CN112615641A - 宽带射频收发机本振泄露补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了宽带射频收发机本振泄露补偿方法，包括：建立本振泄露的补偿环路，在射频收发机的正交和同相两路的数字‑模拟转换器之前分别设置预补偿单元，在功率放大器和模拟‑数字转换器之间设置功率检测器，并在所述预补偿单元和所述模拟‑数字转换器之间设置校正算法模块；调节所述预补偿单元的补偿信号大小，获取不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值；比较不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值，获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量；以及，宽带射频收发机本振泄露补偿系统。本发明可对高集成度的射频收发机本振泄露进行补偿，提高通信系统的性能。

Description

宽带射频收发机本振泄露补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及无线移动通信领域。更具体地说，本发明涉及一种宽带射频收发机本振泄露补偿方法及系统。
背景技术
最近几年，4G网络已经逐渐完成了向5G网络的演进，而超宽带、多通道是实现与5G相关的超高吞吐量的关键，为了实现高带宽，由于正交调制可以放宽数字-模拟转换器(DAC)和模拟-数字转换器(ADC)的采样率，在正交调制的基础之上，时分双工射频收发机的结构成为首选，具有高集成度、低成本、低功耗的优点，相比较于其他结构，消除了射频振荡器及其相关的无源元件，更少的振荡器简化了频率设置，并且避免了片上互调。输入同相和正交信号被馈送到低通滤波器，调制器发出射频(RF)信号，其中基带滤波器和调制器可确保增益精度，全差分的信号路径和保护环可大大减少基板耦合影响，然而受限于制作工艺、器件局限性等原因，会出现射频性能缺陷，比较严重的就是本振泄露，而发射机的本振泄露主要来源于DAC和混频器引入的直流偏移，因此需要对本振泄露进行补偿。由于射频收发机的发射机会产生直流偏移，于此同时，位于接收机的混频器和模拟数字转换器同样会产生直流偏移，从而接收到的信号是受到两方面影响共同造成的，即使接收机造成的影响很小。现有的用来补偿发射机本振泄露的方法往往单独应用于发射机，而不适用于当前高集成度的射频收发机，相关应用于射频收发机的方法，没有考虑接收机同样会对补偿的结果造成一定的影响，比如可能会影响收敛性能，同时，在搜索使得泄露功率最小的补偿参数时，之前的方法大多采用遍历的算法进行搜索，导致整个搜索的过程时间过长。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种宽带射频收发机本振泄露补偿方法及系统，以对高集成度的射频收发机本振泄露进行补偿，提高通信系统的性能。
为了实现根据本发明的目的和其它优点，提供了一种宽带射频收发机本振泄露补偿方法，包括：
建立本振泄露的补偿环路，在射频收发机的正交和同相两路的数字-模拟转换器之前分别设置预补偿单元，在功率放大器和模拟-数字转换器之间设置功率检测器，并在所述预补偿单元和所述模拟-数字转换器之间设置校正算法模块；
调节所述预补偿单元的补偿信号大小，获取不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值；
比较不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值，获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量。
优选的是，所述的宽带射频收发机本振泄露补偿方法，所述预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量。
优选的是，所述的宽带射频收发机本振泄露补偿方法，所述校正算法模块采用二叉树搜索算法进行不断搜索，获取所述最小测量值及其所对应的补偿信号。
本发明还提供了一种宽带射频收发机本振泄露补偿系统，包括依次连接的基带、预补偿单元、数字-模拟转换器、基带低通滤波器、上变频结构、功率放大器、功率检测器、模拟-数字转换器和校正算法模块，所述校正算法模块与所述预补偿单元连接，其中，
所述预补偿单元为直流偏移补偿单元，且分别设置在射频收发机的正交和同相两路的数字-模拟转换器之前，用于对正交和同相两路进行直流偏置和补偿；
所述功率检测器设于功率放大器之后，用于检测本振泄露的功率大小；
所述校正算法模块用于比较在所述预补偿单元的不同补偿信号下，所述功率检测器转化到数字域的测量值，并获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量。
优选的是，所述的宽带射频收发机本振泄露补偿系统，所述预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量。
优选的是，所述的宽带射频收发机本振泄露补偿系统，所述校正算法模块采用二叉树搜索算法进行不断搜索，获取所述最小测量值及其所对应的补偿信号。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、将预补偿单元放置在DAC之前的数字域，从而使得在进行补偿时更加方便精确，同时会具有更低的复杂度，耗费更低的补偿资源；
第二、在功率放大器之后设置功率检测器可以直接在没有信号时对发射机的本振泄露进行检测而不需要考虑接收机的影响，即实现了对射频收发机的发射机和接收机泄露的分离，同时对发射机本振泄露的大小进行检测；
第三、利用二叉树搜索的算法搜索最佳的本振泄露补偿量，可以更快的在调节的补偿电压当中查找到使得本振泄露最小的量，该搜索方法较为稳定，收敛的速度较快，同时相对其他算法有着更少的比较次数。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的宽带射频收发机本振泄露补偿方法的工作流程图；
图2是根据本发明一个实施例的本振泄露的补偿环路的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的宽带射频收发机本振泄露补偿系统的结构示意图；
图4是本发明的宽带射频收发机本振泄露补偿方法及系统一个实例中本振泄露补偿前的接收机频谱图；
图5是本发明的宽带射频收发机本振泄露补偿方法及系统一个实例中本振泄露补偿后的接收机频谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提供一种宽带射频收发机本振泄露补偿方法，包括：
建立本振泄露的补偿环路，在射频收发机的正交和同相两路的数字-模拟转换器之前分别设置预补偿单元，在功率放大器和模拟-数字转换器之间设置功率检测器，并在所述预补偿单元和所述模拟-数字转换器之间设置校正算法模块；
调节所述预补偿单元的补偿信号大小，获取不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值；
比较不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值，获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量。
较优的，所述预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量。
较优的，所述校正算法模块采用二叉树搜索算法进行不断搜索，获取所述最小测量值及其所对应的补偿信号。
在上述技术方案中，建立本振泄露的补偿环路，在射频收发机的正交(I)和同相(Q)两路的数字-模拟转换器之前分别设置预补偿单元，用于对正交和同相两路进行直流偏置和补偿，在功率放大器和模拟-数字转换器之间设置功率检测器，用于在发射机没有发送信号的时候检测载波泄露的功率大小，同时模拟数字转换器将功率检测器的模拟输出电压转化到数字域，预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量；调节补偿信号大小，即对8比特数字量设计不同的比特值，在没有发送信号的情况下利用功率检测器转化到数字域的测量值，通过比较不同的补偿信号所对应的测量值，利用二叉树搜索算法进行不断搜索，搜索到最小测量值所对应的补偿信号，此时该补偿信号所对应的8比特数字量即为本振泄露所需的补偿值。
在具体的本振泄露补偿过程当中，首先注意在DAC之前的预补偿单元，IQ两路都放置预补偿单元，开始的时候处于不工作状态，在功率放大器之后的功率检测器放置好，相对应的回路工作之后，发射机不发送信号，对于IQ两路的本振泄露先选择一路进行补偿，如果首先补偿I路，在没有信号发送的时候，由于存在本振泄露，功率检测器会对泄露的能量进行检测，通过ADC，功率检测器的模拟输出电压会转化为数字域的测量值，用来比较不同的补偿结果，此时通过调节预补偿单元内的数字量来改变不同的补偿电压，而不同的补偿电压对应不同的测量值，测量值的大小表示补偿结果的好坏，此时，利用相应的算法来搜索，在该发明中，每次调节补偿电压所对应的补偿向量和与之对应的测量值用于建立二叉树，其中对应的测量值作为二叉搜索树的键值，而用于本振泄露补偿的向量则作为存储的值，在建立完整个二叉搜索树之后，直接在二叉树中去查找最小的测量值，此时键值为最小测量值所对应的向量，即可以用来进行发射机本振泄露的补偿向量，得到补偿向量后，调节预补偿单元的补偿电压，对I路的直流泄露补偿，之后在按照以上相同的方法来补偿Q路的本振泄露。
本发明将预补偿单元放置在DAC之前的数字域，从而使得在进行补偿时更加方便精确，同时会具有更低的复杂度，耗费更低的补偿资源；在功率放大器之后设置功率检测器可以直接在没有信号时对发射机的本振泄露进行检测而不需要考虑接收机的影响，即实现了对射频收发机的发射机和接收机泄露的分离，同时对发射机本振泄露的大小进行检测；利用二叉树搜索的算法搜索最佳的本振泄露补偿量，可以更快的在调节的补偿电压当中查找到使得本振泄露最小的量，该搜索方法较为稳定，收敛的速度较快，同时相对其他算法有着更少的比较次数。
如图3所示，本发明还提供了一种宽带射频收发机本振泄露补偿系统，包括依次连接的基带、预补偿单元、数字-模拟转换器、基带低通滤波器、上变频结构、功率放大器、功率检测器、模拟-数字转换器和校正算法模块，所述校正算法模块与所述预补偿单元连接，其中，
所述预补偿单元为直流偏移补偿单元，且分别设置在射频收发机的正交和同相两路的数字-模拟转换器之前，用于对正交和同相两路进行直流偏置和补偿；
所述功率检测器设于功率放大器之后，用于检测本振泄露的功率大小；
所述校正算法模块用于比较在所述预补偿单元的不同补偿信号下，所述功率检测器转化到数字域的测量值，并获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量。
进一步的，所述宽带射频收发机本振泄露补偿系统还包括，在功率放大器之后依次连接双工器、低噪放、下变频结构、基带低通滤波器、模拟-数字转换器和基带。
较优的，所述预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量。
较优的，所述校正算法模块采用二叉树搜索算法进行不断搜索，获取所述最小测量值及其所对应的补偿信号。
上述技术方案是基于与宽带射频收发机本振泄露补偿方法相同的发明构思得到，可参考方法部分的描述。
实施例
本实施例考虑在通用射频收发机结构下，即发送端与接收端集成在同一芯片上，通用的上下变频结构，用所提出的射频收发机本振泄露补偿方法进行补偿，结果如图4、图5所示。
本振泄露补偿方法最终是通过数字域的预补偿单元实现的，具体的补偿环路如图2所示，首先校正I路的本振泄露，射频收发机的发射机不发送信号，由于DAC和混频器导致的本振泄露，位于功率放大器之后的功率检测器会检测到泄露的能量信号，之后功率检测器通过连接在其后的ADC将其模拟输出电压转化到数字域，在数字域的数字校正算法中进行相关算法计算，即在预补偿单元中，通过调节补偿电压的信号量来设置不同的补偿电压，在本发明中，采用8比特的数字量来控制，设置好8比特的数字量之后，按照上面的流程，在数字域的校正算法中会得到与之对应的测量值，此时在算法模块当中开始建立二叉树结构。
在建立二叉搜索树的过程当中，补偿电压的补偿向量作为每一个节点的值，而通过功率检测器得到的测量值则可以作为同一个节点的键值即关键字，之后按照上面的过程来改变预补偿单元所设置的补偿向量，得到一个个二叉树的节点，最开始可以将补偿向量11111111作为根节点，接着按照一定的步长调节，每次会得到一个新的节点，而二叉搜索树增加节点的过程即对于一个新节点，判断这个新节点的键值和根节点开始的每个节点的键值大小关系，具体的为如果新节点的键值小于当前节点的键值，则去查找当前节点的左孩子节点，如果新节点的键值大于等于当前节点的键值，则去查找当前节点的右孩子节点，如此迭代下去，当要查找的孩子节点不存在，将新节点加入该孩子节点的位置即可，按照以上步骤，则可以建立整个二叉搜索树，在树建成之后查找最小的键值。
查找最小值的具体实现过程为用递归的方式来查找最小的关键字，最先判断当前节点是否为空，如果为空就返回NULL，否则就一直往左递归即当前节点的左孩子，直到找到最左的节点，而判断最左节点的方法就是递归到的节点为NULL，找到最左的叶节点即为整个二叉搜索树的最小关键字，最小关键字所对应的8比特补偿向量为搜索到的本振泄露的补偿向量。
得到I路的电压补偿向量之后，按照所得的值设置I路预补偿单元里补偿电压数字量，补偿完I路的本振泄露之后，按照同样的方法搜索Q路所需要的补偿数字量，并且在Q路的预补偿单元设置对应的补偿电压值，从而实现本振泄露的补偿。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.宽带射频收发机本振泄露补偿方法，其特征在于，包括：
建立本振泄露的补偿环路，在射频收发机的正交和同相两路的数字-模拟转换器之前分别设置预补偿单元，在功率放大器和模拟-数字转换器之间设置功率检测器，并在所述预补偿单元和所述模拟-数字转换器之间设置校正算法模块；
调节所述预补偿单元的补偿信号大小，获取不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值；
比较不同补偿信号下所述功率检测器转化到数字域的测量值，获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量。
2.如权利要求1所述的宽带射频收发机本振泄露补偿方法，其特征在于，所述预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量。
3.如权利要求1所述的宽带射频收发机本振泄露补偿方法，其特征在于，所述校正算法模块采用二叉树搜索算法进行不断搜索，获取所述最小测量值及其所对应的补偿信号。
4.宽带射频收发机本振泄露补偿系统，其特征在于，包括依次连接的基带、预补偿单元、数字-模拟转换器、基带低通滤波器、上变频结构、功率放大器、功率检测器、模拟-数字转换器和校正算法模块，所述校正算法模块与所述预补偿单元连接，其中，
所述预补偿单元为直流偏移补偿单元，且分别设置在射频收发机的正交和同相两路的数字-模拟转换器之前，用于对正交和同相两路进行直流偏置和补偿；
所述功率检测器设于功率放大器之后，用于检测本振泄露的功率大小；
所述校正算法模块用于比较在所述预补偿单元的不同补偿信号下，所述功率检测器转化到数字域的测量值，并获取最小测量值及其所对应的补偿信号，该补偿信号所对应的补偿向量即为本振泄露所需的补偿向量。
5.如权利要求4所述的宽带射频收发机本振泄露补偿系统，其特征在于，所述预补偿单元的补偿信号设置为8比特的数字量。
6.如权利要求4所述的宽带射频收发机本振泄露补偿系统，其特征在于，所述校正算法模块采用二叉树搜索算法进行不断搜索，获取所述最小测量值及其所对应的补偿信号。
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