CN103516644B - 发射端同相正交校准失真参数的输出方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发射端同相正交校准失真参数的输出方法及装置，其中，上述方法包括：获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，所述分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；输出获取到的IQ校准失真参数。采用本发明提供的上述技术方案，解决了相关技术中，失真参数上报方案实现较复杂以及浪费资源等技术问题，从而达到了在不需要设置估计补偿模块的情况下，简单准确地输出失真参数的效果。

Description

发射端同相正交校准失真参数的输出方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种发射端同相正交（In-phase/Quadrature，简称为IQ）校准失真参数的输出方法及装置。

背景技术

在微波通信系统中，在发射端经过IQ调制时由于模拟器件的不理想，会产生相位失真、幅度失真、直流偏置等失真。通常使用发端IQ校准来解决上述失真过程，而发端IQ校准上报显示失真参数的机制可以更好的反映出模拟器件的失真情况，起到良好的监控效果。通常IQ校准系统如下图1所示，其中，数模转换器（Digital to Analog Converter，简称为DAC）模块103、上变频处理模块105和数模转换器（Digital to Analog Converter，简称为ADC）107模块为模拟部分，下变频处理模块109、频谱反转模块111、时延检测补偿模块113、功率归一模块115和去直流模块117为IQ校准的预处理部分，IQ校准模块101为IQ校准部分，参数计算模块119用于反馈参与IQ校准参数计算的信号存在分数倍延时的时候模拟失真参数上报，但是，该参数计算模块119，在参数计算时一般忽略相偏的影响，使得计算后上报的信息不准，或者额外的添加相偏估计和补偿模块，使得系统过于复杂。

目前，发射端IQ调制的具体方案如下：

设信号I'Q'数据从IQ校准模块101输出，到最后由下变频处理模块109反馈回来I″Q″数据，I″Q″经过了幅度失真、相位失真、直流偏置与相位旋转（由频谱反转模块111实现）。设幅度失真为a_i和a_q，相位失真为θ，直流失真为d_i和d_q。在失真模型中有幅度失真a_i,a_q＞0,相位失真为-π/4<θ<π/4，直流失真为d_i和d_q为实数。则发端失真模型为下面公式所表示：

其中：

H为IQ调制时引起的相位、幅度失真，D为直流偏置。

IQ补偿是为了补偿其中相位失真，幅度失真和直流失真，其补偿公式为：

经过IQ补偿的数据，最终输出链路后满足：

理想的IQ补偿矩阵G和C矩阵等于：

G=H^-1

C=-H^-1D=-G·D (5)

采用矩阵求逆算法求解G和C矩阵算法过程如下：

模拟反馈信号经过ADC模块、下变频处理模块和频谱反转模块后的输出计为x(n)，将x(n)送入时延检测补偿模块，输出为y(n)，其中

y(n)=I″(n-τ)+i×Q″(n-τ) (6)

其中τ为模拟反馈时延，单位为整数个中频采样符号。对y进行功率归一化,求归一化因子delta_power

y′=delta_power·y (8)

其中，x(n)表示理想输入信号，y(n)表示经过时延补偿的反馈信号，y(n)为归一化后的反馈信号。

接着我们对y(n)进行去直流处理：

y″(n)＝y′(n)-d （10）

d为计算求得的直流失真量，y(n)为去直流后的反馈信号。

G补偿矩阵求解

C补偿矩阵求解：

G补偿矩阵系数归一化：

系数归一化后的补偿矩阵G矩阵等于：

gmax=max(|gt₁₁|,|gt₁₂|,|gt₂₁|,|gt₂₂|)

采用上述处理过程，由于需要设计额外的相偏估计补偿模块，来保证失真参数的上报的输入信号的不存在相位偏差，方案实现比较复杂，并且，浪费运行资源。

针对相关技术中的上述问题，目前尚无有效地解决方案。

发明内容

针对相关技术中，失真参数上报方案实现较复杂以及浪费资源等技术问题，本发明提供一种发射端同相正交IQ校准失真参数的输出方法及装置，以至少解决上述技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种发射端同相正交（IQ）校准失真参数的输出方法，包括：获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，所述分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；输出获取到的IQ校准失真参数。

上述相位旋转矩阵通过以下公式得到：其中，R为所述相位旋转矩阵,为待处理信号经过预处理后的未处理的分数延时引起的相位旋转角度，

按照以下公式对根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行修正：G′delta_power·gmax·R_i·G，其中，delta_power表示G矩阵的功率归一化系数和gmax表示G矩阵最大值系数，i=0,1,2,3······。

上述相位旋转角度通过以下公式得到：k＝0,±1,±2……，其中，g₁₁，g₁₂，g₂₁，和g₂₂为修正后的G矩阵中的元素。

上述IQ校准失真参数包括：相位失真参数和幅度失真参数；按照以下方式根据修正后的IQ补偿矩阵计算得到IQ校准失真参数：其中，θ表示相位失真参数，g₁₁和g₁₂为修正后的G矩阵中的元素；其中，表示第I路信号幅度相对于第Q路信号的幅度失真参数；其中，表示第Q路信号幅度相对于第I路信号的幅度失真参数。

根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数之后，还包括：将获取到的IQ校准失真参数上报至IQ校准模块对待处理信号进行补偿处理。

根据本发明的另一个方面，提供了一种发射端同相正交（IQ）校准失真参数的输出装置，包括：第一获取模块，用于获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，所述分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；修正模块，用于根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；第二获取模块，用于根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；输出模块，用于输出计算得到的IQ校准失真参数。

上述第一获取模块，用于通过以下公式计算得到所述相位旋转矩阵：其中，R为所述相位旋转矩阵,为待处理信号经过预处理后未处理的分数延时引起的相位旋转角度，

通过本发明，采用根据获取的相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行修正，并输出根据修正后IQ补偿矩阵获取的IQ校准失真参数的技术手段，解决了相关技术中，失真参数上报方案实现较复杂以及浪费资源等技术问题，从而达到了在不需要设置估计补偿模块的情况下，简单准确地输出失真参数的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据相关技术的发射端IQ校准系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的发射端IQ校准失真参数的输出方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的发射端IQ校准失真参数的输出装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图2为根据本发明实施例的发射端IQ校准失真参数的输出方法的流程图。如图2所示，该方法包括：

步骤S202，获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；

步骤S204，根据相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；

步骤S206，根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；

步骤S208，输出获取到的IQ校准失真参数。

通过上述处理过程，由于采用根据获取的相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行修正，并输出根据修正后IQ补偿矩阵获取的IQ校准失真参数的技术手段，在输出或上报失真参数的过程中省略了估计补偿模块，从而可以解决失真参数上报方案实现较复杂以及浪费资源等技术问题，实现了在不需要设置的情况下，简单准确地输出失真参数。

上述相位旋转矩阵可以采用以下公式得到：其中，R为相位旋转矩阵,为待处理信号经过预处理后的未处理的分数延时引起的相位旋转角度，

按照以下方式对相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行修正：

按照以下公式对根据相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行修正：G′delta_power·gmax·R_i·G，其中，delta_power表示G矩阵的功率归一化系数和gmax表示G矩阵最大值系数，i=0,1,2,3······。

相位旋转角度通过以下公式得到：k＝0,±1,±2……，其中，g₁₁，g₁₂，g₂₁，和g₂₂为修正后的G矩阵中的元素。

上述IQ校准失真参数包括：相位失真参数和幅度失真参数；按照以下方式根据修正后的IQ补偿矩阵计算得到IQ校准失真参数：其中，θ表示相位失真参数，g₁₁和g₁₂为修正后的G矩阵中的元素；

其中，表示第I路信号幅度相对于第Q路信号的幅度失真参数；

其中，表示第Q路信号幅度相对于第I路信号的幅度失真参数。

根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数之后，将获取到的IQ校准失真参数上报至IQ校准模块对待处理信号进行补偿处理。

在本实施例中还提供了一种发射端IQ校准失真参数的输出装置，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3为根据本发明实施例的发射端IQ校准失真参数的输出装置的结构框图。如图3所示，该装置包括：

第一获取模块30，连接至修正模块32，用于获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，所述分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；

修正模块32，连接至第二获取模块34，用于根据相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；

第二获取模块34，连接至输出模块36，用于根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；

输出模块36，用于输出计算得到的IQ校准失真参数。

通过上述处理模块所实现的功能，使得上述装置可以采用根据获取的相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行修正，并输出根据修正后IQ补偿矩阵获取的IQ校准失真参数的技术手段，在输出或上报失真参数的过程中省略了估计补偿模块，从而可以解决失真参数上报方案实现较复杂以及浪费资源等技术问题，实现了在不需要设置的情况下，简单准确地输出失真参数。

在本发明的一个优选实施方式中，上述第一获取模块30，用于通过以下公式计算得到相位旋转矩阵：其中，R为相位旋转矩阵,为待处理信号经过预处理后未处理的分数延时引起的相位旋转角度，

优选地，上述修正模块32，用于按照以下方式对相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正：

为了更好地理解上述实施例，以下结合具体实施例详细说明。以下实施例所要解决的是微波通信系统中发端IQ校准,采用矩阵求逆算法时参数计算的问题，通过以下实施例可以方便地根据需要来了解IQ调制时模拟器件失真情况，能够更方便的定位和解决问题。通过修正发端IQ校准系统方程而不是采用传统的分数滤波器来解决发端IQ校准参数上报的问题，修正后的系统方程较传统的分数滤波器来讲，更节省资源、更灵活，可以通过软件来实现。

实施例1

在计算IQ失真模型时，需要先计算相位旋转为然后将对补偿矩阵G进行坐标旋转，最后再根据旋转后的G和C矩阵求得失真模型的幅度失真与相位失真，以及IQ两路的直流偏移量。本节给出了如何根据GC补偿矩阵与相关参数，计算失真模型的推导过程。

考虑到分数倍反馈时延的影响，发端IQ校准系统方程可以修正为

其中，R为分数倍时延引起的相位旋转,为信号经过上下变频和模拟反馈、滤波、整数倍延时补偿等处理后未处理的分数延时带来的相位旋转，其中

背景技术中的公式(5)则变为：

G＝R^-1·H^-1

C=-H^-1D=-R·G·D (14)

可得R·GT=H^-1，即R·β·G=H^-1,β=delta_power·gmax

由于失真模型补偿矩阵M：

可见，根据失真模型补偿矩阵M矩阵中系数具有下面特性：

所以，根据(15)、(16)和(17)，有下面关系式：

根据上式可得的旋转相位计算公式如下：

可得

下面根据约束条件得到k来求得公式(20)中的

根据假设在失真模型中有幅度失真1≥a_i≥0.6，1≥a_q≥0.6，相位失真为-π/16<θ<π/16。那么公式(16)中矩阵M的系数取值范围为：

1.8>m₁₁,m₂₂≥1

0.35>m₁₂,m₂₁>-0.35 (21)

在此，设计测试旋转矩阵R0，R1，R2，R3为：

R₂＝-R₀

R₃＝-R₁ (22)

计算R0，R1，R2，R3分别与G的乘积：

根据公式(21)，设置判断条件为满足下面不等式的i值：

根据i值确定k值：

那么根据公式(20)可得，相位顺时针旋转角度和旋转矩阵R。

根据上一步得到的旋转矩阵R，功率归一化系数delta_power和G矩阵最大值系数gmax，得到校正后的G补偿矩阵。其计算公式为：

G′＝delta_power·gmax·R_i·G (26)

根据幅度和相位失真与h11、h12、h21、h22的关系为:

h₁₁=A·cos(θ)

h₁₂=B·sin(θ)

h₂₁=A·sin(θ)

h₂₂＝B·cos(θ) (27)

其中A为I路幅度失真，B为Q路幅度失真，θ为相位失真，根据公式(27)中第二行除以第四行，第三行除以第一行，有：

根据公式(27)中第一行除以第四行，第三行除以第二行，有：

根据矩阵求逆算法求得的G矩阵和C矩阵可以得到H矩阵和D矩阵：

求直流失真，相位失真和幅度失真：

将公式(30)带入公式(5)，可以求得直流失真为

根据公式(28)和公式(30)，可以得到

这样，我们可以求得相位失真：

结合公式(29)和公式(30)，我们可以根据G矩阵求得幅度失真：

该处幅度失真是指I路幅度相对于Q幅度失真大小，若要Q路幅度相对于I幅度失真大小只需对公式(34)求倒数。

本实施例在系统方程上进行了修正，即考虑到了相位偏差的影响，又不需要添加额外的模块来进行处理。可以实现简单易于实现，且准确的效果。

实施例2

第一步：通过发端IQ校准模块，可以求得G、C补偿矩阵系数；gmax系数；G矩阵系数归一化系数和功率归一化因子delta_power。该步骤依赖于此专利之外的发端IQ校准矩阵求逆算法。

第二步：计算旋转相位

第三步：计算旋转矩阵R

在此，设计测试旋转矩阵R0，R1，R2，R3为：

R₂＝-R₀

R₃=-R₁ (36)

计算R0，R1，R2，R3分别与G的乘积：

根据公式(21)，作下面的判决

ret=-1;

for(i＝0;i<4;i++)

{

if((ai·delta_power·gmax>0.5)&&(di·delta_power·gmax>0.5))

{ret＝i;break;}

}

最后将ret再赋值给i,即i=ret；根据i值确定旋转矩阵所取的R_i，和旋转后的G矩阵G′_i。如果计算得到的i为-1，则认为该组G补偿矩阵出现错误，需要重新采集G补偿矩阵进行计算。

第四步：G矩阵校正：

根据上一步得到的旋转后的G′_i、功率归一化系数delta_power、G矩阵最大值系数gmax，可以得到校正后的G补偿矩阵。其计算公式为：

G″＝delta_power·gmax·G′_i (38)

第五步：计算直流失真大小

根据上步计算得到的G补偿矩阵和C补偿矩阵，直流失真的计算公式为：

第六步：计算相位失真和幅度失真

该处幅度失真是指I路幅度相对于Q幅度失真大小，若要Q路幅度相对于I幅度失真大小只需对公式(41)求倒数。即：

通过上述实施例，可以看出，本发明实现了以下有益效果：

通过本发明实施例可以实时准确地观察发射端模拟失真情况。不需要添加分数延时滤波器，可以简单准确的估计出发端IQ校准的各失真参数。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算系统来实现，它们可以集中在单个的计算系统上，或者分布在多个计算系统所组成的网络上，可选地，它们可以用计算系统可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储系统中由计算系统来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种发射端同相正交校准失真参数的输出方法，其特征在于，包括：

获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，所述分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给同相正交IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；

根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；

根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；

输出获取到的IQ校准失真参数；

其中，所述相位旋转矩阵通过以下公式得到：

其中，R为所述相位旋转矩阵,为待处理信号经过预处理后的未处理的分数延时引起的相位旋转角度，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照以下方式根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正：

其中，G表示修正后的IQ补偿矩阵的G矩阵，C表示修正后的IQ补偿矩阵的C矩阵，a_i和a_q分别表示第i路和第q路信号的幅度失真，θ表示相位失真的角度，d_i和d_q分别表示第i路信号和第q路信号的直流失真。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照以下公式对旋转修正后的G进行校正：

G′＝delta_power·gmax·R_i·G，其中，delta_power表示G矩阵的功率归一化系数，gmax表示G矩阵最大值系数，i＝0,1,2,3······。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相位旋转角度通过以下公式得到：

其中，g₁₁，g₁₂，g₂₁，和g₂₂为修正后的G矩阵中的元素。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述IQ校准失真参数包括：直流失真参数；按照以下方式根据修正后的IQ补偿矩阵计算得到IQ校准失真参数：

其中，表示直流失真参数，c_i和c_q分别表示C矩阵中第i路信号和第q路信号所对应的元素，g₁₁′，g₁₂′，g₂₁′，和g₂₂′为修正后的G′矩阵中的元素。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述IQ校准失真参数包括：相位失真参数和幅度失真参数；按照以下方式根据修正后的IQ补偿矩阵计算得到IQ校准失真参数：

其中，θ表示相位失真参数，g₁₁′和g₁₂′为修正后的G′矩阵中的元素；

其中，表示第I路信号幅度相对于第Q路信号的幅度失真参数；

其中，表示第Q路信号幅度相对于第I路信号的幅度失真参数；g₁₁，和g₂₂为所述G矩阵中的元素。

7.根据权利要求2至6任一项所述的方法，其特征在于，根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数之后，还包括：

将获取到的IQ校准失真参数上报至IQ校准模块对待处理信号进行补偿处理。

8.一种发射端同相正交校准失真参数的输出装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取分数倍反馈时延引起的相位旋转矩阵，其中，所述分数倍反馈时延为模拟混频的输出信号反馈给同相正交IQ校准模块时相对于IQ校准输入信号的时延；

修正模块，用于根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正；

第二获取模块，用于根据修正后的IQ补偿矩阵获取IQ校准失真参数；

输出模块，用于输出计算得到的IQ校准失真参数；

其中，所述第一获取模块，用于通过以下公式计算得到所述相位旋转矩阵：

其中，R为所述相位旋转矩阵,为待处理信号经过预处理后未处理的分数延时引起的相位旋转角度，

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述修正模块，用于按照以下方式根据所述相位旋转矩阵对IQ补偿矩阵进行旋转修正：

其中，G表示修正后的IQ补偿矩阵的G矩阵，C表示修正后的IQ补偿矩阵的C矩阵，a_i和a_q分别表示第i路和第q路信号的幅度失真，θ表示相位失真的角度，d_i和d_q分别表示第i路信号和第q路信号的直流失真。