CN112134817B - 执行信号补偿的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种信号补偿装置,包含有一第一滤波器电路,用来处理一宽频信号,以产生一第一模拟时域信号;一第二滤波器电路,用来处理该宽频信号,以产生一第二模拟时域信号;一第一转换电路,用来转换该第一模拟时域信号为一第一数字时域信号;一第二转换电路,用来转换该第二模拟时域信号为一第二数字时域信号;一第三转换电路,用来转换该第一数字时域信号为一第一频域信号;一第四转换电路,用来转换该第二数字时域信号为一第二频域信号;以及一处理电路,用来根据该第一频域信号及该第二频域信号,产生一时域补偿响应。

Description

执行信号补偿的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于通信系统的通信装置及方法,特别涉及一种执行信号补偿的装置及方法。
背景技术
在无线通信系统的通信装置中,在I相位信号路径(in-phase signal path)及Q相位信号路径(quadrature-phase signal path)上的响应不相同会造成信号的IQ不平衡(IQimbalance)。在现有技术中,通信装置可使用窄频信号来补偿在I相位信号路径或Q相位信号路径上的信号,使得在一个频率点上的IQ不平衡被消除。然而,通信装置需执行上述运行多次以消除在不同频率点上的IQ不平衡,使通信装置具有较低的运行效率。因此,如何改善信号补偿的效率为一亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种方法及其通信装置,用来执行信号补偿,以解决上述问题。
一种信号补偿装置,包含有一第一滤波器电路,用来处理一宽频信号,以产生一第一模拟时域信号(analog time-domain signal);一第二滤波器电路,用来处理该宽频信号,以产生一第二模拟时域信号;一第一转换电路,耦接于该第一滤波器电路,用来转换该第一模拟时域信号为一第一数字(digital)时域信号;一第二转换电路,耦接于该第二滤波器电路,用来转换该第二模拟时域信号为一第二数字时域信号;一第三转换电路,耦接于该第一转换电路,用来转换该第一数字时域信号为一第一频域信号(frequency-domainsignal);一第四转换电路,耦接于该第二转换电路,用来转换该第二数字时域信号为一第二频域信号;以及一处理电路,耦接于该第三转换电路及该第四转换电路,用来根据该第一频域信号及该第二频域信号,产生一时域补偿响应。
一种信号补偿装置,包含有一第一滤波器电路,用来处理一输入信号,以产生一第一模拟信号;一第二滤波器电路,用来处理该输入信号,以产生一第二模拟信号;一第一转换电路,耦接于该第一滤波器电路,用来转换该第一模拟信号为一第一数字信号;一第二转换电路,耦接于该第二滤波器电路,用来转换该第二模拟信号为一第二数字信号;一补偿电路,耦接于该第一转换电路,用来根据一补偿响应,补偿该第一数字信号,以产生一补偿信号。
附图说明
图1为本发明实施例一通信系统的示意图。
图2为本发明实施例一信号补偿装置的示意图。
图3为本发明实施例一处理电路的示意图。
图4为本发明实施例一信号补偿装置的示意图。
图5为本发明实施例一信号补偿装置的示意图。
图6为本发明实施例多个频域信号的示意图。
图7为本发明实施例一流程的流程图。
图8为本发明实施例一流程的流程图。
符号说明
10 通信系统
20、40、50 信号补偿装置
200、500 第一滤波器电路
202、502 第一转换电路
204 第三转换电路
206、30 处理电路
210、510 第二滤波器电路
212、512 第二转换电路
214 第四转换电路
300 计算电路
302 第五转换电路
400 信号产生电路
504 补偿电路
70、80 流程
700、702、704、706、708、 步骤
710、712、714、716、800、
802、804、806、808、810、
812
sig_time_anal1 第一模拟时域信号
sig_time_anal2 第二模拟时域信号
sig_time_dig1 第一数字时域信号
sig_time_dig2 第二数字时域信号
sig_freq1 第一频域信号
sig_freq2 第二频域信号
resp_comp_time 时域补偿响应
sig_broadband 宽频信号
resp_comp_freq 频域补偿响应
sig_input 输入信号
sig_anal1 第一模拟信号
sig_anal2 第二模拟信号
sig_dig1 第一数字信号
sig_dig2 第二数字信号
sig_comp 补偿信号
TX 传送端
RX 接收端
具体实施方式
图1为本发明实施例一通信系统10的示意图。通信系统10可为任何使用正交分频多工(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)技术(或称为离散多频调制(discrete multi-tone modulation,DMT)技术)的通信系统,简略地由一传送端TX及一接收端RX所组成。在图1中,传送端TX及接收端RX是用来说明通信系统10的架构。举例来说,通信系统10可为非对称式数字用户回路(asymmetric digital subscriber line,ADSL)系统、电力通信(power line communication,PLC)系统、同轴电缆的以太网络(Ethernetover coax,EOC)等有线通信系统。或者,通信系统10可为区域无线网络(wireless localarea network,WLAN)、数字视频广播(Digital Video Broadcasting,DVB)系统、长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统、先进长期演进(LTE-advanced,LTE-A)系统及第五代(5th generation,5G)系统等无线通信系统。此外,传送端TX及接收端RX可设置于移动电话、笔记本电脑等装置中,但不限于此。
图2为本发明实施例一信号补偿装置20的示意图,用于图1的传送端TX或接收端RX中,用来产生补偿响应,以消除IQ不平衡(IQ imbalance)(或IQ不匹配(IQ mismatch))。信号补偿装置20包含有一第一滤波器电路200、一第二滤波器电路210、一第一转换电路202、一第二转换电路212、一第三转换电路204、一第四转换电路214及一处理电路206。详细来说,第一滤波器电路200处理一宽频信号sig_broadband,以产生一第一模拟时域信号sig_time_anal1。第二滤波器电路210处理宽频信号sig_broadband,以产生一第二模拟时域信号sig_time_anal2。第一转换电路202耦接于第一滤波器电路200,用来转换第一模拟时域信号sig_time_anal1为一第一数字(digital)时域信号sig_time_dig1。第二转换电路212耦接于第二滤波器电路210,用来转换第二模拟时域信号sig_time_anal2为一第二数字时域信号sig_time_dig2。第三转换电路204耦接于第一转换电路202,用来转换第一数字时域信号sig_time_dig1为一第一频域(frequency-domain)信号sig_freq1。第四转换电路214耦接于第二转换电路212,用来转换第二数字时域信号sig_time_dig2为一第二频域信号sig_freq2。处理电路206耦接于第三转换电路204及第四转换电路214,用来根据第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2,产生一时域补偿响应resp_comp_time。
在一实施例中,第一模拟时域信号sig_time_anal1、第一数字时域信号sig_time_dig1及第一频域信号sig_freq1是在I相位信号路径(in-phase signal path)上的信号,以及第二模拟时域信号sig_time_anal2、第二数字时域信号sig_time_dig2及第二频域信号sig_freq2是在Q相位信号路径(quadrature-phase signal path)上的信号。在一实施例中,第一模拟时域信号sig_time_anal1、第一数字时域信号sig_time_dig1及第一频域信号sig_freq1是在Q相位信号路径上的信号,以及第二模拟时域信号sig_time_anal2、第二数字时域信号sig_time_dig2及第二频域信号sig_freq2是在I相位信号路径上的信号。
图3为本发明实施例一处理电路30的示意图。处理电路30可用来实现图2的处理电路206,但不限于此。处理电路30包含有一计算电路300及一第五转换电路302。计算电路300耦接于第三转换电路204及第四转换电路214,用来根据第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2,产生一频域补偿响应resp_comp_freq。第五转换电路302耦接于计算电路300,用来转换频域补偿响应resp_comp_freq为时域补偿响应resp_comp_time。在一实施例中,频域补偿响应resp_comp_freq相关于第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2的一差异。差异可包含有一振幅响应差异及/或一相位响应差异,但不限于此。
图4为本发明实施例一信号补偿装置40的示意图,用于图1的传送端TX或接收端RX中。信号补偿装置40包含有一信号产生电路400及信号补偿装置20。详细来说,信号产生电路400耦接于信号补偿装置20(例如第一滤波器电路200及第二滤波器电路210),用来产生宽频信号sig_broadband。信号补偿装置20使用宽频信号sig_broadband来产生时域补偿响应resp_comp_time。信号补偿装置20的运行可参考前述,于此不赘述。
在一实施例中,宽频信号sig_broadband是一脉冲信号。也就是说,脉冲信号被作为一输入信号(或一测试信号)。此外,在执行一快速傅里叶转换(Fast FourierTransform,FFT)后,脉冲信号在频谱上是一常数(constant)。换言之,脉冲信号在每个频率点上的能量皆相同。在一实施例中,第一滤波器电路200及第二滤波器电路210是模拟基频滤波器。在一实施例中,第一转换电路202及第二转换电路212是模拟数字转换器(analog-to-digital converter,ADC)。在一实施例中,第三转换电路204及第四转换电路214执行快速傅里叶转换,以分别转换第一数字时域信号sig_time_dig1及第二数字时域信号sig_time_dig2为第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2。
图5为本发明实施例一信号补偿装置50的示意图,用于图1的传送端TX或接收端RX中,用来消除IQ不平衡(或IQ不匹配)。信号补偿装置50包含有一第一滤波器电路500(例如第一滤波器电路200)、一第二滤波器电路510(例如第二滤波器电路210)、一第一转换电路502(例如第一转换电路202)、一第二转换电路512(例如第二转换电路212)及一补偿电路504。详细来说,第一滤波器电路500,用来处理一输入信号sig_input,以产生一第一模拟信号sig_anal1。第二滤波器电路510处理输入信号sig_input,以产生一第二模拟信号sig_anal2。第一转换电路502耦接于第一滤波器电路500,用来转换第一模拟信号sig_anal1为一第一数字信号sig_dig1。第二转换电路512耦接于第二滤波器电路510,用来转换第二模拟信号sig_anal2为一第二数字信号sig_dig2。补偿电路504耦接于第一转换电路502,用来根据一补偿响应,补偿第一数字信号sig_dig1,以产生一补偿信号sig_comp。也就是说,根据补偿响应,补偿电路504补偿第一频域信号sig_freq1,使得在I相位信号路径及Q相位信号路径上的响应(例如频率响应或脉冲响应(impulse response))相同。响应差异所产生的IQ不平衡被消除。
在一实施例中,补偿电路是一数字基频滤波器。在一实施例中,补偿响应是信号补偿装置20产生的时域补偿响应resp_comp_time。在一实施例中,第一模拟信号sig_anal1、第二模拟信号sig_anal2、第一数字信号sig_dig1、第二数字信号sig_dig2及补偿信号sig_comp是时域信号。
在一实施例中,第一模拟信号sig_anal1、第一数字信号sig_dig1及补偿信号sig_comp是在I相位信号路径上的信号,以及第二模拟信号sig_anal2、第二数字信号sig_dig2是在Q相位信号路径上的信号。在一实施例中,第一模拟信号sig_anal1、第一数字信号sig_dig1及补偿信号sig_comp是在Q相位信号路径上的信号,以及第二模拟信号sig_anal2、第二数字信号sig_dig2是在I相位信号路径上的信号。
以下实施例是用来举例说明信号补偿装置40及50如何补偿在I相位信号路径上的信号,以消除IQ不平衡。首先,信号产生电路400产生脉冲信号x(t)(即宽频信号sig_broadband)。根据脉冲信号x(t),第一滤波器电路200及第二滤波器电路210分别产生时域信号yI(t)及yQ(t)(例如第一模拟时域信号sig_time_anal1及第二模拟时域信号sig_time_anal2)如下:
yI(t)=hI(x(t))=conv(hI(t),x(t)) (式1)
yQ(t)=hQ(x(t))=conv(hQ(t),x(t)) (式2)
其中hI(t)及hQ(t)分别是第一滤波器电路200及第二滤波器电路210的脉冲响应,以及conv()是一卷积(convolution)函数。接着,在时域信号yI(t)及yQ(t)经过模拟数字转换器后,第三转换电路204及第四转换电路214将时域信号yI(t)及yQ(t)分别转换为频域信号YI(ω)及YQ(ω)(例如第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2)。根据卷积定理,频域信号YI(ω)及YQ(ω)可被表示为以下的方程式:
YI(ω)=HI(ω)X(ω) (式3)
YQ(ω)=HQ(ω)X(ω) (式4)
其中X(ω)是执行快速傅里叶转换后的脉冲信号,HI(ω)及HQ(ω)是第一滤波器电路200及第二滤波器电路210的频率响应。由于脉冲信号X(ω)是一常数,方程式(式3)及(式4)可被推导如下:
HI(ω)∝YI(ω) (式5)
HQ(ω)∝YQ(ω) (式6)
也就是说,频率响应HI(ω)与频域信号YI(ω)成正比,以及频率响应HQ(ω)与频域信号YQ(ω)成正比。因此,计算电路300可使用频域信号YI(ω)及YQ(ω)来计算一频域补偿响应H。根据方程式(式3)及(式4),计算电路300计算频域信号YI(ω)及YQ(ω)的振幅响应(|YI(ω)|及|YQ(ω)|)及相位响应(∠YI(ω)及∠YQ(ω)),如图6中的(a)及(b)所示。因此,一振幅响应差异G(ω)及一相位响应差异P(ω)可根据以下方程式被获得:
Figure BDA0002106337460000071
P(ω)=∠YQ(ω)-∠YI(ω) (式8)
在方程式(式7)中,根据频域信号YI(ω)的振幅响应|YI(ω)|,频域信号YQ(ω)的振幅响应|YQ(ω)|被归一化(normalized)。因此,振幅响应差异G(ω)及振幅响应|YI(ω)|的一乘积(product)与振幅响应|YQ(ω)|相同。换言之,在I相位信号路径上的补偿的振幅响应相同于在Q相位信号路径上的振幅响应。此外,相位响应差异P(ω)及相位响应∠YI(ω)的一总和(sum)与相位响应∠YQ(ω)相同。在I相位信号路径上的补偿的相位响应相同于在Q相位信号路径上的相位响应。根据方程式(式7)及(式8),计算电路300计算一差异函数C(ω)及频域补偿响应H(例如频域补偿响应resp_comp_freq)如下:
Figure BDA0002106337460000081
Figure BDA0002106337460000082
其中fS是第一转换电路202及第二转换电路212的一取样率(sampling rate),以及fstep是一频率间隔(frequency interval)。此外,通过反离散傅里叶变换(InverseDiscrete Fourier Transform,IDFT),第五转换电路302可转换频域补偿响应H为一脉冲补偿响应h[n](例如时域补偿响应resp_comp_time),如下式所示:
Figure BDA0002106337460000083
其中
Figure BDA0002106337460000084
接着,根据一输入信号,通过第一滤波器电路500及第一转换电路502,信号补偿装置50产生一时域信号kI[n](例如第一数字信号sig_dig1)。根据输入信号,通过第二滤波器电路510及第二转换电路512,信号补偿装置50产生一时域信号kQ[n](例如第二数字信号sig_dig2)。补偿电路504使用脉冲补偿响应h[n]以补偿时域信号kI[n]如下:
k′I[n]=conv(h[n],kI[n]) (式12)
其中k′I[n]是时域信号kI[n]的一补偿结果(例如补偿信号sig_comp)。因此,在I相位信号路径及Q相位信号路径上的响应(例如振幅响应及相位响应)会相同。IQ不平衡的问题可被解决。
图6为本发明实施例多个频域信号YI(ω)及YQ(ω)的示意图。(a)是频域信号YI(ω)及YQ(ω)的振幅响应,(b)是频域信号YI(ω)及YQ(ω)的相位响应,(c)是频域信号YI(ω)及YQ(ω)的振幅响应差异G(ω)(或被称为一IQ振幅不匹配(IQ amplitudemismatch)),以及(d)是频域信号YI(ω)及YQ(ω)的相位响应差异(或被称为一IQ相位不匹配(IQ phase mismatch))。通过(c)及(d),计算电路300可计算出差异函数C(ω),进而获得频域补偿响应H。计算电路300的运行可参考前述,于此不赘述。
前述信号补偿装置20的运行方式可归纳为一流程70,用于传送端TX或接收端RX中,如图7所示。流程70包含有以下步骤:
步骤700:开始。
步骤702:处理一宽频信号,以产生一第一模拟时域信号。
步骤704:处理该宽频信号,以产生一第二模拟时域信号。
步骤706:转换该第一模拟时域信号为一第一数字时域信号。
步骤708:转换该第二模拟时域信号为一第二数字时域信号。
步骤710:转换该第一数字时域信号为一第一频域信号。
步骤712:转换该第二数字时域信号为一第二频域信号。
步骤714:根据该第一频域信号及该第二频域信号,产生一时域补偿响应。
步骤716:结束。
前述信号补偿装置50的运行方式可归纳为一流程80,用于传送端TX或接收端RX中,如图8所示。流程80包含有以下步骤:
步骤800:开始。
步骤802:处理一输入信号,以产生一第一模拟信号。
步骤804:处理该输入信号,以产生一第二模拟信号。
步骤806:转换该第一模拟信号为一第一数字信号。
步骤808:转换该第二模拟信号为一第二数字信号。
步骤810:根据一补偿响应,补偿该第一数字信号,以产生一补偿信号。
步骤812:结束。
流程70及80是分别用来举例说明信号补偿装置20及50的运行方式,详细说明及变化可参考前述,于此不赘述。
需注意的是,信号补偿装置20、40及50(及其中的第一滤波器电路200及500、第二滤波器电路210及510、第一转换电路202及502、第二转换电路212及512、第三转换电路204、第四转换电路214、处理电路206、信号产生电路400及补偿电路504)以及处理装置30(及其中的计算电路300及第五转换电路302)的实现方式可有很多种。举例来说,可将上述装置(电路)整合为一或多个装置(电路)。此外,信号补偿装置20、40及50以及处理装置30可以硬件(例如电路)、软件、固件(为硬件装置与电脑指令与数据的结合,且电脑指令与数据属于硬件装置上的只读软件)、电子系统、或上述装置的组合来实现,不限于此。
综上所述,本发明提供了一种执行信号补偿的装置及方法,信号补偿装置使用宽频信号来获得补偿响应,以及根据补偿响应补偿在I相位信号路径或Q相位信号路径上的信号,使得在多个频率点上的IQ不平衡被消除。相较于现有技术,本发明具有较佳的效能。
以上所述仅为本发明的优选实施例,凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种信号补偿装置,包含有:
一第一滤波器电路,用来处理一宽频信号,以产生一第一模拟时域信号;
一第二滤波器电路,用来处理该宽频信号,以产生一第二模拟时域信号;
一第一转换电路,耦接于该第一滤波器电路,用来转换该第一模拟时域信号为一第一数字时域信号;
一第二转换电路,耦接于该第二滤波器电路,用来转换该第二模拟时域信号为一第二数字时域信号;
一第三转换电路,耦接于该第一转换电路,用来转换该第一数字时域信号为一第一频域信号;
一第四转换电路,耦接于该第二转换电路,用来转换该第二数字时域信号为一第二频域信号;以及
一处理电路,耦接于该第三转换电路及该第四转换电路,用来根据该第一频域信号及该第二频域信号,产生一时域补偿响应,其中该处理电路包含有:
一计算电路,耦接于该第三转换电路及该第四转换电路,用来根据该第一频域信号及该第二频域信号,产生一频域补偿响应;以及
一第五转换电路,耦接于该计算电路,用来转换该频域补偿响应为该时域补偿响应,其中该频域补偿响应根据以下方程式被定义:
Figure FDA0004225059590000011
其中C(ω)涉及该第一频域信号及该第二频域信号的一差异函数,fS是该第一转换电路及该第二转换电路的一取样率,以及fstep是一频率间隔。
2.如权利要求1所述的信号补偿装置,还包含有:
一信号产生电路,耦接于该第一滤波器电路及该第二滤波器电路,用来产生该宽频信号。
3.如权利要求1所述的信号补偿装置,其中该宽频信号是一脉冲信号。
4.如权利要求1所述的信号补偿装置,其中该第一滤波器电路及该第二滤波器电路是模拟基频滤波器。
5.如权利要求1所述的信号补偿装置,其中该第一转换电路及该第二转换电路是模拟数字转换器。
6.如权利要求1所述的信号补偿装置,其中该第三转换电路及该第四转换电路执行一快速傅里叶转换,以分别转换该第一数字时域信号及该第二数字时域信号为该第一频域信号及该第二频域信号。
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