CN109379146A - 一种正交调制器的电路参数校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正交调制器的电路参数校正方法，本发明根据正交调制器的电路模型得到相应的基带信号传输方程s0(t)；将基带信号x(t)经过正交调制、反馈电路进行下变频、ADC采样、预处理，获取调制后的等效基带信号y(t)；由基带信号传输方程与等效基带信号y(t)求解得出正交调制器的电路偏差参数；再根据得到的电路偏差参数校正正交调制器的电路参数。整个校正过程无需高精度的测试仪器辅助。本发明将x(t)及ADC采样数据yI(t)送到预处理模块及参数求解模块中，输出正交调制器的电路偏差参数，能据此直接修正其电路参数，无需反复校正调试，便使得修正后的正交调制器趋近于理想情况，方法简捷，校正精度高。本发明适用于正交调制器的参数估计与校正领域。
Description
技术领域
本发明涉及数字通信领域，更具体的，涉及一种正交调制器的电路参数校正方法。
背景技术
正交调制器是基站、电台、手机等通信设备中的一种射频器件，由I与Q两路调制器组成，输入到正交调制器的基带调制信号x(t)可以表示为
x(t)＝r(t)·ejθ(t)＝r(t)·cosθ(t)+jr(t)·sinθ(t)
一般将该信号的实部称作I路信号，虚部称作Q路信号。正交调制器将输入的基带信号从低频搬移到很高的频率上，然后经过功率放大器将能量放大以后，由天线发射出去。在理想条件下，射频信号(16QAM调制)的星座图如图1所示，图上的各点间隔均匀，端正，其中心在(0,0)点。
由于模拟器件的一致性不高，经过正交调制后的信号一般都含有比较强的镜像泄漏、本振泄漏等失真成分，其频谱密度仅比有用信号低20～40dB。这些无用的泄漏成分叠加到有用的射频信号上，将使信号的质量变差，表现为星座图出现压扁，倾斜，偏离中心点等畸变，如图2所示。进而导致在通信时对噪声的承受能力变差，误码率升高，接收机的灵敏度降低。
现有的校正参数方案一般是通过逐项扫描－调零的途径来分别抑制本振泄漏、镜像泄漏，步骤大致为：
1、保持Q路的偏置电压不变，改变I路的偏置电压，观察正交调制器的输出频谱，使本振泄漏达到最小；
2、保持I路的偏置电压，改变Q路的偏置电压，观察正交调制器的输出频谱，使本振泄漏进一步达到最小；
3、保持Q路的偏置电压，微调I路的偏置电压，继续使本振泄漏达到最小；此时得到的I、Q的偏置电压就是最佳的补偿电压。
4、用类似的步骤，在±2dB的范围内仔细、反复的分别调节I、Q路的增益，使镜像泄漏达到最小；
5、调节正交载波的相位偏差，使镜像泄漏达到最小；
6、重复步骤4～5若干次，使镜像泄漏达到最小。
该校正方法的步骤比较繁琐，需要反复测量，而且通过目测观察、判断所调节的本振泄漏、镜像泄漏信号是否达到最小值，其效果与个人的经验、仪器的精度有关，因此误差较大，一般只有10-20dB的改善。
发明内容
本发明为了解决现有的校正技术操作繁琐，工作效率低，误差大的问题，提供了一种正交调制器的电路参数估计与校正方法，其具有校正速度快、校正精度高的特点。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种正交调制器的电路参数校正方法，该校正方法的步骤如下：
S1：将测试用的基带信号x(t)输入到正交调制器，输出射频信号s(t)；
S2：在反馈电路中，射频信号s(t)经过下变频，成为中频信号，该信号由ADC采样，成为数字中频信号yI(t)；
S3：在预处理模块中，与数字中频信号yI(t)进行预处理，得到与x(t)对应的信号y(t)；
S4：估计y(t)中的泄漏分量及其幅度，得到y(t)的数字表达式；
S5：令y(t)与经过正交调制器后的射频信号s(t)对应的基带信号传输方程s0(t)相等；得到一个关于电路参数的方程组，求解该方程组得到正交调制器的电路偏差参数；
S6：根据偏差参数调节正交调制器的电路设置，使正交调制器的失配最小化，完成调制器的校正。
优选地，所述预处理的步骤如下：
1)将数字中频信号yI(t)做数字下变频、低通滤波处理，成为y1(t)；
2)将y1(t)与x(t)做时延上的对齐，成为y2(t)；
3)消除y2(t)中的载频偏差、相位偏差，成为y3(t)；
4)将y3(t)的能量调整到与x(t)相同，成为y(t)。
优选地，所述估计y(t)中的泄漏分量及其幅度的处理步骤如下：
A1：y(t)的表达式为
y(t)＝A·x(t)+B·x*(t)+DC
A2：将时刻t＝1,2,3,….N对应的N个试验数据x(t)、y(t)代入A1的表达式中，得到一个关于未知量A、B、DC的线性方程组；
A3：解得这些复系数，记为A＝αi+jαq、B＝βi+jβq、DC＝DC2+jDC1，此时y(t)的表达式为
y(t)≈(αi+jαq)·x(t)+(βi+jβq)·x*(t)+DC2+jDC1
＝(αi+jαq)·(I+jQ)+(βi+jβq)·(I-jQ)+DC2+jDC1
其中：A是数据y(t)中x(t)分量的大小；B是共轭信号x*(t)分量的大小；DC是本振泄漏成分的强度；αi、αq分别是A的实部、虚部；βi、βq分别是B的实部、虚部；DC2、DC1分别是DC的实部、虚部。
优选地，正交调制器的等效简单电路模型，信号在其中的变换方法如下：
1)将基带调制信号x(t)中的I路信号经过放大器进行a倍增益处理，再经过加法器与dc2相加运算后，经过乘法器与进行相乘运算；
2)将基带调制信号x(t)中的Q路信号经过放大器进行b倍增益处理，再经过加法器与dc1相加运算后，经过乘法器与进行相乘运算；
3)将上述经过正交调制的I路、Q路信号相加，输出正交调制后的射频信号s(t)；
其中，a、b表示I路、Q路的增益，在理想情况下，a＝b；dc1、dc2表示电路中的直流偏置或存在寄生、耦合效应时对应的直流分量，在理想情况下，dc1＝0、dc2＝0；表示正交的本振信号，ω为输出的射频频率；表示正交本振信号的相位差偏离90度的大小，在理想情况下，
进一步地，所述射频信号s(t)对应的基带信号传输方程s0(t)的表达式为：
优选地，步骤S5，令y(t)等于s0(t)，解得正交调制器的电路参数如下：
本发明的有益效果如下：本发明根据正交调制器的电路模型得到相应的基带信号传输方程s0(t)；将基带信号x(t)经过正交调制、反馈通道的下变频、ADC采样、预处理等步骤，获取调制后的等效基带信号y(t)；然后由基带信号传输方程与等效基带信号y(t)求解得出正交调制器的电路偏差参数；最后根据得到的电路偏差参数校正正交调制器的电路参数。整个校正过程无需高精度的测试仪器辅助。本发明将x(t)及ADC采样数据yI(t)送到预处理模块中，输出正交调制器的电路偏差参数，然后直接修正其电路参数，无需反复校正调试，便使得修正后的正交调制器趋近于理想情况，方法简捷，校正精度高。
附图说明
图1是正常信号示意图。
图2是失真信号示意图。
图3是本发明正交调制器的电路参数校正方法流程图。
图4是估算正交调制器电路参数原理图。
图5是本发明正交调制器的简单电路模型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图3所示，一种正交调制器的电路参数校正方法，该校正方法步骤如下：
S1：将测试用的基带信号x(t)输入正交调制器，输出射频信号s(t)；
S2：在反馈电路中，射频信号s(t)经过衰减、与cos(ωrt)进行混频、最后经过带通滤波处理中频的信号SI(t)，完成下变频处理；将中频的信号SI(t)经过ADC采样，成为数字中频信号yI(t)；
S3：在预处理模块中，将数字中频信号yI(t)预处理，得到与x(t)对应的信号y(t)；
S4：估计y(t)中的泄漏分量及其幅度，得到y(t)的数字表达式；
S5：令y(t)与经过正交调制器后的射频信号s(t)对应的基带信号传输方程s0(t)相等；得到一个关于电路参数的方程组，求解该方程组得到正交调制器的电路偏差参数；
S6：根据偏差参数调节正交调制器的电路设置，使正交调制器的失配最小化，完成调制器的校正。
本实施例正交调制器、反馈电路、预处理模块构成估计正交调制器电路参数的电路，如图4所示，该电路信号具体处理过程如下：
T1：基带信号x(t)分别通过I路、Q路输入正交调制，得到射频信号s(t)；
基带调制信号x(t)的表达式为：
x(t)＝r(t)·ejθ(t)＝r(t)·cosθ(t)+jr(t)·sinθ(t)
其中，该信号的实部称作I路信号，虚部称作Q路信号。
T2：将射频信号s(t)先经过衰减到合适的功率，在经过与cos(ωrt)混频、带通滤波后得到低中频信号SI(t)；
T3：低中频信号SI(t)经过ADC采样为数字中频信号yI(t)后，输入到数据处理模块中。
该步骤是为了得到与基带信号x(t)相对应的信号yI(t)。yI(t)中包含正交调制器的失真参数。
本实施例步骤S3所述预处理的步骤如下：
1)将yI(t)做数字下变频、低通滤波处理，成为y1(t)；
2)将y1(t)与x(t)做时延上的对齐，成为y2(t)；
3)消除y2(t)中的载频偏差、相位偏差，成为y3(t)；
4)将y3(t)的能量调整到与x(t)相同，成为y(t)。
然后估计y(t)中的泄漏分量及其幅度，其处理步骤如下：
A1：y(t)的表达式为
y(t)＝A·x(t)+B·x*(t)+DC
其中：*表示对复数的共轭处理，
A2：将时刻t＝1,2,3,….N对应的N个采样数据x(t)、y(t)代入A1的表达式y(t)中，得到一个关于未知量A、B、DC的线性方程组；使用误差的最小二乘准则或者其它类似的求取方程组的近似最优解的方法，解得这些复系数。
A3：解得这些复系数，记为A＝αi+jαq、B＝βi+jβq、DC＝DC2+jDC1，此时y(t)的表达式为
y(t)≈(αi+jαq)·x(t)+(βi+jβq)·x*(t)+DC2+jDC1
＝(αi+jαq)·(I+jQ)+(βi+jβq)·(I-jQ)+DC2+jDC1
其中：A是数据y(t)中x(t)分量的大小；B是共轭信号x*(t)分量的大小；DC是本振泄漏成分的强度；αi、αq分别是A的实部、虚部；βi、βq分别是B的实部、虚部；DC2、DC1分别是DC的实部、虚部。
如图5所示，本实施例所述正交调制器的等效电路模型，信号在其中的变换方法如下：
1)将基带调制信号x(t)中的I路信号经过放大器进行a倍增益处理，再经过加法器与dc2相加运算后，经过乘法器与进行相乘运算；
2)将基带调制信号x(t)中的Q路信号经过放大器进行b倍增益处理，再经过加法器与dc1相加运算后，经过乘法器与进行相乘运算；
3)将上述经过正交调制的I路、Q路信号相加，输出正交调制后的射频信号s(t)；
其中：a、b表示I路、Q路的增益，在理想情况下，a＝b；dc1、dc2表示电路中的直流偏置或存在寄生、耦合效应时对应的直流分量在理想情况下，dc1＝0、dc2＝0；表示正交的本振信号，ω为输出的射频频率，表示正交本振信号的相位差偏离90度的大小，在理想情况下，
所述基带调制信号x(t)通过正交调制器后的输出射频信号为s(t)，s(t)对应的基带信号传输方程s0(t)的表达式为
令y(t)＝s0(t)，根据y(t)的表达式与s0(t)的表达式求解出图5中的正交调制器的电路偏差参数如下：
根据上式求解出的电路偏差参数，调节正交调制器的电路参数，能够使得调节后的系统等效参数趋于以下理想值：
a＝b＝1；dc1＝dc2＝0
完成对调制器的校正，泄漏信号将达到最低。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种正交调制器的电路参数校正方法，其特征在于：该校正方法的步骤如下：
S1：将测试用的基带信号x(t)输入到正交调制器，输出射频信号s(t)；
S2：在反馈电路中，射频信号s(t)经过下变频，成为中频信号，该信号由ADC采样，成为数字中频信号yI(t)；
S3：在预处理模块中，对数字中频信号yI(t)进行预处理，得到与x(t)对应的信号y(t)；
S4：估计y(t)中的泄漏分量及其幅度，得到y(t)的数字表达式；
S5：令y(t)与经过正交调制器后的射频信号s(t)对应的基带信号传输方程s0(t)相等；得到一个关于电路参数的方程组，求解该方程组得到正交调制器的电路偏差参数；
S6：根据偏差参数调节正交调制器的电路设置，使正交调制器的失配最小化，完成调制器的校正。
2.根据权利要求1所述的正交调制器的电路参数校正方法，其特征在于：所述预处理的步骤如下：
1)将数字中频信号yI(t)做数字下变频、低通滤波处理，成为y1(t)；
2)将y1(t)与x(t)做时延上的对齐，成为y2(t)；
3)消除y2(t)中的载频偏差、相位偏差，成为y3(t)；
4)将y3(t)的能量调整到与x(t)相同，成为y(t)。
3.根据权利要求1所述的正交调制器的电路参数校正方法，其特征在于：所述估计y(t)中的泄漏分量及其幅度的处理步骤如下：
A1：y(t)的表达式为
y(t)＝A·x(t)+B·x*(t)+DC
A2：将时刻t＝1,2,3,….N对应的N个试验数据x(t)、y(t)代入A1的表达式中，得到一个关于未知量A、B、DC的线性方程组；
A3：解得这些复系数，记为A＝αi+jαq、B＝βi+jβq、DC＝DC2+jDC1，此时y(t)的表达式为
y(t)≈(αi+jαq)·x(t)+(βi+jβq)·x*(t)+DC2+jDC1＝(αi+jαq)·(I+jQ)+(βi+jβq)·(I-jQ)+DC2+jDC1
其中：A是数据y(t)中x(t)分量的大小；B是共轭信号x*(t)分量的大小；DC是本振泄漏成分的强度；αi、αq分别是A的实部、虚部；βi、βq分别是B的实部、虚部；DC2、DC1分别是DC的实部、虚部。
4.根据权利要求1所述的正交调制器的电路参数校正方法，其特征在于：正交调制器的等效简单电路模型，信号在其中的变换方法如下：
1)将基带调制信号x(t)中的I路信号经过放大器进行a倍增益处理，再经过加法器与dc2相加运算后，经过乘法器与进行相乘运算；
2)将基带调制信号x(t)中的Q路信号经过放大器进行b倍增益处理，再经过加法器与dc1相加运算后，经过乘法器与进行相乘运算；
3)将上述经过正交调制的I路、Q路信号相加，输出正交调制后的射频信号s(t)；
其中，a、b表示I路、Q路的增益，在理想情况下，a＝b；dc1、dc2表示电路中的直流偏置或存在寄生、耦合效应时对应的直流分量，在理想情况下，dc1＝0、dc2＝0；表示正交的本振信号，ω为输出的射频频率；表示正交本振信号的相位差偏离90度的大小，在理想情况下，
5.根据权利要求4所述的正交调制器的电路参数校正方法，其特征在于：所述射频信号s(t)对应的基带信号传输方程s0(t)的表达式为：
6.根据权利要求1所述的正交调制器的电路参数校正方法，其特征在于：步骤S5，令y(t)等于s0(t)，解得正交调制器的电路参数如下：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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