CN103634261B - 一种数字电视发射系统解决直接变频i、q数据失真的方法 - Google Patents

Abstract

一种数字电视发射系统解决直接变频I、Q数据失真的方法，涉及数字广播发射技术领域。本发明的方法步骤为：①先将上变频前和下变频后的数据对齐；②找到3组或者3组以上的不相关序列，建立I、Q方程组；③求解方程组，得到I路系数C_i和Q路系数C_q；④找到多个I、Q信号方程组，将得到的各I路系数C_i和Q路系数C_q分别进行算术平均得到系数的平均值。本发明方法能根据系统的变化自动计算出下变频输出I、Q信号的调整系数，使校正后的I、Q值基本不受上、下变频中存在的非理想因素的影响，具有矫校正及时、准确的特点。

Description

一种数字电视发射系统解决直接变频I、Q数据失真的方法

技术领域

本发明涉及数字广播发射技术领域，特别是种解决直接变频I、Q数据失真的方法。

背景技术

在数字广播电视发射机中，功放激励信号的峰均比PAPR过高，会导致功放失真，通常要求激励器具有自适应预校正的功能。其实现必须得到近似理想的反馈数据，如果采用基带预失真的方法，上变频前的信号为I、Q，那么下变频后的信号就要近似等于I、Q。而现在的数字激励器中多采用直接变频技术，因为上、下变频中I、Q两路幅度和相位不平衡，会产生不需要的直流和镜像信号，导致下变频输出的I’、Q’信号完全失真，流程图如图1所示。其过程如下：

调制信号：

本振信号：

理想电路上变频后输出：

理想电路下变频后输出：

得到下变频输出可以还原到和原始调制信号一致。

实际电路中，假设不平衡因素只影响上变频通路，调制信号经过上变频后Q路与理想情况比，幅度变为A倍，相位偏移，则此时已调信号为：

实际电路的下变频后输出为：

从上面的过程可以看出实际的电路I、Q两路信号通路中的不平衡因素会影响解调输出信号，使实部中混叠有虚部的信号，且实部和虚部的变化和幅度相位的变化大小都有关，即得到的下变频输出不能直接还原到和原始信号一致。

另外，在实际电路中，上下变频的本振信号也不可能完全相同，假定下变频的本振信号为：

那么实际电路下变频后输出：

x’’(t)实部为:

x’’(t)虚部为:

当上、下变频的本振不一致时，解调输出的I、Q两路信号也会互相干扰，使实部中混叠有虚部的信号，虚部混叠有实部的信号，且和幅度相位的变化大小都有关，即得到的下变频输出也不能直接还原到和原始信号一致。

现有技术中，对上述信号失真的修正系数通常通过人为的预设得到，它不能根据系统的变化自动地计算，因此不能达到自适应预校正的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种解决直接变频I、Q数据失真的方法。它能根据系统的变化自动计算出下变频输出I、Q信号的调整系数，使校正后的I、Q值基本不受上、下变频中存在的非理想因素的影响，具有矫校正及时、准确的特点。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种解决直接变频I、Q数据失真的方法，其步骤为：

①先将上变频前和下变频后的数据对齐；

②找到3组或者3组以上的不相关序列，建立I、Q方程组；I方程为，Q方程为，其中n为1、2、3…的自然数；其中的xi(n)、xq(n)为上变频前的I、Q序列，yi(n)、yq(n)为下变频输出的I、Q序列；

③求解方程组，得到I路系数C_i和Q路系数C_q；

④找到多个I、Q信号方程组，将得到的各I路系数C_i和Q路系数C_q分别进行算术平均得到系数的平均值。

在上述方法中，所述将上变频前和下变频后的数据对齐的方法为两组数据采用移位相关的方式或者移位求和相减的方式。

在上述方法中，所述找不相关序列采用取I、Q信号分布中四个象限中各取一点的数值组成不相关序列。

在上述方法中，所述四个象限中各取一点的方式为选择出现概率较大的点，这种点的幅值和相位通常处于平均值附近。

在上述方法中，所述求解方程组采用矩阵点除法，I路系数C_i的求解过程如下，

Q路系数C_q的求解过程与上相同。

本发明由于采用了上述方法，按照用坐标系各象限取点——矩阵求解方程组系数——多次计算平均的顺序，实现校正上、下变频中非理想因素带来的I、Q失真，校正后的系数可以用于基带方案的功放非线性的自适应预校正系统。其中的各象限取点保证求解系数的有效性，矩阵求解便于硬件算法的实现，多次平均可以使系数更精确，校正后的I、Q更接近理想值。具有矫校正及时、准确的特点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为自适应系统中上、下变频信号流程图；

图2为I、Q信号的分布特点图；

图3为校正前幅度误差随输入信号功率的变化图；

图4为校正前相位误差随输入信号功率的变化图；

图5为本发明步骤流程图；

图6为适用本发明方法校正后幅度误差随输入信号功率的变化图；

图7为适用本发明方法校正后相位误差随输入信号功率的变化图。

具体实施方式

参看图5，本发明解决直接变频I、Q数据失真的方法步骤为：

①先将上变频前和下变频后的数据对齐，数据对齐的方法为两组数据采用移位相关的方式或者移位求和相减的方式。

②因为I、Q方程各有3个未知数，所以要找到3组或者3组以上不相关的序列，建立I、Q方程组。具体方式为取I、Q信号分布中四个象限中各取一点的数值组成不相关序列，要选择出现概率较大的点，这种点的幅值和相位通常处于平均值附近。I方程为，Q方程为，其中n为1、2、3…的自然数；其中的xi(n)、xq(n)为上变频前的I、Q序列，yi(n)、yq(n)为下变频输出的I、Q序列。

③采用矩阵点除法求解方程组，得到I路系数C_i和Q路系数C_q。I路系数C_i的求解过程如下，

Q路系数C_q的求解过程与上相同。

④找到多个I、Q信号方程组，将得到的各I路系数C_i和Q路系数C_q分别进行算术平均得到系数的平均值。

通过实验发现，数字电视信号源的特点是，I、Q信号均匀地分布在四个象限中，如图2所示。所以上述方法的步骤②中要求各象限分别取一点，这样组成的序列组不相关，可以用于求解方程。另外在选取点时，幅度太小，或相位太小的点也不利于求解，因为幅度或相位太小，误差比值太大，计算得到的系数不准确。

本发明实现了对图1所示信号流程中I、Q信号的自动校正，校正流程中的不平衡因素1和不平衡因素2对下变频输出信号的影响。参看图3、图4、图6和图7，可以知道，校正后的I、Q信号误差得到了极大的改善。

本发明应用时，在整个系统中用现场可编程门阵列FPGA做为主处理器，负责采集和保持上、下变频前的数字信号，并将信号对齐，选取序列组，求解方程组，并得到各组系数的平均值。本发明方法需要注意的有三点，一是系数是针对实时的系统，即自适应系统搭建好后，任何一个连线的改变，都需要重新计算系数。二是系统中的非线性因素一定要先调整到近似零，即功放需要调整到线性工作区。三是由于硬件的限制，用于数字信号样点的采样频率较低，在实际算法中可以通过插值的方式进行优化。

通过上百次的实际硬件采数计算证明，采用本发明方法进行的自动校正得到的系数具有一致性。

Claims (5)

1.一种数字电视发射系统解决直接变频I、Q数据失真的方法，其步骤为：

①先将上变频前和下变频后的数据对齐；

②找到3组或者3组以上的不相关序列，建立I、Q方程组；I方程为，Q方程为，其中n为1、2、3…的自然数；其中的xi(n)、xq(n)为上变频前的I、Q序列，yi(n)、yq(n)为下变频输出的I、Q序列；

③求解方程组，得到I路系数C_i和Q路系数C_q；

④找到多个I、Q信号方程组，将得到的各I路系数C_i和Q路系数C_q分别进行算术平均得到系数的平均值。

2.根据权利要求1所述的解决直接变频I、Q数据失真的方法，其特征在于，所述将上变频前和下变频后的数据对齐的方法为两组数据采用移位相关的方式或者移位求和相减的方式。

3.根据权利要求1或2所述的解决直接变频I、Q数据失真的方法，其特征在于，所述找不相关序列采用取I、Q信号分布中四个象限中各取一点的数值组成不相关序列。

4.根据权利要求3所述的解决直接变频I、Q数据失真的方法，其特征在于，所述四个象限中各取一点的方式为选择出现概率较大的点，这种点的幅值和相位通常处于平均值附近。

5.根据权利要求4所述的解决直接变频I、Q数据失真的方法，其特征在于，所述求解方程组采用矩阵点除法，I路系数C_i的求解过程如下，

Q路系数C_q的求解过程与上相同。