CN111314264A - 一种校准iq信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种校准IQ信号的方法和装置，所述方法包括：通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I‑jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N‑1；将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数；根据所述盲估计校准参数预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。

Description

一种校准IQ信号的方法和装置
技术领域
本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种校准IQ信号的方法和装置。
背景技术
在无线通信中调制之后的信号基本都是分为I、Q两路，并且对I、Q两路的信号的幅度和相位有比较严格的要求，如果I、Q两路幅度有区别就会导致信号质量下降，如果是载波如OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)中则要求载波严格正交，否则就会产生严重载波间干扰，因此在无线通信中对信号校准就显得尤为重要。校准方案通常都是先提取信号I、Q的偏差(校准参数)，然后据此加以补偿来实现。
现有的校准参数提取主要有下面几种：1)出厂校准。出厂后发射正弦波环回到接收端，提取偏差。缺点是增加人力和时间成本。如果出厂数量较大，成本将很大；2)根据I、Q两路能量相等的特性，采集大量信号提取偏差，缺点在于采集信号需要时间；3)在芯片内部产生一个正弦波用于接收端提取校准参数，缺点在于对正弦波要求较高，而且增加芯片面积，同时必须在线校准后才能开始发送正常工作信号。
现有的不带盲估计的校准参数提取方法大都需要知道输入信号本身的序列特征即训练序列特征。带有盲估计的功能的校准参数方法大都通过一下步骤实现：1)对I路、Q路信号进行傅里叶变换，并求出每个频点对应的幅度；2)计算每个频点的IQ不平衡度，即用Q路信号经过傅里叶变换得到的幅度除以I路信号经过傅里叶变换得到的幅度；3)通过IQ不平衡度通过特定的公式求出相位不平衡度，从而得到I路和Q路校准滤波器的频率响应系数；4)根据频率响应系数构造校准滤波器进行校准。从上面可以知道需要用到傅里叶变换以及一些三角函数如arccos等复杂的公式，这些在硬件实现中需要消耗大量的乘法器和加法器资源。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种校准IQ信号的方法和装置，待校准IQ信号的校准参数的提取非常便于实现，支持盲估计因此不需要在输入数据添加训练序列，可以节省大量乘法器资源，而且不需要复杂的三角函数变换。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种校准IQ信号的方法，所述方法包括：
通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I-jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N-1；
将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数；
根据所述盲估计校准参数预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。
第二方面，本发明实施例提供了一种校准IQ信号的装置，所述装置包括：
校准参数估计模块，配置为通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I-jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N-1；
校准参数更新模块，配置为将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数；
校准模块，配置为根据所述盲估计校准参数预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。
本发明实施例提供了一种校准IQ信号的方法和装置，基于多个点求均值的盲估计方法提取校准参数，不需要知道输入数据的序列特征，只需要有限几个乘法器因此可以节省大量乘法器资源。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种校准IQ信号的方法的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种校准IQ信号的装置的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种校准IQ信号的装置的校准参数估计模块的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种校准IQ信号的装置的校准模块的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种校准IQ信号的方法，所述方法包括：
S101：通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数W2(如在图2中示出的)，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I-jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N-1；
S102：将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数W2；
S103：根据所述盲估计校准参数W2预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。
根据本发明实施例提供的校准IQ信号的方法，基于多个点求均值的盲估计方法提取校准参数，不需要知道输入数据的序列特征，能够实现在线盲估计，并且只需要有限几个乘法器因此可以节省大量乘法器资源，实现复杂度较低。
针对步骤S101，通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数W2，包括：
计算第一平均值acf为
Figure BDA0002386493050000041
计算第二平均值cacf_re为
Figure BDA0002386493050000042
计算第三平均值cacf_im为
Figure BDA0002386493050000043
计算所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号的盲估计校准参数W2_re为W2_re＝(2*acf)/cacf_re以及Q路信号的盲估计校准参数W2_im为W2_im＝(-2*acf)/cacf_im，其中n≥N，从而获得所述待校准IQ信号的盲估计校准参数W2。
上述步骤中，除法运算实际只计算两次，在无线通信基带及中频处理中，大多包括除法算法，在不影响工作的情况下是可以实现复用的，因此节省了资源与面积。
对于上述计算第一平均值，可以包括：
将所述复信号y(n)与所述共轭复信号y’(n)相乘以获得第一相乘结果I2+Q2；
将N个所述第一相乘结果累加以获得第一累加结果
Figure BDA0002386493050000044
将所述第一累加结果除以累加个数N以获得所述第一平均值
Figure BDA0002386493050000045
Figure BDA0002386493050000046
以复数相乘的方式获得求平均值所需的量I2+Q2，便于硬件实现。
对于上述计算第二平均值，可以包括：
将所述复信号y(n)与所述复信号y(n)相乘以获得第二相乘结果I2-Q2+2*I*Qi；
将N个所述第二相乘结果实部累加以获得第二累加结果
Figure BDA0002386493050000047
将所述第二累加结果除以累加个数N以获得所述第二平均值
Figure BDA0002386493050000048
Figure BDA0002386493050000049
与上面相同地，以复数相乘的方式获得求平均值所需的量I2-Q2，便于硬件实现。
对于上述计算第三平均值，可以包括：
将N个所述第二相乘结果虚部累加以获得第三累加结果
Figure BDA00023864930500000410
将所述第三累加结果除以累加个数N以获得所述第三平均值
Figure BDA0002386493050000051
Figure BDA0002386493050000052
与上面相同地，以复数相乘的方式获得求平均值所需的量2*I*Q，便于硬件实现。
针对步骤S103，所述根据所述盲估计校准参数W2预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N，包括：
计算复信号Y(n)为Y(n)＝y(n)+y’(n-1)*(-W2)+y’(n-2)*W1+y’(n-3)*(-W0)，
其中，W2为所述盲估计校准参数，并且在待校准IQ信号的基带滤波不平衡为零或很小的情况下W1、W0等于0，
其中，所述复信号Y(n)的实部和虚部分别为所述校准的IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号。
上述步骤只需要有限的几个乘法器和加法器，便于实现。
参见图2，本发明实施例还提供了一种校准IQ信号的装置100，所述装置100包括：
校准参数估计模块110，配置为通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数W2，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I-jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N-1；
校准参数更新模块120，配置为将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数W2；
校准模块130，配置为根据所述盲估计校准参数W2预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。
在本发明的优选实施方式中，参见图3，所述校准参数估计模块110包括：
第一复数相乘器110A，配置为将所述复信号y(n)与所述共轭复信号y’(n)相乘以获得第一相乘结果I2+Q2；
第二复数相乘器110B，配置为将所述复信号y(n)与所述复信号y(n)相乘以获得第二相乘结果I2-Q2+2*I*Qi；
第一累加器110C，配置为将N个所述第一相乘结果累加以获得第一累加结果
Figure BDA0002386493050000061
第二累加器110D，配置为将N个所述第二相乘结果实部累加以获得第二累加结果
Figure BDA0002386493050000062
第三累加器110E，配置为将N个所述第二相乘结果虚部累加以获得第三累加结果
Figure BDA0002386493050000063
第一累加个数除法器110F、第二累加个数除法器110G和第三累加个数除法器110H，配置为分别将第一累加结果、第二累加结果和第三累加结果除以累加个数N以获得第一平均值
Figure BDA0002386493050000064
第二平均值
Figure BDA0002386493050000065
Figure BDA0002386493050000066
和第三平均值
Figure BDA0002386493050000067
分时除法器110I，配置为计算所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号的盲估计校准参数W2_re为W2_re＝(2*acf)/cacf_re以及Q路信号的盲估计校准参数W2_im为W2_im＝(-2*acf)/cacf_im，其中n≥N，从而获得所述待校准IQ信号的盲估计校准参数W2。
在本发明的优选实施方式中，同样参见图3，所述校准参数估计模块还包括：选择器110J，配置为选择所述第二平均值和所述第三平均值中的一个值，当所述第二平均值被选择时所述分时除法器110I计算所述盲估计校准参数W2_re，当所述第三平均值被选择时所述分时除法器110I计算所述盲估计校准参数W2_im。
在本发明的优选实施方式中，参见图4，所述校准模块130包括配置为计算复信号Y(n)为Y(n)＝y(n)+y’(n-1)*(-W2)+y’(n-2)*W1+y’(n-3)*(-W0)的寄存器130A-130D、乘法器130E-130F和加法器130H-130J，
其中，W2为所述盲估计校准参数，并且在待校准IQ信号的基带滤波不平衡为零或很小的情况下W1、W0等于0，
其中，所述复信号Y(n)的实部和虚部分别为所述校准的IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号。
在图4中，具体地，寄存器130A存储信号y(n)，寄存器130B存储信号y’(n-1)，寄存器130C存储信号y’(n-2)，寄存器130D存储信号y’(n-3)，乘法器130E执行运算y’(n-1)*(-W2)，乘法器130F执行运算y’(n-2)*W1，乘法器130G执行运算y’(n-3)*(-W0)，加法器130H执行运算y(n)+y’(n-1)*(-W2)，加法器130I执行运算y(n)+y’(n-1)*(-W2)+y’(n-2)*W1，加法器130I执行运算y(n)+y’(n-1)*(-W2)+y’(n-2)*W1+y’(n-3)*(-W0)，最后将校正的IQ信号的I路信号Iout和Q路信号Qout输出。
本发明实施例提供的校准IQ信号的方法和装置适用于芯片内部基带处理或中频处理。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种校准IQ信号的方法，其特征在于，包括：
通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I-jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N-1；
将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数；
根据所述盲估计校准参数预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数，包括：
计算第一平均值acf为
Figure FDA0002386493040000011
计算第二平均值cacf_re为
Figure FDA0002386493040000012
计算第三平均值cacf_im为
Figure FDA0002386493040000013
计算所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号的盲估计校准参数W2_re为W2_re＝(2*acf)/cacf_re以及Q路信号的盲估计校准参数W2_im为W2_im＝(-2*acf)/cacf_im，其中n≥N，从而获得所述待校准IQ信号的盲估计校准参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算第一平均值，包括：
将所述复信号y(n)与所述共轭复信号y’(n)相乘以获得第一相乘结果I2+Q2；
将N个所述第一相乘结果累加以获得第一累加结果
Figure FDA0002386493040000014
将所述第一累加结果除以累加个数N以获得所述第一平均值
Figure FDA0002386493040000015
Figure FDA0002386493040000016
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算第二平均值，包括：
将所述复信号y(n)与所述复信号y(n)相乘以获得第二相乘结果I2-Q2+2*I*Qi；
将N个所述第二相乘结果实部累加以获得第二累加结果
Figure FDA0002386493040000021
将所述第二累加结果除以累加个数N以获得所述第二平均值
Figure FDA0002386493040000022
Figure FDA0002386493040000023
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算第三平均值，包括：
将N个所述第二相乘结果虚部累加以获得第三累加结果
Figure FDA0002386493040000024
将所述第三累加结果除以累加个数N以获得所述第三平均值
Figure FDA0002386493040000025
Figure FDA0002386493040000026
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述盲估计校准参数预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N，包括：
计算复信号Y(n)为Y(n)＝y(n)+y’(n-1)*(-W2)+y’(n-2)*W1+y’(n-3)*(-W0)，
其中，W2为所述盲估计校准参数，并且在待校准IQ信号的基带滤波不平衡为零或很小的情况下W1、W0等于0，
其中，所述复信号Y(n)的实部和虚部分别为所述校准的IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号。
7.一种校准IQ信号的装置，其特征在于，包括：
校准参数估计模块，配置为通过计算N个与复数相乘结果的实部和虚部分别对应的量的平均值来在线盲估计待校准IQ信号的盲估计校准参数，基于所述待校准IQ信号设定复信号y(n)＝I+jQ和共轭复信号y’(n)＝I-jQ，其中I和Q分别为所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号，则所述复数相乘包括y(n)与y’(n)相乘以及y(n)与y(n)相乘并且0≤n≤N-1；
校准参数更新模块，配置为将现有校准参数更新为所述盲估计校准参数；
校准模块，配置为根据所述盲估计校准参数预补偿所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号以获得校准的IQ信号，其中n≥N。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述校准参数估计模块包括：
第一复数相乘器，配置为将所述复信号y(n)与所述共轭复信号y’(n)相乘以获得第一相乘结果I2+Q2；
第二复数相乘器，配置为将所述复信号y(n)与所述复信号y(n)相乘以获得第二相乘结果I2-Q2+2*I*Qi；
第一累加器，配置为将N个所述第一相乘结果累加以获得第一累加结果
Figure FDA0002386493040000031
第二累加器，配置为将N个所述第二相乘结果实部累加以获得第二累加结果
Figure FDA0002386493040000032
第三累加器，配置为将N个所述第二相乘结果虚部累加以获得第三累加结果
Figure FDA0002386493040000033
第一累加个数除法器、第二累加个数除法器和第三累加个数除法器，配置为分别将第一累加结果、第二累加结果和第三累加结果除以累加个数N以获得第一平均值
Figure FDA0002386493040000034
第二平均值
Figure FDA0002386493040000035
和第三平均值
Figure FDA0002386493040000036
分时除法器，配置为计算所述待校准IQ信号在第n个点处的I路信号的盲估计校准参数W2_re为W2_re＝(2*acf)/cacf_re以及Q路信号的盲估计校准参数W2_im为W2_im＝(-2*acf)/cacf_im，其中n≥N，从而获得所述待校准IQ信号的盲估计校准参数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述校准参数估计模块还包括：选择器，配置为选择所述第二平均值和所述第三平均值中的一个值，当所述第二平均值被选择时所述分时除法器计算所述盲估计校准参数W2_re，当所述第三平均值被选择时所述分时除法器计算所述盲估计校准参数W2_im。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述校准模块包括配置为计算复信号Y(n)为Y(n)＝y(n)+y’(n-1)*(-W2)+y’(n-2)*W1+y’(n-3)*(-W0)的寄存器、乘法器和加法器，
其中，W2为所述盲估计校准参数，并且在待校准IQ信号的基带滤波不平衡为零或很小的情况下W1、W0等于0，
其中，所述复信号Y(n)的实部和虚部分别为所述校准的IQ信号在第n个点处的I路信号和Q路信号。
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