CN103248588A - 补偿器单元、接收机单元和相应的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及补偿器单元、接收机单元和相应的处理方法。该补偿器单元用于补偿在期望频带内同相位信号和正交相位信号之间的频率相关性失配，包括：第一滤波器，适于补偿所述同相位信号和所述正交相位信号之间的失配；自相关估计单元，适于估计所述同相位信号和所述正交相位信号之间的自相关；其中所述估计的自相关用于计算所述第一滤波器的滤波器系数；第二滤波器，位于所述补偿器单元的输入端和所述自相关估计单元的输入端之间，并且适于削弱未位于所述期望频带的镜像区的至少一个信号。

Description

补偿器单元、接收机单元和相应的处理方法

技术领域

本发明的实施方式涉及用于补偿期望频带内同相位信号和正交相位信号之间的频率相关性失配（frequency dependent imbalance）的补偿器单元、接收机单元和用于处理同相位信号和正交相位信号的相应方法。

背景技术

正交调制系统将第一源信号调制到载波信号的同相分量（I）上，并将第二源信号调制到载波信号的正交分量（Q）上，其中正交分量与同相分量在相位上相差90度。两个分量被叠加然后通过真实信道（real channel）发送。在接收机执行相反的过程。所接收的信号被下变频，以恢复第一源信号和第二源信号。第一源信号和第二源信号可以是独立的模拟信号或者可以由单一的数字信号得到，该单一的数字信号在发送侧被分成第一源信号和第二源信号，而在接收器侧可以由合并接收的第一源信号和第二源信号得到恢复。

利用I/Q信号处理的接收器结构易于造成I路和Q路（信道）之间的失配（不平衡）。例如，被配置为在I路和Q路之间等分引入的接收信号的分路器单元可以引入相位和增益差。这两路中的不同信号延迟可能会引起额外的相位失配。由本机振荡器输出产生正交相位信号的移相器可以提供并非精确地为90度的差分相位。I信道和Q信道混频器可能具有不同的变频方式，其可以是频率相关的。此外，在I路和Q路中的滤波器和放大器典型地并不完美地匹配。这些I/Q失配对接收机性能有有害影响。

在调谐器中的模拟部分的I/Q失配能够用数字的方式予以补偿。如果存在频率相关性I/Q失配，则用具有有限数量抽头的补偿器进行的补偿并不理想。在这种情况下，现有的补偿器显示了频率相关性性能。在low-IF（中间频率）接收器概念中，期望信号通常位于频谱的负频率，然而不期望的信号却位于频谱的正频率。对于一些输入信号（即，例如，期望模拟电视（TV）广播信号）和模拟相邻信道，在频谱的不期望的部分补偿性能良好，而在期望部分则补偿性能差。这导致相邻信道的显著串扰进入期望信号。

需要提供一种补偿技术，即使I/Q失配包含频率相关性部分，也可以提供满意的结果。

发明内容

本发明一方面提供了一种补偿器单元，用于补偿期望频带内同相位信号和正交相位信号之间的频率相关性失配，所述补偿器单元包括：第一滤波器，适于补偿所述同相位信号和所述正交相位信号之间的失配；自相关估计单元，适于估计所述同相位信号和所述正交相位信号之间的自相关；其中估计的所述自相关用于计算所述第一滤波器的滤波器系数；第二滤波器，位于所述补偿器单元的输入端和所述自相关估计单元的输入端之间，并且适于削弱未位于所述期望频带的镜像区内的至少一个信号。

进一步地，所述至少一个信号包括未位于所述期望频带的所述镜像区内的最强信号。

进一步地，所述第二滤波器具有实值系数。

进一步地，所述第二滤波器为带通滤波器。

进一步地，所述第二滤波器为带阻滤波器。

进一步地，所述第二滤波器由一个以上级联的二阶无限冲激响应陷波滤波器形成。

所述补偿器单元，进一步包括：分析器单元，适于：获取输入至所述补偿器单元的样本；基于获取的所述样本计算功率谱；将所述期望频带的镜像频率设置为0；以及在将所述镜像频率设置为0之后，识别出剩余功率谱中的最强分量；其中，所述第二滤波器适于对所述最强分量进行陷波。

本发明另一方面，提供了一种接收机单元，包括：正交解调器，被配置为根据调制载波信号生成采样同相位信号和采样正交相位信号；以及上述任一项中的补偿器单元。

本发明又一方面，提供了一种用于处理采样同相位信号和采样正交相位信号的方法，所述方法包括：削弱未位于期望频带的镜像区内的至少一个信号；基于削弱的所述信号，估计所述同相位信号和所述正交相位信号之间的自相关；生成滤波器的滤波器系数；基于生成的所述滤波器系数，补偿所述同相位信号和所述正交相位信号之间的失配。

进一步地，所述至少一个信号包括未位于所述期望频带的所述镜像区内的最强信号。

进一步地，所述至少削弱最强信号包括：获取同相位样本和正交相位样本；基于获取的所述样本计算功率谱；将所述期望频带的镜像频率设置为0；在将所述镜像频率设置为0之后，识别出剩余功率谱中的最强分量；以及对所述最强分量进行陷波。

附图说明

附图被包括进来以提供对实施方式的进一步理解并形成一体且构成本说明书的一部分。附图示出了实施方式并和描述一起来解释实施方式的原理。其它实施方式及其许多预期的优点将容易理解，通过参考以下详细描述能更好地理解它们。

图1是根据本发明实施方式的补偿器单元的示意性框图；

图2是示出了根据本发明另一实施方式的在正交解调器中的I/Q信道之间补偿失配的方法的简化流程图；

图3是示出了低中频接收器结构的示意性框图；

图4是具有陷波频率的滤波器频率响应的实例；

图5a和5b是示出了在根据本发明实施方式的没有和具有第二滤波器的自相关估计单元的输入端的频谱的框图；

图6a和6b是示出了根据本发明实施方式的没有和具有第二滤波器的镜像抑制比（MIRR）的比较的框图；

图7描述了根据本发明进一步实施方式的补偿器单元的示意性框图；

图8示出了根据本发明进一步实施方式的补偿失配的方法的示意性流程图；

图9示出了根据用于解释背景技术的实例的补偿器单元的示意性框图；

图10示出下变频至中频之后I/Q失配的影响。

具体实施方式

图1示出了补偿器单元100，包括第一滤波器102、自相关估计单元104和第二滤波器106。第一滤波器102适于补偿同相位信号和正交相位信号之间的失配。

自相关估计单元104适于估计同相位信号和正交相位信号之间的自相关，并基于该自相关计算第一滤波器102的滤波器系数。

第二滤波器106位于补偿器单元100的输入端108和自相关估计单元104的输入端之间。第二滤波器106适于削弱不位于期望频带的镜像区（mirror region）中的至少一个信号。在第二滤波器106作为数字滤波器实现时系数可以存储在补偿器单元100的存储单元（例如，寄存器）中。

被削弱的至少一个信号可以是未位于期望频带的镜像区内的最强信号。该最强信号可以位于期望频带内。

补偿器单元100的输入端108可以从模数转换器（ADC，未描述）或从混频器（未描述）接收信号。

在图2中，示出了根据本发明实施方式的方法步骤。

在步骤S200中，削弱未位于期望频带的镜像区内的至少一个信号。该至少一个信号可以是未位于期望频带的镜像区内的最强信号。

在步骤S202中，基于从步骤S200所削弱的信号，估计在同相位信号和正交相位信号之间的自相关。

在步骤S204中，基于同相位信号和正交相位信号之间的自相关，生成第一滤波器102的滤波器系数。

在步骤S206中，基于所生成的滤波器系数，对失配予以补偿。

第二滤波器106用于抑制（reject）由并未在接收器中引发任何接收问题的失配所产生的图像。因此，自相关估计单元104并未看到这些图像，因此不会调节补偿以抑制这些图像。相反，它将调节补偿以抑制期望频带内的图像。第二滤波器106能够削弱期望信号的强的部分。它也可能削弱强的带外信号。

可能合适的滤波器形状为带阻滤波器或带通滤波器。为了保持关于零频率的信号谱的对称，第二滤波器106在作为数字滤波器实现时可以具有实值系数。

由于第二滤波器106位于由第二滤波器106和自相关估计单元104形成的估计路径中，所以不需要精确的频率响应或者不变的群延迟。第二滤波器106的可能实施基于级联的二阶无限冲激响应（IIR）陷波滤波器（notch filter）。

正如图3对补偿器单元100的示意性描述，它可以用在低中频（中频）接收机结构中。例如，接收机结构可以是模拟电视接收机的部分。在这种情况下，期望频带可以是包含与期望的（例如，用户选择的）电视频道相关联的音视频信号的频带。

无线频率信号302由天线304接收并在预选滤波器306中进行滤波。然后，预选滤波信号在低噪音放大器中进行放大并在第一混频器310中与来自第一本地振荡器312的信号进行混频。生成的中频312在另一个放大器314中被放大并通过中频滤波器316滤波。然后，所滤波的信号由模数转换器（ADC）318转换成数字信号，并在第二混频器319中与来自第二本地振荡器320的信号进行混频，生成基带信号330。在基带中，基带信号330进一步由信道选择滤波器332滤波。补偿器单元100可以位于例如模数转换器318和第二混频器319之间。

在图4中，描述了在±1.4MHz和±5.9MHz处具有示例性陷波频率的第二滤波器106的频率响应的实例。

图5a和5b示出了第二滤波器106对在自相关估计单元的输入端的频谱的影响。图5a示出了没有第二滤波器106的输入频谱实例，而在图5b中，描绘了具有第二滤波器106的相应输入频谱。

在图5a中，在频谱的负区域中，在频率f1处能够观察到示例性的一个强期望视频载波，并且在频率f3处能够观察到对应的强期望音频载波。在这个实例中，期望频带是包含期望视频载波以及期望音频载波的频带；期望频带的镜像区域（其为与期望频带具有相同带宽、相反符号的频带）包含相对应的图像信号。在频谱的正区域中频率f5处能够观察到期望视频载波的镜像图像。在频谱的正区域中频率f4处，存在不期望的强音频载波。这个不期望的音频载波的对应镜像图像位于频谱的负区域中频率f2处。

由于自相关估计单元被配置为寻找镜像图像，所以它将检测频率f5和频率f2处的镜像。为了移除两个镜像，将优化失配校正的整个结果来移除这两个镜像，从而导致了图6a中示意性描绘的镜像抑制比。正如能够很容易观察到的，在这个实例中，镜像抑制比对于频谱正区域中的2MHz的频率区域而言是高的。然而，这并不是位于频谱负区域的期望频带。

当实施适于削弱位于期望频带的镜像频率之外的至少一个信号（例如，如图5中所描绘的，位于期望频带的镜像区域之外的最强信号）的第二滤波器106时，易于观察到在频率f1的期望视频载波的信号和在频率f3的期望音频载波的信号远远低于没有第二滤波器106的信号。在频率f4处的不期望的音频载波没有被削弱，因为它位于期望频带的镜像区域内（因此没有被选为位于期望频带的镜像区域之外的最强信号）。另一方面，因为本实施方式的第二滤波器106具有实值系数——正如削弱所选择的期望视频载波，也要削弱对应的镜像，在频率f5处的期望视频载波的镜像也会被削弱，尽管其位于镜像区域内。因此，自相关估计单元将会关注剩余镜像频率（即，在频率f2的不期望的音频载波的镜像），从而为了补偿I/Q失配，计算第一滤波器102的滤波器系数，并且其导致了具有4MHz左右的负频率处的期望频带内最大值的镜像抑制比，正如在图6b中所描述的。吗

还由于在图5a和5b中频率f1左侧和频率f5右侧的区域中的信号可能会影响自相关估计单元，并且所计算的第一滤波器102的滤波器系数可能不适于补偿期望频带内的I/Q失配，还可能产生第二滤波器106，作为削弱或移除具有绝对值大于期望频带及其镜像区域内的频率的这些频率的带通滤波器。

在图7中，描述了补偿单元700的另一实施方式。除了适于补偿I/Q失配的第一滤波器102，自相关估计单元104和第二滤波器106之外，还设置了用于自动设置第二滤波器106的滤波器系数的分析单元702。使用这个实施方式，第二滤波器106的设置能够自动地适于改变接收条件。

分析器702所使用的方法被示意性地描绘为图8中的流程图。在步骤S800中，获取某些时间周期的复杂输入信号。

在步骤S802中，使用这个样本数据计算复杂功率谱。在下一个步骤S804中，将镜像（关于频率f=0）期望频带（由箭头810指示）的所有频率点设置为0。

在步骤S806中，从剩余功率谱中识别出具有最强功率的n个分量，其中n相当于第二滤波器106的陷波滤波器部分的数量。在步骤S808中，对应的频率是陷波滤波器频率的备选频率，并且在步骤S809中用于设置第二滤波器106的对应滤波器系数。

在图9中，描述了作为现有技术的不具有第二滤波器106的补偿器单元900。现有补偿器单元示出了频率相关性性能。对于一些输入信号（即，期望模拟电视（TV）广播信号）和模拟相邻信道，在频谱的不期望的部分补偿性能良好，而在期望部分补偿性能差。这会导致相邻信道的明显串扰进入期望信号。

在图10中，通过示出在I/Q下变频之前和之后的频域内信号的大小，示意性地描述了I/Q失配的影响。在图10的左侧，在正频率范围（|Z（f）|）内描绘了第一载波1和第二载波2。在负频率范围内存在相应的镜像频谱（|Z*（f）|）。在下变频（图10的右侧）之后，可见载波2的镜像频谱的部分漏入载波1的频率区域，从而干扰载波1（对应地，载波1的镜像频率的一部分将会干扰载波2）。当载波1为期望载波而载波2为不期望的载波时，载波1会受干扰。

利用根据本发明实施方式的第二滤波器106，自相关估计单元将削弱载波2的镜像，由此优化载波1所位于的区域的镜像抑制比，使得载波2的镜像不干扰载波1。

所提出的补偿器单元相应于使输入信号有变化的时间而言具有鲁棒性，它示出了快速收敛和小的实现尺寸以及低功耗。

由于第二滤波器106插入估计器路径，因为信号频率响应不受影响并且自相关估计单元104容许群延迟失真，所以能够使用低成本滤波器106。

在出现频率相关性I/Q失配时可以使用一个抽头的补偿器单元100。一般地，对于给定的失配和补偿性能，相比于没有第二滤波器106的实施方式，补偿器单元的抽头数量可以更少。

Claims (11)

1.一种补偿器单元，用于补偿期望频带内同相位信号和正交相位信号之间的频率相关性失配，所述补偿器单元包括：

第一滤波器，适于补偿所述同相位信号和所述正交相位信号之间的失配；

自相关估计单元，适于估计所述同相位信号和所述正交相位信号之间的自相关；其中估计的所述自相关用于计算所述第一滤波器的滤波器系数；

第二滤波器，位于所述补偿器单元的输入端和所述自相关估计单元的输入端之间，并且适于削弱未位于所述期望频带的镜像区内的至少一个信号。

2.根据权利要求1所述的补偿器单元，其中，所述至少一个信号包括未位于所述期望频带的所述镜像区内的最强信号。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的补偿器单元，其中，所述第二滤波器具有实值系数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的补偿器单元，其中，所述第二滤波器为带通滤波器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的补偿器单元，其中，所述第二滤波器为带阻滤波器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的补偿器单元，其中，所述第二滤波器由一个以上级联的二阶无限冲激响应陷波滤波器形成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的补偿器单元，进一步包括：分析器单元，适于：

获取输入至所述补偿器单元的样本；

基于获取的所述样本计算功率谱；

将所述期望频带的镜像频率设置为0；以及

在将所述镜像频率设置为0之后，识别出剩余功率谱中的最强分量；

其中，所述第二滤波器适于对所述最强分量进行陷波。

8.一种接收机单元，包括：

正交解调器，被配置为根据调制载波信号生成采样同相位信号和采样正交相位信号；以及

权利要求1至7中任一项所述的补偿器单元。

9.一种用于处理采样同相位信号和采样正交相位信号的方法，所述方法包括：

削弱未位于期望频带的镜像区内的至少一个信号；

基于削弱的所述信号，估计所述同相位信号和所述正交相位信号之间的自相关；

生成滤波器的滤波器系数；

基于生成的所述滤波器系数，补偿所述同相位信号和所述正交相位信号之间的失配。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个信号包括未位于所述期望频带的所述镜像区内的最强信号。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少削弱最强信号包括：获取同相位样本和正交相位样本；

基于获取的所述样本计算功率谱；

将所述期望频带的镜像频率设置为0；

在将所述镜像频率设置为0之后，识别出剩余功率谱中的最强分量；以及

对所述最强分量进行陷波。

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