CN108366037B - 基于iq通信收发系统的多通道tiadc失真校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，先获取IQ通信系统误差参数估计值，根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，并计算获得IQ通路的表达式，然后计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)，根据频谱Y(jω)计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，最后在根据补偿结果进行失真校正,本发明的校正方法综合补偿了整个IQ通信收发系统所引起的失配误差，对发送端失配、接收端失配、模拟器件的误差以及部分类型的信道失真进行了补偿，整体补偿修正效果较好，提高了信号的传输质量。

Description

基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法
技术领域
本发明涉及模数转换领域，特别是一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法。
背景技术
随着无线通信系统的不断发展，数字化技术的推广，对更高的采样率、更强的稳定性和更低的成本产生了越来越高的要求，而在实际的IQ通信系统当中，总是不可避免的存在各种各样的失配问题，其中主要包括射频收发终端的FI失配、模拟器件产生的FD失配和信道传输过程中的噪声和损耗等，这些失配信号会严重降低信号的传输质量以及传输信号的信噪比。
另一方面，在目前集成电路工艺水平下，单片ADC的采样速度和转换精度不可能同时提高，为了在不牺牲精度的前提下提高采样率，时间交替ADC(TIADC)采样系统被提出，在时间交替ADC采样系统里有M片ADC，这些ADC的采样时钟相互之间相位差为360/M度，系统里这些ADC是同时工作，因此理论上对于被采样信号来说，时间交替ADC采样系统的采样率是单片ADC的M倍，但是由于制造工艺本身固有的缺点，不可能使得每一片ADC完全一模一样，所以必然又会使得各个通道ADC之间产生新的失配误差，从而又进一步降低了整个ADC系统的信噪比。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，可以校正整个通信收发系统所引发的失配误差，包括发送端的IQ失配，发送端的模拟器件误差，接收端IQ失配，接收端的模拟器件误差以及部分类型的信道失真等，可以推动TIADC在通信系统中的发展和使用。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，包括以下步骤：
A、获取IQ通信系统误差参数估计值；
B、根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系；
C、计算获得IQ通路的表达式；
D、计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)；
E、根据频谱Y(jω)计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果；
F、根据补偿结果进行失真校正。
进一步，所述步骤A中获取IQ通信系统误差参数估计值，所述误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000021
发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000022
发送端I通路的幅度
Figure GDA0002582295860000023
和相位
Figure GDA0002582295860000024
发送端Q通路的幅度
Figure GDA0002582295860000025
和相位
Figure GDA0002582295860000026
信道的冲击响应为g(t)、接收端I的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000027
Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000031
接收端I通路的幅度
Figure GDA0002582295860000032
和相位
Figure GDA0002582295860000033
接收端Q通路的幅度
Figure GDA0002582295860000034
和相位
Figure GDA0002582295860000035
对IQ通信系统中会引起误差的参数进行估计得到估计值，通过误差参数估计值可以分析出输出与输入之间的关系。
进一步，所述步骤B中根据误差参数的估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为：
Figure GDA0002582295860000036
其中，x(t)是IQ通信系统输出信号，s(t)为发送端的原信号，hr(t)为接收端低通滤波器的冲击响应，ψ(t)、
Figure GDA0002582295860000037
分别为通过发送端和接收端各部分误差参数的估计值计算得到的系数，ψ(t)、
Figure GDA0002582295860000038
由下列表达式得到：
Figure GDA0002582295860000039
Figure GDA00025822958600000310
其中，g(t)为信道的冲击响应；
Figure GDA00025822958600000311
Figure GDA00025822958600000312
Figure GDA00025822958600000313
Figure GDA0002582295860000041
Figure GDA0002582295860000042
Figure GDA0002582295860000043
Figure GDA0002582295860000044
Figure GDA0002582295860000045
进一步，所述步骤C中计算获得IQ通路的表达式，I通路的表达式为：
Figure GDA0002582295860000046
Q通路的表达式为：
Figure GDA0002582295860000047
其中，
Figure GDA0002582295860000048
为辅助等效传递函数，s(t)为发送端的原信号。
进一步，所述步骤D中计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)，其中I、Q通路各支路的ADC通道传递函数分别为G0(jω)、G1(jω)、G2(jω)、G3(jω)。ADC通道传递函数也会对输入信号产生影响，通过ADC通道传递函数与输入信号可以计算得到输出频谱。
进一步，频谱Y(jω)的表达式为：
Figure GDA0002582295860000051
其中，ω′＝ω-ωs/2，HT0、HT1、HT2、HT3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到；根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果。频谱Y(jω)内包括了TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱，通过频谱Y(jω)的表达式可以找到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱相对应部分的频谱，然后进行补偿即可。
进一步，根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC镜像频谱的补偿结果，即补偿S*(-j[ω′-kωs])对应的频谱，具体步骤为：
E11、TIADC输出信号y(t)经过2倍上采样器并频谱右移ω′s/4后通过带通滤波器hBP(t)得到辅助信号ya(t)，带通滤波器hBP(t)的通带为-ω′s/2≤ω≤0，ω′s是采样频率的2倍；
E12、在-ω′s/2≤ω≤0频域内，构造滤波器W1(jω)＝HT1(jω)/HT0(jω)；
E13、ya(t)经过滤波器W1(jω)作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号f0(t)；
E14、TIADC镜像频谱的补偿结果v1(t)＝y(t)-f0(t)。
进一步，根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC失配频谱的补偿结果，即补偿S(j[ω′-kωs])对应的频谱，具体步骤为：
E21、TIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移ωs/4后取共轭后得到辅助信号yb(t)；
E22、构造滤波器
Figure GDA0002582295860000061
E23、yb(t)经过滤波器W2(jω)作用并右移ωs/4后得到辅助信号f1(t)；
E24、TIADC失配频谱的补偿结果v2(t)等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去f1(t)。
进一步，根据频谱Y(jω)的表达式计算IQ不平衡频谱的补偿结果，即补偿S*(-j[ω-kωs])对应的频谱，具体步骤为：
E31、TIADC失配频谱的补偿结果取共轭后得到辅助信号yc(t)；
E32、构造滤波器
Figure GDA0002582295860000062
E33、yc(t)经过滤波器W3(jω)作用后得到辅助信号f2(t)；
E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3(t)等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2(t)。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，首先获取IQ通信系统误差参数估计值，根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，并计算IQ通路的表达式，然后再计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)，根据频谱Y(jω)的表达式可以计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，最后再根据这些补偿结果设计对应的滤波器对失真频谱进行失真校正，综合补偿了整个IQ通信收发系统所引发的失配误差，提高信号的传输质量，补偿修正效果较好。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的IQ通信收发系统框图；
图2是本发明TIADC镜像频谱补偿的结构图；
图3是本发明TIADC失配频谱补偿结的构图；
图4是本发明IQ不平衡频谱补偿的结构图；
图5是发明一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法的流程框图；
图6是本发明TIADC输出信号频谱成分示意图；
图7是补偿效果图。
具体实施方式
参照图1-图5，本发明的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，先获取IQ通信系统误差参数估计值，根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，并计算获得IQ通路的表达式，然后计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)，根据频谱Y(jω)计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，最后在根据补偿结果进行失真校正，本发明的校正方法综合补偿了整个IQ通信收发系统所引起的失配误差，对发送端失配、接收端失配、模拟器件的误差以及部分类型的信道失真进行了补偿，整体补偿修正效果较好，提高了信号的传输质量。
具体地，误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000081
发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000082
发送端I通路的幅度
Figure GDA0002582295860000083
和相位
Figure GDA0002582295860000084
发送端Q通路的幅度
Figure GDA0002582295860000085
和相位
Figure GDA0002582295860000086
信道的冲击响应为g(t)、接收端I的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000087
Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA0002582295860000088
接收端I通路的幅度
Figure GDA0002582295860000089
和相位
Figure GDA00025822958600000810
接收端Q通路的幅度
Figure GDA00025822958600000811
和相位
Figure GDA00025822958600000812
其中各个误差参数的数值如下：
Figure GDA00025822958600000813
而发送端I、Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure GDA00025822958600000814
的估计值为：
Figure GDA00025822958600000815
Figure GDA00025822958600000816
根据上述误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为：
Figure GDA0002582295860000091
其中，x(t)是IQ通信系统输出信号，s(t)为发送端的原信号，hr(t)为接收端低通滤波器的冲击响应，通过发送端和接收端等各部分误差参数的估计值计可以算得到ψ(t)、
Figure GDA0002582295860000092
ψ(t)、
Figure GDA0002582295860000093
的计算公式为：
Figure GDA0002582295860000094
Figure GDA0002582295860000095
其中，g(t)为信道的冲击响应；
Figure GDA0002582295860000096
Figure GDA0002582295860000097
Figure GDA0002582295860000098
Figure GDA0002582295860000099
Figure GDA00025822958600000910
Figure GDA00025822958600000911
Figure GDA0002582295860000101
Figure GDA0002582295860000102
将误差参数的估计值带入到上述的所有式子中即可推出ψ(t)、
Figure GDA00025822958600001012
然后可以得到IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系。
由上述IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系可以得出IQ通路的表达式分别为：
Figure GDA0002582295860000103
Figure GDA0002582295860000104
其中，s(t)为发送端的原信号，
Figure GDA0002582295860000105
为辅助等效传递函数，且
Figure GDA0002582295860000106
的表达式为：
Figure GDA0002582295860000107
Figure GDA0002582295860000108
Figure GDA0002582295860000109
Figure GDA00025822958600001010
具体地，IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出频谱Y(jω)，其中I、Q通路各支路的ADC通道传递函数分别为G0(jω)、G1(jω)、
G2(jω)、G3(jω)，ADC通道传递函数为：
Figure GDA00025822958600001011
其中，
Figure GDA0002582295860000111
估计值如下表所示：
Figure GDA0002582295860000112
由此可以计算得到各个ADC通道的传递函数。
具体地，由IQ通路表达式以及各支路ADC通道传递函数可以得到IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)：
Figure GDA0002582295860000113
其中，ω′＝ω-ωs/2，HT0、HT1、HT2、HT3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到：
Figure GDA0002582295860000114
Figure GDA0002582295860000115
Figure GDA0002582295860000121
Figure GDA0002582295860000122
Figure GDA0002582295860000123
是qI0、qI1、qQ0、qQ1四个辅助等效传递函数对应的傅里叶变换。
根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，具体地，计算TIADC镜像频谱的补偿结果，即补偿S*(-j[ω′-kωs])对应的频谱，具体步骤为：E11、TIADC输出信号y(t)经过2倍上采样器并频谱右移ω′s/4后通过带通滤波器hBP(t)得到辅助信号ya(t)，带通滤波器hBP(t)的通带为-ω′s/2≤ω≤0，ω′s是采样频率的2倍；E12、在-ω′s/2≤ω≤0频域内，构造滤波器W1(jω)＝HT1(jω)/HT0(jω)；E13、ya(t)经过滤波器W1(jω)作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号f0(t)；E14、TIADC镜像频谱的补偿结果v1(t)＝y(t)-f0(t)。
计算TIADC失配频谱的补偿结果，即补偿S(j[ω′-kωs])对应的频谱，具体步骤为：E21、TIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移ωs/4后取共轭后得到辅助信号yb(t)；E22、构造滤波器
Figure GDA0002582295860000124
E23、yb(t)经过滤波器W2(jω)作用并右移ωs/4后得到辅助信号f1(t)；E24、TIADC失配频谱的补偿结果v2(t)等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去f1(t)。
具体地，计算IQ不平衡频谱的补偿结果，即补偿S*(-j[ω-kωs])对应的频谱，具体步骤为：E31、TIADC失配频谱的补偿结果取共轭后得到辅助信号yc(t)；E32、构造滤波器
Figure GDA0002582295860000131
E33、yc(t)经过滤波器W3(jω)作用后得到辅助信号f2(t)；E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3(t)等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2(t)。
经过上述的补偿后的得到的V3(t)即为联合补偿结果。
参照图6，本发明TIADC输出信号频谱成分示意图，接收信号的频谱可分解为理想信号的频谱及其IQ镜像频谱，TIADC失配信号频谱以及TIADC失配镜像频谱四个部分，其中，深色部分为理想部分频谱，浅色部分为失配部分频谱。
参照图7，图7中深色部分校正后的频谱，浅色部分为失配信号频谱，经本发明所述的方法补偿后，失配频谱的峰值均下降了18～20dB，也即是证明了本发明所述补偿方法的有效性，本发明的方法对通信收发系统中的多通道TIADC的补偿具有很好的有效性和实用性。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、获取IQ通信系统误差参数估计值，所述误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure FDA0002596303240000011
发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure FDA0002596303240000012
发送端I通路的幅度
Figure FDA0002596303240000013
和相位
Figure FDA0002596303240000014
发送端Q通路的幅度
Figure FDA0002596303240000015
和相位
Figure FDA0002596303240000016
信道的冲击响应为g(t)、接收端I的FA误差等效通路冲击响应
Figure FDA0002596303240000017
Q通道的FA误差等效通路冲击响应
Figure FDA0002596303240000018
接收端I通路的幅度
Figure FDA0002596303240000019
和相位
Figure FDA00025963032400000110
接收端Q通路的幅度
Figure FDA00025963032400000111
和相位
Figure FDA00025963032400000112
B、根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为：
Figure FDA00025963032400000113
其中，x(t)是IQ通信系统输出信号，s(t)为发送端的原信号，hr(t)为接收端低通滤波器的冲击响应，ψ(t)、
Figure FDA00025963032400000114
分别为通过发送端和接收端各部分误差参数的估计值计算得到的系数，ψ(t)、
Figure FDA00025963032400000115
由下列表达式得到：
Figure FDA00025963032400000117
Figure FDA00025963032400000116
其中，g(t)为信道的冲击响应；
Figure FDA0002596303240000021
Figure FDA0002596303240000022
Figure FDA0002596303240000023
Figure FDA0002596303240000024
Figure FDA0002596303240000025
Figure FDA0002596303240000026
Figure FDA0002596303240000027
Figure FDA0002596303240000028
C、计算获得IQ通路的表达式，
I通路的表达式为：
Figure FDA0002596303240000029
Q通路的表达式为：
Figure FDA00025963032400000210
其中，
Figure FDA00025963032400000211
为辅助等效传递函数，且
Figure FDA0002596303240000031
Figure FDA0002596303240000032
Figure FDA0002596303240000033
Figure FDA0002596303240000034
s(t)为发送端的原信号；
D、计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)；
E、根据频谱Y(jω)计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，
其中，根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC镜像频谱的补偿结果，具体步骤为：
E11、TIADC输出信号y(t)经过2倍上采样器并频谱右移ωs′/4后通过带通滤波器hBP(t)得到辅助信号ya(t)，带通滤波器hBP(t)的通带为-ω′s/2≤ω≤0，ω′s是采样频率的2倍；
E12、在-ω′s/2≤ω≤0频域内，构造滤波器W1(jω)＝HT1(jω)/HT0(jω)；
E13、ya(t)经过滤波器W1(jω)作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号f0(t)；
E14、TIADC镜像频谱的补偿结果v1(t)＝y(t)-f0(t)；
根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC失配频谱的补偿结果，具体步骤为：
E21、TIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移ωs/4后取共轭后得到辅助信号yb(t)；
E22、构造滤波器
Figure FDA0002596303240000041
E23、yb(t)经过滤波器W2(jω)作用并右移ωs/4后得到辅助信号f1(t)；
E24、TIADC失配频谱的补偿结果v2(t)等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去f1(t)；
根据频谱Y(jω)的表达式计算IQ不平衡频谱的补偿结果，具体步骤为：
E31、TIADC失配频谱的补偿结果取共轭后得到辅助信号yc(t)；
E32、构造滤波器
Figure FDA0002596303240000042
E33、yc(t)经过滤波器W3(jω)作用后得到辅助信号f2(t)；
E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3(t)等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2(t)；
F、根据补偿结果进行失真校正；
其中，TIADC为时间交替模数转换器；ω′＝ω-ωs/2，HT0、HT1、HT2、HT3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于：所述步骤D中计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Y(jω)，其中I、Q通路各支路的ADC通道传递函数分别为G0(jω)、G1(jω)、G2(jω)、G3(jω)。
3.根据权利要求1所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于：频谱Y(jω)的表达式为：
Figure FDA0002596303240000051
根据频谱Y(jω)的表达式计算TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果。
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