CN103795475B - 接收机的幅度和相位响应校准 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接收机的幅度和相位响应校准。集成校准器通过使用简单的平方律二极管检测器和频率步进双音调源来提供对RF接收机的幅度和相位响应校准以产生跨越所述RF接收机的频率范围的振幅平整度和相位线性度。双音调源发生器提供了以中心频率附近的指定频率增量为间隔的两个正弦信号。该中心频率跨越所述RF接收机的带宽被步进。在每个中心频率下，所述两个正弦信号被输入到所述RF接收机和所述二极管检测器。两个正弦信号被接收机路径和校准器路径两者所处理，以及该结果被校准器用于在每个步进中心频率下生成用于接收机路径中的校正滤波器的系数。

Description

接收机的幅度和相位响应校准

技术领域

本发明涉及宽带射频(RF)接收机，并且尤其涉及一种用于针对振幅平整度和相位线性度校准宽带RF接收机的系统。

背景技术

增加的数据带宽要求应驱使对这样的RF接收机的需求，该RF接收机不仅接收具有非常宽带的调制的信号，还在宽带宽上维持平整的振幅和线性的相位响应。如图1中所示，宽带数字RF接收机10具有用于从天线或者其他源接收多个RF信号的输入。镜像抑制滤波器12对混频器14之前的信号进行频带限制。混频器14使用本机振荡器16来将频带限制的信号下转换至中频(IF)。来自混频器14的IF信号被输入到放大器18和滤波器20，并然后响应于接收机时钟而由模数转换器(ADC)22所数字化，以产生数字采样的流。这些采样然后由数字信号处理器(DSP)24中的算法来在数学上进行测量或者解调，以便产生用于输入信号的结果。

RF接收机10通常作为制造过程的一部分而被校准，以及有限冲击响应(FIR)滤波器26在向DSP24的数字采样流的输入之前被放置在ADC22的输出处。FIR滤波器系数是通过制造商的校准过程所设定的，并用于校正在理想条件下的振幅平整度和相位线性度。然而，从该输入到DSP24的信号路径中的混频器、滤波器、放大器或者其他电路中的每一个都对振幅波纹和群时延波纹有贡献，即，与线性相位的偏离。这些活动的部件常常展现增益上的温度相关性以及在其频率响应上的改变。进一步的，随着部件老化，振幅和相位响应也可能被影响。常常需要提高RF接收机10的振幅精确度、振幅平整度和相位线性度。

所期望的是一种在使用时(即在运行时间)校准RF接收机的方法，以针对温度或者其他环境相关性校正振幅平整度和相位线性度，以便提高DSP中所使用的测量或者解调算法的精确度。

发明内容

相应的，本发明提供了对RF接收机的幅度和相位响应校准，其使用简单平方律二极管检测器和频率步进双音调源来在宽频率带宽上提供振幅平整度和相位线性度。双音调源发生器提供以在中心频率附近的指定频率增量为间隔的两个正弦信号。该中心频率跨越RF接收机的宽频带宽进行步进。在每个中心频率下，具有相等振幅和相同相位的两个正弦信号被输入到RF接收机并被输入到集成校准器中的平方律二极管检测器。这两个正弦信号被接收机路径和校准器路径两者所处理，以及将来自接收机路径的幅度和相位结果与来自校准器路径的拍频结果相组合，以在每个步进中心频率下生成用于接收机路径中的有限冲击响应滤波器的系数。

在结合所附权利要求和附图一起阅读时，本发明的优点和新颖特征将根据以下详细描述而是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的具有关联的幅度和相位校准器的宽带RF接收机的框图视图。

图2是根据本发明的宽带RF接收机幅度和相位校准的流程图视图。

具体实施方式

再次参照图1，集成校准器30结合RF接收机10被示出。双音调源32产生以固定频率为间隔的两个频率或者音调。该两个音调一起跨越用于RF接收机10的宽带频率范围进行步进。对称宽带功率分配器34将来自双音调源32的双音调信号进行分割以提供两个同样的信号，其中的一个经由切换器28被馈送到RF接收机输入，以及其中的另一个被馈送到操作为平方律检测器的校准的二极管36。与从二极管36中可得到的普通振幅信息一起，由该二极管生成在等于这两个音调的频率的差的频率下的拍音。该拍音包含关于该信号的相位和幅度相位信息两者。如下面描述的，该相位信息被用在算法中以测量接收机信号路径的相位响应。该集成校准器30的实际实施方式包括响应于校准信号路径中的校准时钟的抗锯齿滤波器38和ADC40。校准DSP42生成用于FIR滤波器26的系数，其具有对于接收机路径中振幅和相位变化的相等且相反的响应。两个ADC22和40可以以不同的速率被计时，但是这些时钟必须具有已知的相位关系。如果这两个时钟是从公共参考时钟得出的，则此已知的相位关系是容易实现的。

该双音调源32产生以ω_m为中心具有ω_Δ的音调间隔的信号。在功率分配器34的输出处的该信号可以在数学上被描述为：

ω_Δ=ω₂-ω₁。

二极管36起到具有缩放因子G_D(ω)的平方律检测器的作用。该二极管36的输出为

来自二极管36的输出信号然后在被ADC40数字化之前被抗锯齿滤波器38滤波。滤波器38移除二次频率项，留下：

二极管36的增益具有幅度G_D和相位响应。二极管36是有非常宽的频带的设备，其幅度响应在该两个音调之间的间隔上是平坦的。

|G_D(ω₁)|=|G_D(ω₂)|=|G_D(ω_m)|。

振幅信息和相位信息都被包含在滤波的信号中。针对ω_m的每个值的DC电平是：

正弦分量的振幅是：

|y_beat(ω_m)|＝|G_D(ω_m)|α₁α₂。

两个音调之间的相位差异也从正弦拍的相位中计算，而不是在二极管36的输出处计算。

如上所述，接收机信号路径中的信号被滤波和频率转换。混频器14使用将输入频率转变了ω_LO。为简单起见，所有的频率响应项被聚合到等效滤波器中，该等效滤波器涵盖了一直到ADC22的整个信号路径的所有的振幅和相位响应，H_γ(ω)。

输入处到ADC22的信号被描述为：

该信号包含间隔了ω_Δ的两个分量。

对接收到的信号执行傅里叶处理，以确定如由接收机DSP24所测量的两个分量的振幅和相位。两个音调的下部和上部的幅度和相位是：

幅度传递函数的乘积是通过取得从接收机DSP24的傅里叶变换所取得的两个音调的振幅与由平方律检测器(二极管36)所测量的拍音水平的乘积的比值所计算的。

如果两个音调的间隔足够小，那么这两个音调的幅度响应是相等的。

|H_γ(ω₂)|=|H_γ(ω₁)|=|H_γ(ω_m)|，

通过跨越接收机的带宽步进ωm并求解以下公式来为ωm的每个值计算接收机10的幅度响应：

相位响应也根据从接收机DSP24的傅里叶变换取得的相位读数和来自二极管36的如由校准器DSP42所确定的拍音的相位来计算。

接收机路径的群延迟根据以下来计算：

接收机路径的相位响应通过执行积分而根据群延迟所计算：

存在用于根据复变传递函数确定FIR系数的许多技术。一种此类方法是进行该复变传递函数的逆傅里叶变换。另一种方法被称作“窗口”法，如对于本领域技术人员来说众所周知的。

总之，如图2中所示，使用下面的步骤来针对平整的振幅和线性相位响应而校准接收机信道：

1.将接收机信道BW分成M个离散的频率ω_m

a.双音发生器32产生以ω_m为中心，具有间隔ω_Δ的两个音调(步骤50)

2.对于ω_m的每个值：

a.测量DC电平和在平方律检测器的输出处的拍音电平，并测量来自平方律检测器的拍音的相位(步骤52)。

b.在接收机IF处测量两个频率分量的振幅和相位，并计算两个音调的振幅(步骤54)。

3.使用以下公式来计算幅度响应：

4.使用以下公式来计算群延迟响应：

5.通过对群延迟进行积分来计算相位响应：

该积分过程可以具有任意的固定偏移φ₀

6.将相位响应转换成FIR系数。

因此，本发明提供了一种用于既测量幅度又测量群延迟(积分后的相位)的接收机信号路径的集成校准器，所述校准器具有带有恒定间隔和可选择中心频率的双音调源，并包括校准的二极管检测器和用于将二极管输出数字化的方法，其中两个音调被输入到所述接收机信号路径和校准器路径，在每一个路径被测量并被校准器组合以生成用于接收机信号路径中的校正滤波器的滤波系数，以便产生跨越该接收机的整个RF带宽的振幅平整度和相位线性度。

Claims (6)

1.一种用于宽带射频接收机的集成校准器，该类型的宽带射频接收机具有用于接收射频信号的输入、用于将输入射频信号转换成中频信号的装置、用于将所述中频信号转换成数字采样的数字转换器、用于对所述数字采样进行滤波的校正滤波器、以及用于将滤波的数字采样转换成有用结果的接收机处理器，所述集成校准器包括：

双音调源，用于生成以中心频率附近的指定增量频率为间隔的正弦信号对，所述双音调源能够跨越与所述宽带射频接收机对应的频率范围步进所述中心频率；

校准的二极管，其被操作为平方律检测器，所述校准的二极管具有输入和输出；

分割器，其被耦合以从所述双音调源接收所述正弦信号对，以及在所述分割器的相应输出处提供所述正弦信号对的两个集合，所述集合具有相等的振幅并处于同相，所述分割器的一个输出被耦合到所述宽带射频接收机的输入，以及所述分割器的另一个输出被耦合到所述校准的二极管的输入；

装置，用于处理来自所述校准的二极管的输出以便与来自所述宽带射频接收机处理器的有用结果进行比较，以在每个中心频率处产生用于所述校正滤波器的系数；

由此所述宽带射频接收机具有跨越所述频率范围的振幅平整度和相位线性度。

2.如权利要求1中所述的集成校准器，其中用于处理的装置包括：

用于将来自所述校准的二级管的输出转换成数字采样的装置；以及

校准器处理器，其将来自用于转换的装置的数字采样作为第一输入，以及将来自接收机处理器的有用结果作为第二输入，并且产生作为输出的用于输入到所述校正滤波器的滤波器系数。

3.如权利要求2中所述的集成校准器，其中用于转换的装置包括：

带通滤波器，其将来自所述校准的二极管的输出作为输入，以产生滤波的输出；以及

模数转换器，其将所述滤波的输出作为输入，以产生作为输出的所述数字采样。

4.一种针对跨越宽带射频接收机的频带的振幅平整度和相位线性度而对所述宽带射频接收机进行运行时间校准的方法，包括以下步骤：

生成具有中心频率和以指定频率为间隔的两个频率的双音正弦信号；

将所述双音正弦信号应用到所述宽带射频接收机的输入以及应用到作为用于所述宽带射频接收机的集成校准器的一部分的校准的二极管，所述校准的二极管操作为平方律检测器以产生校准器输出；

由所述宽带射频接收机处理所述双音正弦信号来产生接收机结果，以及由所述校准器输出的所述集成校准器处理所述双音正弦信号来产生校准器结果；

根据所述接收机结果和所述校准器结果计算用于所述宽带射频接收机中的校正滤波器的滤波器系数，以产生振幅平整度和相位线性度。

5.如权利要求4中所述的方法，其中处理步骤包括将所述校准器输出转换成用于作为校准器结果输入到计算步骤的数字采样的步骤。

6.如权利要求5中所述的方法，其中转换步骤包括以下步骤：

将所述校准器输出进行带通滤波以产生滤波的校准器输出；以及

将所述滤波的校准器输出进行数字化以产生所述数字采样。