CN108347285A - 一种全带宽零中频发射机信号校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全带宽零中频发射机信号校正方法及系统，所述方法包括发射预校正信号、自动增益控制、校正系数计算、寻找最佳系数、校正本振泄漏、系数温度补偿并保存实现发射机信号校正方法；所述校正系统，其包括：射频接收单元、信号校正单元，射频发射单元。通过室内分布式天线系统中的射频接收单元来完成校正功能，不需要另外增加反馈通道，减少了芯片的开销，简化了硬件链路，对设备体积，重量和功耗方面能够有效控制；校正过程中，处理信号增益控制，校正本振泄漏时关闭发送预校正信号以及功率统计的窗函数处理都能够提高校正结果的准确性。

Description

一种全带宽零中频发射机信号校正系统及方法

技术领域

本发明属于零中频数字发射机的领域，具体涉及一种全带宽零中频发射机信号校正系统及方法。

背景技术

用于移动通信覆盖的发射机一般分为中频发射机和零中频发射机。由于一些器件水平和工艺限制，发射机一般都是采用中频方式，传统的超外差式结构，实现模式为：基带到中频再到射频，即数字处理后的基带信号先搬移至中频(IF)，然后再将中频信号搬移至射频(RF)。随着半导体工艺的进步，以及对发射机体积、功耗等方面的需求，正交调制方案可以直接将同向和正交信号调制到射频，直接将基带信号搬移至射频，就是零中频发射机。

零中频发射机与传统的发射机相比较，省掉了硬件链路的中频部分，直接上变频到射频，简化了硬件链路。零中频发射机将数字的IQ信号通过DAC后变为模拟的IQ信号，通过滤波器处理后，经过混频将IQ信号进行正交调制后两路信号相加完成射频信号调制。

基于室内覆盖的DAS系统发射机，在发射机体积大小，重量，功耗越小越好，鉴于此，零中频的架构成为了首选，零中频发射的方案在器件上只需要模数转换器DAC和IQ调制的混频器，省掉二次变频需要的中频部分，降低发射机的复杂程度。

但同时，零中频发射机也有其明显的缺陷，零中频发射机中IQ两路正交调制之前是分别通过模拟链路，模拟链路不能做到完全一致，因此在正交调制之前，IQ两路信号就存在着增益和相位的不平衡，正交调制后就会产生本振信号的泄漏和多余的边带镜像信号，这会严重影响发射信号的质量，对带内造成干扰，影响覆盖功能，同时发射机支持从700M低频率到2600M高频率的所有频段，对IQ信号的增益和相位进行校正以及消除本振泄漏成为发射机中一项重要的技术和关键问题。

发明内容

为解决室内分布式天线系统中的全带宽零中频发射机本振泄漏和边带镜像信号这一技术问题，本发明提供一种全带宽零中频发射机信号校正方法，所述信号校正方法步骤包括：

步骤1，发射预校正信号：在发射机上电，复位或者在通道频率重配时，所述发射机发送偏中心一定频率的单音信号，作为预校正信号，通过数模转换器变为模拟信号，然后通过正交调制为射频信号，打开射频发射单元的环回开关，同时关闭射频接收单元的接收开关，使预校正信号环回到射频接收单元，射频接收单元使用中频方案，将信号变为中频信号，通过数模转换器变为数字信号，数字信号处理后到基带信号；

步骤2，自动增益控制：统计预校正信号的基带功率，通过信号校正单元的自动增益控制模块调节射频发射单元的增益模块，使接收到的基带信号功率最大，同时模数转换器不会溢出；

步骤3，校正系数计算：预先设置一组增益和相位的校正系数和校正步进，根据步进不断修正校正系数，同时这些校正系数会被发送到信号校正单元中的IQ校正模块，去纠正IQ两路数据的增益和相位的误差；

步骤4，寻找最佳系数：通过统计镜像信号的功率大小来判定是否已经得到最佳的校正系数。统计镜像信号的功率前，将镜像信号搬移至零频，通过特定的窗函数处理，提高信号幅度的识别精度。校正后的IQ信号发射到射频链路又环回到射频接收单元，计算不同系数校正完的IQ信号的边带信号的功率值，当边带信号的功率为最小时，完成第一次校正，保存此时的校正系数，在该校正系数的基础，设置更小的步进，重复步骤3和4，得到最佳系数，完成边带镜像的校正。

步骤5，校正本振泄漏：关闭环回开关，进行本振泄漏的校正，设置校正系数和步进，经过两次重复校正，得到最佳的本振泄漏校正系数，使本振泄漏最小。

步骤6，系数温度补偿并保存：统计不同频率不同温度下的补偿系数，拟合出补偿的曲线，时刻检测发射机的温度，根据工作频率，对系数进行实时补偿并保存系数，使发射机适用于不同环境。

本发明还提供一种全带宽零中频发射机信号校正系统，其包括：射频接收单元、信号校正单元，射频发射单元，其中射频接收单元顺序连接射频处理模块、接收开关、接收单元混频器、接收单元模拟滤波器、模数转换器，射频发射单元顺序连接数模转换器、发射单元模拟滤波器、发射单元混频器、增益模块、射频处理模块，信号校正单元包括自动增益控制模块、校正系数计算模块、IQ校正模块。

本发明的有益效果：通过室内分布式天线系统中的射频接收单元来完成校正功能，不需要另外增加反馈通道，减少了芯片的开销，简化了硬件链路，对设备体积，重量和功耗方面能够有效控制；校正过程中，处理信号增益控制，校正本振泄漏时关闭发送预校正信号以及功率统计的窗函数处理都能够提高校正结果的准确性。

附图说明

图1是本发明信号校正系统框图；

图2是本发明信号校正方法实现流程图。

图3是本发明不同频率温度下补偿曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步介绍：

如图1所示，本发明提供一种全带宽零中频发射机校正系统及方法，其包括：射频接收单元、信号校正单元，射频发射单元，其中射频接收单元顺序连接射频处理模块、接收开关、接收单元混频器、接收单元模拟滤波器、模数转换器，射频发射单元顺序连接数模转换器、发射单元模拟滤波器、发射单元混频器、增益模块、射频处理模块，信号校正单元包括自动增益控制模块、校正系数计算模块、IQ校正模块。

如图2所示，信号校正方法通过如下方式实现：

本发明校正过程由于需要使用射频接收单元来接收预校正的信号，因此，只能在开机时、设备重启或者该通道的工作频段重配时启动校正功能。功能启动时，信号校正单元内部发送偏一定频率的单音信号，此信号通过模数转换器变为模拟的IQ信号，通过发射单元混频器正交调制相加后生成需要完成校正的信号。

然后打开环回开关，关闭射频接收单元的接收开关，保证射频接收单元只接收环回的预校正信号。设置接收单元混频器的频率，将预校正信号搬移至中频，经过数模转换器，数字信号处理，得到要处理的基带信号。

信号校正单元包括自动增益控制模块，校正系数计算模块和IQ校正模块。其中，自动增益控制模块，用以实现预校正信号的基带功率能够达到最大，同时也能够满足模数转换器不会溢出；校正系数计算模块，用以寻找到最合适的增益校正系数gain，相位校正系数phase和直流校正系数dc的值；IQ校正模块，通过对校正系数计算模块计算出的校正系数完成对IQ的校正。

正交调制后产生的射频信号可以简单表示为s(t)＝cos(ωt)*cos(ω_ct)-sin(ωt)*sin(ω_ct)，由于模拟器件不能做到完全一致性，IQ信号和本振信号都会出现增益和相位的偏差，这里将相位和增益的误差归一化到I路为本振信号误差信号为g_c*cos(ω_ct+θ)+d2，使用此误差信号正交调制后调制信号表示为化简后得到三个部分：A1*cos((ω_c+ω)t)-A2*sin((ω_c+ω)t)为正常的射频调制信号，为产生的多余边带信号，d1*d2*cos(ω_ct+θ)为泄漏的本振信号。可以看出校正直流信号时，IQ信号减掉一定值可以消去，多余的边带信号调整θ和值到相等理论上可以完全消除。对发射的I路和Q路基带信号分别按照如下的公式进行处理I'(t)＝gain*I(t)-dc,Q'(t)＝Q(t)+phase*I(t)-dc，然后发射后与本振信号正交调制，通过调节增益校正系数gain和相位校正系数phase以及直流校正系数dc的值，可以完成校正功能。

通过抓取到的IQ两路反馈回来的信号，设置一组初始的增益校正系数值G(0)，初始相位校正系数P(0)，设置校正步进step1，通过公式G(n)＝G(n-1)±step1，P(n)＝P(n-1)±step1对系数更新，将更新的校正系数传到IQ校正模块，处理后的IQ信号通过射频发射单元又反馈回射频接收单元。接收回来的信号同时也用来判断镜像信号的大小，这里统计镜像信号的功率来判断镜像信号是否已经校正到最佳。具体方法是，将镜像信号搬移到零频，再计算镜像信号功率，将用来搬移的数控震荡器先进行加窗处理，这里选用汉宁窗n的范围为1到N，汉宁窗适用于有干扰的窄带信号，能够显著低减小旁瓣，虽然信号频率识别精度会降低，但能够大幅提高信号幅度识别精度，这样统计镜像信号功率时就能够减少底噪对统计的影响，能够更加准确找到镜像最小的点，提高校正效果。校正过程会重复两次，统计到镜像功率最小时，保存下该组增益和镜像的校正系数，第二次以该组系数为基准，改小步进step2，重复校正，经过两次校正后找到一组效果最好的值，完成镜像的校正。

关闭发送的预校正信号，下一步进行本振泄漏的校正。校正方法与校正边带镜像的方法类似。只是校正时要关闭掉信号校正单元发送的预校正信号，实测发现，关闭预校正信号后校正出的本振泄漏补偿值更加准确。

直流信号校正完成后，关闭环回开关，打开射频接收单元的接收开关，发射机开始正常的工作。由于工作过程中，在不同环境下，发射机工作温度会有不同，而温度的不同也会对校正的结果产生影响。因此，校正后的系数会根据温度不同进行纠正补偿。通过高低温实验，通道频率配置为从700M～2600M上，让发射机工作在-15摄氏度到40摄氏度，以5摄氏度为步进，统计出不同温度下得出的校正系数，通过统计和数学公式拟合出不同频率下不同温度下的补偿曲线，如图3所示，得出补偿公式。校正系统会时刻读取发射机的工作温度，通过温度和补偿公式，对补偿系数实时进行补偿，使发射机能够在不同的环境下都有较好的校正效果。

最后需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的相关技术人员根据本方案对以上实施例的修改或者对部分功能单元的等同替换，均不脱离本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全带宽零中频发射机信号校正系统，其特征在于，所述信号校正系统，包括：射频接收单元、信号校正单元，射频发射单元，其中，所述射频接收单元顺序连接射频处理模块、接收开关、接收单元混频器、接收单元模拟滤波器、模数转换器，所述射频发射单元顺序连接数模转换器、发射单元模拟滤波器、发射单元混频器、增益模块、射频处理模块，所述信号校正单元，包括：自动增益控制模块、校正系数计算模块、IQ校正模块。

2.根据权利要求1所述的全带宽零中频发射机信号校正系统，其特征在于，所述自动增益控制模块，用以实现预校正信号的基带功率能够达到最大，同时也能够满足模数转换器不会溢出；所述校正系数计算模块，用以寻找到最合适的增益校正系数gain，相位校正系数phase和直流校正系数dc的值；所述IQ校正模块，通过对校正系数计算模块计算出的校正系数完成对IQ的校正。

3.一种全带宽零中频发射机信号校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)，发射预校正信号：在发射机上电，复位或者在通道频率重配时，所述发射机发送偏中心一定频率的单音信号，作为预校正信号，通过数模转换器变为模拟信号，然后通过正交调制为射频信号，打开射频发射单元的环回开关，同时关闭射频接收单元的接收开关，使预校正信号环回到射频接收单元，射频接收单元使用中频方案，将信号变为中频信号，通过数模转换器变为数字信号，数字信号处理后到基带信号；

步骤(2)，自动增益控制：统计预校正信号的基带功率，通过信号校正单元的自动增益控制模块调节射频发射单元的增益模块，使接收到的基带信号功率最大，同时模数转换器不会溢出；

步骤(3)，校正系数计算：预先设置一组增益和相位的校正系数和校正步进，根据步进不断修正校正系数，同时这些校正系数会被发送到信号校正单元中的IQ校正模块，去纠正IQ两路数据的增益和相位的误差；

步骤(4)，寻找最佳系数：通过统计镜像信号的功率大小来判定是否已经得到最佳的校正系数；统计镜像信号的功率前，将镜像信号搬移至零频，通过特定的窗函数处理，提高信号幅度的识别精度；校正后的IQ信号发射到射频链路又环回到射频接收单元，计算不同系数校正完的IQ信号的边带信号的功率值，当边带信号的功率为最小时，完成第一次校正，保存此时的校正系数，在该校正系数的基础，设置更小的步进，重复步骤(3)和(4)，得到最佳系数，完成边带镜像的校正；

步骤(5)，校正本振泄漏：关闭环回开关，进行本振泄漏的校正，设置校正系数和步进，经过两次重复校正，得到最佳的本振泄漏校正系数，使本振泄漏最小；

步骤(6)，系数温度补偿并保存：统计不同频率不同温度下的补偿系数，拟合出补偿的曲线，时刻检测发射机的温度，根据工作频率，对系数进行实时补偿并保存系数，使发射机适用于不同环境。

4.根据权利要求3所述的发射机信号校正方法，其特征在于，所述步骤(3)校正系数计算方法如下：射频信号可以简单表示为s(t)＝cos(ωt)*cos(ω_ct)-sin(ωt)*sin(ω_ct)，根据IQ信号和本振信号出现增益和相位的偏差，将相位和增益的误差归一化到I路为本振信号误差信号为g_c*cos(ω_ct+θ)+d2，使用此误差信号正交调制后调制信号表示为化简后得到三个部分：A1*cos((ω_c+ω)t)-A2*sin((ω_c+ω)t)为正常的射频调制信号，为产生的多余边带信号，d1*d2*cos(ω_ct+θ)为泄漏的本振信号；

对发射的I路和Q路基带信号分别按照如下的公式进行处理I'(t)＝gain*I(t)-dc,Q'(t)＝Q(t)+phase*I(t)-dc，然后发射后与本振信号正交调制，通过调节增益校正系数gain和相位校正系数phase以及直流校正系数dc的值，可以完成校正功能。

5.根据权利要求3所述的发射机信号校正方法，其特征在于，所述步骤(4)寻找最佳系数方法如下：通过抓取到的IQ两路反馈回来的信号，设置一组初始的增益校正系数值G(0)，初始相位校正系数P(0)，设置校正步进step1，通过公式G(n)＝G(n-1)±step1，P(n)＝P(n-1)±step1对系数更新，将更新的校正系数传到IQ校正模块，处理后的IQ信号通过射频发射单元又反馈回射频接收单元。

6.根据权利要求3所述的发射机信号校正方法，其特征在于，所述步骤(4)寻找最佳系数方法还包括：将镜像信号搬移到零频，再计算镜像信号功率，将用来搬移的数控震荡器先进行加窗处理，这里选用汉宁窗n的范围为1到N。