CN111917672A - 一种用于载波无线双模通信的iq路正交估计及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法。包括以下步骤：发送频率为f_c的单频信号至接收端，分别对I路信号和Q路信号求积分，计算幅度不匹配参数a；之后计算IQ路的互相关积分，对I路延迟1/4周期，再计算IQ路的互相关积分，之后计算相位不匹配参数tanθ，再将tanθ转换成延迟时间，对Q路进行延迟；最后对Q路除以a以补偿幅度不匹配。本发明实现了在发送单频质量较差的情况下对IQ路相位不匹配程度进行准确估计，同时提供了一种较为简单且便于实现的校准补偿方法，保证了通信质量。

Description

一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，各种无线产品的普及度也越来越高。位于无线通信系统最前端的射频(RF，Radio Frequency)接收机的结构与性能对整个无线系统有着重大影响。在无线系统中，接收机接收到射频信号后需要对信号进行正交下变频处理，将单路实信号变为IQ两路信号，之后再进行基带信号处理。由于接收机采用正交混频的机制，所以不可避免的会出现I路和Q路相位及幅度不匹配的情况，而IQ两路的不匹配会导致镜像频率干扰现象，影响信号的解调。

现有技术下一般是发送单频或者恒包络信号，接收端利用算法提取参数后送到接收机的补偿电路中。对于此种方法，目前大部分的估计方法都是有偏估计，因此要求发送的单频或者恒包络信号有较高的质量，但由于各种原因，实际境况下无法对发送信号的质量进行评估，因此估计结果并不可靠，且大部分校准电路只能校准较小的IQ路不匹配，若不匹配程度过高，校准过程中会出现噪声放大现象。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

步骤1：发送频率为f_c的单频信号至接收端；

步骤2：分别对I路信号和Q路信号求积分；

步骤3：计算幅度不匹配参数a；

步骤4：计算IQ路的互相关积分；

步骤5：对I路延迟1/4周期，再计算IQ路的互相关积分；

步骤6：计算相位不匹配参数tanθ；

步骤7：将tanθ转换成延迟时间，对Q路进行延迟；

步骤8：对Q路除以a以补偿幅度不匹配。

进一步地，步骤4中的IQ路的互相关积分的计算结果为

步骤5中的IQ路的互相关积分的计算结果为

进一步地，步骤6中计算得到的相位不匹配参数tanθ在有噪声时仍然是统计无偏的。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法，此方法可以在发送单频质量较差的情况下对IQ路相位不匹配程度进行准确估计，同时提供了一种较为简单且便于实现的校准补偿方法，保证了通信质量。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明所述方法同现有方法在无噪声时的相位估计准确度的比较情况。

图3是本发明所述方法同现有方法在信噪比(SNR，Signal Noise Ratio)为10dB时的相位估计准确度的比较情况。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

参照图1，一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法，包括如下步骤：

1)发送频率为f_c的单频信号至接收端；

接收端接收到的单频信号存在幅度和相位的不匹配，假设不匹配模型的表达式如下：

y_I＝cos(2πf_ct)

y_Q＝asin(2πf_ct+θ)

其中，y_I表示I路接收到的信号，f_c表示发送单频的频率，t表示时间，y_Q表示Q路接收到的信号，a表示Q路和I路的幅度差异，θ表示Q路和I路的相位差异。

2)分别对I路信号和Q路信号求积分；

先对I路的接收信号进行积分，再对Q路的接收信号进行积分，积分周期须为单频的整数倍，积分长度和估计的准确度呈正相关。可根据需求合理选择。积分表达式如下：

其中，y_I表示I路接收到的信号，f_c表示发送单频的频率，t表示时间，T表示积分长度，T须为f_c的整数倍周期，y_Q表示Q路接收信号，a表示Q路和I路的幅度差异，θ表示Q路和I路的相位差异。

3)计算幅度不匹配参数a；

根据I路和Q路的积分结果，计算结果为：

其中，a表示Q路和I路的幅度差异，y_I表示I路接收到的信号，y_Q表示Q路接收信号，T表示积分周期。

4)计算IQ路的互相关积分；

对IQ两路数据相乘，再进行积分，公式表达如下：

其中，A₁表示对IQ互相关后数据的积分结果，y_I表示I路接收到的信号，y_Q表示Q路接收信号，T表示积分周期。

5)对I路延迟1/4周期，再计算IQ路的互相关积分；

此步骤和步骤四相似，但是需要对I路延迟1/4个周期，公式表达如下：

其中，A₂表示I路延迟后，IQ互相关后数据的积分结果，y_I表示I路接收到的信号，y_Q表示Q路接收信号，T表示积分周期。

6)计算相位不匹配参数tanθ；

将步骤四、五中得到的积分结果相除，得到I路和Q路不匹配的相位正切值，表达式如下：

其中，tanθ表示IQ路相位不匹配的正切值。

从理论上说，大部分情况下I路和Q路的噪声方差应该相等，但是在IQ路不匹配的系统中，由于本身存在的IQ路相位与幅度不匹配的情况，因此无法保证I路与Q路的噪声方差相等。也可直接利用步骤四中的正弦值求出对应相位值，在无噪声时，所求结果是无偏的；但是若存在噪声，所求结果的偏差便与信噪比的大小相关了，只有在较高的信噪比下，才可认为sin的估计值是无偏的。若利用本发明提供的估计方法，则可在保证估计精度的前提下使估计值不受噪声方差不匹配的影响，无论在高SNR还是低SNR下，都可认为估计值是无偏的。

图2与图3反映了本发明提供的估计方法与用sin的方法的估计准确度的比较情况。其中横轴表示实际相位值，纵轴表示估计相位值，单位均为度。从图2可以看出，无噪声时两种估计方法的准确度都很高；从图3可以看出，当SNR＝10dB时，本方法的估计值仍然准确，而随着相位的增大，用sin的方法的估计值的偏差越来越大。

7)将tanθ转换成延迟时间Γ，对Q路进行延迟；

在单载波系统中，调制频率不同，θ转换为延迟的点数不同。假设发送端发送的f_c＝200K，θ＝3°，那么转换的点数n为：

其中，Γ表示Q路延迟的时间，fc表示调制系统的载波频率，也可为估计时发送的单频频率。

此时，对Q路延迟后的表达式为：

y'_Q1＝y_Q(t+Γ)

＝asin(2πf_c(t+Γ)+θ)

＝asin(2πf_ct)

8)对Q路除以a以补偿幅度不匹配；

由于模型只在Q路加入相位和幅度的不匹配，因此对Q路除以a以补偿幅度不匹配。补偿结果为：

上述的IQ路正交估计及补偿方法能够在较低的信噪比与较大的IQ偏差时获取无偏估计值。同时采用的补偿方法在部分系统中能够极为简单地实现IQ路不正交的补偿。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：发送频率为f_c的单频信号至接收端；

步骤2：分别对I路信号和Q路信号求积分；

步骤3：计算幅度不匹配参数a；

步骤4：计算IQ路的互相关积分；

步骤5：对I路延迟1/4周期，再计算IQ路的互相关积分；

步骤6：计算相位不匹配参数tanθ；

步骤7：将tanθ转换成延迟时间，对Q路进行延迟；

步骤8：对Q路除以a以补偿幅度不匹配。

2.根据权利要求1所述的一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法，其特征在于，所述的步骤4中的IQ路的互相关积分的计算结果为

3.根据权利要求1所述的一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法，其特征在于，所述的步骤5中的IQ路的互相关积分的计算结果为

4.根据权利要求1所述的一种用于载波无线双模通信的IQ路正交估计及校准方法，其特征在于，所述的步骤6中计算得到的相位不匹配参数tanθ在有噪声时仍然是统计无偏的。

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