CN108156103A - 一种iq信号校准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IQ信号校准方法及装置，涉及通讯技术中的发射链路性能优化领域，所述方法包括：在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准；在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号；利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值；利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。本发明实施例能够实现实时的在线校准，保证射频发信机在高低温等不同环境下均能满足性能指标要求。

Description

一种IQ信号校准方法及装置
技术领域
本发明涉及通讯技术中的发射链路性能优化领域，特别涉及一种同相正交(In-phase Quadrature，IQ)信号校准方法及装置。
背景技术
IQ信号校准主要应用在通讯领域的射频发信机中，在以往的发射链路中，采用混频器进行上变频，对于本振信号镜像需要增加滤波器进行滤除，因此对滤波器的性能要求很高，增加了成本。
随着技术的发展，发射链路中采用IQ调制器方案对频谱进行搬移，有利于抑制本振泄露和无用边带。理想情况下，当IQ信号和本振的IQ信号幅度、相位及直流偏置完全相等时，不存在本振泄露和无用边带。但实际应用中，存在IQ信号和本振的IQ信号的幅度、相位及直流偏置的不平衡，造成发射链路输出存在一定的边带泄露。因此，需要对IQ信号和本振的IQ信号进行补偿，从而减小本振泄露和无用边带。
现有技术对发射链路本振泄露的抑制主要是通过调整直流偏置进行抑制，例如通过功率检波电路，检测本振信号的功率大小，调整I信号直流偏置值和Q信号直流偏置值，直至本振泄露信号达到设备要求的标准区间为止。该方法的缺陷如下：
1.需要额外增加功率检波电路，进行实时的本振泄露估计；
2.无法实现实时镜像泄露校准的功能，但镜像信号直接影响基站性能，随着温度和射频频点的变化，镜像信号大小会变化，需要进行实时校准，抑制镜像信号。
对于镜像的校准，目前主要采用离线校准方式，既在常温情况下，将设备输出连接频谱仪，通过频谱仪读取镜像信号，通过测试工装调整IQ增益和相位，找到一个镜像信号比较小的状态，并将此状态下的IQ增益和相位的补偿值写入设备预留的离线参数中，设备正常工作时调取此参数，以保证设备性能。该方法的缺陷如下：
1.通过开发测试工装和增加生产测试环境，进行镜像的离线校准，既需要增加工位，有降低了生产效率；
2.当镜像的大小随温度和环境变化时，常温下校准的离线参数无法满足高低温环境下的性能要求。
因此，现有方案无法保证全温度范围的校准，不同频点、个体差异引起的镜像泄露大，导致设备性能无法满足指标的要求。
发明内容
根据本发明实施例提供的一种IQ信号校准方法及装置，解决的技术问题是实时的对IQ信号进行在线校准，达到有效抑制镜像信号的目的。
根据本发明实施例提供的一种IQ信号校准方法，包括：
在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准；
在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号；
利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值；
利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。
优选地，所述的基于温度或基于周期启动实时校准包括：
根据所述射频发信机的当前温度与前一次IQ信号校准时的温度的差值，启动实时校准；
或者，根据当前时间距离前一次IQ信号校准时间的时长，启动实时校准。
优选地，所述的通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号包括：
利用所述反馈链路的本振信号，对从所述发射链路耦合回反馈链路的前向信号进行下变频处理，并对下变频处理得到的信号进行采样处理，得到镜像信号；
其中，所述反馈链路的本振信号等于所述发射链路的本振信号与预设频率值之和。
优选地，所述IQ信号的补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值，在计算得到所述幅度补偿值和相位补偿值之后，将所述幅度补偿值和相位补偿值分别写入相应的寄存器。
优选地，所述的利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿包括：
从相应的寄存器中读取所述幅度补偿值和相位补偿值；
利用所读取的幅度补偿值和相位补偿值，持续补偿待发射的IQ信号的幅度和相位。
根据本发明实施例提供的存储介质，其存储用于实现上述IQ信号校准方法的程序。
根据本发明实施例提供的一种IQ信号校准装置，包括：
启动模块，用于在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准；
采集模块，用于在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号；
计算模块，用于利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值；
补偿模块，用于利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。
优选地，所述启动模块根据所述射频发信机的当前温度与前一次IQ信号校准时的温度的差值，启动实时校准，或者根据当前时间距离前一次IQ信号校准时间的时长，启动实时校准。
优选地，所述采集模块利用所述反馈链路的本振信号，对从所述发射链路耦合回反馈链路的前向信号进行下变频处理，并对下变频处理得到的信号进行采样处理，得到镜像信号，其中，所述反馈链路的本振信号等于所述发射链路的本振信号与预设频率值之和。
优选地，所述IQ信号的补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值，所述计算模块还用于在计算得到所述幅度补偿值和相位补偿值之后，将所述幅度补偿值和相位补偿值分别写入相应的寄存器。
优选地，所述补偿模块从相应的寄存器中读取所述幅度补偿值和相位补偿值，并利用所读取的幅度补偿值和相位补偿值，持续补偿待发射的IQ信号的幅度和相位。
本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：
1、本发明实施例不需要在设备硬件(即射频发信机)上额外增加功率检测电路，而是通过复用自身反馈通道采集镜像信号；
2、本发明实施例在不影响设备正常工作的情况下，实时在线进行镜像的校准，具体地说，通过反馈链路采集镜像信号后，通过计算模块计算相位和幅度的补偿值，并发送到发射链路的补偿模块以补偿IQ信号，减少由于发射链路IQ数据的相位和幅度不平衡造成的无用边带信号泄露，实现在线实时的镜像校准，保证设备在高低温、不同频点、个体差异下的性能指标。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的IQ信号校准流程图；
图2是本发明实施例二提供的IQ信号校准装置框图；
图3是本发明实施例三提供的设备链路功能框图；
图4是图3的数字中频功率检测模块109的信号频率设置示意图；
图5是本发明实施例四提供的镜像的校准流程图；
图6是本发明实施例五提供的在线镜像的校准流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例一提供的IQ信号校准流程图，如图1所示，步骤包括：
步骤S100：在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准。
启动实时校准的方式包括：
1.通过温度传感器采集射频发信机的当前温度，根据所述射频发信机的当前温度与前一次IQ信号校准时的温度的差值，启动实时校准。也就是说，若温度变化大于预设温差阈值，则启动实时校准。
2.根据当前时间距离前一次IQ信号校准时间的时长，启动实时校准。具体地说，若所述时长达到预设时长阈值，则启动实时校准，也就是说，方式2为周期性启动实时校准。
步骤S200：在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号。
利用所述反馈链路的本振信号，对从所述发射链路耦合回反馈链路的前向信号进行下变频处理，并对下变频处理得到的信号进行采样处理，得到镜像信号。
本实施例中，反馈链路的本振信号等于所述发射链路的本振信号与预设频率值(例如130.56MHz)之和，从而保证后续处理得到相互分离的IQ信号和镜像信号。也就是说，本实施例通过设置反馈本振，实现IQ信号与镜像信号分离，以便于后续通过采样采集镜像信号。
步骤S300：利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值。
IQ信号的补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值，具体计算方法可以采用现有技术，也可以利用该镜像信号和后续实施例五中的简化公式计算幅度补偿值和相位补偿值，然后将所述幅度补偿值和相位补偿值分别写入相应的寄存器。
步骤S400：利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。
具体地说，首先从相应的寄存器中读取所述幅度补偿值和相位补偿值，然后利用所读取的幅度补偿值和相位补偿值，补偿待发射的IQ信号的幅度和相位。
需要说明的是，补偿处理步骤持续进行，即对随后的每个待发射的IQ信号的幅度和相位均进行补偿。
本实施例通过调整IQ信号的幅度与相位，达到抑制镜像信号的目的。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S100至步骤S400。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。
图2是本发明实施例二提供的IQ信号校准装置框图，如图2所示，包括：
启动模块10，用于在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准。具体地说，启动模块10通过以下方式启动实时校准：根据所述射频发信机的当前温度与前一次IQ信号校准时的温度的差值，即温度变化大于预设温差阈值时，启动实时校准；或者根据当前时间距离前一次IQ信号校准时间的时长，即时长大于预设时长阈值时，启动实时校准。
采集模块20，用于在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号。采集模块20首先设置反馈链路的本振信号，使等于所述发射链路的本振信号与预设频率值(例如130.56MHz)之和，这样，利用所述反馈链路的本振信号，对从所述发射链路耦合回反馈链路的前向信号进行下变频处理，最后通过采样即可得到分离的镜像信号。
计算模块30，用于利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值，所述补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值，分别写入相应的寄存器。
补偿模块40，用于利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。补偿模块40从相应的寄存器中读取所述幅度补偿值和相位补偿值，并利用所读取的幅度补偿值和相位补偿值，持续补偿待发射的IQ信号的幅度和相位。
图3是本发明实施例三提供的设备链路功能框图，如图3所示，包括：
基带处理单元101：用于基带信号的调制发射。
数字中频下行处理单元102：在本发明实施例中实现不同制式、不同载波、不同带宽的信号的数据处理，包括数字滤波，数据速率变换，中频频点的搬移等。
计算模块103：计算IQ的幅度和相位需要补偿的值，即幅度补偿值和相位补偿值。
补偿模块104：完成将计算模块103计算出的IQ幅度和相位的补偿值，补偿到下行发射链路的IQ数据中。
射频发射链路105：完成数字中频信号向模拟信号的转换、增益放大、滤波输出等功能。其中，在数模转换过程中，由于IQ的增益和相位的不平衡，镜像信号通常跟随链路器件状态、整机温度、频点等发生变化，导致实时的空口镜像大小在波动，引起设备的性能发生波动。
天线106，用来将系统发射信号以电磁波形式辐射到空间，同时接收空间的电磁波信号。
前向取样模块107：完成前向信号的取样，并送给射频前向检测链路。
射频前向检测链路108：完成前向信号的耦合取样、功率放大、频率转换等。
数字中频功率检测模块109：用于对前向信号进行功率检测及计算。
本实施例中，基带处理单元101输出IQ信号，经过数字中频下行处理单元102完成数字信号的相关处理后，再经过计算模块103，计算模块的功能为通过数字中频功率检测模块109采集的镜像泄露信号(即镜像信号)，进行相位和幅度计算，计算出结果后，将计算的值通过补偿模块104，将需要补偿的相位和幅度补偿到发射的IQ数据中，补偿由于发射链路IQ数据的相位和幅度不平衡造成的无用的边带信号的泄露，从而实现不影响设备正常工作的情况下，实现在线实时的镜像校准的功能。
本发明实施例不需要增加额外设备，通过采用设备自身的功率检测链路，将天线口输出的本振和镜像信号通过前向链路检测模块(可由数字中频功率检测模块109实现)将镜像信号采集后，利用设备中的计算模块实现实时的校准，完成镜像的在线校准功能，保证设备在高低温环境下性能满足指标要求。
本发明实施例能够通过计算模块103和补偿模块104，实现镜像信号的实时在线校准。
图4是图3的数字中频功率检测模块109的信号频率设置示意图，如图4所示，数字中频功率检测模块109通过本振变化，实现镜像采集的过程，具体地说，通过设置反馈本振(FB LO)，使主信号(Main Signal)和镜像信号(IQI)经ADC采样后的频谱如图4所示，然后获取其中的镜像信号。其中，反馈本振等于发射本振(TX LO)与预设频率值之和，本实施例选取预设频率值为130.56MHz。
图5是本发明实施例四提供的镜像的校准流程图，如图5所示，步骤包括：
步骤S201：校准开始。
本发明实施例中代表校准的初始状态。
步骤S202：切换前向检测通道。
完成前向检测通道的切换，目前反馈通道用于完成IQI校准，由于前向检测通道也需要完成Main Signal功率检测功能，IQI校准和功率检测需要分时进行。
步骤S203：设置前向检测本振(即反馈本振)。
完成将前向检测链路的本振设置为：TX LO+130.56MHz。
步骤S204：计算幅度和相位补偿值，即计算IQ的幅度和相位需要补偿的值。
步骤S205：更新补偿模块相位和幅度寄存器，将计算出的IQ幅度和相位的补偿值，补偿到下行发射链路的IQ数据中。
步骤S206：校准结束，返回IQI校准完成标识。
图6是本发明实施例五提供的在线镜像的校准流程图，如图6所示，步骤包括：
步骤S301：判断设备中温度传感器的温度变化是否大于预设温度阈值(例如5℃)，若是，则执行步骤S303，否则结束。
步骤S302：判断设备离上一次校准是否超过了预设时长阈值(例如2小时)，若是，则执行步骤S303，否则结束。
步骤S303：完成图5所示实施例四的镜像校准流程。
本实施例实现在校校准的算法依据如下：
IQ信号I(t)、Q(t)与本振的IQ信号fLO_I(t)与fLO_Q(t)总是存在幅度和相位的不平衡及直流偏移误差。为了便于分析问题，假设实际的I(t)、Q(t)与fLO_I(t)、fLO_Q(t)分别如公式1所示：
其中：Gi，Gq，Ai，Aq分别表示I(t)，Q(t)，fLO_I(t)，fLO_Q(t)的幅度；ψi，ψq，θi，θq分别表示I(t)，Q(t)，fLO_I(t)，fLO_Q(t)的相位；Di，Dq，Ei，Eq分别表示I(t)，Q(t)，fLO_I(t)，fLO_Q(t)的直流偏移(即直流偏置值)；ω表示IQ信号I(t)和Q(t)的角速度，ωc表示本振的IQ信号fLO_I(t)与fLO_Q(t)的角速度。
输出信号f0(t)可表示为如下公式2：
fo(t)＝I(t)×fLO_I(t)-Q(t)×fLO_Q(t) (2)
从上面最后推导出的结果中，提取出不同的信号，公式3是泄漏的下边带无用信号fLSB(t)。
为了简化式(3)，假设本振的性能是理想的，满足Ai＝Aq，θi＝θq，此时，式3可以简化为如下式4。
根据式(4)，镜像的幅度如式5所示。
将根号中的内容除以Gi 2，得到如下式6。
G2+1-2Gcos(ψ) (6)
其中，ψ＝ψq-ψi。
通过公式(6)可以看出，镜像的大小与IQ链路增益比值G和IQ链路的相位差ψ相关。
本实施例中，通过前向取样模块107，前向检测链路108和数字中频功率检测模块109将天线口的镜像泄露信号提供给计算模块103。计算模块103根据镜像泄露信号，计算出需要补偿的IQ信号的幅度和相位值，并通过补偿模块104，补偿到IQ链路中，实现镜像信号的消除。
校准的具体流程如下：
通过设置前向检测链路108的本振频点，使主信号Main signal(即IQ信号)和镜像信号(IQI)经数字中频功率检测模块109的频谱如图4所示，其中采样频率Fadc为491.52MHz。
计算模块103内部对主信号和镜像信号进行计算。
计算模块103通过算法进行相位预估和幅度预估，计算需要补偿主信号的相位值和幅度值。
计算模块103计算出的需要补偿的相位值和幅度值写入补偿模块104相应的寄存器。
也就是说，在线校准的具体流程如下：设备正常工作后，判断设备中温度传感器的温度变化是否大于5℃，如果大于5℃，启动一次图5所示的IQI的校准流程，如果小于5℃，不做任何操作，流程结束。判断设备离上一次校准是否超过了2小时，如果大于2小时，启动一次图5所示的IQI的校准流程。如果小于2小时，不做任何操作，流程结束。
综上所述，本发明的实施例具有以下技术效果：
本发明实施例能够实现实时的在线校准，保证射频发信机在高低温等不同环境下均能满足性能指标要求。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种同相正交IQ信号校准方法，包括：
在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准；
在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号；
利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值；
利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的基于温度或基于周期启动实时校准包括：
根据所述射频发信机的当前温度与前一次IQ信号校准时的温度的差值，启动实时校准；
或者，根据当前时间距离前一次IQ信号校准时间的时长，启动实时校准。
3.根据权利要求1所述的方法，所述的通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号包括：
利用所述反馈链路的本振信号，对从所述发射链路耦合回反馈链路的前向信号进行下变频处理，并对下变频处理得到的信号进行采样处理，得到镜像信号；
其中，所述反馈链路的本振信号等于所述发射链路的本振信号与预设频率值之和。
4.根据权利要求1所述的方法，所述IQ信号的补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值，在计算得到所述幅度补偿值和相位补偿值之后，将所述幅度补偿值和相位补偿值分别写入相应的寄存器。
5.根据权利要求4所述的方法，所述的利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿包括：
从相应的寄存器中读取所述幅度补偿值和相位补偿值；
利用所读取的幅度补偿值和相位补偿值，持续补偿待发射的IQ信号的幅度和相位。
6.一种同相正交IQ信号校准装置，包括：
启动模块，用于在射频发信机工作期间，基于温度或基于时长启动实时校准；
采集模块，用于在启动实时校准后，通过所述射频发信机的反馈链路采集镜像信号；
计算模块，用于利用所述镜像信号，计算用于校准IQ信号的补偿值；
补偿模块，用于利用所述补偿值，对所述射频发信机的发射链路中待发射的IQ信号进行补偿。
7.根据权利要求6所述的装置，所述启动模块根据所述射频发信机的当前温度与前一次IQ信号校准时的温度的差值，启动实时校准，或者根据当前时间距离前一次IQ信号校准时间的时长，启动实时校准。
8.根据权利要求6所述的装置，所述采集模块利用所述反馈链路的本振信号，对从所述发射链路耦合回反馈链路的前向信号进行下变频处理，并对下变频处理得到的信号进行采样处理，得到镜像信号，其中，所述反馈链路的本振信号等于所述发射链路的本振信号与预设频率值之和。
9.根据权利要求6所述的装置，所述IQ信号的补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值，所述计算模块还用于在计算得到所述幅度补偿值和相位补偿值之后，将所述幅度补偿值和相位补偿值分别写入相应的寄存器。
10.根据权利要求9所述的装置，所述补偿模块从相应的寄存器中读取所述幅度补偿值和相位补偿值，并利用所读取的幅度补偿值和相位补偿值，持续补偿待发射的IQ信号的幅度和相位。
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