因子：

；

所述接收部分不平衡补偿步骤，采用如下公式对输入的同相信号及正交信号进行补偿：

；

其中，和

是输入的同相信号及正交信号，

和

是经过IQ校正后的同相信号和正交信号，ρ是计算得到的幅度不平衡因子，α是估计得到的相位不平衡因子，N是估算过程中所取的样本数量。

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