CN105490759B - Iq信号校准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种IQ信号校准方法及装置，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准；所述方法包括：获取第一信号和第二信号，所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号；对所述第一信号和第二信号分别进行互相关操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数；基于所述第一参数和第二参数获取校准参数；根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准。该方法可以有效克服和消除IQ两路的合成信号时产生频域选择性的IQ不平衡的问题，方法简单且有效提高IQ信号校准的准确度。

Description

IQ信号校准方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种IQ信号校准方法及装置。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，无线通信系统产品越来越普及。射频(RF，RadioFrequency)发射机的结构和性能直接影响着整个通信系统。
通常发射机所发送的IQ信号可以通过I、Q两路模拟滤波器、混频器，等实现对同相分量I路信号与正交分量Q路信号的信号处理与传输。在对信号的处理过程中，混频器可能会引入幅度和相位的IQ不平衡问题，同时，由于受接收端各种滤波器和射频器件等的影响，也会导致对IQ信号的输出引入直流和非线性等影响。
数字通信中，射频发射机所发送的IQ信号在通过I、Q两路模拟滤波器时，由于I、Q两路模拟滤波器冲击响应的极点和零点的不一致，甚至可能存在较大或可观的偏差，会造成IQ两路的合成信号时产生频域选择性的IQ不平衡的问题，也即会导致对于宽带发送信号的各个频点的I路信号和Q路信号的延迟是不一致，即同样会导致IQ信号的不平衡问题。
IQ不平衡会恶化误差向量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)，所以需要对发射机所发送的IQ信号数据进行IQ校准，以消除IQ不平衡的问题。
现有技术在对发射机的IQ信号进行校准的过程中，难以有效消除由于频域选择性问题所产生的IQ不平衡现象，且现有校准IQ信号的过程中，存在校准方法复杂且输出的IQ校准后的信号并不准确的问题。
发明内容
本发明解决的问题是难以有效消除由于频域选择性问题所产生的IQ不平衡现象，且校准方法复杂、校准准确度较低的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种IQ信号校准方法，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准；所述方法包括：
获取第一信号和第二信号，所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号；
对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数；
基于所述第一参数和第二参数获取校准参数；
根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准。
可选的，所述I路测试信号和Q路测试信号为A·cos(2π·fs·t)，其中,A为所述测试信号的信号幅度，fs为所述测试信号的频率，t为时间。
可选的，所述方法包括：在发射机发送I路测试信号时，发射机发送的Q路测试信号为零；在发射机发送Q路测试信号时，发射机发送的I路测试信号为零。
可选的，所述方法还包括：在发射机发送的I路测试信号或Q路测试信号经接收机ADC采样之前，对所述测试信号进行平方操作。
可选的，通过如下公式对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作:
其中，σ为所述第一参数或第二参数，fs为测试信号的频率，k为I路测试信号或Q路测试信号的索引值，z(k·Ts)为索引值为k的I路测试信号所对应的第一信号或索引值为k的Q路测试信号所对应于的第二信号，Ts为采样间隔，j为虚数单位。
可选的，所述基于所述第一参数和第二参数获取校准参数包括：
根据公式：获取所述校准参数；
其中，μ为所述校准参数，Tops为操作间隔，σI为所述第一参数，σQ为所述第二参数。
可选的，所述对所述发射机的IQ信号进行校准的过程包括：
若σI＞σQ，则通过公式：
SQout(k·Tops)＝SQin[(k-I1)·Tops]获取IQ信号的校准结果；
若σI<σQ，则通过公式：
SIout(k·Tops)＝SIin[(k-I1)·Tops]，
获取IQ信号的校准结果；
若σI＝σQ，则通过公式：
SIout(k·Tops)＝SIin(k·Tops)，
SQout(k·Tops)＝SQin(k·Tops)获取IQ信号的校准结果；
其中，SIout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的I路信号，SIin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的I路信号，h[(i+μ)Tops]为内插滤波函数，[I1，I2]为内插区间，i为内插点的索引值，Tops为操作间隔，SQout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的Q路信号，SQin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的Q路信号，SIin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的I路信号，SQin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的Q路信号，SIin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的I路信号，SQin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的Q路信号，μ为所述校准参数。
为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种IQ信号校准装置，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准；所述装置包括：
第一获取单元，用于获取第一信号和第二信号，所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号；
第二获取单元，用于对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数；
参数确定单元，用于基于所述第一参数和第二参数获取校准参数；
校准单元，用于根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准。
可选的，所述装置还包括：控制单元，用于在在发射机发送I路测试信号时，控制发射机发送的Q路测试信号为零；在发射机发送Q路测试信号时，控制发射机发送的I路测试信号为零。
可选的，所述装置还包括：平方环路单元，用于在发射机发送的I路测试信号或Q路测试信号经接收机ADC采样之前，对所述测试信号进行平方操作。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
获取发射机发送的I路测试信号经接收机模数转换器(ADC，Analog toDigitalConverter)采样后的第一信号和发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的第二信号，并对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数，进而基于所述第一参数和第二参数获取校准参数，并根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准。该方法可以有效克服和消除IQ两路的合成信号时产生频域选择性的IQ不平衡的问题，方法简单且有效提高IQ信号校准的准确度。
附图说明
图1是本发明技术方案提供的IQ信号校准方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的IQ信号校准方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的IQ信号的校准系统示意图；
图4是本发明实施例提供的IQ信号校准装置的结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，在对发射机的IQ信号进行校准的过程中，难以有效消除由于频域选择性问题所产生的IQ不平衡现象，且现有校准IQ信号的过程中，存在校准方法复杂且输出的IQ校准后的信号并不准确的问题。
为解决上述问题，本发明技术方案提供一种IQ信号校准方法，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准。
图1是本发明技术方案提供的IQ信号校准方法的流程示意图。
如图1所示，执行步骤S1，获取第一信号和第二信号。
所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号。
发射机所发送的测试信号，所述测试信号经过发射端的数模转换器、低通滤波器、混频器、射频滤波器以及功放等器件后发送到接收端，接收端经过相应的低噪声放大器、混频器、低通滤波器以及模数转换器后将所接收的信号进行输出。
在本申请文件中，将发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号称为第一信号，将发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号称为第二信号。
执行步骤S2，对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数。
对所述第一信号和第二信号分别和接收端自身所提供的用于做运算的信号进行运算操作，根据所述第一信号的运算操作结果获取第一参数，根据所述第二信号的运算操作结果获取第二参数。
执行步骤S3，基于所述第一参数和第二参数获取校准参数。
根据对应第一信号的第一参数和对应第二信号的第二参数获取用于对发射端所发送的I路信号和Q路信号进行校准的校准参数。
执行步骤S4，根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准。
在获取到用于对I路信号和Q路信号进行校准的校准参数后，可以根据所述校准参数实现对发射机所发射的I路信号和Q路信号的校准。
该方法可以有效克服和消除IQ两路的合成信号时产生频域选择性的IQ不平衡的问题，方法简单且有效提高IQ信号校准的准确度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2是本发明实施例提供的IQ信号校准方法的流程示意图。
本实施例所提供的IQ信号校准方法是在校准发射端直流、发射端幅度和相位的不平衡操作之前进行的。
在本实施例中，在发射端发送I路测试信号时，发射端的Q路测试信号为0，即并不发送Q路测试信号；在发射端发送Q路测试信号时，发射端的I路测试信号为0，即此时并不发送I路测试信号。
如图2所示，首先执行步骤S201，发射机发送测试信号。
具体地，在I路发送测试信号时，I路的测试信号为A·cos(2π·fs·t)，在Q路发送信号0；在Q路发送测试信号时，Q路的测试信号为A·cos(2π·fs·t)，在I路发送信号0。
其中,A为所述测试信号的信号幅度，fs为所述测试信号的频率，t为时间。
在发射端发射I路测试信号或者Q路测试信号后，执行步骤S202，对测试信号进行平方操作。
将发射端所发送的I路测试信号或者Q路测试信号输入到平方环路，平方环路的主要功能是对进入平方环路的信号做平方操作。
执行步骤S203，获取I路测试信号经过接收机ADC采样后的第一信号和Q路测试信号经过接收机ADC采样后的第二信号。
I路测试信号经平方操作后的信号输入到接收机ADC，将接收机ADC采样后的输出信号称为第一信号；Q路测试信号经平方操作后的信号输入到接收机ADC，将接收机ADC采样后的输出信号称为第二信号。
在本步骤中，获取所述第一信号和第二信号。
执行步骤S204，对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数。
通过公式(1)获取对应第一信号的第一参数。
其中，σ为所述第一参数，fs为测试信号的频率，k为I路测试信号的索引值，z(k·Ts)为索引值为k的I路测试信号所对应的第一信号，Ts为采样间隔，j为虚数符号，
在通过公式(1)获取到对应第一信号的第一参数σ时，可以将所述第一参数记为σI。
可以通过公式(1)获取对应第二信号的第二参数。
在通过公式(1)获取对应第二信号的第二参数时，z(k·Ts)为索引值为k的Q路测试信号所对应的第二信号，在通过公式(1)获取到对应第二信号的第二参数σ时，可以将所述第二参数记为σQ。
公式(1)中，N为正整数，N为所发送的I路或Q路测试信号的总的个数。
执行步骤S205，根据所述第一参数和第二参数获取校准参数。
通过公式(2)获取所述校准参数。
其中，μ为所述校准参数，Tops为操作间隔，σI为所述第一参数，σQ为所述第二参数。
执行步骤S206，根据所述校准参数数对所述发射机的I路测试信号和Q路测试信号分别进行校准。
在本实施例中，根据第一参数和第二参数的大小关系，分三种情况分别进行说明。
若σI＞σQ，则根据公式(3)对I路信号进行校准，根据公式(4)对Q路信号进行校准。
SQout(k·Tops)＝SQin[(k-I1)·Tops] (4)
其中，SIout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的I路信号，SIin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的I路信号，h[(i+μ)Tops]为内插滤波函数，[I1，I2]为内插区间，i为内插点的索引值，Tops为操作间隔，SQout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的Q路信号，SQin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的Q路信号，μ为所述校准参数。
在公式(3)中，h[(i+μ)·Tops]是内插滤波函数，可以将其按照多项式内插的方法进行分解，即其中，L是正整数，bl(i)。为多项式系数，上述分解的过程可以采用Farrow滤波器实现。
对于多项式的分解实现过程为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
结合上述分解，则公式(3)的变化过程如下公式(3-a)所示。
若σI<σQ，则根据公式(5)对I路信号进行校准，根据公式(6)对Q路信号进行校准。
SIout(k·Tops)＝SIin[(k-I1)·Tops] (5)
其中，SIin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的I路信号，SQin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的Q路信号。
公式(6)中的h[(i+μ)·Tops]可以将其按照多项式内插的方法进行分解，分解后公式(6)的变化过程如下公式(6-a)所示。
若σI＝σQ，则根据公式(7)对I路信号进行校准，根据公式(8)对Q路信号进行校准。
SIout(k·Tops)＝SIin(k·Tops) (7)
SQout(k·Tops)＝SQin(k·Tops) (8)
其中，SIin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的I路信号，SQin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的Q路信号。
通过如上方式，即可以实现对发射机的IQ信号的校准。
图3是本实施例提供的对IQ信号进行校准的系统示意图。
如图3所示，I路测试信号SIin输入到I路信号校准模块中，结合校准参数μ，实现对I路测试信号的校准，之后输出校准后的I路信号SIout，将校准后的I路信号SIout输入到发射端的数模转换器(DAC，Digital to Analog Converter)模块，进而实现发射端I路信号的输出；对于Q路测试信号而言，Q路测试信号SQin输入到Q路信号校准模块中，结合校准参数μ，实现对Q路测试信号的校准，之后输出校准后的Q路信号SQout，将校准后的Q路信号SQout输入到发射端的DAC模块，进而实现发射端Q路信号的输出。
本实施例所提供的发射机IQ信号的校准方法，可以有效克服和消除IQ两路的合成信号时产生频域选择性的IQ不平衡的问题，方法简单且有效提高IQ信号校准的准确度。
对应上述IQ信号的校准方法，本发明实施例还提供一种IQ信号校准装置，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准。
图4是本实施例提供的IQ信号校准装置的结构示意图。
如图4所示，所述装置包括第一获取单元U11、第二获取单元U12、参数确定单元U13和校准单元U14。
所述第一获取单元U11，用于获取第一信号和第二信号，所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号；
所述第二获取单元U12，用于对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数；
所述参数确定单元U13，用于基于所述第一参数和第二参数获取校准参数；
所述校准单元U14，用于根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准。
所述装置还包括控制单元U15，用于在在发射机发送I路测试信号时，控制发射机发送的Q路测试信号为零；在发射机发送Q路测试信号时，控制发射机发送的I路测试信号为零。
所述装置还包括平方环路单元U16，用于在发射机发送的I路测试信号或Q路测试信号经接收机ADC采样之前，对所述测试信号进行平方操作。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种IQ信号校准方法，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准；其特征在于，包括：
获取第一信号和第二信号，所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号；
对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数；
基于所述第一参数和第二参数获取校准参数；
根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准，
所述基于所述第一参数和第二参数获取校准参数包括：
根据公式：获取所述校准参数；
其中，μ为所述校准参数，Tops为操作间隔，σI为所述第一参数，σQ为所述第二参数；
通过如下公式对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作:
其中，σ为所述第一参数或第二参数，fs为测试信号的频率，k为I路测试信号或Q路测试信号的索引值，z(k·Ts)为索引值为k的I路测试信号所对应的第一信号或索引值为k的Q路测试信号所对应于的第二信号，Ts为采样间隔，j为虚数单位；
所述对所述发射机的IQ信号进行校准的过程包括：
若σI＞σQ，则通过公式：
SQout(k·Tops)＝SQin[(k-I1)·Tops]获取IQ信号的校准结果；
若σI<σQ，则通过公式：
SIout(k·Tops)＝SIin[(k-I1)·Tops]，
获取IQ信号的校准结果；
若σI＝σQ，则通过公式：
SIout(k·Tops)＝SIin(k·Tops)，
SQout(k·Tops)＝SQin(k·Tops)获取IQ信号的校准结果；
其中，SIout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的I路信号，SIin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的I路信号，h[(i+μ)Tops]为内插滤波函数，[I1，I2]为内插区间，i为内插点的索引值，Tops为操作间隔，SQout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的Q路信号，SQin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的Q路信号，SIin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的I路信号，SQin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的Q路信号，SIin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的I路信号，SQin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的Q路信号，μ为所述校准参数。
2.如权利要求1所述的IQ信号校准方法，其特征在于，所述I路测试信号和Q路测试信号为A·cos(2π·fs·t)，其中,A为所述测试信号的信号幅度，fs为所述测试信号的频率，t为时间。
3.如权利要求1所述的IQ信号校准方法，其特征在于，包括：在发射机发送I路测试信号时，发射机发送的Q路测试信号为零；在发射机发送Q路测试信号时，发射机发送的I路测试信号为零。
4.如权利要求1所述的IQ信号校准方法，其特征在于，还包括：在发射机发送的I路测试信号或Q路测试信号经接收机ADC采样之前，对所述测试信号进行平方操作。
5.一种IQ信号校准装置，用于对无线通信系统中的发射机的IQ信号进行校准；其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取第一信号和第二信号，所述第一信号为发射机发送的I路测试信号经接收机ADC采样后的信号，所述第二信号为发射机发送的Q路测试信号经接收机ADC采样后的信号；
第二获取单元，用于对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作，以获取对应所述第一信号的第一参数和对应所述第二信号的第二参数；
参数确定单元，用于基于所述第一参数和第二参数获取校准参数；
校准单元，用于根据所述校准参数对所述发射机的IQ信号进行校准，
所述参数确定单元通过以下公式获取校准参数：
其中，μ为所述校准参数，Tops为操作间隔，σI为所述第一参数，σQ为所述第二参数；
通过如下公式对所述第一信号和第二信号分别进行运算操作:
其中，σ为所述第一参数或第二参数，fs为测试信号的频率，k为I路测试信号或Q路测试信号的索引值，z(k·Ts)为索引值为k的I路测试信号所对应的第一信号或索引值为k的Q路测试信号所对应于的第二信号，Ts为采样间隔，j为虚数单位；
所述对所述发射机的IQ信号进行校准的过程包括：
若σI＞σQ，则通过公式：
SQout(k·Tops)＝SQin[(k-I1)·Tops]获取IQ信号的校准结果；
若σI<σQ，则通过公式：
SIout(k·Tops)＝SIin[(k-I1)·Tops]，
获取IQ信号的校准结果；
若σI＝σQ，则通过公式：
SIout(k·Tops)＝SIin(k·Tops)，
SQout(k·Tops)＝SQin(k·Tops)获取IQ信号的校准结果；
其中，SIout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的I路信号，SIin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的I路信号，h[(i+μ)Tops]为内插滤波函数，[I1，I2]为内插区间，i为内插点的索引值，Tops为操作间隔，SQout(k·Tops)为校准后的对应k·Tops时刻的Q路信号，SQin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的Q路信号，SIin[(k-I1)·Tops]为对应(k-I1)·Tops时刻的I路信号，SQin[(k-i)·Tops]为对应(k-i)·Tops时刻的Q路信号，SIin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的I路信号，SQin(k·Tops)为对应k·Tops时刻的Q路信号，μ为所述校准参数。
6.如权利要求5所述的IQ信号校准装置，其特征在于，还包括：控制单元，用于在发射机发送I路测试信号时，控制发射机发送的Q路测试信号为零；在发射机发送Q路测试信号时，控制发射机发送的I路测试信号为零。
7.如权利要求5所述的IQ信号校准装置，其特征在于，还包括：平方环路单元，用于在发射机发送的I路测试信号或Q路测试信号经接收机ADC采样之前，对所述测试信号进行平方操作。
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