CN113079117B - 一种接收链路iq失配估计的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收链路IQ失配估计的方法及装置，用于解决现有技术中无线收发器芯片接收链路IQ失配估计方案需要设计额外的信号发生器或者射频控制开关，增加芯片设计复杂度、成本和设计功耗，影响芯片性能的技术缺陷。本发明方法流程包括：S1、当接收到I、Q两路输入信号时，获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；S2、基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。本发明利用无线收发器系统内部原有的本振泄露信号，调整泄漏信号幅度，获得用于IQ失配估计的单音信号，从而在不改变现有芯片结构，不增加任何辅助电路设计的情下，实现接收机IQ失配的校正。本发明对模拟电路的无任何的额外设计要求，代价极小。

Description

一种接收链路IQ失配估计的方法及装置

技术领域

本发明涉及电子通信领域，尤其涉及一种接收链路IQ失配估计的方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，集成无线通信芯片被大量应用于作战系统、大规模应急通信系统、导航定位、物联网、传感器网络、数字电视广播、公共安全、智能楼宇家居、无线电台、移动终端、玩具电子等多个领域，相应也衍生出了多样的通信协议标准。

射频接收机是无线通信系统的重要组成部分。目前射频接收机主要包括三种类型：超外差接收机、零中频接收机和近零中频接收机；其中，零中频接收机以其集成度高、体积小、成本低等特点被广泛应用。一方面，由于IQ信号适合在高频传输(频率越高、可利用的带宽会越宽、信道容量更大)，可以节约一半的信道资源，现在的射频收发器系统无一例外地采用IQ信号传输；另一方面，零中频接收机对于IQ失配很敏感，由于通信频率的增大，IQ解调器用到的本振很难做到正交，另外工艺及温度的偏差，版图走线的差异，这些非理想因素都会导致接收机的输出存在固有的IQ失配，而随着通信吞吐率的提高，很多系统用到了64-QAM甚至更高阶的调制方式，而调制方式越高，对IQ的失配就越敏感，为了提高接收机的性能，需额外设计一个IQ失配的校准电路对接收机估算接收机的IQ失配并进行补偿。

目前普遍采用的IQ失配的方法就是额外设计一个射频信号发生器，仅携带单路信息(sin(w*t)或者cos(w*t))，与接收机混频器混频产生中频信号，然后在ADC的输出端采集该中频信号并计算出IQ的失配参数，对于单一协议，这种设计相对代价较小，但是对于多协议兼容的芯片，频率的范围很大，而IQ失配是随频率改变而发生变化的，若额外增加信号发生器的设计无论从设计复杂度，设计成本来看，代价都很大。增加了芯片的设计复杂度，增加了芯片设计成本和功耗。

另一种设计方法不会额外增加射频信号发生器，直接利用发射端的本振信号代替，但是为了产生单音信号(sin(w*t)或者cos(w*t))，需要额外增加开关控制本振仅产生一路信号而关闭另一路，这种不对称性的设计会恶化发射端的IQ失配量，而且对于宽频宽带的收发器设计中，对开关设计有高隔离度的要求、设计复杂，同样也增加了芯片设计成本和功耗。

发明内容

本发明针对现有技术中无线收发器芯片IQ失配估计方案需要设计额外的信号发生器或者射频控制开关，增加芯片设计复杂度、成本和设计功耗，影响芯片性能的技术缺陷，提供了一种接收链路IQ失配估计方案。

一方面，本发明提供了一种接收链路IQ失配估计的方法，应用于无线收发器芯片系统中，包括以下步骤：

S1、当接收到I、Q两路输入信号时，获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；

S2、基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

可选的，所述无线收发器芯片系统包括接收链路和发射链路，所述步骤S1具体为：当接收到I、Q两路输入信号时，获取所述发射链路的本振泄漏信号。

可选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号的校正幅度；

S22、基于所述校正幅度对所述本振泄漏信号进行校正，获得校正信息；

S23、基于所述校正信息，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

可选的，所述步骤S21具体为：

检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号中I路信号和Q路信号的最小校正幅度和最大校正幅度。

可选的，所述步骤S22具体包括：

基于最小校正幅度配置所述I路信号，以及基于最大校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息；或者

基于最大校正幅度配置所述I路信号，以及基于最小校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息。

另一方面，本发明提供了一种接收链路IQ失配估计的装置，应用于无线收发器芯片系统中，包括：

本振泄漏信号获取模块，用于当接收到I、Q两路输入信号时获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；

IQ失配估计值获取模块，用于基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

可选的，所述无线收发器芯片系统包括接收链路和发射链路；其中，所述本振泄漏信号由发射链路产生。

可选的，所述IQ失配估计值获取模块具体包括：

校正幅度获取单元，用于检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号的校正幅度；

校正信息获取单元，用于基于所述校正幅度对所述本振泄漏信号进行校正，获得校正信息；

IQ失配估计值获取单元，用于基于所述校正信息，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

可选的，所述校正幅度获取单元具体用于检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号中I路信号和Q路信号的最小校正幅度和最大校正幅度。

可选的，所述校正信息获取单元具体用于基于最小校正幅度配置所述I路信号，以及基于最大校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息；或者

用于基于最大校正幅度配置所述I路信号，以及基于最小校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明利用无线收发器系统内部原有的本振泄露信号，调整泄漏信号幅度，获得用于IQ失配估计的单音信号，从而在不改变现有芯片结构，不增加任何辅助电路设计的情况下，实现接收机IQ失配的校正。本发明对模拟电路无任何的额外设计要求，纯数字实现，设计简单，代价极小，成本低，兼容性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的无线收发器芯片系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一种接收链路IQ失配估计的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的第二种接收链路IQ失配估计的方法流程图；

图4A为本发明实施例提供的第一种接收链路IQ失配估计的装置结构框图；

图4B为本发明实施例提供的第二种接收链路IQ失配估计的装置结构框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，并获得其它的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。

请参考图1，为无线收发器芯片系统的结构示意图，无线收发器芯片系统包括：接收链路1和发射链路2；其中：接收链路1包括：依次连接的接收链路频率合成器11、第一本振信号缓冲器12、第一本振模块13、第一低通滤波器14、第一可变增益放大器15、模数转换器16和IQ失配补偿模块17；

发射链路2包括：数模转换器21、第二低通滤波器22、第二可变增益放大器23、第二本振模块24、固定增益放大器25、发射链路频率合成器26和第二本振信号缓冲器27。

进一步，无线收发器芯片系统还包括：本振泄漏补偿模块3、I路本振泄露调整模块41、Q路本振泄露调整模块42。其中，模数转换器16的输出端与IQ失配补偿模块17和本振泄漏补偿模块3的输入端连接，本振泄漏补偿模块3的输出端与I路本振泄露调整模块41和Q路本振泄露调整模块42的输入端相连，I路本振泄露调整模块41和Q路本振泄露调整模块42的输出端与第二本振模块24的输入端相连。

上述接收链路1和发射链路2所传输和处理的信号均为I、Q两路信号，模块间连接的两根数据线用于传输I、Q两路数据。

接收链路1接收数据的工作原理为：

接收链路1接收来自无线信道的数据，经过差分转换和低噪声放大后，经第一本振模块13进行混频处理，实现对输入信号的解调处理(去载波并降至中频)，在此过程中，接收链路频率合成器11根据接收协议产生对应频率的本振信号，并经过第一本振信号缓冲器12输入到第一本振模块13中，第一本振模块13将该本振信号与输入信号进行混频处理。混频处理后获得的中频信号依次经过第一低通滤波器14的滤波处理、第一可变增益放大器15的放大处理和模数转换器16的模数转换处理，得到数字信号输出至数字基带(解调后的输入信号以及数字基带未在图中体现)。

发射链路2发射数据的工作原理为：

发射链路2接收来自数字基带的数字信号，经过数模转换器21转换为模拟信号，再经过第二低通滤波器22的滤波处理和第二可变增益放大器23的放大处理，输出至第二本振模块24进行混频处理，在此过程中，发射链路频率合成器26根据发射协议产生对应频率的载波信号(即本振信号)，并经过第二本振信号缓冲器27输出至第二本振模块24与输出信号进行混频处理(即调制、将有用信号加载到载波上)，进一步通过固定增益放大器25进行放大，再经过天线模块发射到无线信道中(调制后的发射信号在图1中未标出)。

在本申请实施例中，接收链路IQ失配估计方案基于如图1的无线收发器系统实现，接收链路IQ失配补偿模块17与模数转换器的输出端相连，接着请参考图2，本方案IQ失配估计方法包括如下步骤：

S1、当IQ失配补偿模块17接收到I、Q两路输入信号时，获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；

S2、基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

其中，S1步骤中本振泄漏信号具体为发射链路2的本振泄漏信号。该本振泄漏信号通过开关回路5回环到接收链路1。在开关模块51闭合时即可实现信号回环。

进一步，请参考图3，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、通过本振泄漏补偿模块3检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号的校正幅度；

S22、基于所述校正幅度对所述本振泄漏信号进行校正，获得校正信息；

S23、基于所述校正信息，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

在具体实施过程中，所述步骤S21具体为：

所述接收链路检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号中I路信号和Q路信号的最小校正幅度和最大校正幅度。

进一步，所述步骤S22具体包括：

基于最小校正幅度配置所述I路信号，以及基于最大校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息；或者

基于最大校正幅度配置所述I路信号，以及基于最小校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息。

具体的，结合发射链路的本振泄漏模型进行详细说明，设定发射链路的本振泄漏信号为S_txlo，A_i和A_q分别为本振泄漏信号I路和Q路的幅度，w_tx为本振泄漏信号的频率，

为I路信号与Q路信号的相位差(即发射频率合成器相位失调量)，则存在如下表达式：

将本振泄露信号S_txlo回环到接收链路1，通过本振泄漏补偿模块3检测本振泄漏信号的能量，分别改变A_i和A_q，进行迭代控制，其中，本振泄漏补偿模块3能够根据本振泄漏信号的能量确定出补偿幅度，具体的，在本振泄漏补偿模块3中存储有与不同能量对应的幅度补偿值所构成的幅度补偿表，如下表所示：

能量值	I路幅度补偿	Q路幅度补偿
			P<sub>1</sub>	A<sub>i_1</sub>	A<sub>q_1</sub>
P<sub>2</sub>	A<sub>i_2</sub>	A<sub>q_2</sub>
			......	......	......

在此操作中，确定出最小的补偿幅度A_{i_min}和A_{q_min}，用于本振泄露校正控制。本设计就是利用了本振泄露这一特性，在确定最小的A_{i_min}和A_{q_min}的同时，确定最大幅度补偿值A_{i_max}或者A_{q_max}，在本振泄漏补偿模块3进行IQ失配估计时，本振泄露校准一路补偿最小值，另一路采用最大的补偿值，那么式(1)表示如下：

以下推导过程以

进行推导。

设定接收链路1接收的来自射频前端的信号为S_rx，B_i和B_q分别为I路和Q路信号的幅度，w_rx为信号频率，θ为I路信号与Q路信号的相位差，则存在如下表达式：

S_rx＝B_i*sin(w_tx*t+θ)+A_q*cos(w_tx*t) (3)

接收链路1同时接收S_rx和S_txlo，并进行下变频滤波后得到信号S_rx’，表述如下：

经过低通滤波后，含有w_tx+w_rx的高频量被滤掉，设定w_if＝w_tx-w_rx，则式(4)进一步计算可得：

通过将式(3)中S_rx与式(5)中S_rx’进行比较，可知：接收链路下变频后的I路信号和Q路信号的幅度和相位同时发生了相同的偏差，即幅度同时扩大0.5*A_{i_max}倍，相位同时偏移了

也就是说，接收链路1加入发射链路2的本振泄漏信号后对发射链路1的IQ失配估计没有影响，可作为接收链路用于IQ失配估计的单音信号，进一步通过数字逻辑计算获取IQ失配估计值。基于单音信号计算IQ失配估计值和补偿的方法可为现有技术通用方案，这里不再一一赘述。

总而言之，本发明利用无线收发器系统内部原有的本振泄露信号，调整泄漏信号幅度，将泄露信息一路幅度调整到最大，另一路泄露信号调整到最小，获得用于IQ失配估计的单音信号，从而在不改变现有芯片结构，不增加任何辅助电路设计的情况下，实现接收机IQ失配的校正。本发明对模拟电路无任何的额外设计要求，纯数字实现，设计简单，代价极小，成本低，兼容性强。

实施例二

基于同一发明构思，请参考图4A，本申请实施例还提供了一种接收链路IQ失配估计的装置，应用于无线收发器芯片系统中，包括：

本振泄漏信号获取模块41，用于当接收到I、Q两路输入信号时获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；

IQ失配估计值获取模块42，用于基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

在具体实施过程中，所述无线收发器芯片系统包括接收链路和发射链路；其中，所述本振泄漏信号由发射链路产生。

进一步，请参考图4B，所述IQ失配估计值获取模块42具体包括：

校正幅度获取单元421，用于检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号的校正幅度；

校正信息获取单元422，用于基于所述校正幅度对所述本振泄漏信号进行校正，获得校正信息；

IQ失配估计值获取单元423，用于基于所述校正信息，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

其中，所述校正幅度获取单元具体用于检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号中I路信号和Q路信号的最小校正幅度和最大校正幅度。

所述校正信息获取单元具体用于基于最小校正幅度配置所述I路信号，以及基于最大校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息；或者用于基于最大校正幅度配置所述I路信号，以及基于最小校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息。

根据上面的描述，上述接收链路IQ失配估计的装置用于实现上述接收链路IQ失配估计的方法，所以，该装置与上述方法的一个或多个实施例一致，在此就不再一一赘述了。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种接收链路IQ失配估计的方法，应用于无线收发器芯片系统中，其特征在于，包括以下步骤：

S1、当接收到I、Q两路输入信号时，获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；

S2、基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值；

其中，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号的校正幅度；

S22、基于所述校正幅度对所述本振泄漏信号进行校正，获得校正信息；

S23、基于所述校正信息，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

2.如权利要求1所述的接收链路IQ失配估计的方法，其特征在于，所述无线收发器芯片系统包括接收链路和发射链路，所述步骤S1具体为：

当接收到I、Q两路输入信号时，获取所述发射链路的本振泄漏信号。

3.如权利要求1所述的接收链路IQ失配估计的方法，其特征在于，所述步骤S21具体为：

检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号中I路信号和Q路信号的最小校正幅度和最大校正幅度。

4.如权利要求3所述的接收链路IQ失配估计的方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：

基于最小校正幅度配置所述I路信号，以及基于最大校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息；或者

基于最大校正幅度配置所述I路信号，以及基于最小校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息。

5.一种接收链路IQ失配估计的装置，应用于无线收发器芯片系统中，其特征在于，包括：

本振泄漏信号获取模块，用于当接收到I、Q两路输入信号时获取无线收发器芯片系统本振泄漏信号；

IQ失配估计值获取模块，用于基于所述本振泄漏信号，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值；其中，

所述IQ失配估计值获取模块具体包括：

校正幅度获取单元，用于检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号的校正幅度；

校正信息获取单元，用于基于所述校正幅度对所述本振泄漏信号进行校正，获得校正信息；

IQ失配估计值获取单元，用于基于所述校正信息，采用数字逻辑计算获取IQ失配估计值。

6.如权利要求5所述的接收链路IQ失配估计的装置，其特征在于，所述无线收发器芯片系统包括接收链路和发射链路；其中，所述本振泄漏信号由发射链路产生。

7.如权利要求5所述的接收链路IQ失配估计的装置，其特征在于，所述校正幅度获取单元具体用于检测所述本振泄漏信号的能量，并基于检测到的所述能量获取本振泄漏信号中I路信号和Q路信号的最小校正幅度和最大校正幅度。

8.如权利要求7所述的接收链路IQ失配估计的装置，其特征在于，所述校正信息获取单元具体用于基于最小校正幅度配置所述I路信号，以及基于最大校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息；或者

用于基于最大校正幅度配置所述I路信号，以及基于最小校正幅度配置所述Q路信号，获得所述校正信息。

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