CN105577594B - 一种面向iq调制器的快速本振泄漏校准装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置，通过射频信号源提供本振信号，使用频谱仪测量IQ调制器输出本振泄漏信号幅度大小；在实际的操作时，将射频信号源射频信号输出端接IQ调制器本振信号输入端，将频谱仪接IQ调制器射频信号输出端口，通过控制IQ调制器，使其五次改变内置I路和Q路的直流偏置补偿DAC的输出电平，再通过计算得到IQ调制器I路和Q路的直流偏置误差补偿值，进一步完成对IQ调制器的本振泄漏的校准。

Description

一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置及方法
技术领域
本发明属于IQ调制器校准技术领域，更为具体地讲，涉及一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置。
背景技术
IQ调制器用于将IQ基带信号上变频为射频调制信号，是现代数字通信技术的基础，具有广泛的应用前景。在IQ调制器的实际应用中，本振信号很容易通过电路串扰、辐射或基带信号直流偏置误差等多种因素，在I路和Q路没有任何信号的情况下，引起IQ调制器的射频输出端出现微弱的本振频率信号，该现象被称为本振泄漏。由于本振泄漏本身不携带任何信息，本振泄漏将导致发射机发射效率降低；同时本振泄漏信号过高将导致接收机饱和阻塞，严重干扰通信系统的正常工作，导致误码率上升，通信系统容量严重下降等。
IQ调制器本振泄漏校准的目的是减少或消除IQ调制器射频输出端口的本振泄漏信号大小，要完成IQ调制器本振泄漏校准，需在校准前准备射频信号源，并连接至IQ调制器本振信号输入端，控制信号源产生指定频率和幅度的射频信号，为IQ调制器提供本振信号激励；将IQ调制器射频信号输出端口连接至频谱仪RF IN端口，以测量本振泄漏信号大小。
IQ调制器本振泄漏校准时，首先控制IQ调制器内的I路直流偏置从-Imax到Imax做线性扫描，扫描过程中利用频谱仪依次测量各种偏置条件下IQ调制器射频输出信号幅度变化，找出输出幅度最小时的I路直流偏置Ip，并将该直流偏置(Ip)作为I路直流偏置误差补偿进IQ调制器；然后控制IQ调制器内的Q路直流偏置从-Qmax到Qmax做线性扫描，在扫描过程中利用频谱仪依次测量IQ调制器输出信号幅度变化，找出输出信号幅度最小时的Q路直流偏置Qp，将该直流偏置Qp作为IQ调制器Q路直流偏置误差补偿进IQ调制器，完成IQ调制器本振泄漏校准。
然而，上述IQ调制器本振泄漏校准方法的问题在于校准时间过长，针对每个待校准频点，整个校准过程都需要不断调整I路和Q路直流偏置，并利用频谱仪测量IQ调制器射频输出端本振泄漏信号幅度，为达到较好的本振泄漏校准效果，IQ调制器在每个本振频点校准时，都需要几十次乃至几百次的偏置调整和射频信号幅度测量，要完成全频段所有本振频点校准时，所需时间更长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置，可以快速、精确的对IQ调制器的本振泄漏进行校准。
为实现上述发明目的，本发明一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置，其特征在于，包括：一射频信号源、一频谱仪和一待校准的IQ调制器；其中，IQ调制器内置有分别补偿I路和Q路直流偏置误差的直流偏置误差补偿DAC；
其中，所述的射频信号源接IQ调制器本振信号输入端口，所述的频谱仪接IQ调制器的射频信号输出端口；
通过改变射频信号源输出信号的频率和幅度，为IQ调制器提供本振信号，通过控制IQ调制器内置的I路和Q路直流偏置误差补偿DAC，五次改变IQ调制器I路和Q路直流偏置电平，再利用频谱仪测量不同直流偏置条件下IQ调制器输出射频信号电平幅度大小，利用I路和Q路直流偏置电平和输出射频信号电平幅度大小间的关系构建方程组并求解，得到IQ调制器I路和Q路直流偏置误差补偿值Ip和Qp，而后通过控制IQ调制器内置的I路和Q路直流偏置误差补偿DAC分别设置I路和Q路直流偏置电平为Ip和Qp，从而降低或消除IQ调制器的本振泄漏，实现本振泄漏校准的目标。
本发明还提供了一种利用本振泄漏校准装置进行本振泄漏校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为最大值Imax，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A1；
(2)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A2；
(3)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A3；
(4)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为0，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Imax*A2/A1，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A4；
(5)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为-Imax*A2/A1，将IQ调制器的I路直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A5；
(6)、根据公式(1)计算出IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值Ip、Qp；
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1；
(7)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再次利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A6，再将电平A6与电平A1的比值作为本振泄漏校准精度。
进一步的，本发明还提供了另一种利用快速本振泄漏校准装置进行本振泄漏校准的方法，其特征在于，该校准方法还可以使用迭代校准进行本振泄漏校准，其步骤如下：
(1)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为最大值Imax，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A1；
(2)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值为0，即Ip＝0，Qp＝0；
(3)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A2；
(4)、根据A2/A1的大小判断是否满足本振泄漏校准精度要求，如果A2/A1≤预设的本振泄漏精度要求R，则满足本振泄漏校准精度要求，退出迭代校准，本振泄漏校准结束；如果A2/A1＞预设的本振泄漏精度要求R，则不满足本振泄漏校准精度要求，则进入步骤(5)；
(5)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip+Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A3；
(6)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip,将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp+Imax*A2/A1，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A4；
(7)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip-Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A5；
(8)、根据公式(2)计算出IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值Ip、Qp，再返回步骤(3)；
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置，通过射频信号源提供本振信号，使用频谱仪测量IQ调制器输出本振泄漏信号幅度大小；在实际的操作时，将射频信号源射频信号输出端接IQ调制器本振信号输入端，将频谱仪接IQ调制器射频信号输出端口，通过控制IQ调制器，使其五次改变内置I路和Q路的直流偏置补偿DAC的输出电平，再通过计算得到IQ调制器I路和Q路的直流偏置误差补偿值，进一步完成对IQ调制器的本振泄漏的校准。
同时，本发明一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置还具有以下有益效果：
(1)、本发明与现有技术中IQ调制器本振泄漏校准技术相比，具有校准速度快，校准精度高等特点；
(2)、在现有技术中，当一个IQ调制器需要对一个本振频点进行IQ调制器本振泄漏校准时，就需要重复许多次的偏置调整和射频信号幅度测量；要完成所有频点的本振泄漏校准，需要的调整和测量次数更多；而本发明仅需要5次偏置调整和射频信号幅度测量即可完成一个频点本振泄漏校准，当需要对多个本振频点进行校准时，其校准方法优势更加明显。
附图说明
图1是本发明所述的IQ调制器本振泄漏校准装置架构图；
图2是利用图1所示装置进行校准的流程图；
图3是利用图1所示装置进行另一种校准的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明所述的IQ调制器本振泄漏校准装置架构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置，包括：射频信号源、频谱仪和待校准的IQ调制器；其中，IQ调制器内置有分别补偿I路和Q路直流偏置误差的直流偏置误差补偿DAC。
在本实施例中，如图1所示，射频信号源接IQ调制器的本振信号输入端口，通过射频信号源为IQ调制器提供本振输入信号，将频谱仪接IQ调制器的射频信号输出端口。
在实际校准过程中，往往首先选择一个载频频点，调整信号源输出电平幅度，使IQ调制器正常工作；在一个载频点校准完毕后，改变信号源输出频率开始对新的载频点做本振泄漏校准。
对新载频点做本振泄漏校准时，先通过改变射频信号源输出信号的频率和幅度，使其达到新载频点频率，从而为IQ调制器提供本振信号，通过控制IQ调制器使其五次改变内置I路和Q路直流偏置补偿DAC的输出电平，再利用频谱仪测量不同直流偏置条件下IQ调制器输出射频信号电平幅度大小，利用IQ直流偏置电平和输出射频信号电平幅度大小间的关系构建方程组并求解，得到IQ调制器I路和Q路直流偏置误差补偿值Ip和Qp，而后分别设置I路和Q路直流偏置为Ip和Qp，用于补偿IQ调制器内置的DAC的输出电平，从而降低或消除IQ调制器的本振泄漏，实现本振泄漏校准的目标；
当IQ调制器中没有内置I路和Q路直流偏置补偿DAC时，可利用外置I路和Q路直流偏置补偿DAC分别产生I路和Q路直流偏置电平，再按照控制内置直流偏置补偿DAC的相同方法和步骤，可实现IQ调制器I路和Q路直流偏置误差补偿量的计算和校准。
在本实施例中，为确保装置的精确测量，在测试开始前，应在射频信号源中设置正确的载频位置、合理的扫宽和分辨率带宽，同时设置合理的参考电平，以精确测量载漏信号幅度；此外，为确保频谱仪读数准确，应确保射频信号源和频谱仪间共时基，即射频信号源10MHz Ref Out端口和频谱仪10MHz Ref In端口互连。
在本实施例中，结合图1所示的本振泄漏校准装置，还提供两种关于本振泄漏校准的方法，下面依次对两种方法进行详细说明。
利用本振泄漏校准装置进行本振泄漏校准的方法一，包括以下步骤：
S1、为IQ调制器供电、提供本振信号激励，使IQ调制器正常工作。由于IQ调制器是有源器件，且IQ调制器的本振特性会随着温度变化，为精确完成IQ调制器本振泄漏校准，需等待IQ调制器到达额定工作温度后再启动本校准过程。
S2、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为最大值Imax，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A1；
该步骤是为了测量正常条件下IQ本振频点输出信号电平幅度大小，为接下来的IQ偏置数值设置提供参考；实际操作中，也可使I路和Q路直流偏置设置为Imax/2，利用频谱仪测量得到的输出电平记为A1/2，避免IQ调制器直流偏置过大导致进入IQ调制器非线性区。
S3、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A2；
A2反映了校准前IQ调制器本振载漏信号电平幅度大小，假设IQ调制器输出载漏全部来自直流偏置误差，假设I路直流偏置误差为Ioffset，Q路直流偏置误差为Qoffset，则IQ调制器射频输出信号为：
其中，G为IQ调制器输入输出间的增益大小，wc为IQ调制器的射频输出信号角频率，
假设射频信号的输出幅度为A2，则由公式(1)可知，IQ调制器射频输出信号幅度为：
公式(2)表示I路直流偏置误差Ioffset和Q路直流偏置误差Qoffset、IQ调制器增益G和IQ调制器射频输出端信号幅度的关系，其中G、Ioffset和Qoffset是未知量。
在改变I路和Q路直流偏置条件的同时，测量IQ调制器输出射频信号幅度，可以找出更多的关于反映三个未知量关系的等式，利用这些等式，构建方程组并求解，就可以求得Ioffset和Qoffset及参数G。步骤S4和步骤S6就是基于这种思路，分别为I路和Q路提供不同的直流偏置条件并测量输出载漏幅度，构建关于G、Ioffset、Qoffset三个未知量间的等式，并最终形成方程组。
S4、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A3；
此时直流偏置和IQ调制器输出射频信号幅度间的关系为：
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1；
在I路加入幅度为Imax*A2/A1直流偏置为的目的，是为了让该直流偏置所产生的载频泄漏幅度和校准前IQ调制器输出的载频泄漏幅度相当，避免因为IQ调制器的非线性效应影响校准数据的准确性。
S5、将IQ调制器的I路直流偏置设置为0，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Imax*A2/A1，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A4；
此时输入输出间的关系为：
其中，Qadjust＝Imax*A2/A1；
S6、将IQ调制器的I路直流偏置设置为-Imax*A2/A1，将IQ调制器的I路直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A5；
此时输入输出间的关系为：
S7、计算IQ调制器的直流偏置误差和Ioffset和Qoffset、直流偏置补偿量Ip和Qp，以下是推导过程：
根据等式(2)、(3)、(4)、(5)可构成如下方程组：
分别执行方程组中((b)2-(a)2)、((c)2-(a)2)、((d)2-(a)2)，得到的3个等式关系组成三元一次方程组如下：
求解上述三元一次方程组，可得
假设IQ调制器的所有输出载漏都是由IQ调制器直流偏置误差引起的，则Ioffset和Qoffset反映了IQ调制器I路和Q路的直流偏置误差量，如采用直流偏置方式对IQ调制器本振泄漏进行补偿，则IQ调制器I路和Q路直流偏置补偿量分别为：
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1；
S8、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip，将IQ调制器的I路直流偏置设置为Qp，再次利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A6，再将电平A6与电平A1的比值作为本振泄漏校准精度；
由于IQ调制器的输出载漏电路串扰、辐射或基带信号的直流偏置误差等多种因素引起的，不同载频点的本振泄漏并不相同，实际校准过程中，如需对多个频点进行本振泄漏校准，可改变射频信号源输出本振信号的频率，在调整完毕后，重复上述步骤S2至步骤S8，即可完成不同载频点时IQ调制器本振泄漏校准。
由于IQ调制器输入直流偏置和输出射频信号幅度间并非严格的线性关系、加上IQ调制器的正交调制误差、频谱仪的测量误差等因素，可能会导致一次IQ调制器本振泄漏校准后校准精度指标不能满足要求，此时可迭代执行上述测量过程，提高本振泄漏校准精度。迭代使用本校准方法时，每次测得I路和Q路直流偏置误差后，就将对应的直流偏置误差补偿进IQ调制器，而后启动下一轮校准过程，并将测得的直流偏置误差量再次累加补偿进IQ调制器；按照上述迭代校准过程，经过2至3次的校准过程后，即可达到理想状态。
利用本振泄漏校准装置进行本振泄漏校准的方法二，采用迭代的模式进行校准，该校准过程和非迭代模式下的校准流程十分接近，不再赘述；下面对方法二的主要步骤进行说明，其包括以下步骤：
T1、为IQ调制器供电、提供本振信号激励，使IQ调制器正常工作；
T2、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为最大值Imax，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A1；
T3、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值为0，即Ip＝0，Qp＝0；
T4、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A2；
T5、根据A2/A1的大小判断是否满足本振泄漏校准精度要求，如果A2/A1≤预设的本振泄漏精度要求R，则满足本振泄漏校准精度要求，退出迭代校准，本振泄漏校准结束；如果A2/A1＞预设的本振泄漏精度要求R，则不满足本振泄漏校准精度要求，则进入步骤T6；
T6、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip+Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A3；
T7、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip,将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp+Imax*A2/A1，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A4；
T8、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip-Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A5；
T9、根据公式(10)计算出IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值 再将分别赋值给Ip、Qp，然后返回步骤T4；
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种面向IQ调制器的快速本振泄漏校准装置，其特征在于，包括：一射频信号源、一频谱仪和一待校准的IQ调制器；其中，IQ调制器内置有可分别补偿I路和Q路直流偏置误差的直流偏置误差补偿DAC；
其中，所述的射频信号源接IQ调制器本振信号输入端口，所述的频谱仪接IQ调制器的射频信号输出端口；
通过改变射频信号源输出信号的频率和幅度，为IQ调制器提供本振信号，通过控制IQ调制器内置的I路和Q路直流偏置误差补偿DAC，五次改变IQ调制器I路和Q路直流偏置电平，再利用频谱仪测量不同直流偏置条件下IQ调制器输出射频信号电平幅度大小，利用I路和Q路直流偏置电平和输出射频信号电平幅度大小间的关系构建方程组并求解，得到IQ调制器I路和Q路直流偏置误差补偿值Ip和Qp，而后通过控制IQ调制器内置的I路和Q路直流偏置误差补偿DAC分别设置I路和Q路直流偏置电平为Ip和Qp，从而降低或消除IQ调制器的本振泄漏，实现本振泄漏校准的目标；
本振泄漏校准的步骤为：
(1)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为最大值Imax，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A1；
(2)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A2；
(3)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A3；
(4)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为0，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Imax*A2/A1，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A4；
(5)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为-Imax*A2/A1，将IQ调制器的I路直流偏置设置为0，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A5；
(6)、根据公式(1)计算出IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值Ip、Qp；
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1；
(7)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再次利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A6，再将电平A6与电平A1的比值作为本振泄漏校准精度。
2.根据权利要求1所述的快速本振泄漏校准装置，其特征在于，所述的IQ调制器还采用外置I路和Q路直流偏置误差补偿DAC来替代内置I路和Q路直流偏置误差补偿DAC，通过外置I路和Q路直流偏置误差补偿DAC分别产生I路和Q路直流偏置补偿电平，并通过外置I路和Q路输入到IQ调制器，再按照控制内置直流偏置补偿DAC的相同方法和步骤，实现IQ调制器I路和Q路直流偏置误差补偿量的计算和校准。
3.根据权利要求1所述的快速本振泄漏校准装置，其特征在于，所述的射频信号源和频谱仪间采用共时基方式。
4.利用权利要求1所述的快速本振泄漏校准装置进行本振泄漏校准的方法，其特征在于，利用迭代法替代步骤(1)-(7)所述的本振泄漏校准步骤，其步骤如下：
1)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置设置为最大值Imax，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A1；
2)、将IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值设置为0，即Ip＝0，Qp＝0；
3)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A2；
4)、根据A2/A1的大小判断是否满足本振泄漏校准精度要求，如果A2/A1≤预设的本振泄漏精度要求R，则满足本振泄漏校准精度要求，退出迭代校准，本振泄漏校准结束；如果A2/A1＞预设的本振泄漏精度要求R，则不满足本振泄漏校准精度要求，则进入步骤5)；
5)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip+Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A3；
6)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip,将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp+Imax*A2/A1，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A4；
7)、将IQ调制器的I路直流偏置设置为Ip-Imax*A2/A1，将IQ调制器的Q路直流偏置设置为Qp，再利用频谱仪测量IQ调制器的射频输出信号的电平A5；
8)、根据公式2)计算出IQ调制器的I路和Q路的直流偏置补偿值再将分别赋值给Ip、Qp，然后返回步骤3)；
其中，Iadjust＝Imax*A2/A1。
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